[发明专利]一种铝合金铸锭及改善其成分均匀性的液芯磁流铸造方法

说明书

本发明涉及铝合金熔铸技术领域，公开了一种改善铝合金铸锭成分均匀性的液芯磁流铸造方法，分别在结晶器两侧放置一台磁流体发生器，完成熔炼的铝熔体进入结晶器内部后，开启磁流体发生器，通过前端控制器调节磁流体发生器六个独立电相位的低频电磁场的频率、电流和波形的相移，通过计算流体动力学三维模型和磁流体力学立体分析呈现铝熔体的流动状态；本发明还公开了一种利用改善铝合金铸锭成分均匀性的液芯磁流铸造方法制作的铝合金铸锭。本发明降低了铝合金铸造过程中主成分元素的偏析率，减小了铸锭组织的晶粒度，降低了铸锭的废品率，有效改善了铸锭组织均匀性和宏观偏析，并可显著减少产品在轧制、铣削等加工过程中出现的瑕疵。

技术领域

本发明涉及铝合金熔铸技术领域，具体涉及一种铝合金铸锭及改善其成分均匀性的液芯磁流铸造方法。

背景技术

目前，随着对合金制品的高性能要求越来越严格，铸锭加工材化学成分与组织均匀性控制也变得愈加重要。目前国内生产的7000系高合金铝合金铸锭仍然存在较多冶金质量问题，在铸锭组织检测中发现内部存在晶粒粗大、显微疏松、氧化夹杂、主成分元素偏析等问题，这些问题使后续加工的厚板和锻件容易出现探伤和断口氧化膜，在探伤和断口氧化膜检查中的综合废品率仍维持在10％的高水平，同时还造成厚大制品的不同厚度部位的关键性能波动较大，如疲劳性能、断裂韧性、高向延伸率、耐蚀性能。

高强合金中合金元素种类多且含量较高，多含有高熔点金属元素，在半连续铸造条件下，晶粒内部、晶界上很容易生成各种可溶或难溶的第二相化合物，大部分化合物可通过铸锭均匀化、制品热处理过程溶入基体或弥散细小分布析出，也有部分粗大的难溶复杂第二相，不均匀地分布在晶界上，如7050合金大量T(AlCuMgZn)相均匀化时转变的S(Al2CuMg)相，因不可避免的杂质Fe、Si元素引发的FeAl3、Mg2Si、Al7Cu2Fe相等，这些粗大难溶相在均匀化处理温度和固溶处理温度下即使长时间保温都难以彻底溶解。这些难溶相在变形加工时会破碎拉长，沿变形方向呈直线排列，由互不相连的条状组成，最终制品塑性变形时会在部分颗粒-基体边界上引发孔隙而产生微细裂纹，成为宏观裂纹发源地，起到敏感缺口作用，促使裂纹的过早发展，对材料的高向延伸率、断裂韧性和疲劳性能非常不利。

本发明拟参考国外生产线“高速启车，低速铸造”工艺新理念，考虑在现有熔铸工艺基础上进一步加大铸造速度降低幅度，控制铸造液穴深度，同时配合使用改善结晶器内熔体流动的新型分流工具及圆弧化小面结晶器，来控制和改善铸锭宏观成分偏析现象，同时减小铸锭显微疏松尺寸及分布数量。但随着铸造速度的降低，铸造液固交界面的温度场、应力场差异更大，铸造开裂倾向增加，而且随着铸锭规格和宽厚比的增加，成型控制难度将更大。

因此本发明为解决上述关键问题，发明一种改善铝合金铸锭成分均匀性的液芯磁流铸造方法。

发明内容

基于以上问题，本发明提供一种铝合金铸锭及改善其成分均匀性的液芯磁流铸造方法，本发明可降低铝合金铸造过程中主成分元素的偏析率，减小铸锭的组织晶粒度，生产出组织成分均匀、含氢量低和夹杂含量少的铸锭，降低铸锭废品率。

为解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种改善铝合金铸锭成分均匀性的液芯磁流铸造方法，包括以下步骤：

S1：分别在结晶器两侧放置一台磁流体发生器，磁流体发生器与结晶器之间的距离为20-50mm，完成熔炼的铝熔体进入结晶器内部后，开启磁流体发生器，使磁流体发生器产生的变低频电磁场作用于结晶器内的铝熔体，磁流体发生器产生的低频电磁场的频率是0.05Hz-6Hz；

S2：通过控制前端控制器输入的电流频率、电流强度、相位差等，调节磁流体发生器六个独立电相位的低频电磁场的频率、电流和波形的相移；

S3：通过计算流体动力学三维模型和磁流体力学立体分析呈现铝熔体的流动状态。