[发明专利]铸造超高强铝合金扁锭的非等高挡水装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制超高强铝合金扁锭裂纹的非等高挡水装置，适用于硬铝合金半连续铸造。

背景技术

超高强铝合金是指强度在500MPa以上的铝合金，是航空航天工业中重要的结构材料。在世界各国民用飞机上，超高强铝合金的用量大约占据了飞机结构材料总重量的60％～80％。上个世纪60年代以前，飞机上主要应用7075合金作为受力的结构材料，该合金Zn、Mg、Cu等合金元素总含量接近10％。近年来，伴随着航空业的不断进步，对飞机用结构材料提出了更高的要求，为了减轻飞机重量，往往希望合金具有更优的综合性能。高合金化是提高铝合金强度的重要手段之一，主要是通过提高Zn、Mg、Cu等元素含量来提高材料的强度。近年来，为了满足材料的高强度要求，在7075合金基础上开发出了强度更高的7050、7150和7055合金，其中Zn、Mg、Cu等主合金元素总含量超过了12％，目前这些合金在飞机上得到了广泛应用。在现阶段，世界各国正致力于开发合金含量更高的超高强铝合金以满足航空业快速发展的需求，如最近开发的应用于制造商业飞机上翼蒙皮的超高强7056铝合金，Zn含量高达9.1％，总合金含量更是高达13～14％。

然而，高合金元素含量给超高强铝合金铸锭的半连续铸造成形带来了困难。合金化元素含量越高，结晶范围温度间隔越大，铸锭凝固收缩的内应力也相应越大。当内应力超过金属能够承受的强度极限时，铸锭即发生开裂。此外，超高强铝合金板材往往采用扁铸锭热轧方式生产，扁铸锭由于在铸造过程中宽面和窄面的冷却速度不一致，铸锭的内部温度场分布非常不均匀，这更加大了超高强铝合金铸锭内应力累积以及开裂倾向。据报道，以7075和7050为代表的硬铝合金扁锭在铸造过程中和铸造完成后开裂的倾向非常大，极易出现铸锭通心开裂，从而使整个铸锭成为废品的现象。

为了抑制超高强铝合金扁铸锭的开裂倾向，美国S.C.I(SpectruliteConsortium INC.)铝业公司在半连续铸造过程中采用挡水法抑制铸锭裂纹，取得了较好的效果。该方法是在结晶器盖板的下方悬挂一挡水装置，在铸造过程中，结晶器内的冷却水被挡水装置刮离铸锭表面而直接流入铸造井内，在铸造过程中冷却水只对结晶器与挡水装置之间的铸锭实施冷却，而挡水装置下方的铸锭依靠自然对流和外界进行热交换，铸锭与外界的热交换能力由于施加挡水装置而降低，铸锭的凝固内应力得到了释放，开裂倾向有所减少。

我国大型铝加工厂也从国外成套引进了硬铝合金铸锭挡水装置，但因挡水装置结构复杂、挡水装置设定位置缺乏技术依据，在实际生产中未达到良好的抑制裂纹效果。此外，国外设计的挡水装置采用等高挡水方式，铸锭宽面和窄面挡水位置均在同一水平面上。但在半连续铸造过程中，扁铸锭宽面和窄面受到的冷却强度不一致，施加等高挡水装置后，宽面和窄面冷却强度的不一致性依然存在，这显然不能达到更充分均匀铸锭温度场，减小扁锭内应力的目的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种铸造超高强铝合金扁锭的非等高挡水装置及其应用方法，旨在有效抑制超高强铝合金扁锭的裂纹。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铸造超高强铝合金扁锭的非等高挡水装置，特点是：呈分体式结构，包括两窄面挡水本体和两宽面挡水本体，两窄面挡水本体之间通过弹性材料连接，两宽面挡水本体之间也通过弹性材料连接，两窄面挡水本体和两宽面挡水本体均通过铰链悬挂于结晶器的下沿，两窄面挡水本体的安装高度高于两宽面挡水本体，即两窄面挡水本体距结晶器的距离小于两宽面挡水本体距结晶器的距离；另外，各挡水本体与铸锭表面相接触的部位设有聚合物材料。

进一步地，上述铸造超高强铝合金扁锭的非等高挡水装置，所述宽面挡水本体和窄面挡水本体均采用不易变形的金属材料制作，具体是铸铁、或不锈钢。

更进一步地，上述铸造超高强铝合金扁锭的非等高挡水装置，所述的聚合物材料采用高温橡胶、或塑料、或胶皮垫。