[發明專利]一種抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析的方法及裝置

有效

• 申請號: 201510518842.0
• 申請日: 2015-08-21
• 公開（公告）號: CN105057622A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 樂永康;張新明;葉凌英
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種抑制DC鑄造(DC鑄造即DirectChillCasting，直接水冷半連續鑄造)鋁合金鑄錠宏觀偏析的方法及裝置，特別是指抑制DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠宏觀偏析的方法及裝置，屬于有色金屬材料加工領域。

背景技術

航空航天領域結構用鋁合金加工產品合金化程度高，DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠時，由于結晶器內鋁合金熔體存在顯著的熱對流，如圖2a所示，容易導致嚴重的宏觀偏析，主要合金元素相對宏觀偏析達到10～17％，導致鋁加工產品出現成分、組織和性能不均勻。隨著DC鑄造鋁合金鑄錠規格增大，宏觀偏析程度加劇，在DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠(如直徑Ф≥1000mm的DC鑄造超大規格鋁合金圓錠)時，由于嚴重的宏觀偏析，甚至出現鑄錠局部(如中心)合金元素含量高于合金名義成分最高極限，而同時出現鑄錠局部(如邊部)合金元素含量低于合金名義成分最低極限，難以實現滿足應用設計要求產品的加工。因此必須要求有效抑制DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠宏觀偏析，首先保證DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠包括鑄錠中心和鑄錠邊部的所有局部區域的合金元素含量符合合金名義成分極限范圍要求，并由此進一步提高其成分和組織的均勻性，保證后續加工工藝和熱處理工藝的有效實施，提高鋁加工產品最終的性能和性能的均勻性，并滿足設計使用要求。

現有的DC鑄造鋁合金鑄錠生產過程，一般不采用結晶器電磁攪拌器或其他外場干預結晶器內鋁合金熔體對流引起的溶質元素流場，近年來，開始有采用結晶器上方固定電磁攪拌器、結晶器水套下固定電磁攪拌器或采用機械泵循環泵送結晶器內鋁合金熔體，但往往出現以下問題：

(1)現有不采用結晶器電磁攪拌或其他外場干預結晶器內鋁合金熔體對流引起的合金元素流場時，DC鑄造鋁合金鑄錠容易出現宏觀偏析，隨著合金化程度提高和鑄錠規格增大，宏觀偏析尤為顯著，DC鑄造高合金化大規格鋁合金鑄錠可能出現嚴重的宏觀偏析，相對宏觀偏析為10～17％。由于嚴重的宏觀偏析，甚至出現鑄錠局部(如中心)合金元素含量高于合金名義成分最高極限，而同時出現鑄錠局部(如邊部)合金元素含量低于合金名義成分最低極限，如圖3和圖4所示，導致最終的鋁加工產品組織和性能均勻性差，必須降低設計使用性能指標，甚至無法達到設計使用要求。

(2)現有采用結晶器上方固定電磁攪拌器和結晶器水套下固定電磁攪拌器，由于電磁攪拌器與結晶器位置是固定不變的，無法調整電磁攪拌產生的附加鋁合金熔體流場與結晶器內鋁合金熔體液穴凝固前沿的夾角，即無法調整結晶器內鋁合金熔體附加流場的方向，抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析效果有限。

(3)現有采用結晶器水套下固定電磁攪拌器，由于結晶器水套下固定電磁攪拌受空間的限制，電磁感應器的大小受到限制，電磁感應磁場強度及附加鋁合金熔體流場強度較小，效果受到影響，或者在達到同樣電磁感應磁場強度及附加鋁合金熔體流場強度的情況下，需要更大功率的直流電源，DC鑄造鋁合金鑄錠規格受到限制，難以有效抑制DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠的宏觀偏析。

現有采用結晶器上方固定電磁攪拌器和結晶器水套下固定電磁攪拌器的方法，其控制電磁感應磁場強度穩定性，并由此保證在整個DC鑄造過程工藝穩定性和鑄錠組織穩定性的難度較大，無法調整感應磁場方向，同時經濟性也較差。

(4)現有采用機械泵循環泵送結晶器內鋁合金熔體的方法，容易破壞結晶器內鋁合金熔體表面氧化膜，并把氧化膜卷入至熔體中，形成二次夾雜，還容易導致DC鑄造鋁合金鑄錠出現局部粗大晶粒，出現各種鑄造缺陷的風險大，無法保證有較高要求的DC鑄造高合金化超大規格鋁合金鑄錠質量。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種抑制DC鑄造超大規格鋁合金鑄錠宏觀偏析的方法。

為了達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明一種抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析的裝置，所述裝置包括結晶器、電磁攪拌器，所述電磁攪拌器設置在所述結晶器上方，所述電磁攪拌器相對于所述結晶器豎直方向的位置可調。

本發明一種抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析的裝置，所述電磁攪拌器設置在所述結晶器熱頂正上方。

本發明一種抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析的裝置，所述電磁攪拌器通過設于攪拌器殼體上的螺桿支撐在鑄造平臺上并處于結晶器熱頂正上方。

本發明一種抑制DC鑄造鋁合金鑄錠宏觀偏析的裝置，電磁攪拌器殼體外圍四個角部各設置有一個螺桿。