一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，屬于金屬材料加工領(lǐng)域。該裝置主要由結(jié)晶器、熱頂、電磁攪拌器、錐形螺旋芯棒、石墨環(huán)和引錠構(gòu)成；結(jié)晶器內(nèi)，上部設(shè)置熱頂，下部設(shè)置石墨環(huán)，熱頂中間設(shè)置錐形螺旋芯棒，結(jié)晶器外部設(shè)置電磁攪拌器。合金熔體進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部熱頂區(qū)域，對(duì)熔體進(jìn)行電磁攪拌和錐形螺旋芯棒旋轉(zhuǎn)攪拌耦合處理，熔體流出熱頂，進(jìn)入石墨環(huán)內(nèi)部，受到一冷卻強(qiáng)制冷卻，隨著引錠向下牽引，完成合金鑄錠的凝固成形。該裝置可以改善鑄錠組織、成分和性能的不均勻現(xiàn)象，也可改善鑄錠表面質(zhì)量，提高力學(xué)性能，減小鑄錠開裂現(xiàn)象，進(jìn)而減小制備過程中的能耗，降低產(chǎn)品的成本，提高成材率。
【專利說明】一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，屬于金屬材料加工領(lǐng)域，特別涉及金屬連鑄工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]半連續(xù)鑄造具有結(jié)晶速度高，力學(xué)性能好，金屬純凈度高，可減少切頭切尾的幾何百分比，提高勞動(dòng)效率等優(yōu)點(diǎn)，因此，在鋁合金中得到廣泛的應(yīng)用。然而研究也發(fā)現(xiàn)，該類制備方法是一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)凝固過程，各種缺陷如晶粒粗大、開裂和組織成分偏析等容易在凝固過程中形成。尤其是制備高合金化超高強(qiáng)鋁合金，更易產(chǎn)生枝晶偏析，并且在鑄坯中產(chǎn)生強(qiáng)的內(nèi)應(yīng)力和裂紋傾向，對(duì)后期鋁合金塑性變形也會(huì)造成不良影響，還會(huì)影響合金熱處理強(qiáng)化效果。在制備鋁合金大鑄錠(鑄錠直徑超過20英寸(508mm))時(shí)，產(chǎn)生組織、成分、性能的不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致較大的鑄造應(yīng)力，使鑄錠發(fā)生開裂，增加材料報(bào)廢率；增加了后續(xù)熱處理效率，對(duì)于變形合金，還能降低塑性變形性能、增加加工過程能耗，也會(huì)增加成本。隨著人類對(duì)材料性能、能源的消耗、產(chǎn)品的成本越來越關(guān)注，對(duì)連鑄坯的質(zhì)量也提出了更高的要求。因此，近年來，很多研究者采取了各種辦法，以便制備低成本、低能耗、高性能、高效率的鑄錠。
[0003]電磁攪拌技術(shù)對(duì)熔體進(jìn)行處理，可以使得不均勻特性減小，可以適當(dāng)改善普通半連續(xù)鑄造所導(dǎo)致的缺陷，并且電磁攪拌是無污染控制流體流動(dòng)、改善鑄錠組織的一種非常有效方法。因此，電磁攪拌技術(shù)在半連續(xù)鑄造的應(yīng)用得到了推廣。
[0004]為了提高電磁攪拌技術(shù)對(duì)熔體處理效果，國內(nèi)外已經(jīng)有一些相應(yīng)設(shè)備并制定了 一些新型的處理方法。專利CN100566888C介紹了一種圓坯連鑄結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)的制定方法，主要是先經(jīng)過模擬計(jì)算、觀察、判斷及修正后所得到的勵(lì)磁電流強(qiáng)度和頻率條件下，檢測鑄坯的皮下裂紋、芯部裂紋、縮孔、中心疏松、皮下氣泡及等軸率等質(zhì)量，最后確定電磁攪拌參數(shù)。該發(fā)明可以快速、準(zhǔn)確有效地判斷現(xiàn)有電磁攪拌參數(shù)的合理性及電磁攪拌強(qiáng)度的強(qiáng)弱，以確定不同條件下電磁攪拌所需的最佳電流強(qiáng)度和頻率，同時(shí)應(yīng)用優(yōu)化后的參數(shù)，可以明顯減少鑄坯表面和皮下夾雜物及氣泡，擴(kuò)大等軸晶率，改善芯部質(zhì)量，提高組織致密性和均勻性并減少漏鋼幾率。ABB公司公布了一種應(yīng)用于連鑄過程中電磁攪拌技術(shù)(EP0679115B2),該電磁攪拌方法特征在于，通過交流磁力攪拌熔體，改變?nèi)廴诮饘購澮好妫蛘咴诂F(xiàn)有磁力攪拌條件下，在結(jié)晶器內(nèi)部引進(jìn)一個(gè)與主運(yùn)動(dòng)方向相反的攪拌器。該發(fā)明公布的方法可以控制連續(xù)鑄造模具內(nèi)電磁攪拌密度。最終可以獲得很好組織性能的連鑄坯。
[0005]現(xiàn)有很多設(shè)備及方法都是改善電磁攪拌對(duì)熔體處理效果，而對(duì)合金熔體處理后鑄造過程影響并不大，比如無法改善冷卻過程中溫度場無法減小液穴，從而改善鑄錠組織性能。最關(guān)鍵的是目前電磁攪拌技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用都無法解決制備大規(guī)格錠坯的一些難點(diǎn)，比如組織性能均勻性問題和大鑄錠開裂問題。本課題組在專利CN101745629A中提出了一種環(huán)縫式電磁攪拌技術(shù)，可以克服電磁感應(yīng)趨膚效應(yīng)的不利影響，并且可以在制漿室內(nèi)設(shè)置可通入冷卻介質(zhì)的內(nèi)部冷卻控制器，內(nèi)部冷卻控制器的外壁與制漿室的內(nèi)側(cè)之間形成環(huán)形間隙，可以時(shí)半固態(tài)熔體在電磁攪拌力的作用下在此縫隙中進(jìn)行較為強(qiáng)烈的攪拌，同時(shí)內(nèi)部冷卻控制器通入冷卻介質(zhì)可使?jié){料的散熱更加均勻，溫度場的分布也更加均勻，得到漿料組織分布更為理想。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有熔體處理技術(shù)的有限處理效果和熔體處理與鑄造相分離等缺點(diǎn)，為了進(jìn)一步改善熔體處理效果，以及提升本發(fā)明人提出的環(huán)縫式電磁攪拌的應(yīng)用性，本實(shí)用新型基于環(huán)縫式電磁攪拌技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新優(yōu)化，從而提出一種新型熔體處理技術(shù)，其目的是設(shè)計(jì)一種強(qiáng)剪切的熔體處理裝置，同時(shí)又直接用到半連續(xù)鑄造過程中，從而改善熔體質(zhì)量、鑄坯質(zhì)量，提高鑄錠鑄造性能以及后續(xù)加工性能，實(shí)現(xiàn)高效率低成本制備大尺寸鋁合金鑄錠。
[0007]本實(shí)用新型的提出一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的新裝置，主要針對(duì)制備直徑大于20英寸的Al-Zn-Mg-Cu系列鋁合金鑄棒，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熔體高剪切效果、熔體處理與鑄造平臺(tái)連續(xù)對(duì)接，還可以大幅度提高鑄造過程中熔體徑向溫度梯度、改善。
[0008]傳統(tǒng)電磁攪拌帶動(dòng)熔體流動(dòng)是沿著周向運(yùn)動(dòng)，相鄰半徑上熔體相對(duì)運(yùn)動(dòng)較小，剪切力不大。并且由于電磁感應(yīng)存在集膚效應(yīng)，熔體中心流動(dòng)速度小，剪切力很小，所以傳統(tǒng)的電磁攪拌技術(shù)對(duì)熔體處理效果并不是很完美。在傳統(tǒng)電磁攪拌條件下，熔體在三維運(yùn)動(dòng)方式是螺旋向外向上，如果攪拌強(qiáng)度較大的情況下，熔體會(huì)出現(xiàn)漩渦狀，在半連續(xù)鑄造過程中，熔體從中間向下注入，導(dǎo)致部分熔體未經(jīng)攪拌處理便直接進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)凝固成形，失去了攪拌處理的作用。因此電磁攪拌鑄造的效果并不是很好，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)，即在電磁攪拌熔體區(qū)域添加了一個(gè)錐形螺旋芯棒，參見圖1，該芯棒在鑄造過程中旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向與電磁攪拌帶動(dòng)熔體運(yùn)動(dòng)方向相反，使熔體具有強(qiáng)剪切力，更能有效的處理熔體。
[0009]一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的新型裝置，該裝置主要由結(jié)晶器、熱頂、電磁攪拌器、錐形螺旋芯棒、石墨環(huán)和引錠構(gòu)成；所述的結(jié)晶器內(nèi)，上部設(shè)置熱頂，下部設(shè)置石墨環(huán)，所述的熱頂中間設(shè)置錐形螺旋芯棒，所述的結(jié)晶器外部設(shè)置電磁攪拌器。
[0010]所述的熱頂內(nèi)徑為160?550mm,石墨環(huán)內(nèi)徑為200?850_。
[0011]所述的錐形螺旋芯棒由圓棒和螺旋葉片組成，圓棒直徑為45?120mm，螺旋葉片螺距為10?30mm，螺旋葉片直徑由上至下逐漸增大，呈錐形，最大螺旋葉片直徑為150?700mm,螺旋數(shù)為5?10 ;所述的錐形螺旋芯棒由陶瓷材料制成。所述的錐形螺旋芯棒下沿到熱頂下沿縱向距離為-15?IOmm (即螺旋芯棒下沿低于熱頂下沿15mm到螺旋芯棒下沿高于熱頂下沿10mm)。
[0012]所述的引錠與結(jié)晶器配套使用，向下牽引凝固的鑄錠。
[0013]基于本實(shí)用新型的裝置，制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的方法，包括如下步驟:合金熔體進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)部熱頂區(qū)域，對(duì)熔體進(jìn)行電磁攪拌和錐形螺旋芯棒旋轉(zhuǎn)攪拌耦合處理，電磁攪拌帶動(dòng)熔體運(yùn)動(dòng)方向與芯棒旋轉(zhuǎn)方向相反，熔體流出熱頂，進(jìn)入石墨環(huán)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)一次冷卻，形成凝固殼，隨著引錠向下牽引，完成合金鑄錠的凝固成形。
[0014]所述的錐形螺旋芯棒旋轉(zhuǎn)速度為0.5?3rad/s,電磁攪拌的電流為80?200A,頻率為10?35Hz。
[0015]利用本實(shí)用新型制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的新裝置具體實(shí)現(xiàn)思路:熔體從坩堝中轉(zhuǎn)移到流槽，在到中間包或者分流盤，然后進(jìn)入結(jié)晶器，即進(jìn)入本實(shí)用新型裝置熔體處理區(qū)域。熔體至上向下流動(dòng)，由于熔體收到電磁攪拌力，使得熔體螺旋向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)熔體受到旋轉(zhuǎn)芯棒的帶動(dòng)作用，使得中心熔體隨著芯棒的旋轉(zhuǎn)螺旋向外向下，此時(shí)受到較大的電磁力作用，便產(chǎn)生螺旋向外向上運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)作用，熔體在該區(qū)域收到較強(qiáng)烈的剪切作用，且整個(gè)熔體都能被處理到。當(dāng)引錠向下移動(dòng)時(shí)，被處理的熔體從芯棒最底層葉片邊沿和熱頂之間流出，進(jìn)入石墨環(huán)即一冷區(qū)，實(shí)現(xiàn)凝固成形。
[0016]半連鑄鑄造制備鑄錠容易產(chǎn)生宏觀和微觀偏析，進(jìn)而導(dǎo)致力學(xué)性能的不均勻現(xiàn)象，特別是高合金化超高強(qiáng)鋁合金鑄錠。再則，在制備尺寸較大的鑄錠，由于冷卻強(qiáng)度的不均勻，成分組織性能的不均勻，容易導(dǎo)致鑄錠開裂，這些對(duì)鑄錠后續(xù)熱處理和變形帶來了很大的影響。本實(shí)用新型改善了熔體在凝固過程中，溫度場和成分場的不均勻現(xiàn)象，增強(qiáng)了熔體處理效果，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)制均勻凝固目的。
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0018]1.錐形螺旋芯棒的結(jié)構(gòu)(如圖1)。
[0019]錐形螺旋芯棒中心是圓柱棒，葉片邊沿離圓柱棒中心的距離是變化的，上面小下面大，且在熔體處理過程中芯棒需要旋轉(zhuǎn)，且旋轉(zhuǎn)方向是利于熔體向下運(yùn)動(dòng)的，如圖中，從俯視圖觀察，芯棒應(yīng)該逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。錐形螺旋芯棒設(shè)計(jì)理念是:改善熔體流動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切，且在實(shí)際應(yīng)用過程中，容易對(duì)芯棒進(jìn)行清理。
[0020]2.電磁機(jī)械耦合攪拌處理
[0021]本實(shí)用新型中是利用了電磁攪拌技術(shù)和機(jī)械攪拌耦合處理方法，錐形螺旋芯棒帶動(dòng)熔體向下向外流動(dòng)，電磁攪拌將熔體向外向上帶動(dòng)，熔體運(yùn)動(dòng)在處理區(qū)域是瞬態(tài)的，是隨著時(shí)間變化而發(fā)生變化的，熔體的運(yùn)動(dòng)方向和大小時(shí)刻發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪切力攪拌，利于熔體溫度成分均勻性的控制。
[0022]3.避開中心低攪拌力區(qū)域，擁有分散匯聚的熔體處理效果
[0023]錐形螺旋芯棒結(jié)構(gòu)的添加可以避開電磁攪拌力較小的中心區(qū)域，有效地處理整個(gè)熔體，實(shí)現(xiàn)環(huán)縫式熔體處理的作用。同時(shí)，由于芯棒葉片直徑下面大上面小，熔體經(jīng)下面大的螺旋葉片流進(jìn)石墨環(huán)一冷區(qū)，實(shí)現(xiàn)了熔體分散匯聚的效果，能夠進(jìn)一步充分發(fā)揮熔體處理技術(shù)對(duì)成分場溫度場均勻化處理的作用。
[0024]4.熔體處理技術(shù)應(yīng)用于半連續(xù)鑄造，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)地處理熔體功能
[0025]本實(shí)用新型所涉及的熔體處理裝置是位于結(jié)晶器上部，熔體經(jīng)流槽進(jìn)入中間包或分流盤，再進(jìn)入本實(shí)用新型熔體處理區(qū)域，然后進(jìn)入一冷區(qū)，形成凝固殼，隨著引錠的下移牽引，已經(jīng)形成凝固殼的鑄錠也隨之拉出，同時(shí)熔體繼續(xù)補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)鑄造。
[0026]5.改善鑄錠質(zhì)量
[0027]由于本實(shí)用新型裝置涉及到強(qiáng)制均勻熔體處理，可以實(shí)現(xiàn)均勻性凝固，對(duì)鑄錠組織、成分、性能的均勻性有很大的改善，可以減小裂紋趨向性，實(shí)現(xiàn)制備大尺寸高合金化鋁合金鑄錠。該裝置和鑄造方法可以改善熱頂下沿和石墨環(huán)形成三角帶區(qū)域的熔體性質(zhì)，可以改善鑄錠表面質(zhì)量，減小切屑量，提高材料利用率。
[0028]6.裝置簡單，清理簡單，工業(yè)化應(yīng)用可行[0029]本實(shí)用新型所涉及的裝置簡單方便可行。電磁攪拌器在市場上已經(jīng)有很多產(chǎn)品，即使自行設(shè)計(jì)電磁攪拌器也是一個(gè)簡單的過程。針對(duì)錐形螺旋芯棒，只需設(shè)計(jì)相應(yīng)模具，即可批量制備該芯棒。電磁攪拌器和芯棒的拆裝也可簡單實(shí)現(xiàn)，其中芯棒與鑄造平臺(tái)的對(duì)接結(jié)構(gòu)作者另做介紹。對(duì)熔體進(jìn)行機(jī)械處理，常見問題便是熔體的污染和工模具的清理問題，本實(shí)用新型的芯棒采用耐高溫熔體的陶瓷材料，對(duì)熔體幾乎不帶入污染，也很難沾鋁液。芯棒呈錐形螺旋結(jié)構(gòu)，在芯棒離開熔體前，可以適當(dāng)給一定旋轉(zhuǎn)速度，芯棒上的液體會(huì)自動(dòng)脫落，即使在停止運(yùn)行的時(shí)候，芯棒上刮有鋁液，后期簡單處理便可清理干凈。由于芯棒和電磁場耦合作用，對(duì)熔體處理效果非常好，對(duì)鑄錠質(zhì)量改善效果明顯，特別是大尺寸鑄錠的影響尤為明顯，應(yīng)用于生產(chǎn)上也是簡單可行的，只需設(shè)計(jì)相應(yīng)的芯棒對(duì)接結(jié)構(gòu)即可。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是螺旋芯棒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的新裝置。
[0032]主要附圖標(biāo)記說明:
[0033]I 結(jié)晶器2 熱頂
[0034]3 電磁攪拌器4 芯棒
[0035]5 石墨環(huán)6 鑄錠
[0036]7 引錠
【具體實(shí)施方式】
[0037]本實(shí)用新型所 針對(duì)的是大規(guī)格鋁合金DC圓鑄錠，制備該類型鑄錠有很大的難點(diǎn)。其一，鑄造過程中容易產(chǎn)生宏微觀偏析，導(dǎo)致成分組織性能的偏差，鑄錠熱裂趨向較大，高合金化合金鑄錠這些現(xiàn)象尤為明顯；其二，制備大尺寸鑄錠，凝固過程中徑向溫差較大，冷卻強(qiáng)度不均勻性更厲害，偏析程度更加明顯，熱裂趨向更大。因此要實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所涉及的制備大規(guī)格鋁合金DC圓鑄錠的新裝置是有難度的，并且要做到簡單可行效果好，還可以工業(yè)化，更是困難。
[0038]如圖2所示，本實(shí)用新型制備大規(guī)格鋁合金DC圓鑄錠的裝置，包括結(jié)晶器1、熱頂
2、電磁攪拌器3、錐形螺旋芯棒4、石墨環(huán)5和引錠7。結(jié)晶器I內(nèi)，上部設(shè)置熱頂2，下部設(shè)置石墨環(huán)5，熱頂2中間設(shè)置錐形螺旋芯棒4，結(jié)晶器I外部設(shè)置電磁攪拌器3，引錠7在鑄造過程中將用于向下牽引鑄錠6。引錠7與結(jié)晶器I配套使用，引錠7初始位置在石墨環(huán)5內(nèi)，在鑄造開始，熔體在石墨環(huán)5 (—冷區(qū)，即外部冷卻水通過結(jié)晶器1、石墨環(huán)5將熔體鋁的熱量帶走，在熔體與石墨環(huán)5接觸處形成凝固殼)，同時(shí)引錠7以一定速度向下牽引凝固的鑄錠6,動(dòng)態(tài)凝固成形將完成,直到熔體完成形成鑄錠6,即連鑄制備鑄錠。
[0039]錐形螺旋芯棒4的結(jié)構(gòu)如圖1，且由陶瓷材料制成，錐形螺旋芯棒4由圓棒和螺旋葉片組成，中心圓柱棒直徑大小45~120mm，螺旋葉片螺距10~30mm，最大螺旋葉片直徑150~700mm，螺旋數(shù)5~10，螺旋葉片直徑由上至下逐漸增大，呈錐形，芯棒下沿離熱頂2下沿縱向距離為_15~10mm。熱頂2內(nèi)徑為160~550mm,石墨環(huán)5內(nèi)徑為200~850mm。
[0040]采用本實(shí)用新型裝置制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的方法，包括如下步驟:鋁合金熔體進(jìn)入結(jié)晶器I內(nèi)部熱頂2區(qū)域，對(duì)熔體進(jìn)行電磁攪拌和錐形螺旋芯棒4旋轉(zhuǎn)攪拌耦合處理，電磁攪拌帶動(dòng)熔體運(yùn)動(dòng)方向與芯棒旋轉(zhuǎn)方向相反，熔體流出熱頂2，進(jìn)入石墨環(huán)5內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)一次冷卻，形成凝固殼，隨著引錠7向下牽引，完成凝固成形。
[0041]錐形螺旋芯棒4旋轉(zhuǎn)速度為0.5?3rad/s，電磁攪拌帶動(dòng)熔體運(yùn)動(dòng)方向與芯棒旋轉(zhuǎn)方向相反，且電磁攪拌參數(shù)為電流80?200A，頻率10?35Hz。
[0042]本實(shí)用新型可以根據(jù)以下實(shí)例實(shí)施，但不限于以下實(shí)例，這些實(shí)施例只是為了舉例說明本實(shí)用新型，而非以任何方式限制本實(shí)用新型的范圍，在以下的實(shí)施例中，未詳細(xì)描述的各種過程和方法是本領(lǐng)域中公知的常規(guī)方法。
[0043]實(shí)施例1:
[0044]某研究機(jī)構(gòu)做某軍工項(xiàng)目，開發(fā)7075鋁合金直徑500mm鑄棒，然后通過多孔模擠壓成形為“S”形厚IOmm長IOOOOmm制品且擠壓比為20，且通過后期熱處理后產(chǎn)品達(dá)到相應(yīng)性能指標(biāo)，該項(xiàng)目對(duì)鑄棒質(zhì)量、擠壓制品和最終產(chǎn)品均有嚴(yán)格要求:(I)鑄棒表面質(zhì)量要求沒有劃痕、裂紋、深的冷隔、大的偏析瘤等表面缺陷，鑄錠不能開裂；鑄錠內(nèi)部組織成分性能均勻性有嚴(yán)格要求，在徑向上邊部中部心部，晶粒尺寸偏差要求控制在8%以內(nèi)，成分偏差控制在6%以內(nèi)，抗拉強(qiáng)度控制在8%以內(nèi)；晶粒大小平均晶粒尺寸要小于180 μ m,且總體合格率達(dá)90%以上。(2)擠壓制品要求沒有裂紋，表面光滑，沒有較大的扭曲現(xiàn)象，成形率90%以上(3)產(chǎn)品表面質(zhì)量光亮沒有任何缺陷，力學(xué)抗拉強(qiáng)度達(dá)到620MPa，延伸率15%，且同一產(chǎn)品縱向上取樣測量力學(xué)性能，要求其偏差小于3%，材料利用率90%。
[0045]采用本實(shí)用新型裝置生產(chǎn)直徑為500mm的7075鋁合金圓鑄錠。熱頂2內(nèi)徑為350mm,石墨環(huán)5內(nèi)徑為520mm,錐形螺旋芯棒4中心圓柱棒直徑大小為100mm,螺旋葉片螺距為30mm，厚度為6mm，最大螺旋葉片直徑為280mm，逆時(shí)針轉(zhuǎn)速為lrad/s，螺旋數(shù)8，芯棒下沿離熱頂下沿縱向距離為-12mm。電磁攪拌電流為200A，頻率為20Hz，且保證熔體運(yùn)動(dòng)方向與芯棒帶動(dòng)熔體運(yùn)動(dòng)方向相反。
[0046]澆注溫度為720°C，經(jīng)流槽和分流盤進(jìn)入結(jié)晶器I內(nèi)部熱頂2區(qū)域，即電磁攪拌和旋轉(zhuǎn)芯棒攪拌耦合處理區(qū)域，熔體流出熱頂2，進(jìn)入石墨環(huán)5內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)一次冷去，形成凝固殼，隨著引錠7向下牽引，凝固向鑄錠中心進(jìn)行，直到熔體完全凝固變成鑄錠6，并向下移動(dòng)，完成鑄錠6的凝固成形。
[0047]通過本實(shí)用新型裝置制備得到7075鋁合金Φ500πιπι圓鑄錠，對(duì)鑄錠質(zhì)量考核得知:鑄錠表面質(zhì)量非常好，表面很光亮，沒有缺陷；采用本實(shí)用新型提出的電磁攪拌和錐形螺旋芯棒攪拌耦合處理作用制備的鑄錠可以使半連鑄7075合金鑄錠徑向斷面組織更加細(xì)小、不同部分更加均勻，見下表I。本裝置制備鑄錠徑向成分偏析率僅5%。制備鑄棒成品率高達(dá)95%。利用該鑄錠進(jìn)行擠壓成形，得到本案例要求制品，且制品表面質(zhì)量非常好，沒有裂紋，且沒有大的翹曲扭曲現(xiàn)象。通過固溶時(shí)效熱處理后，力學(xué)性能如表I。由于采用了本實(shí)用新型的技術(shù)，最終材料利用率達(dá)到93%。顯然，很明確地得出本實(shí)用新型所提出的裝置對(duì)改善鑄錠質(zhì)量提高鑄錠性能具有顯著的作用，明顯已經(jīng)完成本實(shí)施例中項(xiàng)目給出的各項(xiàng)指標(biāo)。
[0048]表I本實(shí)用新型制備直徑為500mm7075鑄錠各項(xiàng)指標(biāo)
【權(quán)利要求】
1.一種制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，其特征在于:主要由結(jié)晶器、熱頂、電磁攪拌器、錐形螺旋芯棒、石墨環(huán)和引錠構(gòu)成；所述的結(jié)晶器內(nèi)，上部設(shè)置熱頂，下部設(shè)置石墨環(huán)，所述的熱頂中間設(shè)置錐形螺旋芯棒，所述的結(jié)晶器外部設(shè)置電磁攪拌器。
2.如權(quán)利要求1所述的制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，其特征在于:所述的熱頂內(nèi)徑為160?550mm,石墨環(huán)內(nèi)徑為200?850_。
3.如權(quán)利要求1所述的制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，其特征在于:所述的錐形螺旋芯棒由圓棒和螺旋葉片組成，圓棒直徑為45?120mm，螺旋葉片螺距為10?30mm，最大螺旋葉片直徑為150?700mm，螺旋數(shù)為5?10。
4.如權(quán)利要求3所述的制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，其特征在于:所述的錐形螺旋芯棒由陶瓷材料制成。
5.如權(quán)利要求4所述的制備大規(guī)格超高強(qiáng)鋁合金連續(xù)鑄錠的裝置，其特征在于:所述的錐形螺旋芯棒下沿到熱頂下沿縱向距離為-15?10mm。
【文檔編號(hào)】B22D11/114GK203635884SQ201320879330
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】徐駿, 王海軍, 張志峰, 李豹 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院