CN110280745A

CN110280745A - 一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法

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Publication number: CN110280745A
Application number: CN201910694315.3A
Authority: CN
Inventors: 李瑞卿; 李晓谦; 蒋日鹏; 张立华; 刘峙麟; 彭浩
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2019-09-27
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110280745B

Abstract

本发明涉及金属熔炼技术领域，提供了控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法。本发明在结晶器内施加多源超声振动系统辅助熔体凝固，当铸锭的直径大于等于1m小于1.2m时，施加4套超声振动系统，当铸锭的直径大于等于1.2m小于等于1.4m时，施加4套、5套或7套超声振动系统。本发明针对大直径规格的2219铝合金圆锭铸造，利用多个超声振动源在结晶器中的熔池内协同作用辅助铸锭凝固，全区域、广覆盖地向熔池内施加超声波，尽可能地扩大超声波的传播范围，增强外加超声能场对熔体凝固过程能场体系的均衡调控，提高组织与成分的均匀性，尤其是可以大幅度降低2219合金成分的偏析。

Description

一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，特别涉及一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法。

背景技术

我国航空航天事业越来越朝着整体化、大型化方向发展，大规格铝合金构件制造对大规格铸锭坯料的质量要求也越来越高。2219铝合金由于其优异的性能广泛应用于航空航天等领域，但是随着直径的增大尤其当直径达到1m以上时，铸锭组织与成分存在严重不均匀以及共晶相粗大且偏聚等问题，锭坯质量无法满足技术要求。

目前高强铝合金铸锭的制造普遍采用立式半连续铸造，半连续铸造具有生产效率高、所得锭坯组织致密等优点，但是随着铝合金圆铸锭直径的增大，铸锭芯部冷却缓慢、熔体温度场与流场分布极度不均匀，最终制备的大直径半连续铸造高强铝合金铸锭存在成分偏析严重、组织粗大不均匀、心部结晶相富集偏聚等问题。针对小规格半连续铸造的传热不均匀问题，一般采用铸造工艺参数的优化，如浇注温度、浇注速度、冷却水流量等，可以改善熔池内的温度分布，提升铸锭组织均匀性，但涉及到大直径铸锭，工艺参数的调整无法改变现有半连续铸造过程中心传热缓慢的问题，进而无法有效改善大直径2219铝合金圆锭成分偏析严重、心部组织粗大、结晶相富集问题，所以必须采取新型的技术及工艺。

发明内容

本发明目的在于提供一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法。本发明针对不同直径的铸锭生产，提出了多种多源超声布控方法，能够控制大直径2219铝合金铸锭组织的成分偏析。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法，包括以下步骤：

铝合金的熔体流入热顶结晶器中进行凝固和引锭，引锭开始后，在热顶结晶器中施加超声振动系统，铸造临近结束时，将超声振动系统移除，得到铝合金圆锭；

其中，当目标2219铝合金圆锭的直径大于等于1m小于1.2m时，施加4套超声振动系统，当目标2219铝合金圆锭的直径大于等于1.2m小于等于1.4m时，施加4套、5套或7套超声振动系统；

当施加4套超声振动系统时，4套超声振动系统在结晶器中心呈中心对称分布或以浇铸口中心线为轴进行对称分布；

当施加5套超声振动系统时，5套超声振动系统在以结晶器中心为圆心的圆周上均匀分布；

当施加7套超声振动系统时，1套施加在结晶器中心，剩余6套在结晶器中心呈中心对称分布或以浇铸口中心线为轴进行对称分布。

优选的，当施加4套超声振动系统时，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角为90°，超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

优选的，当施加5套超声振动系统时，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角为72°，超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

优选的，当施加7套超声振动系统时，除施加在结晶器中心的超声振动系统外，其余超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

优选的，所述超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15～480mm。

优选的，所述超声振动系统的频率为15～30kHz。

优选的，所述超声振动系统的功率为0.8～2kw。

优选的，所述超声振动系统的施加方式为将辐射杆自上而下垂直导入熔体中。

优选的，所述超声振动系统施加前，还包括对所述超声振动系统的辐射杆进行预热；所述预热的温度不低于350℃。

本发明提供了一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法。本发明针对大直径规格的2219铝合金圆锭铸造，利用多个超声振动源在结晶器中的熔池内协同作用辅助铸锭凝固，通过对超声源布置方式的控制全区域、广覆盖地向熔池内施加超声波，尽可能地扩大超声波的传播范围，增强外加超声能场对熔体凝固过程能场体系的均衡调控，提高组织与成分的均匀性，尤其是可以大幅度降低合金成分的偏析。本发明能够有效解决现有技术无法克服大铸锭成分偏析，成分散差大，不能满足构件性能要求的问题。

附图说明

图1为本发明在热顶结晶器内施加超声振动系统的示意图；其中：1-铝熔体，2-导流槽，3-热顶保温帽，4-结晶器，5-冷却水，6-超声振动系统，7-铸锭，8-引锭装置；

图2为布置4套超声振动系统时的布置方式示意图；

图3为布置5套超声振动系统时的布置方式示意图；

图4为布置7套超声振动系统时的布置方式示意图；

图5为实施例1中施加超声振动系统的现场图；

图6为实施例1中超声铸锭和普通铸锭截面截面不同位置区域的微观组织图；

图7为实施例1中超声铸锭和普通铸锭Cu元素沿铸锭径向的偏析率曲线；

图8为实施例2中施加超声振动系统的现场图；

图9为实施例2所得铸锭的低倍检测结果；

图10为实施例3中施加超声振动系统的现场图；

图11为实施例3所得铸锭的低倍检测结果；

图12为实施例4中施加超声振动系统的现场图；

图13为实施例4所得铸锭的低倍检测结果。

具体实施方式

本发明提供了一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法，包括以下步骤：

铝合金的熔体流入热顶结晶器中进行凝固和引锭，引锭开始后，在热顶结晶器的结晶器中心施加超声振动系统，在超声振动系统作用下进行引锭，铸造临近结束时，将超声振动系统移除，得到铝合金圆锭。

在本发明中，所述铝合金圆锭的直径为1米级，具体为1～1.4m，更具体为1000mm～1380mm。

本发明对所述2219铝合金的熔体的制备方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法进行制备即可。在本发明的具体实施例中，所述2219铝合金的熔体的制备过程优选包括配料、熔炼、成分调整和净化处理。

在本发明中，所述配料根据按照合金牌号名义成分规定范围的基本原则配制即可，配料时使用的合金原料包括纯铝、铝-铜中间合金以及其他元素的中间合金等，具体种类根据目标合金铸锭的成分进行选择即可。

在本发明中，所述熔炼过程中优选首先将纯铝锭投入炉中，将炉温升至750℃保温至铝锭完全熔化，然后分批逐步加入其他金属，待全部熔化后，进行扒渣与搅拌。

在本发明中，所述成分调整具体为在合金原料全部熔化后取样测成分，根据成分测试结果选择补料或冲淡，以确保熔体成分含量满足设计要求，成分调整完成后静置一段时间出炉。

在本发明中，所述净化处理优选包括在线除气和除杂，具体为在熔炼炉与结晶器之间的导流槽中设置在线除气与过滤装置。在本发明中，所述除气优选采用旋转喷嘴惰性气体浮选法(简称SNIF熔体净化法)，具体为在可加热保温的除气箱中将氩气通入旋转喷嘴进而喷入铝熔体中，通过喷嘴的高速旋转，氩气分散成微小气泡，对铝熔体进行搅拌，在上浮的过程中可以起到除气、除渣等作用。在本发明中，所述过滤除杂优选采用泡沫陶瓷过滤箱进行，过滤箱内的海绵状陶瓷过滤片主要由氧化铝和氧化铬等材料制成，泡沫陶瓷过滤净化原理属于深层过滤机制，过滤能力大，适用于连续铸造和铸轧生产中的过滤净化；在本发明的具体实施例中，还优选在导流槽中施加细化剂，以进一步净化熔体，细化晶粒；本发明对所述细化剂的种类没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的细化剂即可。本发明对所述除气和过滤的具体操作参数没有特殊要求，根据本领域人员熟知的方法进行操作即可。

此外，熔炼过程还应严格控制熔炼时间、化学成分，在保证合金完全熔化的前提下，尽量缩短工时，减少烧损。

铝合金的熔体流入热顶结晶器中进行凝固和引锭，引锭开始后，在热顶结晶器的结晶器中心施加超声振动系统，铸造临近结束时，将超声振动系统移除，得到铝合金圆锭。

本发明对所述热顶结晶器的结构没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的热顶结晶器即可。在本发明中，所述热顶结晶器包括热顶保温帽、结晶器、引锭装置和冷却水系统(结构如图1所示)，熔体在熔炼炉中熔炼后，自导流槽进入热顶结晶器中，在热顶结晶器中先经冷却水系统初步冷却凝固成壳体，然后随着引锭装置的向下牵引，凝固壳体向下移动经冷却水直接喷淋二次冷却进一步凝固，形成铸锭。本发明在引锭开始后施加超声振动系统，具体施加在结晶器熔池内的熔体中，施加方式优选为将辐射杆自上而下垂直导入熔体中，辐射杆浸入熔体时需要保证结晶器内熔体液面平稳。本发明优选在熔体在热顶结晶器中稳定并且铸锭长度为200mm时施加超声振动系统。

在本发明中，当目标2219铝合金圆锭的直径大于等于1m小于1.2m时，施加4套超声振动系统，4套超声振动系统优选在结晶器中心呈中心对称分布或以浇铸口中心线为轴进行对称分布，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角优选为90°，超声振动系统与结晶器中心的距离优选为150～300mm，更优选为200～250mm，4套超声振动系统与结晶器中心的距离相等。4套超声振动系统在结晶器中心呈中心对称分布的示意图如图2(a)所示，4套超声振动系统以以浇铸口中心线为轴进行对称分布的示意图如图2(b)所示，图2～3中，r₁表示超声振动系统与结晶器中心的距离。

在本发明中，当目标2219铝合金圆锭的直径大于等于1.2m小于等于1.4m时，施加4套、5套或7套超声振动系统。当施加4套超声振动系统时，施加方式和上述方案一致，在此不再赘述(即施加4套超声振动系统的情况适合直径为1～1.4m的2219铝合金铸锭)。

当施加5套超声振动系统时，5套超声振动系统在以结晶器中心为圆心的圆周上均匀分布，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角为72°，超声振动系统与结晶器中心的距离优选为150～300mm，更优选为200～250mm，5套超声振动系统与结晶器中心的距离相等；此外，在施加超声振动系统时，其中一个超声振动系统优选设置在浇铸口中心线上，具体设置在浇铸口中心线靠近结晶器的入口处或远离结晶器入口处均可，具体的布置示意图如图3(a)和图3(b)所示，图3中，r₂表示超声振动系统与结晶器中心的距离。

当施加7套超声振动系统时，1套施加在结晶器中心，剩余6套在结晶器圆心呈中心对称布置或以浇铸口中心线为轴进行对称分布；当剩余6套以浇铸口中心线呈轴对称分布时，具体的布置方式为：在与浇铸口中心线垂直的方向上，在结晶器中心两侧各布置一套；剩余4套在以浇铸口中心线为轴对称分布，并且布置位点与结晶器中心的连线和浇铸口中心线的夹角均为45°，具体的布置示意图如图4(a)所示。当剩余6套在结晶器圆心呈中心对称分布时，具体分布方式为：在浇铸口中心线上、结晶器中心两侧各分布一个；剩余4个在以浇铸口中心线为轴进行对称分布，并且布置位点与结晶器中心的连线和浇铸口中心线的夹角均为45°，具体的布置示意图如图4(b)所示；图4中，r₃表示超声振动系统与结晶器中心的距离。

当施加7套超声振动系统时，除施加在结晶器中心的超声振动系统外，其余超声振动系统与结晶器中心的距离优选为150～300mm，更优选为200～250mm，6套超声振动系统与结晶器中心的距离相等。

在本发明中，上述方案所述的超声振动系统与结晶器中心的夹角、以及超声振动系统与结晶器中心的距离，均是指在同一平面上夹角或距离；所述结晶器中心为相应平面上结晶器截面的圆心。

本发明通过辐射杆将高能超声场直接作用到金属熔体中，利用超声波在熔体中产生的特殊物理化学效应，强化凝固过程传热与传质，抑制初生共晶相的形成，控制晶粒的成长与形态，解决大铸锭组织和成分不均匀性问题；本发明在热顶结晶器中加入多源超声振动系统，不同于单源超声振动，多源超声波置于熔体中协同作用，相互叠加、衰减等干涉作用会影响熔池内超声能场的分布，进而影响超声能场对液相区宏观温度场、流场、溶质场的调控；多源超声的耦合与匹配非常复杂，铸锭的质量与超声施加位置有很大关系，本发明通过控制以上几种布置方法，最大程度发挥超声的作用；本发明针对不同直径的铸锭生产，提出了多种多源超声布控方法，能够控制大直径2219铝合金铸锭组织的成分偏析；并且本发明提供的以上几种布置方法超声场容易控制，且布置简单，容易进行。

在本发明中，所述超声振动系统优选由超声换能器、变幅杆及辐射杆组成，其中换能器与超声波电源连接产生超声振动，变幅杆放大振幅，辐射杆则与作用对象直接接触发射超声波；所述辐射杆的长度优选为490mm。在本发明中，所述超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度优选为15～480mm，更优选为50～450mm，进一步优选为100～400mm，所述超声振动系统的频率优选为10～30kHz，更优选为18～28kHz，进一步优选为20～26kw，功率优选为0.8～2kw，更优选为1～1.5kw。

超声振动施加前，本发明还优选对所述超声振动系统的辐射杆预热；所述预热的温度优选不低于350℃，更优选为400～450℃；预热前，本发明还优选包括对辐射杆表面进行清理，本发明对所述表面清理没有特殊要求，能够将辐射杆表面的杂质清理干净即可；预热后，本发明还优选包括对所述超声振动系统进行空载调试，本发明通过空载调试确保超声振动系统的辐射杆端面振幅输出≥15微米。

在超声施振处理铝合金熔体的全程中，本发明通过超声电源系统的自动跟踪与调节功能保证超声波参数的稳定性，作业过程中不得干扰超声振动系统，避免超声波参数的扰动及熔体的波动。

本发明对所述结晶器内熔体的铸造温度、铸造速度、喷淋水压以及冷却水流量等均无特殊要求，根据具体情况进行设置即可。

铸造临近结束时，本发明将热顶结晶器内的超声振动系统移除，在本发明的具体实施例中，超声振动系统的具体移除时间可以根据铸锭的规格以及结晶器内熔体的剩余高度进行确定，能够保证铸锭顺利收尾成型即可。移除超声振动系统时，优选先关闭超声波电源，然后利用升降台将超声振动系统缓慢升起，移至安全区域，移动过程中需平稳，避免造成铝液的波动和氧化膜的卷入，移除的超声振动系统应继续通气冷却并及时将辐射杆表面清理干净。

下面结合实施例对本发明提供的方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

Φ1250mm 2219铝合金圆锭铸造，施加4套超声振动系统

1、铸造过程：

1)铸造前调试与准备

检测20吨铸造设备，确保①熔炉部分确保加热装置，电磁搅拌装置，倾炉动力装置正常；②流槽及在线除气除杂部分主要排查加热装置是否正常，旋转喷头是否正常可用，过滤板损耗是否严重，细化剂送丝机是否正常运行，确保流槽清理干净无铝渣等；③结晶器部分：热顶帽及石墨结晶器损耗是否严重需要更换，引锭装置是否正常，确保油气润滑系统、冷却水系统正常等。

2)合金配比与熔炼

熔炼过程需严格控制熔炼时间、化学成分，在保证合金完全熔化的前提下，尽量缩短工时，减少烧损。具体操作是首先将纯铝锭投入炉中，开启加热设备将炉温升至750℃保温一定时间确保铝锭完全熔化，然后分批逐步加入其他金属，待全部熔化后，配合扒渣与搅拌，经电磁与人工搅拌后取样测成分，后根据成分测试结果选择补料或冲淡，精炼完成后静置一段时间出炉，合金成分范围见表1。

表1 2219铝合金合金元素配比表(质量分数，％)

3)铝液在线除气与除杂

在熔炼炉与结晶器之间的导流系统中设置在线除气与过滤装置。除气采用旋转喷嘴惰性气体浮选法(简称SNIF熔体净化法)。过滤除渣采用泡沫陶瓷过滤方法。

4)铸造参数

铸造过程中主要铸造工艺参数为：铸造温度710℃，铸造速度17mm/min，喷淋水压45Pa，冷却水流量650L/min。

5)超声铸造

预热流槽、结晶器内壁及超声辐射杆，待温度稳定后打开炉口倾斜熔炉进行浇注，打开结晶器冷却水，待铝液流入结晶器内一定高度后，启动引锭装置，同时打开二冷水喷淋系统，此时引锭板下移带动铸锭下拉，半连续铸造开始。

在半连续铸造过程中对一根铸锭的后半段进行超声处理，最终对比铸锭两个区段的组织，具体超声辅助铸造实验步骤如下：

当铸锭铸造长度达到1200mm时，在结晶器中布控4套超声波振动系统，布置方式如图2(a)所示，超声辐射杆放置铝液中的位置与结晶器圆心的距离为300mm(约为结晶器1/2半径处)，浸入铝液深度为200mm，超声振动系统工作频率为20kHz，超声波电源加载功率为1000w。按照预先设定的位置将已预热过的辐射杆自上垂直、平稳地浸入铝液中，同时启动超声波电源激振超声波振动系统，通过辐射杆对结晶器中的铝合金熔体施加连续振动。铸造结束前关闭超声波电源停止施振，并移出超声振动系统，最终铸锭长度为2700mm，所得铸锭上半段(0～1200mm)为普通铸锭，下半段(1200～2700mm)为超声铸锭。图5为施加超声振动系统后的现场图。

2、质量分析：

(1)微观组织对比

图6为普通铸锭和超声铸锭的微观组织对比图；从图6中可以清晰地看出从边部到心部凝固组织形态的变化，在边部晶粒均比较细小，形貌为圆整的等轴晶，向心部逐渐变的粗大。在边部由于一冷区、二冷区的作用，冷却强度很大，两种条件下组织均比较细小，区别并不明显。但在1/2半径处经超声处理的凝固组织，其晶粒尺寸比普通铸锭的细小，晶粒形貌类似于花瓣状，但整体形貌比较圆整，而普通铸锭尺寸变大，枝晶更加发达。在心部两种铸锭组织均为枝晶发达的花瓣形粗大晶粒。

(2)Cu元素偏析结果

宏观偏析结果

采用直读光谱仪对长条状试板连续打点分析Cu元素分布，绘制Cu元素偏析率分布图，其中纵坐标代表Cu元素的偏析率，横坐标表示检测点距边部的距离。

根据该元素的偏析率，计算相对偏析率ΔC及偏析量指数S。具体计算方法如式(1-1)所示：

式中，C_i表示检测位置相应元素的浓度值；C₀为铸锭中该元素的平均浓度值。另外引入偏析量指数S，表示铸锭宏观偏析程度的大小，S的计算方法如式(1-2)所示：

S＝ΔC_max-ΔC_min (1-2)

式中，ΔC_max和ΔC_min分别为检测试片内所测的最大和最小相对偏析率。铸锭中某元素S越大说明铸锭中该元素的宏观偏析程度越大，溶质分布越不均匀；反之，说明宏观偏析程度越小，溶质分布均匀。

Cu元素偏析率分布图如图7所示，其中图7(a)为普通铸锭的元素偏析率，其中A1、C1表示横截面上互相垂直的两条检测板；图7(b)为超声铸锭的元素偏析率，其中E1、G1表示横截面上互相垂直的两条检测板；对图7(a)和图7(b)比可以发现：

①两种铸锭Cu元素分布共同的趋势是铸锭边部存在负偏析，心部则是明显正偏析。

②普通铸锭的Cu元素偏析率曲线波动较大，说明Cu元素的浓度在铸锭截面不同区域差异较大，分布不均匀，尤其是心部与边部区域，通过(1-1)式计算得到，普通铸锭在心部正偏析率达到0.13，整个铸锭偏析量指数为0.23。

③超声铸锭的Cu元素偏析率曲线相对变得平缓，在铸锭截面上Cu元素的分布更加均匀，铸锭边部与心部Cu元素浓度偏差减小，心部正偏析率最高为0.09，整体偏析量指数为0.15。

微观偏析结果

对铸锭晶内Cu元素含量进行EDS打点分析，采用“九点检测法”对单个晶粒内微观成分进行打点分析，每个试样随机选择10个晶粒，最终将Cu元素含量取平均值作为这一编号试样Cu的晶内浓度，检测结果见表2，从表中数据结果可知，施加超声后铸锭晶内Cu元素含量增大，相对固溶率平均提高17.7％。

表2 2219铝合金铸锭Cu元素的晶内浓度

以上结果表明，在Ф1250mm2219铝合金铸锭凝固过程中施加4支超声系统，可有效地改善2219铝合金圆锭的凝固组织，具体为细晶区域的范围扩大，偏析程度减弱，偏析指数由0.23降为0.15，晶内固溶率提高17.7％，组织与成分的均匀性得到很大的改善。

实施例2

Φ1380mm 2219铝合金，规格：Φ1380×3600mm，施加4套超声振动系统，本次铸造全过程施加超声波(即在铸锭长度为200mm时施加超声振动系统，铸造结束前将超声振动系统移除)，采用高纯铝配比，其余条件和实施例1一致，施加超声后的现场图如图8所示。

成分检测参考标准GB/T 3190，成分如表3所示：

表3Φ1380mm2219合金铸锭成分

对所得超声铸锭的典型位置进行低倍检测，所得结果如图9所示，沿径向将检测板等距离分成5个区域，每个区域取2幅低倍图，见图9中的B₁-1～B₁-5；根据图9可以看出，所得超声铸锭组织均匀，细小。

沿铸锭心部到边部对取样板进行光谱仪成分检测，结果为表4所示，最大偏析率为7％。

表4 Cu元素含量及最大偏析

心部到边部	1	2	3	4	5	6	7	8	9	最大偏析率
											Cu元素含量(％)	5.88	5.84	6.11	5.85	6.3	5.95	6.21	5.97	6.13	7％

以上结果表明，在Ф1380mm2219铝合金铸锭凝固过程中施加4套超声振动系统，2219铝合金圆锭的组织与成分的均匀性得到很大的改善。

实施例3

Φ1380mm 2219铝合金，规格：Φ1380×3600mm，施加5套超声振动系统，超声振动系统的布置方式如图3(a)所示；本次铸造全过程施加超声波(即在铸锭长度为200mm时施加超声振动系统，铸造结束前将超声振动系统移除)，采用高纯铝配比，其余条件和实施例1一致，施加超声后的现场图如图10所示。

成分检测参考标准GB/T 3190，成分如表5所示：

表5Φ1380mm2219合金铸锭成分

对所得超声铸锭的典型位置进行低倍检测，所得结果如图11所示，图11中的E1～E5表示径向等距离分布的5个区域(每个区域取2幅低倍图)；根据图11可以看出，所得超声铸锭组织均匀，细小。

沿铸锭心部到边部对取样板进行光谱仪成分检测，结果如表6所示，最大偏析率为7％。

表6 Cu元素含量及最大偏析

心部到边部	1	2	3	4	5	6	7	8	9	最大偏析率
											Cu元素含量(％)	6.29	5.84	6.05	6.24	6.21	6.16	6.08	6.09	6.04	7％

以上结果表明，在Ф1380mm2219铝合金铸锭凝固过程中施加5套超声振动系统，2219铝合金圆锭的组织与成分的均匀性得到很大的改善。

实施例4

Φ1380mm 2219铝合金，规格：Φ1380×3700mm，施加7套超声振动系统，超声振动系统的布置方式如图4(b)所示；本次铸造全过程施加超声波(即在铸锭长度为200mm时施加超声振动系统，铸造结束前将超声振动系统移除)，采用高纯铝配比，其余条件和实施例1一致，施加超声后的现场图如图12所示。

成分检测参考标准GB/T 3190，成分如表7所示：

表7Φ1380mm2219合金铸锭成分

对所得超声铸锭的典型位置进行低倍检测，所得结果如图13所示，图13中的B1～B5表示径向等距离分布的5个区域(每个区域取2幅低倍图)；根据图13可以看出，所得超声铸锭组织均匀，细小。

沿铸锭心部到边部对取样板进行光谱仪成分检测，结果如表8所示，最大偏析率为8％。

表8 Cu元素含量及最大偏析

心部到边部	1	2	3	4	5	6	7	8	9	最大偏析
											Cu元素含量(％)	5.97	6.35	5.83	6.05	6.23	6.06	6.18	6.18	6.05	8％

以上结果表明，在Ф1380mm2219铝合金铸锭凝固过程中施加7套超声振动系统，2219铝合金圆锭的组织与成分的均匀性得到很大的改善。

由以上实施例可以看出，本发明针对大直径规格的2219铝合金圆锭铸造进行不同的超声布控，使多个超声振动源在结晶器中的熔池内协同作用辅助铸锭凝固，可以大幅度降低合金成分的偏析，能够有效解决现有技术无法克服大铸锭成分偏析，成分散差大，不能满足构件性能要求的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种控制直径1米级2219铝合金圆锭成分偏析的多源超声布控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当施加4套超声振动系统时，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角为90°，超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当施加5套超声振动系统时，相邻超声振动系统与结晶器中心的夹角为72°，超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当施加7套超声振动系统时，除施加在结晶器中心的超声振动系统外，其余超声振动系统与结晶器中心的距离为150～300mm。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15～480mm。

6.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声振动系统的频率为15～30kHz。

7.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声振动系统的功率为0.8～2kw。

8.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声振动系统的施加方式为将辐射杆自上而下垂直导入熔体中。

9.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述超声振动系统施加前，还包括对所述超声振动系统的辐射杆进行预热；所述预热的温度不低于350℃。