[发明专利]稳恒磁场作用下铝合金低过热度复合铸造的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，具体涉及铝合金复合铸造技术。

背景技术

铝合金在各个行业和领域的应用越来越广泛，对铝合金及其产品的品种、质量的要求也越来越高，双层或多层复合的铝合金复合材料，特别是板带材在众多领域得到了广泛的应用。但是，目前铝合金复合板带的生产主要是采用固-固复合轧制的方式制备的。由于这种制备方法是将两种或多种铝合金板坯在高温下，通过大压下率创造更多的新表面来实现复合，复合界面处往往存在氧化物和气孔等缺陷，结合强度不高。最终产品易出现气泡、裂纹等缺陷。为彻底解决上述问题，实现不同复合组元间的全面冶金结合，从而大幅度提高复合界面的结合强度，最佳的方法就是采用铸造复合。

目前，关于铸造复合的研究是金属材料成型领域的热点之一。主要的方法有电磁控制法、双结晶器法、充芯连铸法等多种方法，这些方法均存在或多或少的各种弊端。如电磁控制法，虽然可以在一定程度上，抑制金属的流动，但是由于熔融金属一般说来温度均较高，流动性较好，因而会在不同金属的接触界面附近形成混合区域。双结晶器法，顾名思义需要两套结晶器。双结晶器上下垂直布置，芯部金属与包覆金属分别浇注到上下两个结晶器中；先将芯部金属浇入上结晶器中，芯部金属在上结晶器中形成一定厚度的凝固坯壳，在下拉过程中，芯部铸坯进入到下结晶器时，浇注外层包覆金属液；借助金属液的热量使芯部坯表面部分熔化，通过元素的相互扩散形成一定厚度的中间结合层；这样，外层和芯部金属结合成一个整体。该方法工艺过程复杂，不易于工业应用，特别是由于芯部金属已经凝固成固态且凝固坯壳在空气中容易氧化，从而影响复合界面的结合状况。充芯连铸法，由于芯部熔体采用导流管进入结晶器，此前无冷却过程，极易造成熔体的混合，导致复合失败。

发明内容

针对目前铝合金复合铸造技术存在的问题，本发明提供一种稳恒磁场作用下铝合金低过热度铸造复合的方法及装置，达到制造稳定平直的冶金结合复合界面的目的。

本发明的装置由结晶器、电磁线圈、外层合金熔体分配器、冷却水套、换热板、小熔池和大熔池构成。小熔池设置在大熔池外部，在大熔池和小熔池之间的上部位置由内向外依次设置换热板和冷却水套，在小熔池的入口上方设置外层合金熔体分配器，在外层合金熔体分 配器下方、小熔池外部由内向外依次设置结晶器和电磁线圈。

本发明的外层合金熔体分配器设有熔体入口和熔体出口，由侧壁、盖板和底板围成的腔体内设置有分流挡块，分流挡块垂直于盖板和底板。

工作时，电磁线圈通直流电，在熔池内的熔体中形成稳恒磁场，利用稳恒磁场对熔体流动的抑制作用，抑制合金熔体的流动，阻碍不同合金熔体之间的混合，确保不同合金之间复合界面的平直。换热板材质为石墨，冷却水套和换热板沿结晶器大面布置于结晶器内侧，换热板下沿位于结晶器下沿之上；冷却水套和换热板用于隔离不同合金的熔体，并使高熔点合金在与低熔点合金熔体直接接触之前，形成稳定的具有一定强度的支持面和支持层。一般说来，多层复合材料，其外层合金较薄，复合铸锭的外层合金宽厚比很大，铸造过程中，熔体分配的均匀性很难得到保证。本发明采用特殊的外层合金熔体分配器，以替代传统的铝合金铸造分流方式。内部的分流挡块可以保证熔体在分配器内部均匀分布，外层合金熔体分配器实现在分配器内部分流，在分配器熔体出口端以线式方式为半连续铸造提供合金熔体。

采用上述装置的本发明方法的工艺步骤如下。

(1)合金熔炼：将待复合的两种合金分别熔炼，高熔点合金的熔炼温度为760℃～820℃，低熔点合金的熔炼温度为760℃～820℃。

(2)合金精炼：将待复合的两种合金分别精炼，高熔点合金的精炼温度为740℃～760℃，低熔点合金的精炼温度为740℃～760℃。

(3)精炼后对合金熔体进行除气、扒杂，然后将熔体分别静置30～60min。

(4)将电磁线圈通电，启动静磁场，磁场强度30～40mT。

(5)高熔点合金熔体浇铸，浇铸温度高于该合金熔点15℃～30℃。

(6)高熔点合金熔体液面达到在换热板下沿之上40～50mm时，开始低熔点合金熔体浇铸，浇铸温度高于该合金熔点80℃～100℃。

高熔点合金熔体和低熔点合金熔体分别浇铸在大熔池、小熔池中。

(7)启动铸造机，开始进行常规的半连续铸造。

铸造机采用半连续铸造常规设备。