[发明专利]一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模及工艺

说明书

本发明公开了一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模及工艺，包括模具，所述模具包括位于所述模具顶部的浇铸口，所述模具的外壁上从上至下分别环绕设置有冷却装置和加热装置，所述冷却装置紧邻所述浇铸口设置，所述加热装置靠近所述模具底部设置。本发明在模具上、下部区域分别建立了低温区、高温区，可通过调节冷却速度、冷却装置位置及加热装置加热功率调整温度场温度梯度、温度场高度，控制模具内不同区域合金熔体缓凝速度，让Al₃Sc相在缓凝过程析出、沉降、聚集至铸锭底部，实现了钪在铸锭底部区域的富集。

技术领域

本发明涉及铸造模具技术领域，特别是一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模及工艺。

背景技术

随着航空航天、轨道交通及3D打印技术的进步，对含钪铝合金型材、丝材、粉材的需求量逐年增加，铝钪中间合金需求量也同步增加。而钪含量10wt％及以上的铝钪中间合金是由铝-钪对掺法真空熔炼制备，而钙热法还原的金属钪需要经过后续数次蒸馏提纯才可用于铝-钪对掺法真空熔炼，生产制备流程长，涉及真空设备多，操作难度高，生产效率低下，产量低，工艺可控性差，成本高。

公开号为CN113584333A的专利公开了一种提高铝钪合金靶材均匀性的方法，包括如下步骤：(1)将合金熔体浇铸到模具内，冷却成型后，检查表面异常区域；(2)将步骤(1)的冷却后的合金材料剪切成块，得到正常合金块；异常区域的合金材料剪切成块后单独放置，得到异常合金块；(3)将步骤(2)中得到的合金块沿着坩埚内部进行放置；其中，正常合金块放置在坩埚内部的中间位置，异常合金块放置在坩埚内部的四周位置；(4)将坩埚进行加热熔炼，熔化均匀后浇铸到模具成型，得到所述铝钪合金靶材。该专利采用铝-钪对掺法进行真空熔炼制备铝钪合金。铝-钪对掺法真空熔炼制备高钪铝钪中间合金涉及真空设备、工序多，设备投资大，操作复杂，能耗高，针对上述问题，特提出一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模来解决问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模及工艺，简化铝钪中间合金的制备工序，降低能耗和成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种铝钪中间合金钪析沉富集用控温缓凝铸造模，包括模具，所述模具包括位于所述模具顶部的浇铸口，所述模具的外壁上从上至下分别环绕设置有冷却装置和加热装置，所述冷却装置紧邻所述浇铸口设置，所述加热装置设置在所述模具的中下部。

工作时，通过加热装置对模具中下部区域加热，保温底座对模具底部进行保温，在模具下部区域形成高温区，冷却装置对模具上部进行冷却，在模具中上部为形成低温区，由此沿着模具底部纵向往上部区域建立一个温度逐渐降低的阶梯温度场。铝热还原制备的铝钪合金熔体经浇铸漏斗水口注入至模具内，在温度场的作用下，模具中上部低温区合金优先凝固并逐步往底部凝固，模具底部高温区合金能够在一定时间内保持熔融状态。而合金中的Al₃Sc相为先析出相，在冷却过程中率先析出、聚集长大、沉降，先析出Al₃Sc相在凝固过程在重力作用下沉降富集至模具底部，其余的金属和杂质留在模具上部。

进一步地，所述冷却装置的上端距离所述浇铸口10-100mm。在模具上部区域建立低温区，快速对铸锭熔融合金进行降温。

进一步地，为了对模具的底部进行保温，减少热量散发，所述模具的底部外侧套设有保温底座，所述加热装置紧邻所述保温底座上端安装。

进一步地，为了便于脱模，所述模具包括筒体和底座，所述筒体的内腔是上部小下部大的喇叭形，所述底座与所述筒体下端槽接，所述筒体的上端开口为所述浇铸口。

进一步地，为了便于脱模，所述筒体的内壁与垂直方向的夹角为1-2°。

进一步地，为了防止冷却装置带走浇铸漏斗的热量，所述模具的上端从下至上依次设置有隔热环、浇铸漏斗，所述浇铸漏斗与所述浇铸口相互连通。