[发明专利]一种超声辅助热顶半连铸制备大规格2XXX系铝合金圆锭的方法

说明书

本发明涉及金属熔炼技术领域，提供了一种超声辅助热顶半连铸制备大规格2XXX系铝合金圆锭的方法。本发明提供的方法包括配料、熔炼、成分调整、熔体净化和超声辅助铸造，在流导槽和结晶器内施加超声振动系统，将超声波的特殊物理效应作用于熔体的净化以及凝固过程中，辅助铝合金熔体的高质量成型；并且本发明更严格限定了原料的配比、纯度和加入形式，对熔炼过程的搅拌方式以及熔体的净化方式进行了改进，进一步保证了铝合金铸锭的纯度以及成分的均匀性，从源头上解决以往技术制造铸锭面临的产品夹杂多、含气量高、成分不均匀等问题。

技术领域

本发明涉及金属熔炼技术领域，特别涉及一种超声辅助热顶半连铸制备大规格2XXX系铝合金圆锭的方法。

背景技术

高性能铝合金是现代航空航天装备突破本体结构承载能力极限的首选材料，而铝合金构件的大型整体化是现代航空航天器设计制造的发展趋势，大型高品质铸锭的制造能力是后续锻压、轧制等工艺的保证，对航空航天大型构件性能与技术指标的实现具有至关重要的影响。2XXX系铝合金是一种高强度铝合金，应用非常广泛，但是生产难度较大。

目前，国内关于高性能航空铝合金的研制，尤其是大型高品质高强高韧铝合金铸锭的制造与国际先进水平相差较大，尚不能满足我国航空宇航装备的发展需求。其中的首要问题在于现有技术条件尚无法成功稳定化制造大型回转体构件用的、满足技术指标的、直径1m以上的铝合金铸锭，铸锭组织存在不均匀、晶粒粗大、氢含量过高、氧化夹杂多等产品缺陷，严重影响后续回转体构件的成形与加工以及最终产品质量。

热顶半连续铸造是当今世界轻合金加工业中应用较为广泛的大型铸锭的先进制造技术。由于其水冷强度大，铸造速度快，内部组织较均匀、致密，晶粒细小，减少了熔体金属的二次污染，提高了熔体的质量，产品力学性能较高，并且可以进行自动润滑，减少了铸造表面与结晶器壁的摩擦力，提高了铸锭的表面质量，因此该铸造工艺是现阶段生产铝合金铸锭最广泛应用的工艺。但是当铸锭规格尺度较大时，由于空间尺度效应、铸造环境、坯料组分结构、各种制造能场与成形界面的不均匀性与非连续性问题非常突出，熔体凝固区域的温度场与熔体流场分布不均，导致大型铸锭内部应力超限，气孔过多，疏松缩孔较严重，凝固组织、成分在空间分布严重不均匀，铸锭成形成性难度极大，而且对于高合金化的超大型铝合金铸锭制造尤其严重。

针对常规的半连续铸造铸锭成分偏析严重、组织粗大不均匀、心部结晶相富集偏聚等问题，目前铝合金生产企业主要采用施加细化剂细化晶粒组织。然而，随着铸锭规格尺寸的增大，细化剂使用量的增大会造成成本的大幅度提高，使用过程中过少的细化剂达不到最佳细化要求，而过多的细化剂则会造成“中毒”现象，即随着细化剂用量的提高，细化能力达到一定程度后，再增加细化剂并不能进一步提高细化能力，并且过多的细化剂极易形成偏聚，加剧铸锭组织的不均匀程度。

发明内容

本发明目的在于提供一种超声辅助热顶半连铸制备大规格2XXX系铝合金圆锭的方法。本发明提供的方法可以克服现有工艺方式下制造的大规格2XXX系铝合金圆锭组织粗大、组织与成分不均匀、氢含量高、夹杂等缺陷多等问题，实现高品质大规格2XXX系铝合金圆锭的制造。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种超声辅助热顶半连铸制备大规格2XXX系铝合金圆锭的方法，包括以下步骤：

(1)将2XXX系铝合金原料配料后依次进行熔炼、成分调整和熔体净化，净化后的熔体经过导流槽流入热顶结晶器；在所述导流槽中施加1～4套超声振动系统，所述超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为1～10mm；

(2)熔体在热顶结晶器中进行凝固和引锭，引锭开始后，在热顶结晶器中施加1～7套超声振动系统，所述超声振动系统的辐射杆浸入熔体的深度为15～480mm；

(3)当铸造长度剩余300～550mm时，将热顶结晶器内的超声振动系统移除，热顶结晶器继续进行引锭，得到大规格2XXX系铝合金圆锭；