[发明专利]一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

直接水冷半连续铸造是铝合金圆锭和扁锭制备的主要工艺，在半连续铸造过程中，底部开裂是铸锭常见缺陷之一；后续热变形前，为保证产品质量，必须将开裂的铸锭底端切掉，从而严重降低了产品的成材率。而对于有些开裂倾向严重的铝合金铸锭，其底部开裂甚至会贯穿铸锭始终从而导致整根铸锭产品的报废。铸锭底部裂纹产生的原因主要是由于在开始铸造时铸造工具(如结晶器、底座等)温度太低，铝合金熔体在急冷条件下发生剧烈的液态收缩、凝固收缩和固态收缩，在铸锭底部产生很大的内应力，当应力值超过铸锭的强度承受极限时铸锭即发生底部开裂。合金的品种规格不同，铸锭底部开裂的倾向也不同。对于某些合金化程度高、低温塑性差的高强铝合金铸锭来说，铸造初期的底部裂纹往往会延续至整根铸锭从而导致整个铸造过程的失败。

为了抑制铸锭底部裂纹，世界各国铝业公司开发了许多先进的铸造工艺，如脉冲水铸造技术、加气铸造技术以及纯铝铺底技术等来抑制开裂并取得了一定的效果。在这些先进的铸造工艺中我国铝生产企业应用最广泛的是纯铝铺底工艺，该工艺的特点是在铸造合金铸锭之前首先铸造一定长度的工业纯铝铸锭，然后再浇铸合金铸锭，利用纯铝铸锭塑性好的特点稀释并包覆住易开裂的合金铸锭底部，从而实现抑制合金铸锭底部开裂的目的。

但是，采用纯铝铺底工艺不但需要增加工业纯铝熔化炉等额外设备，而且采用纯铝铺底铸造的操作也比较麻烦，铺底工艺的成败与人员和设备的配合密切相关。

针对现有工艺存在的不足，本发明提供一种切实可行的抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，通过铸造工艺的改进来实现提高铸锭成品率的目的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，通过铸造工艺的改进提高铸锭成品率。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，铸造过程包括铸造起始阶段、铸造稳定阶段和铸造收尾阶段，特点是：在铸造起始阶段，设定起始铸造速度和冷却水流量均为稳定阶段相应数值的1/2～2/3，当铸锭长度达到20～100mm后，保持冷却水流量不变，在1～10s的时间内将铸造速度逐渐减小至零，保持结晶器内金属液面高度不变或者升高幅度值小于30mm；保持铸造机停止下降1～60s，然后继续运行，铸造过程重新开始，铸造速度和冷却水流量逐渐增加至起始设定值，铸造过程持续进行，经历铸造稳定阶段和收尾阶段后结束；整个铸造过程铸造机中途停止1次。

进一步地，上述的一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，铸造起始阶段铸造机处于停止状态时，结晶器内金属液面高度不变或者液面升高幅度小于30mm。

更进一步地，上述的一种抑制铸锭底部裂纹的铸造方法，对于铸锭规格较大，底部开裂非常严重的铝合金铸锭，铸造起始阶段铸造机时铸时停的间歇下降过程可在铸造起始阶段循环2～4个周期或者持续进行，跨越铸造稳定和收尾阶段，直至整个铸造过程结束。在时铸时停阶段，铸造机停止的频率为每分钟1～10次，单次停止的持续时间为1～60s。

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：

采用本发明铸造方法，在铸造初期铸造机由下降过程过渡到停止阶段后，结晶器内高温合金熔体的总量将不再增加或小幅度增大，而此时结晶器二次冷却水持续对铸锭实施冷却，伴随着铸锭凝固的进行其内部不同区域的温度差异将逐渐减小，内应力也逐渐降低；当再次开始铸造后，铸锭内应力值将在前期已得到部分释放的基础上累积，铸锭总体的内应力与常规持续铸造相比会降低，从而避免铸锭底部的开裂倾向。对于开裂倾向非常严重的合金铸锭来说，则选择铸造停止阶段和铸造过程交替进行的方式，使铸造过程中累积的内应力能够不断在铸造停止阶段得到释放，从而有效降低铸锭整体内应力值，达到抑制开裂的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明方法的铸造速度示意图；

图2：适合于开裂倾向较大铸锭的铸造速度示意图。

具体实施方式

铝合金半连续铸造过程一般包括三个阶段：

1)铸造起始阶段：铝合金熔体经流槽缓慢流入由结晶器和引锭底座组成的铸造模内，在引锭底座和结晶器内壁的共同冷却作用下凝固形成一薄层金属壳，当金属壳的强度足够支撑液态金属时引锭底座下降，凝固的金属表层接触到结晶器内的冷却水，半连续铸造过程开始；