超大规格2A14铝合金铸坯及其制备方法与流程

本发明属于铝合金铸锭，具体涉及一种超大规格2a14铝合金铸坯及其制备方法。

背景技术：

1、2a14铝合金属于硬铝合金，具有良好的可切削性，电阻率、点焊和缝焊性能良好。超大规格2a14铝合金主要应用于大型运载火箭结构件，如推进剂贮箱、舱段环件等。

2、但是，超大规格(指φ1400mm及以上规格)铝合金圆铸坯成型难度极大，尤其是2a14这类si元素含量较高的铝合金牌号，开裂倾向远超2a70、2219等其他2系铝合金牌号，现有工艺难以满足其成型需要，目前尚未有制备成功的案例公开。

3、现有超大规格铸坯成型工艺通常采用传统热顶半连续铸造并配备刮水器这类降低开裂倾向的辅助铸造装置，但2a14合金因其si元素含量较高，表面与2219等铝合金牌号不同，存在大量高低不平的偏析瘤，导致刮水器等辅助装置失效，铸坯极易开裂，同时，传统铸造方式在超大规格铸坯制备过程中无法控制铸坯的组织分布，铸坯中心晶粒尺寸往往是边部晶粒尺寸的2-3倍，并且铸坯成分偏析严重，边部和中心的cu元素偏析率可达20％以上。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种超大规格2a14铝合金铸坯及其制备方法，具有无裂纹、晶粒细小均匀、元素偏析率低等优点。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：

3、根据本发明的一个方面，提供一种超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，包括：按照2a14铝合金的元素组成配置原料，熔炼为铝合金液；

4、对所述铝合金液进行精炼处理和化学细化处理；

5、将经过处理的铝合金液在磁场作用下进行半连续铸造成型，并采用刮水装置和气刀装置阻挡半连续铸造成型过程中多余的冷却水流到铸坯表面，制备得到φ1400mm以上的超大规格2a14铝合金铸坯。

6、优选的是，所述刮水装置悬挂在半连续铸盘中的结晶器的下方，包括上层胶皮、下层胶皮及外侧固定上下两层胶皮用的框架，其中，上层胶皮的悬挂高度为距离结晶器的水眼150-300mm，上层胶皮和下层胶皮的内径相同，均为φ1375～1385mm，上下两层胶皮间无间隙。

7、优选的是，所述气刀装置设于所述刮水装置的下方，包括若干个由环状管路连接起来的气嘴，环状管路上各个气嘴距离刮水装置中的下层胶皮150±50mm，气嘴内通有0.2-0.5mpa压缩空气。

8、优选的是，按重量比例计，所述2a14铝合金的元素组成为：

9、fe：0.05～0.35％、si：0.60～0.11％、cu：4.0～4.6％、mn：0.4～0.8％、mg：0.5～0.8％、ti：0.02％～0.10％、be：0.0001～0.0020％，其他元素单个≤0.05％，总和≤0.10％；

10、或者，所述2a14铝合金的元素组成为：

11、fe：0.17～0.19％、si：0.73～0.77％、cu：4.4～4.5％、mn：0.6～0.7％、mg：0.6～0.7％、ti：0.03％～0.06％、be：0.0006～0.0010％，其他元素单个≤0.05％，总和≤0.1％。

12、优选的是，所述磁场作用是由悬浮电磁装置提供的旋转磁场作用；

13、在进行半连续铸造成型的过程中，悬浮电磁装置中的电磁干预探头与铝合金液面之间距离为1cm～4cm。

14、优选的是，所述悬浮电磁装置的磁场频率为3hz～50hz，输出电流为5a～100a。

15、优选的是，在进行半连续铸造成型时，铝合金液进入热帽时的温度为690℃～710℃，铸造的速度为14mm/min～20mm/min，冷却水流量为30m3/h～50m3/h。

16、优选的是，所述精炼处理包括连续进行的第一次精炼处理、第二次精炼处理和第三次精炼处理，其中：

17、所述第一次精炼处理为喷粉精炼，所述喷粉精炼使用的精炼剂为六氯乙烷，所述精炼剂的使用量为所述原料总重量的0.06％～0.1％；

18、所述第二次精炼处理和所述第三次精炼处理均为混合气体精炼，所述混合气体精炼通入的气体为氩氯混合气体，所述氩氯混合气体中氯气的体积比为6％～9％。

19、优选的是，所述化学细化处理采用alti5b1细化剂，所述细化剂的添加量为所述原料的总重量的0.4％～0.8％。

20、优选的是，在所述化学细化处理之后、所述半连续铸造成型之前，本方法还包括：

21、对所述铝合金液依次进行在线精炼处理和过滤处理。

22、根据本发明的另一个方面，提供一种超大规格2a14铝合金铸坯，采用以上所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法制得。

23、有益效果：

24、本发明的超大规格2a14铝合金铸坯及其制备方法，本发明方法制备的铸坯在保证无裂纹成型的基础上，还具有晶粒尺寸细小(可达二级晶粒度以上)、大小均匀，成分均匀(cu元素偏析率小于8％)，超声探伤可达a级等优点，综合力学性能优异，可满足航天产品标准要求。

技术特征：

1.一种超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述刮水装置悬挂在半连续铸盘中的结晶器的下方，包括上层胶皮、下层胶皮及外侧固定上下两层胶皮用的框架，其中，上层胶皮的悬挂高度为距离结晶器的水眼150-300mm，上层胶皮和下层胶皮的内径相同，均为φ1375～1385mm，上下两层胶皮间无间隙。

3.根据权利要求1所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述气刀装置设于所述刮水装置的下方，包括若干个由环状管路连接起来的气嘴，环状管路上各个气嘴距离刮水装置中的下层胶皮150±50mm，气嘴内通有0.2-0.5mpa压缩空气。

4.根据权利要求1-3任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，按重量比例计，所述2a14铝合金的元素组成为：

5.根据权利要求1-3任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述磁场作用是由悬浮电磁装置提供的旋转磁场作用；

6.根据权利要求5所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述悬浮电磁装置的磁场频率为3hz～50hz，输出电流为5a～100a。

7.根据权利要求1-3任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，在进行半连续铸造成型时，铝合金液进入热帽时的温度为690℃～710℃，铸造的速度为14mm/min～20mm/min，冷却水流量为30m3/h～50m3/h。

8.根据权利要求1-3任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述精炼处理，包括连续进行的第一次精炼处理、第二次精炼处理和第三次精炼处理，

9.根据权利要求1-3任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，所述化学细化处理采用alti5b1细化剂，所述细化剂的添加量为所述原料的总重量的0.4％～0.8％。

10.根据权利要求9所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法，其特征在于，在所述化学细化处理之后、所述半连续铸造成型之前，还包括：

11.一种超大规格2a14铝合金铸坯，其特征在于，采用权利要求1-10任一项所述的超大规格2a14铝合金铸坯的制备方法制得。

技术总结
本发明公开一种超大规格2A14铝合金铸坯的制备方法，包括：按照2A14铝合金的元素组成配置原料，熔炼为铝合金液；对所述铝合金液进行精炼处理和化学细化处理；将经过处理的铝合金液在磁场作用下进行半连续铸造成型，并采用刮水装置和气刀装置阻挡半连续铸造成型过程中多余的冷却水流到铸坯表面，制备得到φ1400mm以上的超大规格2A14铝合金铸坯。本发明还公开一种超大规格2A14铝合金铸坯。本发明中的超大规格2A14铝合金铸坯具有无裂纹、晶粒细小均匀、元素偏析率低等优点。

技术研发人员：高东鹏,李敬学,于荣新,徐亚军,马小红,陈贤德,马超
受保护的技术使用者：新疆众和股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22