CN115921801B - 针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，该方法采用在熔体的芯部内置芯部冷却装置方式以及用少量变质剂甚至不用变质剂的方式可以充分变质整个铸锭共晶组织。具体地，芯部内置冷却方式为大尺寸4000系铝合金铸锭芯部提供快速散热通道，从而使得大尺寸4000系铝合金铸锭整体冷却速率大幅提升，在大冷却速率下，仅需极少量的变质剂甚至不用变质剂就可使得大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织得到充分变质。本发明可以实现对大尺寸4000系铝合金铸锭整体共晶组织充分变质细化，解决了传统半连铸大尺寸4000系铝合金铸锭强度和塑性偏低的难题。其中，大尺寸4000系铝合金铸锭是指径向截面尺寸在400mm以上的铸锭。

Description

针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸造技术领域，具体而言，涉及一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法。

背景技术

4000系铝合金具有轻质、高强度、高耐磨、高耐热性、优良的体积稳定性等优点，在汽车、船舶、航空等领域有着广泛的应用前景。该类铝合金金具有优良的铸造性能，4000系铝合金铸锭或坯料再经过锻造或挤压等工序，用以制造活塞及在高温工作的其他零件。4000系铝合金的共晶组织主要由初生硅和（α-Al+β-Si）共晶体组成，且存在Mg₂Si、Al₂Cu等其它金属间化合物相。未变质的4000系铝合金铸造共晶组织中常常出现大块的初晶硅和针片状的共晶硅，严重割裂基体材料，引起材料强度和韧性变差。在4000系铝合金铸造过程中必须对共晶硅进行变质细化处理。常用变质剂在细化共晶硅相时，冷却速率对变质效果影响显著，在不同的冷却速率区间，共晶硅产生变质效果添加量的阈值不同。在高冷却速率下，冷却速率越大，变质剂用量阈值越小甚至为零；在低冷却速率下，冷却速率越小，变质剂用量阈值有加大的趋势；但冷却速率低于某一定数值，变质剂将失去变质效能，共晶硅仍为未变质的粗大针片状共晶组织。

目前大尺寸4000系铝合金铸锭主要用于船用大功率内燃机活塞的锻造坯料，由于活塞是大功率内燃机中经受工作环境最恶劣的部件，其工作可靠性和使用耐久性很大程度上取决于活塞锻造坯料（通常将铸锭挤压成棒材）。对于工况要求不高的内燃机，传统大尺寸4000系铝合金铸锭制备的挤压棒材基本满足此类锻造活塞坯料性能要求，但随着船用内燃机的功率和热效率等指标不断提升，对船用内燃机活塞的强度、韧性和耐高温等性能提出了更高的指标要求。传统大尺寸4000系铝合金铸锭（由于存在大量未充分变质共晶组织）制备的挤压棒材很难满足船用活塞锻造坯料的性能要求。经分析传统大尺寸4000系铝合金铸锭存在芯部冷却速率过低的问题，如：Ф600mm规格4000系铝合金铸锭，铸锭表层由于激冷作用往往冷却速率大于10℃/s，铸锭表层共晶组织为完全变质的共晶组织（细小绒毛状共晶组织）；铸锭芯部由于距离冷却介质较远，冷却速率多小于0.1℃/s，铸锭芯部共晶组织为欠变质共晶组织或未变质共晶组织，该类铸锭坯料经过锻造或挤压+锻造加工后共晶组织很难细化，从而导致锻件存在强度低、塑性差和疲劳性能不高等缺点。

针对目前大尺寸4000系铝合金铸锭存在共晶组织粗大且均匀性差的问题，有的企业为了改善芯部共晶组织的变质效果，采用加大Sr和Na添加量可达600-800ppm，但共晶组织没有丝毫变质，反而铸锭疏松倾向性增大，进一步降低了活塞的力学性能；有的企业通过多道次挤压和多向锻造方式将粗大共晶硅击碎以改善活塞性能，但该方法存在工序复杂、周期长和费用昂贵等不足。近年来国内外一些科研院所及高校尝试开发冷却速率敏感性相对较低的高效铝硅合金变质剂，但至今未取得实质性进展。

发明内容

本发明提供了一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，以解决现有技术中的大尺寸4000系铝合金铸锭中共晶组织粗大且均匀性差的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，包括：在4000系铝合金的熔体内不加共晶组织变质剂或加入的共晶组织变质剂含量不高于100ppm；在容纳熔体的铸锭结晶器内设置可升降的芯部冷却装置，芯部冷却装置包括依次连通的输入管道、金属腔体和输出管道，芯部冷却装置还包括固定在金属腔体下部的导热外壳，导热外壳用于传递热量；在铸锭长度达到预设长度后，持续向输入管道内输入冷却剂；待铸锭芯部的冷却速率达到预设冷却速率范围后，保持冷却剂的流量不变。

进一步地，铸锭芯部的冷却速率由以下方法中的至少之一进行调节：调整导热外壳的底壁与铸锭结晶器内熔体液面之间的距离；更换冷却剂的种类；调节冷却剂的流量；更换不同尺寸或不同材质的导热外壳。

进一步地，将导热外壳的底壁与铸锭结晶器内熔体液面之间的距离设定在100-150mm之间。

进一步地，导热外壳和金属腔体过盈配合，导热外壳的外径与铸锭结晶器的内径的比值范围为1/2-3/4，铸锭的冷却速率在1-10℃/s之间。

进一步地，导热外壳的材料为石墨、陶瓷或不与铝反应的金属材质。

进一步地，针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法还包括：将热电偶的端部设置在芯部冷却装置正下方50-100mm位置，热电偶为直径0.1-0.5mm的K型热电偶；将热电偶与热分析仪连接，热分析仪将热电偶检测的瞬时温度处理成瞬时冷却速率，并绘制成可视的冷却速率-时间曲线。

进一步地，冷却剂为冷却水、油水混合物、液态金属或相变冷却高分子化合物。

进一步地，共晶组织变质剂为Sr，Sr在4000系铝合金熔体内的添加量为0-100ppm。

进一步地，共晶组织变质剂为Na，Na在4000系铝合金熔体内的添加量为0-80ppm；或，共晶组织变质剂为Na和Sr，Na和Sr在4000系铝合金熔体内的添加量均不高于40ppm。

进一步地，共晶组织变质剂为Ca，Ca在4000系铝合金熔体内的添加量为0-100ppm。

应用本发明的技术方案，提供了一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，包括：在4000系铝合金的熔体内不加共晶组织变质剂或加入的共晶组织变质剂含量不高于100ppm；在容纳熔体的铸锭结晶器内设置可升降的芯部冷却装置，芯部冷却装置包括依次连通的输入管道、金属腔体和输出管道，芯部冷却装置还包括固定在金属腔体下部的导热外壳，导热外壳用于传递热量；在铸锭长度达到预设长度后，持续向输入管道内输入冷却剂；待铸锭芯部的冷却速率达到预设冷却速率范围后，保持冷却剂的流量不变。该方法采用在熔体的芯部内置芯部冷却装置方式以及用少量变质剂甚至不用变质剂的方式可以充分变质整个铸锭共晶组织。具体地，芯部内置冷却方式为大尺寸4000系铝合金铸锭芯部提供快速散热通道，从而使得大尺寸4000系铝合金铸锭整体冷却速率大幅提升，在大冷却速率下，仅需极少量的变质剂甚至不用变质剂就可使得大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织得到充分变质。本发明可以实现对大尺寸4000系铝合金铸锭整体共晶组织充分变质细化，解决了传统半连铸大尺寸4000系铝合金铸锭强度和塑性偏低的难题。其中，大尺寸4000系铝合金铸锭是指径向截面尺寸在400mm以上的铸锭。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明提供的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法示意图；

图2示出了使用本发明的方法进行4000系铝合金铸造的铸造装置示意图；

图3示出了图2中的芯部冷却装置的示意图；

图4示出了采用常规连铸方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在边部的共晶组织；

图5示出了采用常规连铸方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在R/2处的共晶组织；

图6示出了采用常规连铸方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在芯部的共晶组织；

图7示出了采用本发明的方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在边部的共晶组织；

图8示出了采用本发明的方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在R/2处的共晶组织；

图9示出了采用本发明的方法获得的4032铝合金Ф600mm规格铸锭在芯部的共晶组织。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、铸锭结晶器；20、输入管道；30、金属腔体；40、输出管道；50、导热外壳；60、热电偶；70、热分析仪；80、支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图9所示，本发明的实施例提供了一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，包括：在4000系铝合金的熔体内不加共晶组织变质剂或加入的共晶组织变质剂含量不高于100ppm；在容纳熔体的铸锭结晶器10内设置可升降的芯部冷却装置，芯部冷却装置包括依次连通的输入管道20、金属腔体30和输出管道40，芯部冷却装置还包括固定在金属腔体30下部的导热外壳50，导热外壳50用于传递热量；在铸锭长度达到预设长度后，持续向输入管道20内输入冷却剂；待铸锭芯部的冷却速率达到预设冷却速率范围后，保持冷却剂的流量不变。

该方法采用在熔体的芯部内置芯部冷却装置方式以及用少量变质剂甚至不用变质剂的方式可以充分变质整个铸锭共晶组织。具体地，芯部内置冷却方式为大尺寸4000系铝合金铸锭芯部提供快速散热通道，从而使得大尺寸4000系铝合金铸锭整体冷却速率大幅提升，在大冷却速率下，仅需极少量的变质剂甚至不用变质剂就可使得大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织得到充分变质。本发明可以实现对大尺寸4000系铝合金铸锭整体共晶组织充分变质细化，解决了传统半连铸大尺寸4000系铝合金铸锭强度和塑性偏低的难题。

其中，大尺寸4000系铝合金铸锭是指径向截面尺寸在400mm以上的铸锭。在铸锭长度大于150mm后，持续向输入管道20内输入冷却剂。芯部冷却装置中的金属腔体30可升降，以调整冷却速率。具体地，金属腔体30与螺杆连接，螺杆与固定设置的支架80连接，在转动螺杆时螺杆升降，从而带动金属腔体30升降。

其中，铸锭芯部的冷却速率由以下方法中的至少之一进行调节：调整导热外壳50的底壁与铸锭结晶器10内熔体液面之间的距离；更换冷却剂的种类；调节冷却剂的流量；更换不同尺寸或不同材质的导热外壳50。上述方法可单独采用一种，或者结合采用，灵活性高，提高冷却效果，有利于实现对大尺寸4000系铝合金铸锭整体共晶组织充分变质细化。

可选地，本发明中的芯部冷却装置可配合其他不同尺寸规格的铸锭结晶器10一起使用，仅需在金属腔体30内部铺设一定面积的隔热层，即在金属腔体30的底部或四周某一特定区域喷涂绝热材料，以此达到精确控制铸锭心部冷却速率的目的，从而满足不同尺寸规格铸锭心部对不同冷却强度的要求。隔热层可采用隔热棉等，可控制熔体温度场走向，避免冷却速率过大，避免铝液凝固导致芯部冷却装置拔不出来。

可选地，为了提高冷却效果，针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法还包括：在铸锭结晶器10四周施加一定强度的电磁场，同时在芯部冷却装置上施加绕轴旋转运动，可进一步提高铸锭结晶器10与芯部冷却装置之间熔体的搅拌效率和冷却速率。

在该方法中，芯部冷却装置的高度是铸锭冷却速率影响最为关键工艺参数，通常装置底部距离熔体液面以下距离越大，相应装置对铸锭冷却效果越强。为了使得整个铸锭芯部获得较大的冷却速率，本装置底部插入液面以下较深，但不能过深，否则由于芯部冷却装置提供冷却速度过大，芯部冷却装置有被快速凝固的熔体抱死的危险。本方案中优选将芯部冷却装置的底壁与铸锭结晶器10内的底壁之间的距离设定在100-150mm之间。

在本方案中，导热外壳50套设在金属腔体30的下部并和金属腔体30过盈配合，为了使得整个铸锭芯部获得更高冷却速率，导热外壳50的外径与铸锭结晶器10的内径的比值范围为1/2-3/4，铸锭的冷却速率在1-10℃/s之间。

其中，导热外壳50的材料为不与铝液存在化学反应的高导热材料，该材料可以为石墨类高导热材料、高导热陶瓷类材料或不与铝反应的金属材质（含覆盖涂料的金属材质），包含但并不限于此类材料。

在本方案中，针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法还包括：将热电偶60的端部设置在芯部冷却装置正下方50-100mm位置，热电偶60为直径0.1-0.5mm的K型热电偶，这样可以提高铸锭芯部冷却速率的测量精度；将热电偶60与热分析仪70连接，热分析仪70将热电偶60检测的瞬时温度处理成瞬时冷却速率，并绘制成可视的冷却速率-时间曲线。其中，热分析仪70的冷却速率精度要求小于等于0.1℃/s。

为了使得整个铸锭芯部获得更高冷却速率，冷却剂可为冷却水、冷却油水混合物、液态金属和相变冷却高分子化合物，包含但并不限于以上所述冷却剂。

在该方法中，可将Sr作为大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质剂，在较高冷却速率下，如果Sr添加量过高会出现过变质共晶组织，同时在晶界处出现一定量的粗大块状Al4SrSi2相，此两种组织在一定程度上造成铸锭延伸率大幅降低。因此将Sr在4000系铝合金熔体内的添加量设定为0-100 ppm。

在该方法中，共晶组织变质剂为Na，Na在4000系铝合金熔体内的添加量为0-80ppm；或，共晶组织变质剂为Na和Sr，Na和Sr在4000系铝合金熔体内的添加量均不高于40ppm。

Na作为大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质剂，在较高冷却速率下，如果Na添加量过高会出现过变质组织，经验证本发明中Na添加量为0-80ppm，如采用Sr+Na混合添加，两者各自添加其含量为0-40 ppm。

在该方法中，共晶组织变质剂为Ca，Ca在4000系铝合金熔体内的添加量为0-100ppm。Ca作为大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质剂，在较高冷却速率下，如果Ca添加量过高会出现过变质组织，同时在晶界处出现一定量粗大块状含钙第二相，经实验验证本发明的Ca添加其含量为0-100ppm。Sr、Na和Ca作为三种主要变质元素，本发明变质元素包含但并不限于此类变质元素。

上述4000系铝合金包括但并不限于4032、4Y32、AHS1和AHS2等4000系铝合金。

本发明提供的方法铸造过程如下：首先将芯部冷却装置放置在铸锭结晶器10的芯部，通过支架80进行固定，芯部冷却装置中金属腔体30、导热外壳50位置可以通过定位螺杆和定位螺母进行上下调节。铸造前采用耐高温屏蔽导线将热电偶60与热分析仪70连接，热电偶60顶端放置于导热外壳50底部正下方位置，铸造时热电偶60随铸锭一同向下运动，热电偶60主要用于对铸锭芯部熔体凝固前后温度的测量。热分析仪70用于检测铸锭芯部的冷却速率，该冷却速率可以通过改变芯部冷却装置高度、更换冷却剂种类和调整冷却剂流量等进行调节。当热分析仪70检测的冷却速率达到预设值，剪断热电偶60与热分析仪70的连接导线，结束测试开始进入正式铸造过程。如未达到预设值停止铸造，需将芯部冷却装置从结晶器中取出，清理后重新安装调试直至热分析仪70读取的冷却速率合格为止。

为了更清楚理解本发明提供的方法以及应用效果，下面以一个具体实施例进行说明。

按照4032铝合金标准成分进行配料，熔炼温度为740℃-770℃，待炉料完全熔化，成分均匀后取炉前样，取样温度730℃-760℃；炉前分析合格后，当熔体温度为740℃-750℃时用Ar气进行第一次精炼，精炼时间为15-20min，精炼后再次扒渣。扒渣后铝锶合金加入温度为730℃-750℃，完全熔化后把熔体搅拌均匀。当熔体温度为740℃-750℃时对熔体进行第二次Ar气精炼，精炼时间为15-20min，精炼后扒净熔体表面浮渣，扒渣后静置，静置时间约30min，进行二次成分取样，待成分达到要求开始准备铸造，铸造前合金熔体锶含量维持50ppm左右。

铸锭结晶器为尺寸Ф600mm普通同水平热顶结晶器，铸造速度为60mm/min，冷却水量维持在5m³/h，铸造温度为700℃-720℃。第一炉采用常规连铸工艺，第二炉采用本方案中的芯部冷却装置连铸工艺，该芯部冷却装置导热外壳为圆柱体结构，导热外壳为石墨材质，金属腔体为6061铝合金材质，导热外壳外径与结晶器内径比2/3，冷却剂为常温纯净水，流量为1.5 m³/h，芯部冷却装置底部插入铸造液下面120mm位置，打开冷却剂输入管道和冷却剂输出管道时铸锭长度应为180mm，此时热分析仪显示铸锭芯部冷却速率为3-5℃/s之间。

铸造完毕后对铸锭进行取样和共晶组织性能分析，取样位置为距离铸锭收尾浇口300mm处，图4至图9为两炉铸锭边部、R/2和芯部的金相共晶组织，对比发现第一炉工艺铸锭表面到芯部共晶组织差异较大，表面共晶组织为细小纤维共晶组织，变质等级大于4级（美国铸造协会铝硅合金变质等级-1984）；而R/2和芯部为粗大片状共晶组织，变质等级小于2级；第二炉工艺铸锭共晶组织由内到外均为细小的显微共晶组织，变质等级都大于4级。铸锭经T6热处理后，第一炉铸锭芯部试样平均力学性能约为屈服强度300Mpa、抗拉强度350Mpa和延伸率为1.5%，第二炉铸锭芯部试样平均力学性能约为屈服强度330Mpa、抗拉强度380Mpa和延伸率为6%。说明采用芯部冷却装置工艺不仅对大尺寸4032铝合金铸锭芯部共晶组织充分细化，而且对其力学性能也有大幅提高，尤其在延伸率提升方面更为显著。

为了比较两种工艺铸锭坯料的终端产品内燃机活塞性能，首先将两种Ф600规格铸锭挤压成直径为Φ200mm棒材，接着挤压棒材经过锻造成直径为Φ300mm内燃机活塞（两者挤压和锻造工艺一致），锻造活塞T6热处理后，发现采用常规连铸工艺铸锭+挤压+锻造制备的活塞力学性能为屈服强度300Mpa、抗拉强度360Mpa和延伸率为3%，而采取芯部冷却装置连铸工艺铸锭+挤压+锻造制备的活塞的力学性能为屈服强度325Mpa、抗拉强度395Mpa和延伸率为7%，采取后者工艺的活塞顺利通过了常规活塞很难通过的考核（各种工况高达10000小时以上的活塞野外装机运行）。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，所述大尺寸4000系铝合金铸锭为径向截面尺寸在400mm以上的铸锭，其特征在于，包括：

在4000系铝合金的熔体内不加共晶组织变质剂或加入的共晶组织变质剂含量不高于100ppm；

在容纳熔体的铸锭结晶器（10）内设置可升降的芯部冷却装置，所述芯部冷却装置包括依次连通的输入管道（20）、金属腔体（30）和输出管道（40），所述芯部冷却装置还包括固定在所述金属腔体（30）下部的导热外壳（50），所述导热外壳（50）用于传递热量；

在铸锭长度达到预设长度后，持续向所述输入管道（20）内输入冷却剂；

待铸锭芯部的冷却速率达到预设冷却速率范围后，保持所述冷却剂的流量不变；

将所述导热外壳（50）的底壁与所述铸锭结晶器（10）内熔体液面之间的距离设定在100-150mm之间；

所述导热外壳（50）和所述金属腔体（30）过盈配合，所述导热外壳（50）的外径与所述铸锭结晶器（10）的内径的比值范围为1/2-3/4，铸锭的冷却速率在1-10℃/s之间；

所述芯部冷却装置在所述金属腔体（30）的底部或四周某一特定区域喷涂隔热层，以精确控制铸锭心部冷却速率，满足不同尺寸规格铸锭心部对不同冷却强度的要求；

在所述铸锭结晶器（10）四周施加一定强度的电磁场，在所述芯部冷却装置上施加绕自身轴线的旋转运动；

将热电偶（60）的端部设置在所述芯部冷却装置正下方50-100mm位置，所述热电偶（60）为直径0.1-0.5mm的K型热电偶；将所述热电偶（60）与热分析仪（70）连接，所述热分析仪（70）将所述热电偶（60）检测的瞬时温度处理成瞬时冷却速率，并绘制成可视的冷却速率-时间曲线。

2.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，铸锭芯部的冷却速率由以下方法中的至少之一进行调节：

调整所述导热外壳（50）的底壁与所述铸锭结晶器（10）内熔体液面之间的距离；

更换所述冷却剂的种类；

调节所述冷却剂的流量；

更换不同尺寸或不同材质的所述导热外壳（50）。

3.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，所述导热外壳（50）的材料为石墨、陶瓷或不与铝反应的金属材质。

4.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，所述冷却剂为冷却水、油水混合物、液态金属或相变冷却高分子化合物。

5.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，所述共晶组织变质剂为Sr，Sr在4000系铝合金熔体内的添加量为0-100ppm。

6.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，

所述共晶组织变质剂为Na，Na在4000系铝合金熔体内的添加量为0-80ppm；或，

所述共晶组织变质剂为Na和Sr，Na和Sr在4000系铝合金熔体内的添加量均不高于40ppm。

7.根据权利要求1所述的针对大尺寸4000系铝合金铸锭共晶组织变质的方法，其特征在于，所述共晶组织变质剂为Ca，Ca在4000系铝合金熔体内的添加量为0-100ppm。