CN112974742A - 一种减少大规格2000系铝合金铸锭底部开裂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法。所述方法是通过采用分级停顿式起铸工艺替代传统的纯铝铺铝打底式的起铸方法，通过间歇停顿的方法，在铸锭内形成结晶凝固阻断层，阻断铸锭底部萌生的微裂纹向上扩展，同时结合适配的直冷半连续铸造工艺以及铸造收尾除水方法，避免铸锭的应力集中，从而大幅度降低铸锭底部微裂纹扩展的倾向，提升铸锭的成型率，降低生产工艺的制备成本。

Description

一种减少大规格2000系铝合金铸锭底部开裂的方法
技术领域
本发明属于硬质铝合金铸造技术领域，涉及一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法。
背景技术
2000系铝合金属于Al-Cu合金系，中强可热处理强化铝合金，具有高韧、耐损伤和耐蚀等诸多的优点，是航空工业领域最为常用的金属材料之一，目前主要用于飞机机身蒙皮、机翼蒙皮等对耐损伤性能要求较高部位的构件制备。近些年，随着低成本、大规格整体制造的发展要求，对于飞机构件用铝合金半成品规格的要求越来越大，对于2000系铝合金铸锭的尺寸要求也随之越来越大。目前，国内的直冷半连续扁铸锭横截面最大尺寸达到520mm（厚度）×1620mm（宽度），圆铸锭直径最大尺寸达到1000mm，但由于铸锭尺寸较大，这导致铸锭的成分偏析、显微疏松、铸锭开裂、成型率偏低等问题尤为严重。
大规格2000系铝合金铸锭开裂主要有三个方面的原因：
（1）开始铸造阶段，熔体接触金属引锭器和结晶器，快速冷却凝固，由于补缩不及时等原因导致铸锭底部萌生微裂纹，随着铸造的进行，扩展开裂；（2）稳定铸造过程阶段，由于冷却水量、浇铸速度等铸造工艺参数不适配，导致铸锭温度场改变，应力集中，诱引底部和内部微裂纹扩展开裂；（3）铸造结束阶段，铸锭离开刮水板导致冷却水流至铸锭上表面，过热的铸锭顶部遇室温冷却水，导致铸锭开裂。其中，原因（1）是导致直冷半连续铸锭开裂的最主要原因，原因（2）和（3）主要起到诱引作用。
目前，针对原因（1）主要依靠传统的“纯铝熔体铺底式浇铸法”，在浇铸开始阶段，先向引锭器上浇入熔融态的纯铝，达到固液混合态后再浇铸合金熔体，通过纯铝自身较高的韧性，使得铸锭底部凝固一层纯铝“外衣”，来遏制裂纹的扩展，但操作相对麻烦，且浪费纯铝，提高工艺成本。针对原因（2）主要通过调整合金铸锭铸造稳定阶段的工艺参数（冷却水量、铸造速度等），来实现降低凝固过程残留的内应力，降低裂纹扩展的倾向，但通常情况下，铸锭规格越大，工艺窗口也越窄，想要获得适配的工艺参数也越困难，尤其是针对直冷半连续扁铸锭横截面最大尺寸达到520mm（厚度）×1620mm（宽度），圆铸锭直径最大尺寸达到1000mm将更加困难。针对原因（3）主要依靠人工除水的方法，但是此过程操作复杂，人力成本高。
综上所述，大规格2000系铝合金直冷半连续铸锭由于合金系的自身特性和铸锭规格的放大，铸造开裂风险大，如何在铸造开始阶段、稳定铸造过程阶段和铸造收尾阶段减少铸锭的开裂，提高铸锭的成型率是本领域急需解决的问题。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法，所述方法是通过采用分级停顿式起铸工艺替代传统的纯铝铺铝打底式的起铸方法，通过间歇停顿的方法，在铸锭内形成结晶凝固阻断层，阻断铸锭底部萌生的微裂纹向上扩展，同时结合适配的直冷半连续铸造工艺以及铸造收尾除水方法，避免铸锭的应力集中，从而大幅度降低铸锭底部微裂纹扩展的倾向，提升铸锭的成型率，降低生产工艺成本。同时，采用本发明的方法制备得到的大规格2000系铝合金铸锭有效避免了现有技术制备的铸锭的成分偏析、显微疏松等问题。
本发明中，术语“大规格”如果没有特别的说明，均指520mm（厚度）×1620mm（宽度）的2000系铝合金扁铸锭和/或直径1000mm的2000系铝合金圆铸锭。
本发明中，成型率=1-开裂率。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金铸锭底部开裂的方法，所述方法包括铸造步骤，所述铸造步骤分为铸造开始阶段、稳定铸造过程阶段和铸造收尾阶段；
其中，在铸造开始阶段中，采用分级停顿式起铸工艺对铝液进行铸造；
在稳定铸造过程阶段中，采用半连续工艺对铝液进行铸造；
在铸造收尾阶段中，采用高压暖风除水烘干，制备得到铸锭。
根据本发明的实施方式，所述2000系铝合金为本领域常规的2000系铝合金，示例性地，所述2000系铝合金选自2024铝合金、2524铝合金、2219铝合金中的至少一种。
根据本发明的实施方式，在铸造步骤前，所述方法还包括配料步骤、熔炼步骤、精炼步骤、除气步骤和除渣步骤。
根据本发明的实施方式，所述配料步骤、熔炼步骤、精炼步骤、除气步骤和除渣步骤的具体工艺操作为本领域常规的制备2000系铝合金铸锭的工艺操作步骤。
示例性地，所述配料步骤是根据制备合金的目标成分，计算铝合金原料用量并按照配比准备铝合金原料，例如选用高品质铝锭、镁锭，以及Al-50%Cu、Al-4%Zr等中间合金，按照配比准备铝合金原料。
示例性地，所述熔炼步骤是将配制好的铝合金原料置于熔炼炉中，熔炼；例如将高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-4%Zr等中间合金置于熔炼炉中，在720℃条件下熔炼，待原料融化后，在690℃条件下将纯镁锭压入熔体内熔炼。
示例性地，所述精炼步骤是首先采用炉内透气砖进行精炼除气，扒渣静置后，再采用SNIF高效双转子进行在线除气精炼。
示例性地，所述除渣步骤是将除气后的铝液通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板过滤铝液中的杂质。
根据本发明的实施方式，所述铸造开始阶段具体包括：
对铝液进行第一级铸造，当铸造长度达到第一阈值时，采取第一级停顿；随后进行第二级铸造，当铸造长度达到第二阈值时，采取第二级停顿；随后进行第三级铸造，当铸造长度达到第三阈值时，采取第三级停顿。
铸造开始阶段中，所述第三级停顿后铸造开始阶段结束，进入稳定铸造过程阶段。
铸造开始阶段中，所述铝液为除渣后的铝液。
铸造开始阶段中，当铝液的温度为(695~700)℃±10℃时，进行第一级铸造。
铸造开始阶段中，所述第一级铸造的铸造速度为16~20mm/min，铸造的水流量（即为冷却水的流量，同下）为9~10m3/h；所述第一阈值为(50~70)mm±5mm；所述第一级停顿的时间为4~6s。示例性地，所述第一级铸造的铸造速度为16、17、18、19或20mm/min，铸造的水流量为9、9.1、9.2、9.3、9.5、9.6、9.8或10m3/h；所述第一阈值为50mm±5mm、55mm±5mm、60mm±5mm、65mm±5mm或70mm±5mm；所述第一级停顿的时间为4、5或6s。
铸造开始阶段中，所述第二级铸造的铸造速度为20~24mm/min，铸造的水流量为10~11m3/h；所述第二阈值为(80~100)mm±5mm；所述第二级停顿的时间为5~7s。示例性地，所述第二级铸造的铸造速度为20、21、22、23或24mm/min，铸造的水流量为10、10.2、10.4、10.5、10.6、10.8或11m3/h；所述第二阈值为80mm±5mm、85mm±5mm、90mm±5mm、95mm±5mm或100mm±5mm；所述第二级停顿的时间为5、6或7s。
铸造开始阶段中，所述第三级铸造的铸造速度为24~28mm/min，铸造的水流量为11~12m3/h；所述第三阈值为(150~170)mm±5mm；所述第三级停顿的时间为6~8s。示例性地，所述第三级铸造的铸造速度为24、25、26、27或28mm/min，铸造的水流量为11、11.2、11.4、11.5、11.6、11.8或12m3/h；所述第三阈值为150mm±5mm、155mm±5mm、160mm±5mm、165mm±5mm或170mm±5mm；所述第三级停顿的时间为6、7或8s。
根据本发明的实施方式，稳定铸造过程阶段中，所述半连续工艺为本领域已知的进行铸造的工艺步骤；示例性地，稳定铸造过程阶段中，所述铸造速度为28~32mm/min，例如为28、29、30、31或32mm/min；所述铸造的水流量为12~13m3/h，例如为12、12.2、12.4、12.5、12.6、12.8或13m3/h。
根据本发明的实施方式，稳定铸造过程阶段中，铝液浇铸完毕后进行铸造收尾阶段。
根据本发明的实施方式，铸造收尾阶段具体包括：
在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水。
根据本发明的实施方式，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：695±10℃开始铸造，初始铸造速度16~20mm/min，冷却水量9~10m3/h，当铸造长度达60±5mm时，采取第一级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度20~24mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达100±5mm时，采取第二级停顿5~7s；停顿到时后继续铸造，铸造速度24~28mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达150±5mm时，采取第三级停顿6~8s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度28~32mm/min，铸造水流量12~13m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格（例如，截面积规格为520mm（厚度）×1620mm（宽度））2000系铝合金（例如2024铝合金或2524铝合金）铸造扁铸锭。
根据本发明的实施方式，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：700±10℃开始铸造，初始铸造速度18~22mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达50±5mm时，采取第一级停顿3~5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度28~32mm/min，冷却水量14~15m3/h，当铸造长度达80±5mm时，采取第二级停顿4~6s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度24~28mm/min，冷却水量16~17m3/h，当铸造长度达150±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度38~43mm/min，铸造水流量18~20m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格（例如，截面积直径为1000mm）2000系铝合金（例如2024铝合金或2524铝合金）铸造圆铸锭。
根据本发明的实施方式，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：695±10℃开始铸造，初始铸造速度18~22mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达70±5mm时，采取第一级停顿3~5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度22~26mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达110±5mm时，采取第二级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度26~30mm/min，冷却水量12~13m3/h，当铸造长度达160±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度30~34mm/min，铸造水流量13~14m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格（例如，截面积规格为520mm（厚度）×1620mm（宽度））2000系铝合金（例如2219铝合金）铸造扁铸锭。
根据本发明的实施方式，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：700±10℃开始铸造，初始铸造速度20~24mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达60±5mm时，采取第一级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度30~34mm/min，冷却水量16~17m3/h，当铸造长度达90±5mm时，采取第二级停顿5~7s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度26~30mm/min，冷却水量19~20m3/h，当铸造长度达160±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度40~45mm/min，铸造水流量20~24m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格（例如，截面积直径为1000mm）2000系铝合金（例如2219铝合金）铸造圆铸锭。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法。所述方法是通过采用分级停顿式起铸工艺替代传统的纯铝铺铝打底式的起铸方法，通过间歇停顿的方法，在铸锭内形成结晶凝固阻断层，阻断铸锭底部萌生的微裂纹向上扩展，同时结合适配的直冷半连续铸造工艺以及铸造收尾除水方法，避免铸锭的应力集中，从而大幅度降低铸锭底部微裂纹扩展的倾向，提升铸锭的成型率，降低生产工艺的制备成本。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
下述实施例中提及的扁铸锭的尺寸为520mm（厚度）×1620mm（宽度）；
下述实施例中提及的圆铸锭的尺寸为直径1000mm。
实施例1：
2024铝合金扁铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭、镁锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为685℃时开始铸造，初始铸造速度16mm/min，冷却水量9m3/h，当铸造长度达55mm时，采取第一级停顿4s；停顿到时后继续铸造，铸造速度20mm/min，冷却水量10m3/h，当铸造长度达95mm时，采取第二级停顿5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度24mm/min，冷却水量11m3/h，当铸造长度达145mm时，采取第三级停顿6s。
稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度28mm/min，铸造水流量12m3/h。
铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用290℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水。
实施例2：
2524铝合金圆铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭、镁锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为710℃时开始铸造，初始铸造速度22mm/min，冷却水量11m3/h，当铸造长度达55mm时，采取第一级停顿5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度32mm/min，冷却水量15m3/h，当铸造长度达85mm时，采取第二级停顿6s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度28mm/min，冷却水量17m3/h，当铸造长度达155mm时，采取第三级停顿6s。
稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度43mm/min，铸造水流量20m3/h。
铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用310℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水。
实施例3：
2219铝合金扁铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为685℃时开始铸造，初始铸造速度18mm/min，冷却水量10m3/h，当铸造长度达65mm时，采取第一级停顿3s；停顿到时后继续铸造，铸造速度22mm/min，冷却水量11m3/h，当铸造长度达105mm时，采取第二级停顿6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度26mm/min，冷却水量12m3/h，当铸造长度达155mm时，采取第三级停顿4s。
稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度30mm/min，铸造水流量13m3/h。
铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用290℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水。
实施例4：
2219铝合金圆铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为710℃时开始铸造，初始铸造速度24mm/min，冷却水量12m3/h，当铸造长度达65mm时，采取第一级停顿6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度34mm/min，冷却水量17m3/h，当铸造长度达95mm时，采取第二级停顿7s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度30mm/min，冷却水量20m3/h，当铸造长度达165mm时，采取第三级停顿6s。
稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度45mm/min，铸造水流量24m3/h。
铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用310℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水。
对比例1：
2024铝合金扁铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭、镁锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为695℃时开始铸造，先浇入720℃的纯铝液至结晶器内，待温度降至660℃时，开始浇铸合金溶液，铸造速度30mm/min，铸造水流量12m3/h，完成全部浇铸过程，若出现铸锭开裂现象，立刻停止铸造。
对比例2：
2219铝合金圆铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为700℃时开始铸造，先浇入720℃的纯铝液至结晶器内，待温度降至660℃时，开始浇铸合金溶液，铸造速度43mm/min，铸造水流量22m3/h，完成全部浇铸过程，若出现铸锭开裂现象，立刻停止铸造。
对比例3：
2024铝合金扁铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭、镁锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为685℃时开始铸造，初始铸造速度16mm/min，冷却水量9m3/h，当铸造长度达55mm时，采取第一级停顿4s；停顿到时后继续铸造，铸造速度20mm/min，冷却水量10m3/h，当铸造长度达95mm时，采取第二级停顿5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度24mm/min，冷却水量11m3/h，当铸造长度达145mm时，采取第三级停顿6s。
稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度30mm/min，铸造水流量12m3/h，完成全部浇铸过程，若出现铸锭开裂现象，立刻停止铸造。
对比例4：
2219铝合金圆铸锭熔炼时按表1成分进行配料，熔炼过程采用2000系铝合金的常规熔炼工艺及参数，选用高品质铝锭，以及Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，660℃随炉升温熔化高品质铝锭、Al-50%Cu、Al-10%Mn、Al-4%V、Al-4%Zr、Al-5%Ti中间合金，全部熔化后，690℃向熔体内压入镁锭，在740℃时过热15min后，降温至710℃，在熔炼炉内通入惰性气体，采用静置炉底透气砖进行精炼除气，随后进行扒渣和静置处理，再通过SNIF高效双转子进行在线除气精炼，并通过30PPI+60PPI双级泡沫陶瓷板进行过滤后，准备浇铸。
铸造开始阶段：当铸造温度为700℃时开始铸造，先浇入720℃的纯铝液至结晶器内，待温度降至660℃时，开始浇铸合金溶液，铸造速度30mm/min，铸造水流量13m3/h。
铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用290℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水。
表1为上述实施例和对比例中使用的铝合金的成分列表，所述铝合金中各元素的含量为采用本领域已知的方法检测获得。
表1 实施例和对比例中使用的铝合金的成分
合金名称 Cu/wt.% Mg/wt.% Mn/wt.% V/wt.% Zr/wt.% Ti/wt.%
2024 3.8~4.9 1.2~1.8 0.3~1.0 - - -
2219 5.8~6.8 ≤0.02 0.2~0.4 0.05~0.15 0.10~0.25 0.02~0.10
2524 4.0~4.5 0.45~0.7 1.2~1.6 - - -
表1中，“-”表示的含义是不含有该元素。
表2为上述实施例和对比例中处理后的铝合金铸锭的性能测试结果，其中的开裂率是采用百根（块）铸锭统计方法测试得到的，去头尾净坯每吨平均成本的计算过程如下：（单根（块）铸锭所需的原材料费用+人工费用+熔铸过程燃气（用电）等费用）÷单根（块）铸锭去头尾净坯重量（吨）÷（1-开裂率）。具体测试结果详见表2。
表2 实施例和对比例中处理后的铝合金铸锭的性能测试结果
方案 开裂率（%） 去头尾净坯每吨平均成本（万元）
实施例1 3% 3.3
实施例2 2% 3.2
实施例3 2% 3.2
实施例4 1% 3.1
对比例1 9% 3.5
对比例2 7% 3.4
对比例3 5% 3.3
对比例4 4% 3.4
从表2中可以看出，采用本发明的制备方法，制备得到的扁铸锭和圆铸锭开裂率显著降低，去除头尾和外皮后的净坯每吨的平均成本明显降低。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，所述方法包括铸造步骤，所述铸造步骤分为铸造开始阶段、稳定铸造过程阶段和铸造收尾阶段；
其中，在铸造开始阶段中，采用分级停顿式起铸工艺对铝液进行铸造；
在稳定铸造过程阶段中，采用半连续工艺对铝液进行铸造；
在铸造收尾阶段中，采用高压暖风除水烘干，制备得到铸锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，铸造开始阶段包括：
对铝液进行第一级铸造，当铸造长度达到第一阈值时，采取第一级停顿；随后进行第二级铸造，当铸造长度达到第二阈值时，采取第二级停顿；随后进行第三级铸造，当铸造长度达到第三阈值时，采取第三级停顿。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一级铸造的铸造速度为16~20mm/min，铸造的水流量为9~10m3/h；所述第一阈值为(50~70)mm±5mm；所述第一级停顿的时间为4~6s；和/或，
所述第二级铸造的铸造速度为20~24mm/min，铸造的水流量为10~11m3/h；所述第二阈值为(80~100)mm±5mm；所述第二级停顿的时间为5~7s；和/或，
所述第三级铸造的铸造速度为24~28mm/min，铸造的水流量为11~12m3/h；所述第三阈值为(150~170)mm±5mm；所述第三级停顿的时间为6~8s。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，稳定铸造过程阶段中，采用半连续工艺对铝液进行铸造，所述铸造速度为28~32mm/min，所述铸造的水流量为12~13m3/h。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，铸造收尾阶段具体包括：
在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：695±10℃开始铸造，初始铸造速度16~20mm/min，冷却水量9~10m3/h，当铸造长度达60±5mm时，采取第一级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度20~24mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达100±5mm时，采取第二级停顿5~7s；停顿到时后继续铸造，铸造速度24~28mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达150±5mm时，采取第三级停顿6~8s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度28~32mm/min，铸造水流量12~13m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格2000系铝合金铸造扁铸锭。
7.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：700±10℃开始铸造，初始铸造速度18~22mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达50±5mm时，采取第一级停顿3~5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度28~32mm/min，冷却水量14~15m3/h，当铸造长度达80±5mm时，采取第二级停顿4~6s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度24~28mm/min，冷却水量16~17m3/h，当铸造长度达150±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度38~43mm/min，铸造水流量18~20m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格2000系铝合金铸造圆铸锭。
8.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：695±10℃开始铸造，初始铸造速度18~22mm/min，冷却水量10~11m3/h，当铸造长度达70±5mm时，采取第一级停顿3~5s；停顿到时后继续铸造，铸造速度22~26mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达110±5mm时，采取第二级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度26~30mm/min，冷却水量12~13m3/h，当铸造长度达160±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度30~34mm/min，铸造水流量13~14m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，10s内使用300±10℃高压空气枪，平行铸锭上表面吹除、烘干铸锭顶部冷却水；制备得到大规格2000系铝合金铸造扁铸锭。
9.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，所述铸造步骤包括：
（1）铸造开始阶段：700±10℃开始铸造，初始铸造速度20~24mm/min，冷却水量11~12m3/h，当铸造长度达60±5mm时，采取第一级停顿4~6s；停顿到时后继续铸造，铸造速度30~34mm/min，冷却水量16~17m3/h，当铸造长度达90±5mm时，采取第二级停顿5~7s；停顿到时后，继续铸造，铸造速度26~30mm/min，冷却水量19~20m3/h，当铸造长度达160±5mm时，采取第三级停顿4~6s；
（2）稳定铸造过程阶段：采用半连续工艺对铝液进行铸造，铸造速度40~45mm/min，铸造水流量20~24m3/h；
（3）铸造收尾阶段：熔体浇铸完毕，在铸锭顶部未离开结晶器时，铸造速度归零，等待上表面凝固后，冷却水停止，铸锭继续下行离开挡水板后停止下行，使用300±10℃高压空气枪去除烘干铸锭顶部冷却水；
制备得到大规格2000系铝合金铸造圆铸锭。
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