CN116117085A - 一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法，包括：提供了相应铝合金的内控成分，更有利于控制合金成分偏析，铸锭成分符合国标要求。将合金原料熔炼、精炼、晶粒细化、除气、过滤、铸造、均匀化热处理，得到高品质超大规格2系铝合金圆铸锭。本发明通过电磁搅拌辅助熔炼提高熔化效率，提高熔体合金化程度，通过双级除气+双级过滤提高熔体纯净化，通过超声辅助铸造提高铸锭细晶化、均匀化，通过提供一种多级均热工艺提高铸锭组织高均匀化，通过本发明生产的铸锭规格为Φ1420mm，晶粒细小均匀，成分均匀偏析率低，无其它缺陷，铸锭车皮量小，车皮后铸锭经超声探伤检测无明显内部缺陷，内部质量高，成品率高。

Description

一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金铸锭技术领域，尤其涉及一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法。
背景技术
2XXX系铝合金属于Al-Cu系可热处理强化铝合金。产品主要以锻件形式广泛用于航空、航天领域。随着航天航空工业朝着整体化、大型化方向发展，承力结构对铝合金锻坯的规格要求不断增大，对铸锭规格也随之增大，质量要求随之提高。但随着铸锭直径的增大，铸锭内部的熔体温度场与流场分布不均匀，最终制备的大规格铸锭存在组织与成分严重不均匀、共晶相粗大且偏聚等问题，甚至难于成形，铸锭质量无法满足技术要求。因此必须研究超大规格高品质2XXX系铝合金圆铸锭的制备方法以满足市场需要。
目前国内外未有直径超过1420mm的圆铸锭的生产报道，现有技术不满足直径Φ1420mm铸锭生产，且大规格铸锭基本上仍采用普通熔炼+热顶铸造，晶粒粗大、裂纹、偏析严重、疏松问题严重存在。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法，本发明提供的方法获得的铸锭尺寸大、质量好。
本发明提供了一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法，包括：
将合金原料配料熔炼、精炼、晶粒细化、除气、过滤、铸造、均匀化热处理，得到高品质超大规格2系铝合金圆铸锭。
优选的，所述合金原料包括：99.85％及以上等级铝锭，中间合金、纯金属。
优选的，所述熔炼的方法包括：
将除铜板、镁锭、铝钛合金、铝铍合金、铝钛硼丝以外的合金原料按照比例投入熔炼炉，炉料部分熔化时开启电磁搅拌进行熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，根据成分需求加入镁锭与铝铍中间合金并进行精炼，静置扒渣后取样进行成分分析，必要时进行成分调整，然后继续进行精炼，静置扒渣后将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，并在流槽内添加铝钛合金。
优选的，所述熔炼的温度为720～780℃。
优选的，所述精炼的温度为745～765℃，所述精炼为氩气精炼。
优选的，所述透气砖精炼的压力为600～900KPa，透气砖的流量为55～90L/min。
优选的，所述晶粒细化的细化剂选用铝钛硼丝，所述细化剂的添加量为4～10kg/t·Al。
优选的，所述除气的方式为真空除气，所述除气过程中的氩气流量为70～80In/min，氩气压力为4.0～7.0barg，转子转速为600～800rpm；除气的装置为2套。
优选的，所述过滤为双级过滤，所述过滤的过滤板目数为30～60ppi。
优选的，所述铸造过程中开启保温炉透气砖进行在线精炼，开启刮水并施加超声震动系统；铸造完成后，关闭冷却水，进行回火处理避免浇口裂纹。
优选的，所述均匀热处理的方法包括：
多级均热，并使用水雾冷和/或强风冷却。
现有技术无法满足直径Φ1420mm超大规格铝合金圆铸锭生产需求，无相同规格生产经验，且大规格铸锭铸造过程中容易产生裂纹，难以成形，铸造成品率低，内部质量差。本发明提供的方法克服了目前熔炼铸造技术的不足，从原材料选用、熔体净化、铸造、均质等方面进行设计，提供一种高品质、大规格、高效率的制备方法，从而能够稳定生产直径Φ1420mm高品质2XXX系铝合金圆铸锭。本发明为航空航天领域提供国内最大规格2XXX系铝合金圆铸锭，并解决了直径Φ1420mm超大规格2XXX系铝合金圆铸锭成形难以及在铸造过程因铸锭内外温差大、凝固不同步而产生的化学成分偏析、晶粒粗大、疏松等问题，实现高品质超大规格2XXX系圆铸锭产业化生产。
本发明提供了一种直径Φ1420mm高品质超大规格2XXX系铝合金圆铸锭的制备方法。通过电磁搅拌辅助熔炼提高熔化效率，提高熔体合金化程度，通过双级除气+双级过滤提高熔体纯净化，通过超声辅助铸造提高铸锭细晶化、均匀化，通过提供一种多级均热工艺提高铸锭组织高均匀化，并提出直径Φ1420mm铸锭的铸造成形工艺。通过本发明生产的铸锭规格为Φ1420mm，晶粒细小均匀，成分均匀偏析率低，无其它缺陷，铸锭车皮量小，车皮后铸锭经超声探伤检测无明显内部缺陷，内部质量高，成品率高。
附图说明
图1为实施例1制备的铸锭的低倍组织图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明提供了一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法，包括：
将合金原料配料熔炼、精炼、晶粒细化、除气、过滤、铸造、均匀化热处理，得到高品质超大规格2系铝合金圆铸锭。
在本发明中，高品质指的是内部组织均匀、晶粒细小，无外观质量缺陷。本发明的合金成分均在国标要求上进行了内控，并按照内控成分配比铝锭、中间合金、纯金属。
在本发明中，目标合金的成分优选为内控要求，根据合金的内控成分称取铝锭、中间合金、纯金属作为合金原料。在本发明中，优选对于杂质含量要求较高的目标合金使用重熔精铝锭，甚至使用高纯铝锭；对杂质含量要求较低的目标合金使用重熔铝锭；主要成分元素的原料选用中间合金及纯金属。在本发明中，高纯铝锭中铝含量优选≥99.999％，重熔精铝锭中的铝含量优选≥99.90％，重熔铝锭中的铝含量优选≥99.85％。
在本发明中，所述合金原料配料的成分优选选自2A70铝合金、2A14铝合金、2219铝合金。在本发明中，所述2A70铝合金的配料成分优选为：≤0.1wt％的Si；0.90～1.20wt％的Fe；1.90～2.20wt％的Cu；≤0.05wt％的Mn；1.6～1.8wt％的Mg；0.9～1.2wt％的Ni；≤0.05wt％的Zn；0.04～0.08wt％的Ti；单个杂质≤0.05wt％，合计杂质≤0.1wt％，余量为Al。
在本发明中，所述2A14铝合金的配料成分优选为：0.7～1.1wt％的Si；≤0.2wt％的Fe；4.0～4.7wt％的Cu；0.6～0.8wt％的Mn；0.5～0.7wt％的Mg；≤0.05wt％的Ni；≤0.05wt％的Zn；0.02～0.1wt％的Ti；单个杂质≤0.05wt％，合计杂质≤0.1wt％，余量为Al。
在本发明中，所述2219铝合金的配料成分优选为：≤0.08wt％的Si；≤0.1wt％的Fe；5.9～6.4wt％的Cu；0.25～0.35wt％的Mn；≤0.01wt％的Mg；≤0.05wt％的Zn；0.02～0.08wt％的Ti；0.06～0.1wt％的V；0.1～0.14wt％的Zr；单个杂质≤0.05wt％，合计杂质≤0.1wt％，余量为Al。
在本发明中，所述熔炼的方法优选包括：
将除铜板、镁锭、铝钛合金、铝铍合金、铝钛硼丝以外的合金原料按照比例投入熔炼炉，炉料部分熔化时开启电磁搅拌进行熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，根据成分需求加入镁锭与铝铍中间合金并进行精炼，静置扒渣后取样进行成分分析，必要时进行成分调整，然后继续进行精炼，静置扒渣后将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，并在流槽内添加铝钛合金。
在本发明中，所述熔炼的温度优选为720～780℃，更优选为730～770℃，更优选为740～760℃，最优选为750℃。
在本发明中，优选电磁搅拌开启次数≥2次，单次电磁搅拌的开启时间优选为30～60min，更优选为40～50min。
在本发明中，优选Mg锭在熔体温度达到720～750℃时使用加镁框烫化加入，对于镁含量大于1％的铝合金，优选添加0.0005％的铍。
在本发明中，所述熔炼炉精炼优选使用精炼剂精炼，精炼的温度优选为740～760℃，更优选为745～755℃，最优选为750℃；精炼次数≥2次，精炼时间优选为20～30min，更优选为25min；每次精炼后静置，单次静置的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。
在本发明中，所述保温炉精炼优选使用气体精炼，精炼后静置扒渣；所述精炼的次数优选≥2次；所述精炼优选氩气精炼，所述精炼的气体也可以选自氯气、N2-Cl2、N2中的一种或几种；所述精炼的温度优选为745～765℃，更优选为750～760℃，最优选为755℃；所述精炼的时间优选为20～30min，更优选为25min；每次精炼后静置，单次静置的时间优选为30～60min，更优选为40～50min，最优选为45min。
在本发明中，所述透气砖精炼的压力优选为600～900KPa，更优选为700～800KPa，最优选为750KPa；透气砖流量优选为55～90L/min，更优选为60～80L/min，最优选为70L/min。
在本发明中，所述晶粒细化的细化剂优选选用铝钛硼丝，如A级Al-5Ti-1B；优选为Al-5Ti-1B为双丝送入，所述细化剂的添加量优选为4～10kg/t·Al，更优选为5～8kg/t·Al，最优选为6～7kg/t·Al。
在本发明中，所述晶粒细化优选将精炼后已经成分合格的熔体经流槽流入除气箱，在此过程中在线使用喂丝机连续添加A级Al-5Ti-1B进行晶粒细化处理。
在本发明中，所述除气优选在除气箱内通过旋转喷头喷出的氩气除去熔体中的游离氢和其它有害物质。
在本发明中，所述除气优选为在线除气；所述在线除气的次数优选≥2次，所述除气的方式优选为真空除气，所述除气过程中的氩气流量优选为70～80In/min，更优选为75In/min；所述除气过程中的氩气压力优选为4.0～7.0barg，更优选为5.0～6.0barg，最优选为5.5barg；所述除气过程中的转子转速优选为600～800rpm，更优选为650～750rpm，最优选为700rpm；所述除气时铝液的温度优选为750～770℃，更优选为760℃。在本发明中，所述除气的装置优选为2套。
在本发明中，所述过滤优选将已经经过除气精炼的熔体经流槽注入过滤箱通过陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸较大的杂质。
在本发明中，所述过滤优选为在线过滤，所述在线过滤优选为双级过滤，所述过滤的过滤板目数优选为30～60ppi，更优选为40～50ppi。
在本发明中，所述铸造优选将经过除气除渣的高纯铝液经流槽引入Φ1420mm规格的结晶器进行半连续直冷铸造，在此之前优选使用纯铝液进行铺底。
在本发明中，所述铸造过程中的起铸保温炉的铝液温度优选为760～770℃，更优选为765℃；铺底铝液的温度优选为760～770℃，更优选为765℃。
在本发明中，所述铸造过程中优选开启保温炉透气砖进行在线精炼，铸造过程中开启刮水并施加超声震动系统；铸造完成后，关闭冷却水，进行回火处理避免浇口裂纹。在本发明中，所述铸造时也可以使用电磁与声波等多物理场进行耦合调控，达到均匀铸锭内部成分、组织的效果。
在本发明中，所述铸造过程中的透气砖压力优选为600～900KPa，更优选为700～800KPa，最优选为750KPa；透气砖流量优选为55～90L/min，更优选为60～80L/min，最优选为70L/min。
在本发明中，所述铸造过程中的刮水器高度优选为100～300mm，更优选为150～250mm，最优选为200mm；压力优选为0.04～0.06MPa，更优选为0.05MPs；优选刮水器开启时机为铸造长度200～500mm，更优选为300～400mm。
在本发明中，优选超声震动装置≥4套，位置优选沿结晶器径向对称分布；优选超声震动系统中超声波辐射杆浸入结晶器铝液的深度为10～500mm，更优选为20～400mm，更优选为50～300mm，更优选为100～200mm，最优选为150mm；超声波功率优选为1～3kw，更优选为1.5～2.5kw，最优选为2kw；频率优选为20～40kHz，更优选为25～35kHz，最优选为30kHz；超声震动系统优选于铸造长度300～500mm长度开启，更优选为350～450mm，最优选为400mm。
在本发明中，所述铸造过程中的铸造速度优选为10～20mm/min，更优选为13～17mm/min，最优选为15mm/min；水流量优选为30～60m3/h，更优选为40～50m3/h，最优选为45m3/h。
在本发明中，所述回火处理的方法优选包括：
铸造完成后，待铸锭边部冷却1/3～1/2时，立即停冷却水并开快车下降，当铸锭脱离结晶器10～15mm时停车，利用铸锭浇口部液穴金属的余热将铸锭加热到350℃以上，铸锭边部凝固厚度优选1/2。
在本发明中，所述均匀热处理优选将铸造后的铝锭送入均热炉进行均热，均质完成后进行快速冷却。
在本发明中，所述均匀热处理的均热制度优选为多级均热，快速冷却方式优选为水雾冷和强风冷却。
在本发明中，所述均匀热处理的方法优选包括：
金属热电偶测温，多级均热，均质后使用水雾冷和/或强风冷却。
在本发明中，所述均匀热处理优选为双级均匀热处理，优选包括：
在第一温度下保温第一时间后，在第二温度下保温第二时间，然后进行风冷或水雾冷。
在本发明中，所述第一温度优选为410～430℃，更优选为420℃；或所述第一时间优选为440～450℃，更优选为445℃；所述第一时间优选为5～7h，更优选为6h；或所述第一时间优选为7～9h，更优选为8h；所述第二温度优选为490～500℃，更优选为495℃；所述第二时间优选为40～50h，更优选为42h或48h。
在本发明中，所述均匀热处理优选为四级均匀热处理，优选包括：
在第三温度下保温第三时间后，在第四温度下保温第四时间，然后在第五温度下保温第五时间，最后在第六温度下保温第六时间，再进行风冷。
在本发明中，所述第三温度优选为430～450℃，更优选为440℃；所述第三时间优选为7～9h，更优选为8h；所述第四温度优选为470～490℃，更优选为480℃；所述第四时间优选为3～5h，更优选为4h；所述第五温度优选为520～540℃，更优选为530℃；所述第五时间优选为9～11h，更优选为10h；所述第六温度优选为530～540℃，更优选为535℃；所述第六时间优选为35～40h，更优选为38h。
本发明使用电磁搅拌辅助熔炼提高了熔体合金化程度，提高熔化效率，缩短了熔炼时间。使用双级除气+双级过滤提高熔体纯净化，使用超声辅助铸造提高铸锭细晶化、均匀化。使用多级均热工艺提高铸锭组织高均匀化。本发明提供了一种Φ1420mm高纯净化、高合金化、高细晶化、高均匀化铸锭，可完全满足航天航空锻造产品用铸锭的需求。
实施例1
步骤1：按照内控的2A70铝合金的化学成分要求称取99.85％重熔铝锭、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝镍中间合金、铜板、铝钛中间合金作为原料：
Figure BDA0004017098500000071
步骤2：将步骤1称取的重熔铝锭、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝镍中间合金投入熔炼炉，熔炼温度为780℃，炉料部分熔化时开启电磁搅拌40min加速熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，Mg锭在熔体温度达到720～750℃时使用加镁框烫化加入，并添加0.0005％的铍。然后开启电磁搅拌40min，电磁搅拌后进行精炼剂精炼，静置扒渣后取样进行分析，必要时进行成分调整。成分合格后继续使用精炼剂进行精炼。精炼温度为740～760℃，精炼时间30min，每次精炼静置30min后扒渣。最后一次静置扒渣将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。并在流槽加入添加铝钛合金。
步骤3：在保温炉使用氩气对熔体进行2次精炼，精炼温度745～765℃，精炼时间为25min，每次静置时间为40min。
步骤4：保温炉静置后，将已经成分合格的2A70熔体经流槽注入除气箱，在此过程中在线使用喂丝机连续添加A级Al-5Ti-1B进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B为双丝送入，在线添加量6kg/t·Al。在真空除气箱内通过旋转喷头喷出的氩气除去熔体中的游离氢和其它有害物质，氩气流量为70～80In/min，氩气压力为4.0～7.0barg，转子转速为600～800rpm，除气时铝液温度为750～770℃，除气2次。已经经过除气精炼的熔体随流槽注入过滤箱通过30+50ppi的陶瓷过滤板进行在线双级过滤除渣，清除尺寸较大的杂质。
步骤5：经过除气除渣的高纯铝液经流槽引入Φ1420mm规格的结晶器进行半连续直冷铸造，在此之前使用纯铝液进行铺底。铸造过程中开启保温炉透气砖进行在线精炼，铸造过程中开启刮水并施加超声震动系统。起铸保温炉铝液温度为760～770℃，铺底铝液温度为760～770℃。刮水器高度为200mm，压力0.05MPa，刮水器开启时机为铸造长度300mm。透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。铸造速度为10mm/min，水流量为30m3/h，超声震动装置4套，位置沿结晶器径向对称分布；所述超声波辅助铸造过程中超声波辐射杆浸入深度为200mm，超声波功率为2kw，频率为30kHz。超声震动系统于铸造长度500mm长度开启。铸造完成后，待铸锭边部冷却1/2时，立即停冷却水并开快车下降，当铸锭脱离结晶器15mm时停车，利用铸锭浇口部液穴金属的余热将铸锭加热到350℃以上。
步骤6：将步骤5制备的铝锭送入均热炉进行均热，均热制度为双级，420℃*6h+495*48h，均质完成后进行风冷快速冷却，得到直径Φ1420mm高品质超大规格2A70铝合金圆铸锭，按照GB/T 7999检测方法对铸锭成分进行检测，成分符合国标要求，具体成分如表1所示。
实施例2
步骤1：按照内控的2A14铝合金的化学成分要求称取99.85％重熔铝锭、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝镍中间合金、铜板、铝钛中间合金作为原料：
Figure BDA0004017098500000091
步骤2：将步骤1称取的重熔铝锭、铝锰中间合金投入熔炼炉，熔炼温度为760℃，炉料部分熔化时开启电磁搅拌30min加速熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，然后开启电磁搅拌30min，电磁搅拌后进行精炼剂精炼，静置扒渣后取样进行分析，必要时进行成分调整。成分合格后继续使用精炼剂进行精炼。精炼温度为740～760℃，精炼时间30min，每次精炼静置30min后扒渣。最后一次静置扒渣将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。并在流槽加入添加铝钛合金。
步骤3：在保温炉使用氩气对熔体进行2次精炼，精炼温度745～765℃，精炼时间为25min，每次静置时间为40min。
步骤4：保温炉静置后，将已经成分合格的2A14熔体经流槽注入除气箱，在此过程中在线使用喂丝机连续添加A级Al-5Ti-1B进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B为双丝送入，在线添加量5kg/t·Al。在真空除气箱内通过旋转喷头喷出的氩气除去熔体中的游离氢和其它有害物质，氩气流量为70～80In/min，氩气压力为4.0～7.0barg，转子转速为600～800rpm，除气时铝液温度为750～770℃，除气2次。已经经过除气精炼的熔体随流槽注入过滤箱通过40+60ppi的陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸较大的杂质。
步骤5：经过除气除渣的高纯铝液经流槽引入Φ1420mm规格的结晶器进行半连续直冷铸造，在此之前使用纯铝液进行铺底。铸造过程中开启保温炉透气砖进行在线精炼，铸造过程中开启刮水并施加超声震动系统。起铸保温炉铝液温度为760～770℃，铺底铝液温度为760～770℃。刮水器高度为200mm，压力0.05MPa，刮水器开启时机为铸造长度300mm。透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。铸造速度为12mm/min，水流量为40m3/h，超声震动装置5套，位置沿结晶器径向对称分布；所述超声波辅助铸造过程中超声波辐射杆浸入深度为150mm，超声波功率为2.5kw，频率为20kHz。超声震动系统于铸造长度500mm长度开启。铸造完成后，待铸锭边部冷却1/2时，立即停冷却水并开快车下降，当铸锭脱离结晶器15mm时停车，利用铸锭浇口部液穴金属的余热将铸锭加热到350℃以上。
步骤6：将步骤5制备的铝锭送入均热炉进行均热，均热制度为双级，445℃*8h+495*42h，均质完成后进行水雾冷快速冷却，得到直径Φ1420mm高品质超大规格2A14铝合金圆铸锭，按照GB/T 7999检测方法对铸锭成分进行检测，成分符合国标要求，具体成分如表1所示。
实施例3
步骤1：按照内控的2219铝合金的化学成分称取99.90％重熔精铝锭、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铜板、铝钛中间合金作为原料：
Figure BDA0004017098500000101
步骤2：将步骤1称取的重熔精铝锭、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金投入熔炼炉，熔炼温度为760℃，炉料部分熔化时开启电磁搅拌30min加速熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，然后开启电磁搅拌30min，电磁搅拌后进行精炼剂精炼，静置扒渣后取样进行分析，必要时进行成分调整。成分合格后继续使用精炼剂进行精炼。精炼温度为740～760℃，精炼时间30min，每次精炼静置30min后扒渣。最后一次静置扒渣将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。并在流槽加入添加铝钛合金。
步骤3：在保温炉使用氩气对熔体进行2次精炼，精炼温度745～765℃，精炼时间为25min，每次静置时间为40min。
步骤4：保温炉静置后，将已经成分合格的2219熔体经流槽注入除气箱，在此过程中在线使用喂丝机连续添加A级Al-5Ti-1B进行晶粒细化处理，Al-5Ti-1B为双丝送入，在线添加量5kg/t·Al。在真空除气箱内通过旋转喷头喷出的氩气除去熔体中的游离氢和其它有害物质，氩气流量为70～80In/min，氩气压力为4.0～7.0barg，转子转速为600～800rpm，除气时铝液温度为750～770℃，除气2次。已经经过除气精炼的熔体随流槽注入过滤箱通过40+60ppi的陶瓷过滤板进行在线过滤除渣，清除尺寸较大的杂质。
步骤5：经过除气除渣的高纯铝液经流槽引入Φ1420mm规格的结晶器进行半连续直冷铸造，在此之前使用纯铝液进行铺底。铸造过程中开启保温炉透气砖进行在线精炼，铸造过程中开启刮水并施加超声震动系统。起铸保温炉铝液温度为760～770℃，铺底铝液温度为760～770℃。刮水器高度为200mm，压力0.05MPa，刮水器开启时机为铸造长度300mm。透气砖压力为600～900KPa，透气砖流量为55～90L/min。铸造速度为15mm/min，水流量为45m3/h，超声震动装置为5套，四套沿结晶器径向对称分布，一套放置在结晶器芯部；所述超声波辅助铸造过程中超声波辐射杆浸入深度为300mm，超声波功率为3kw，频率为15kHz。超声震动系统于铸造长度500mm长度开启。铸造完成后，待铸锭边部冷却1/2时，立即停冷却水并开快车下降，当铸锭脱离结晶器15mm时停车，利用铸锭浇口部液穴金属的余热将铸锭加热到350℃以上。
步骤6：将步骤5制备的铝锭送入均热炉进行均热，均热制度为四级均质，440℃*8h+480℃*4h+530℃*10h+535℃*38h，均质完成后进行风冷快速冷却，得到直径Φ1420mm高品质超大规格2219铝合金圆铸锭，按照GB/T 7999检测方法对铸锭成分进行检测，成分符合国标要求，具体成分如表1所示。
表1本发明实施例制备的铸锭成分
Figure BDA0004017098500000121
性能检测
对本发明实施例制备的铸锭进行性能检测，检测结果如下表2：
Figure BDA0004017098500000122
可以看出，本发明实施例制备的Φ1420mm高品质超大规格2XXX铝合金圆铸锭组织细小均匀，晶粒度可达一级；其氢含量≤0.10mL/100g·Al，无其他缺陷和裂纹，成品率≥80％，完全满足航天航空锻造产品用铸锭的需求。
本发明通过合金成分的控制，有利于避免粗大化合物的产生，且避免铸造时裂纹产生。熔炼过程使用电磁搅拌设备进行辅助熔炼，加快熔炼速度，提升熔炼效率，降低熔炼成本。通过炉内除气除渣+在线双级除气+在线双级过滤可以进一步提高熔体纯净度。铸造过程中使用多套超声波设备进行辅助铸造，有利于铸锭内部成分均匀，晶粒细化，无粗大化合物和其他缺陷。均质工艺为多级均质，冷却方式为快速冷却。本发明提供了一种直径Φ1420mm规格铸锭的铸造工艺，即电磁搅拌辅助熔炼+在线双级除气+在线双级过滤+超声辅助铸造+多级均质工艺的高纯净化、高合金化、高细晶化、高均匀化大规格铸锭的生产工艺。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (10)

1.一种高品质超大规格2系铝合金圆铸锭的制备方法，包括：
将合金原料配料进行熔炼、精炼、晶粒细化、除气、过滤、铸造、均匀化热处理，得到高品质超大规格2系铝合金圆铸锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼的方法包括：
将除铜板、镁锭、铝钛合金、铝铍合金、铝钛硼丝以外的合金原料按照比例投入熔炼炉，炉料部分熔化时开启电磁搅拌进行熔化，Cu板待炉料部分熔化或全部熔化且能完全淹没时加入，根据成分需求加入镁锭与铝铍中间合金并进行精炼，静置扒渣后取样进行成分分析，必要时进行成分调整，然后继续进行精炼，静置扒渣后将熔体由熔化炉经流槽倒入保温炉，倒炉过程中开启透气砖精炼，并在流槽内添加铝钛合金，倒炉后在保温炉进行成分分析并精炼、静置、扒渣。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼的温度为720～780℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼的温度为745～765℃，所述精炼在保温炉中进行；所述精炼为气体精炼；所述精炼的次数≥2次。
5.根据权利要3所述的方法，其特征在于，所述透气砖精炼的压力为600～900KPa，透气砖的流量为55～90L/min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶粒细化的细化剂选用铝钛硼丝，所述细化剂的添加量为4～10kg/t·Al。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述除气的方式为真空除气，所述除气过程中的氩气流量为70～80In/min，氩气压力为4.0～7.0barg，转子转速为600～800rpm；除气的装置为2套；
所述过滤为双级过滤，所述过滤的过滤板目数为30～60ppi。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中开启保温炉透气砖进行在线精炼，开启刮水并施加超声震动系统；铸造完成后，关闭冷却水，进行回火处理避免浇口裂纹。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述超声震荡的功率为1～3kw，频率为20～40kHz；
所述铸造的速度为10～20mm/min，水流量为30～60m3/h。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均匀热处理的方法为多级均热，所述均匀热处理过程中的测温方式为金属热电偶测温，所述均匀热处理过程中的冷却方法为水雾冷和/或强风冷却。
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