专利名称：高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，属于铝合金半连续铸造
技术领域。 高强铝合金为Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金，综合性能较优，具有较高的结构强度、断 裂韧性和抗应力腐蚀，是当前航空、航天领域广泛采用的一种轻型结构材料。然而，高强铝 合金的合金元素含量往往较高，对于其中的代表合金7050，其Zn、Mg、Cu等元素的含量更是 高达12%。在凝固过程中，晶界处的低熔点共晶相数目增多，从而铸锭抵抗裂纹的能力下 降。据报道，高强铝合金铸锭在铸造过程中的热裂以及铸造后期的冷裂现象非常严重，铸造 成功率较低，并且铸锭的开裂倾向随着铸锭规格尺寸的增加而增大。 为了提高高强铝合金铸锭的成材率，往往采用纯铝铺底的方式，即在铸造初期首
先铸造一段工业纯铝铸锭，然后再进行正常合金液铸造的方式来制备高强合金铸锭。采用
这种工艺降低了铸锭底部的冷却强度，减小了底部凝固内应力值，在一定程度上能够取得
铸锭底部开裂的目的。但是，采用纯铝铺底工艺给铸造操作带来一定的困难，如果铸造工艺
操作不当，熔体液流容易将铺底铝液溅起而混入熔体，增加铸锭头部的切削量。 此外，高强铝合金铸锭往往表面质量较差，元素的宏观偏析以及铸锭表面"偏析
瘤"的现象非常严重，在铸锭的后续变形前必须要将表面偏析层铣掉，铸锭制备的经济成本较高。 本发明针对高强铝合金铸锭易开裂以及表面质量较差的问题，提供一种高强铝合 金圆锭连续油气润滑铸造方法，应用此方法不仅可以成功铸造高强铝合金铸锭，而且可以 显著提高铸锭表面质量。 本发明的目的通过以下技术方案来实现 高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，具体包括以下步骤—— 1)合金化及熔炼将工业纯铝锭放置在感应炉内熔炼，待熔化后将熔体温度控
制在70(TC 73(TC范围内并加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将其温度升高至
710°C 750°C，向熔体中分别加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌后
将熔体转至电阻加热保温静置炉，进行升温静置； 2)熔体处理将熔体温度保持在720 75(TC，采用无钠精炼剂和打渣剂对熔体 进行精炼和打渣处理，扒掉熔体表面的氧化渣后静置10 20分钟；向保温静置炉内加 入Al-5Ti-B线杆对熔体进行细化处理，并静置20 50分钟，将熔体温度保温在69(TC 73(TC范围内并准备铸造； 3)半连续铸造半连续铸造采用油气润滑结晶器，油气润滑结晶器包括保温热 帽、结晶器本体、冷却水腔、空气腔、润滑油腔，在结晶器本体的内部设置冷却水腔，在结晶
背景技术：
发明内容器本体的上端开有空气腔和润滑油腔，保温热帽安装在结晶器本体的上方；铸造开始前首 先打开空气腔和润滑油腔，并保证气压范围为0. 1 0. 4MPa，油压范围为0. 2 0. 8MPa，空 气腔内的压縮空气和润滑油腔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜， 使铸造时液态金属与铸锭不与结晶器内壁直接接触；铸造开始时金属熔体缓慢流入结晶 器，当结晶器内金属液位高度达到40 60mm时引锭底座以10 30mm/min的速度开始下 降，冷却水腔内的冷却水压力保持在0. 08 0. lMPa ;铸锭长度达到100 200mm后铸造速 度逐渐升高至40 80mm/min，铸造进入稳定阶段；在稳定铸造时，保持油压和气压以及铸 造工艺参数的恒定。 进一步地，上述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，步骤3)空气腔内的压 縮空气和润滑油腔内的润滑油以1:2 1:4的比例混合。 更进一步地，上述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，步骤3)铸造进入稳 定阶段，对于小300mm铸锭，铸造速度的范围为40 100mm/min，冷却水压正常值的范围为 0. 1 0. 3MPa。 本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在
本发明在铸造过程中对高强铝合金铸锭施加连续油气润滑，在保证铸锭顺利成形 的同时显著提高了铸锭的表面质量。采用该方法不仅可成功铸造高强铝合金铸锭，而且铸 锭无裂纹，并且表面质量较优。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明
图1 :本发明采用的油气润滑结晶器的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表
附图含义附图含义附图含义
标记标记标记
1保温热帽2结晶器本体3冷却水腔
4空气腔5润滑油腔6油_气垫膜
具体实施例方式
高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造工艺过程为首先合金化及熔炼将工业纯铝 锭放置在感应炉内熔炼，待熔化后将熔体温度控制在700 73(TC范围内并加入工业纯 锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将其温度升高至710 750°C，向熔体中分别加入Al-50Cu、 Al-10Zr、 Al-10Mn、 Al-5Cr中间合金锭，搅拌后将熔体转至电阻加热保温静置炉，进行升 温静置；再熔体处理将熔体温度保持在720 75(TC，采用无钠精炼剂和打渣剂对熔体 进行精炼和打渣处理，扒掉熔体表面的氧化渣后静置10 20分钟；向保温静置炉内加 入Al-5Ti-B线杆对熔体进行细化处理，并静置20 50分钟，将熔体温度保温在69(TC 73(TC范围内并准备铸造；最后半连续铸造半连续铸造采用油气润滑结晶器，如图1所示，油气润滑结晶器包括保温热帽1、结晶器本体2、冷却水腔3、空气腔4、润滑油腔5，在结晶器 本体2的内部设置冷却水腔3，在结晶器本体2的上端开有空气腔4和润滑油腔5，保温热 帽1安装在结晶器本体2的上方；铸造开始前首先打开空气腔4和润滑油腔5，并保证气压 范围为0. 1 0. 4MPa，油压范围为0. 2 0. 8MPa，空气腔4内的压縮空气和润滑油腔5内 的润滑油以l : 2 1 : 4的比例混合；并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜6，使铸 造时液态金属与铸锭不与结晶器内壁直接接触；铸造开始时金属熔体缓慢流入结晶器，当 结晶器内金属液位高度达到40 60mm时引锭底座以10 30mm/min的速度开始下降，冷 却水腔内的冷却水压力保持在0. 08 0. lMPa ;铸造100mm后铸造速度和冷却水压均逐渐 升高，铸造进入稳定阶段；对于小300mm铸锭，铸造速度的范围为40 100mm/min，冷却水 压正常值的范围为0. 1 0. 3MPa ;在稳定铸造时，保持油压和气压以及铸造工艺参数的恒 定。 上述方法适合于高强铝合金圆锭半连续铸造，以小350mm 7050高强铝合金铸造 实例，对本发明实施方式做进一步描述 ①合金化及熔炼将工业纯铝锭放入感应炉内熔炼，待熔化后熔体温度控制在 700 73(TC范围内并加入工业纯锌、工业纯镁锭，为了提高金属镁的收得率，镁锭加入时 用钟罩压入铝熔体，待熔化后将钟罩取出。加热并搅拌熔体，待熔体温度再次升高至710 750°C时加入Al-50Cu、 Al-10Zr、 Al-10Mn、 Al-5Cr中间合金锭，搅拌熔体后静置。
②熔体处理保温静置炉内熔体温度升高至72(TC时采用无钠精炼剂和打渣剂对 合金熔体进行精炼和打渣处理，扒掉表面的氧化渣，静置10 15分钟。
③半连续铸造在半连续铸造开始前30分钟，向保温静置炉内加入Al-5Ti-B线 杆，同时打开油源和气源，向①350mm连续润滑结晶器内连续通入润滑油和压縮空气，其中 气压控制在0. 2MPa，润滑油压控制在0. 3MPa并始终保持恒定。当静置炉内熔体温度降至 690°C 70(TC时开始铸造，7050合金熔体缓慢流入结晶器并与油-气垫膜接触，铸造初始 时铸造速度控制在30mm/min，冷却水压控制在0. lMPa。铸造200mm长后铸造速度逐渐升高 至50mm/min，冷却水压逐渐升高至0. 17MPa并保持恒定，直至铸造过程完成。采用该方式制 备的7050高强铝合金圆铸锭，铸锭无裂纹，并且表面质量较优。 综上所述，本发明在铸造过程中对高强铝合金铸锭施加连续油气润滑，在保证铸 锭顺利成形的同时显著提高了铸锭的表面质量。 以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用 等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于包括以下步骤——1)合金化及熔炼将工业纯铝锭放置在感应炉内熔炼，待熔化后将熔体温度控制在700～730℃范围内并加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将其温度升高至710～750℃，向熔体中分别加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌后将熔体转至电阻加热保温静置炉，进行升温静置；2)熔体处理将熔体温度保持在720～750℃，采用无钠精炼剂和打渣剂对熔体进行精炼和打渣处理，扒掉熔体表面的氧化渣后静置10～20分钟；向保温静置炉内加入Al-5Ti-B线杆对熔体进行细化处理，并静置20～50分钟，将熔体温度保温在690℃～730℃范围内并准备铸造；3)半连续铸造半连续铸造采用油气润滑结晶器，油气润滑结晶器包括保温热帽、结晶器本体、冷却水腔、空气腔、润滑油腔，在结晶器本体的内部设置冷却水腔，在结晶器本体的上端开有空气腔和润滑油腔，保温热帽安装在结晶器本体的上方；铸造开始前首先打开空气腔和润滑油腔，空气腔内的压缩空气气压在0.1～0.4MPa，润滑油腔内的润滑油油压在0.2～0.8MPa，空气腔内的压缩空气和润滑油腔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；铸造开始时金属熔体缓慢流入结晶器，当结晶器内金属液位高度达到40～60mm时引锭底座以10～30mm/min的速度开始下降，冷却水腔内的冷却水压力保持在0.08～0.1MPa；铸锭长度达到100～200mm后铸造速度逐渐升高至40～80mm/min，铸造进入稳定阶段；在稳定铸造时，保持油压和气压以及铸造工艺参数恒定。
2. 根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于步骤 3)空气腔内的压縮空气和润滑油腔内的润滑油以1 : 2 1 : 4的比例混合。
3. 根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于步骤 3)铸造进入稳定阶段，对于小300mm铸锭，铸造速度在40 100mm/min，冷却水压在0. 1 0.3MPa。
全文摘要
本发明涉及高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，先将工业纯铝锭在感应炉内熔炼，熔化后熔体温度控制在700～730℃加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将温度升高至710～750℃，加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌熔体转至保温静置炉，进行精炼和打渣处理，在铸造开始前向炉内加入Al-5Ti-B线杆进行熔体细化处理；在半连续铸造过程中采用连续油气润滑结晶器，铸造过程中结晶器压缩空气压力为0.1-0.4MPa，润滑油压力为0.2-0.8MPa，压缩空气与润滑油混合并在结晶器内壁形成油-气垫膜；铸造初始阶段，铸造速度在10-30mm/min，冷却水压在0.08-0.1MPa，铸造一定长度后铸造速度和冷却水压均逐渐升高并保持恒定。采用该方法不仅可成功铸造高强铝合金铸锭，而且可显著提高铸锭表面质量。
文档编号C22C1/02GK101745610SQ20081024417
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月18日 优先权日2008年12月18日
发明者刘金炎, 吴文祥, 王家淳, 郭世杰 申请人:苏州有色金属研究院有限公司