2a14合金圓鑄錠的生產工藝的製作方法

2023-06-29 06:11:11

2a14合金圓鑄錠的生產工藝的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝，包括以下步驟：進行鑄造前準備，其中，將鑄造爐的爐內金屬溫度控制為760-775℃，將結晶器熔體注入溫度控制為700-720℃；進行鑄造；進行鑄造收尾；依次停止供流、停車、停水；吊鑄錠；對鑄錠進行均勻化處理，控制均勻化爐的爐膛的初始溫度低於或等於150℃，控制鑄錠的均勻化熱處理升溫速度小於或等於25℃/小時，並將鑄錠鋪底放置於所述均勻化爐的出熱風口端。上述數值範圍內熔體流動性好，可有效防止鑄錠產生氣體疏鬆、非金屬夾渣和金屬組織缺陷，同時還有利於防止鑄錠成層、拉裂等表面缺陷而引發的鑄錠裂紋，並緩解了圓鑄錠容易出現均勻化熱處理裂紋的問題。
【專利說明】2A14合金圓鑄錠的生產工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及2A14合金圓鑄錠【技術領域】，尤其涉及一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝。
【背景技術】 [0002]2A14合金在工業上廣泛用於生產鍛件、擠壓製品和軋制板材等，在航空和軍工生產中用該合金製作飛機結構件、火箭和飛彈蒙皮等。近年來，隨著軍工、航空、航天工業的飛速發展，對2A14合金所需的最大圓鑄錠規格已達到Φ 1000mm。2A14合金屬於2系高Cu合金，其合金化程度高，合金塑性低，同時其結晶溫度區間寬(液相線溫度638°C，固相線溫度510°C)，結晶應力大，導致其鑄錠裂紋傾向大。隨著鑄錠規格增大，鑄錠鑄造裂紋的傾向性顯著增加。目前國內針對硬合金(主要2系、7系合金)大規格圓鑄錠均是在半連續非自動鑄造條件下(主要指鑄造機不能無極變速，無自動液位控制系統、使用單體鋁質結晶器、無刮水器等條件)生產，並且生產2A14合金圓鑄錠的最大規格為Φ630πιπι。
[0003]目前，對於直徑≤Φ630πιπι的2Α14合金圓鑄錠，為防止裂紋，大多數廠家所能採取的措施就是合理調整鑄造工藝參數，鋁合金半連續鑄造工藝參數包括；鑄造速度、鑄造溫度、冷卻水量或水壓、金屬分配方式、鑄錠底部和澆口處理等項，這些工藝參數對防止鑄錠裂紋起著十分重要的作用。目前生產直徑≤Φ630πιπι的2Α14合金圓鑄錠時控制裂紋的關鍵措施主要有:
[0004]I)合理控制鑄造速度。對鑄造速度的常規控制是:裂紋傾向小的合金允許採用較高的鑄造速度，而裂紋傾向大的合金則只宜採用較低鑄造速度；鑄造大直徑鑄錠時，適當降低鑄造速度。若鑄造速度過低，將出現過於平坦液穴，導致鑄錠表面裂紋，並使鑄錠產生拉裂、拉漏，使鑄造過程難以進行甚至引發鑄錠裂紋，同時易產生光亮晶粒、金屬化合物偏析聚集等缺陷。若鑄造速度過高，鑄造應力顯著增加，很容易產生鑄錠中心裂紋。目前生產2Α14合金Φ630πιπι大規格鑄錠的鑄造速度一般控制為22-24mm/min。按目前對鑄造速度的常識控制，生產直徑為840~1000mm2A14合金圓鑄錠的鑄造速度應控制在15mm/min以下。
[0005]2)合理控制鑄造溫度。目前所說的鑄造溫度是指結晶器熔體注入溫度，其對防止鑄錠裂紋，防止氣體、非金屬夾渣和金屬組織缺陷等方面有十分重要作用。選擇鑄造溫度一般考慮合金的開始結晶溫度、合金的流動性以及鑄造過程的保溫條件和熔體流量。對2A14合金大規格圓鑄錠，鑄造溫度過高易產生鑄錠裂紋，鑄造溫度過低，鑄錠易產生氣體疏鬆、非金屬夾渣和金屬組織缺陷。目前生產2A14合金Φ630πιπι大規格鑄錠的爐內金屬溫度一般控制為740-760°C，結晶器熔體注入溫度一般控制為695-725°C。
[0006]3)鑄錠的底部和澆口處理。鑄錠的底部和澆口部均屬拉應力區，在鑄造低塑性大直徑鑄錠時，可能引起鑄錠的底裂和澆口裂紋。防止鑄錠底裂和澆口裂紋的措施一般是分別採取鋪底和回火。對2A14合金大規格圓鑄錠，生產過程易產生澆口裂紋，如按常規採取回火措施，鑄錠肯定會裂。目前生產2A14合金Φ630mm大規格鑄錠，為防止鑄錠底裂和澆口裂紋，採取的措施分別是純鋁鋪底和不回火。[0007]實踐中，採取常規鑄造工藝生產直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠會產生如下問題:
[0008]I)若按常規採用15mm/min以下鑄造速度，鑄錠易產生成層、拉裂、拉漏等表面缺陷而引發鑄錠裂紋；
[0009]2)鑄造收尾不回火，按常規結晶完畢停止冷卻或繼續冷卻不超過半小時，也會產生鑄錠澆口裂紋；
[0010]3)鑄錠均勻化處理時，若按常規生產控制的爐膛初始溫度及升溫速度，鑄錠會發生炸裂，同時即使爐膛初始溫度較低，若將鑄錠澆口部放置在均勻化爐出熱風口端，也會發生鑄錠炸裂。
[0011]因此，如何解決直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠在生產過程中容易出現鑄造裂紋和均勻化處理裂紋的問題，已成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。

【發明內容】

[0012]本發明的目的是提供一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝，該工藝能夠解決直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠在生產過程中容易出現鑄造裂紋和均勻化處理裂紋的問題。
[0013]為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0014]一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝，用於鑄造直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠，包括以下步驟:
[0015]S1、進行鑄造前準備，其中，將鑄造爐的爐內金屬溫度控制為760_775°C，將結晶器熔體注入溫度控制為700-720°C ；
[0016]S2、進行鑄造；
[0017]S3、進行鑄造收尾；
[0018]S4、依次停止供流、停車、停水；
[0019]S5、吊鑄錠；
[0020]S6、對鑄錠進行均勻化處理，控制均勻化爐的爐膛的初始溫度低於或等於150°C，控制鑄錠的均勻化熱處理升溫速度小於或等於25°C /小時，並將鑄錠鋪底放置於所述均勻化爐的出熱風口端。
[0021]優選地，在上述生產工藝，所述步驟SI還包括:在結晶器的有效結晶區域上方貼隔熱膜，所述隔熱膜的製造材料為矽酸鋁纖維紙。
[0022]優選地，在上述生產工藝，所述步驟SI中，在結晶器的有效結晶區域上方貼隔熱膜具體為:在結晶器的有效結晶區域上方貼多層隔熱膜。
[0023]優選地，在上述生產工藝，所述步驟SI還包括:在所述隔熱膜上塗抹石墨與豬油混合潤滑油。
[0024]優選地，在上述生產工藝，所述步驟SI中，當所述2A14合金圓鑄錠的直徑為800mm時，將鑄造速度控制為18-21mm/min，當所述2A14合金圓鑄錠的直徑為IOOOmm時，將鑄造速度控制為15-18mm/min,當所述2A14合金圓鑄錠的直徑大於800mm小於IOOOmm時,按照線性關係控制鑄造速度。
[0025]優選地，在上述生產工藝，所述步驟S4中，當澆口下降到水位時停車，待澆口完全凝固且澆口的中心冷卻至室溫時停水。
[0026]優選地，在上述生產工藝，所述隔熱膜包括位於所述結晶器本體上端面的牽引部分以及位於所述結晶器本體內壁上的隔熱部分。
[0027]在上述技術方案中，本發明提供的2A14合金圓鑄錠的生產工藝，用於鑄造直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠，包括以下步驟:S1、進行鑄造前準備，其中，將鑄造爐的爐內金屬溫度控制為760-775°C，將結晶器熔體注入溫度控制為700-720°C ;S2、進行鑄造；S3、進行鑄造收尾；S4、依次停止供流、停車、停水；S5、列印並吊鑄錠；S6、對鑄錠進行均勻化處理，控制均勻化爐的爐膛的初始溫度低於或等於150°C，控制鑄錠的均勻化熱處理升溫速度小於或等於25°C /小時，並將鑄錠鋪底放置於所述均勻化爐的出熱風口端。上述生產工藝對爐內金屬溫度、結晶器熔體注入溫度、爐膛的初始溫度和均勻化熱處理升溫速度進行了與常規技術不同的控制，同時優化了鑄錠鋪底的放置位置，相比於【背景技術】中所介紹的內容，上述數值範圍內熔體流動性好，可有效防止鑄錠產生氣體疏鬆、非金屬夾渣和金屬組織缺陷，同時還有利於防止鑄錠成層、拉裂等表面缺陷而引發的鑄錠裂紋，並緩解了圓鑄錠容易出現均勻化熱處理裂紋的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對本發明實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1為本發明實施例提供的2A14合金圓鑄錠的生產工藝的流程圖；
[0030]圖2為生產2A14合金圓鑄錠的結晶器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本發明的核心是提供一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝，該工藝能夠解決直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠在生產過程中容易出現鑄造裂紋和均勻化處理裂紋的問題。
[0032]為了使本領域的技術人員更好地理解本發明提供的技術方案，下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0033]如圖1所示，本發明提供的2A14合金圓鑄錠的生產工藝，用於鑄造直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠，包括以下步驟:
[0034]S1、進行鑄造前準備，主要包括靜置爐熔體準備、鑄造機準備和鑄造工具準備，鑄造機準備主要包括鋪底、鑄造開頭、打渣和放漏鬥，其中，將鑄造爐的爐內金屬溫度控制為760-775°C，將結晶器熔體注入溫度控制為700-720°C ；
[0035]S2、進行鑄造；
[0036]S3、鑄造完畢後進行鑄造收尾；
[0037]S4、依次停止供流、停車、停水；
[0038]S5、吊鑄錠；
[0039]S6、對鑄錠進行均勻化處理，控制均勻化爐的爐膛的初始溫度低於或等於150°C，控制鑄錠的均勻化熱處理升溫速度小於或等於25°C /小時，並將鑄錠鋪底放置於所述均勻化爐的出熱風口端。
[0040]鑄錠均勻化的目的之一是消除鑄造應力，直徑為840-1000mm規格的2A14合金圓鑄錠鑄造成型後，鑄錠內部應力非常大，該規格的2A14合金鑄錠的均勻化熱處理制度為金屬溫度485-500°C /保溫12小時。大多數廠家對鑄錠進行均勻化熱處理操作習慣做法是:上一爐次鑄錠均勻化熱處理完畢且吊出後，為節約能源會馬上進行下一爐次鑄錠均勻化熱處理的裝爐，此時，爐膛初始溫度一般在250°C以上，對絕大部分合金品種，這種做法不會出現問題，但對於直徑840-1000mm的2A14合金鑄錠，這種做法就會導致鑄錠炸裂，本發明控制爐膛初始溫度不超過150°C。同時直徑840-1000mm的2A14合金鑄錠鑄造成型後，鑄錠內部應力非常大，尤其鑄錠澆口部因鑄造收尾總會有一些缺陷殘留而引起應力集中，鑄錠澆口應力會超乎想像的大，此時即使爐膛初始溫度沒有超過150°C，若將鑄錠澆口部放置均勻化爐出熱風口端，也會發生鑄錠炸裂，本發明將鑄錠鋪底部放置均勻化爐出熱風口端。在直徑840-1000mm的2A14合金鑄錠均勻化熱處理過程中，若鑄錠升溫速度大於30°C /小時，也存在鑄錠炸裂的風險，因此本發明控制鑄錠升溫速度不大於25°C /小時。
[0041]上述生產工藝對爐內金屬溫度、結晶器熔體注入溫度、爐膛的初始溫度和均勻化熱處理升溫速度進行了與常規技術不同的控制，同時優化了鑄錠鋪底的放置位置，相比於【背景技術】中所介紹的內容，上述數值範圍內熔體流動性好，可有效防止鑄錠產生氣體疏鬆、非金屬夾渣和金屬組織缺陷，同時還有利於防止鑄錠成層、拉裂等表面缺陷而引發的鑄錠裂紋，並緩解了圓鑄錠容易出現均勻化熱處理裂紋的問題。
[0042]進一步的技術方案中，本發明實施例提供的2A14合金圓鑄錠的生產工藝中，所述步驟SI還包括:在結晶器的有效結晶區域上方貼隔熱膜，該隔熱膜的製造材料為矽酸鋁纖維紙。如圖2所示，該結晶器包括及結晶器本體11、下注管12、漏鬥13、隔熱膜14和結晶器外套16，結晶器外套16上具有進水孔19和出水孔15，隔熱膜14位於鑄錠18的上端。採用隔熱膜14鑄造可防止鑄錠皮下裂紋產生，可防止鑄錠成層等表面缺陷而引發的鑄錠裂紋，同時可保證熔體在結晶器內的流動性和均勻性，可起到均勻鑄錠應力的作用，防止鑄錠應力不均而引發的裂紋。其實現方法是:一是隔熱膜14材料選用進口 2.0?3.0 mm矽酸鋁纖維紙(絕熱性、抗拉強度越高越好，目前國內不能生產)，粘和材料選用普通膠水，隔熱膜14貼完後在結晶器內隔熱膜14上塗上石墨與豬油混合潤滑油(最優是使用進口的石墨型混合潤滑油)；二是貼隔熱膜14操作要規範，粘貼前，對隔熱膜14剪紙規格力求寬度一致，結晶器頂部和結晶器壁應打磨乾淨，粘貼時留出結晶器壁下緣60?70 mm高度部分不貼，作為有效結晶區域，為防止貼膜的脫落，粘貼時最好在結晶器頂部保留有大於50mm的牽引部分；三是實際粘貼層數應根據鑄錠規格和鑄造過程保溫條件而定，以保證結晶器壁的液穴深度大於50mm為條件，一般情況下，Φ 840mm規格圓鑄錠貼2?3層、Φ IOOOmm規格圓鑄錠貼3?5層即可；四是及時在結晶器壁貼膜部分表面均勻塗二次以上石墨潤滑油，時間間隔半小時，自然乾燥後開始鑄造；五是鑄造開始時，應特別注意鋪底鋁操作，以使鋪底鋁不要濺到、掛到、或鋪至保溫膜上而引起保溫膜油的燃燒和損壞脫落；六是鑄造完畢，在隔熱膜14損壞不明顯情況下，按第四款塗上石墨潤滑油，如此這般可連續使用3?4次。
[0043]更進一步的技術方案中，上述步驟SI中，當2A14合金圓鑄錠的直徑為800mm時，將鑄造速度控制為18-21mm/min，當2A14合金圓鑄錠的直徑為IOOOmm時，將鑄造速度控制為15-18mm/min,當2A14合金圓鑄錠的直徑大於800mm小於IOOOmm時,按照線性關係控制鑄造速度。在上述速度條件下，可防止鑄錠成層、拉裂等表面缺陷產生從而引發鑄錠裂紋，同時在此較快鑄造速度條件下，熔體流動快，鑄造過程溫降小，有利於提高鑄錠冶金質量。
[0044]優選的技術方案中，上述步驟S4中，當澆口下降到水位(即圖2中的見水處a處)時停車，待澆口完全凝固且澆口的中心冷卻至室溫時停水，以此更好地緩解2A14合金圓鑄錠在鑄造過程中容易出現的均勻化處理裂紋。
[0045]本發明採用上述做法後，直徑為840mm的2A14合金圓鑄錠鑄造成型率達到95%以上，直徑為IOOOmm的2A14合金圓鑄錠鑄造成型率達到80%以上，且可杜絕直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓錠的均勻化熱處理裂紋，鑄錠質量滿足一級疏鬆、一級氧化膜要求，直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠生產的製品滿足A級探傷要求。
[0046]以上對本發明所提供的2A14合金圓鑄錠的生產工藝進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種2A14合金圓鑄錠的生產工藝，用於鑄造直徑為840?IOOOmm的2A14合金圓鑄錠，其特徵在於，包括以下步驟: 51、進行鑄造前準備，其中，將鑄造爐的爐內金屬溫度控制為760-775°C，將結晶器熔體注入溫度控制為700-720°C ； 52、進行鑄造； 53、進行鑄造收尾； 54、依次停止供流、停車、停水； 55、吊鑄錠； 56、對鑄錠進行均勻化處理，控制均勻化爐的爐膛的初始溫度低於或等於150°C，控制鑄錠的均勻化熱處理升溫速度小於或等於25°C /小時，並將鑄錠鋪底放置於所述均勻化爐的出熱風口端。
2.按照權利要求1所述的生產工藝，其特徵在於，所述步驟SI還包括:在結晶器的有效結晶區域上方貼隔熱膜，所述隔熱膜的製造材料為矽酸鋁纖維紙。
3.按照權利要求2所述的生產工藝，其特徵在於，所述步驟SI中，在結晶器的有效結晶區域上方貼隔熱膜具體為:在結晶器的有效結晶區域上方貼多層隔熱膜。
4.按照權利要求2所述的生產工藝，其特徵在於，所述步驟SI還包括:在所述隔熱膜上塗抹石墨與豬油混合潤滑油。
5.按照權利要求1-4任一項所述的生產工藝，其特徵在於，所述步驟SI中，當所述2A14合金圓鑄錠的直徑為800mm時，將鑄造速度控制為18-21mm/min，當所述2A14合金圓鑄錠的直徑為IOOOmm時，將鑄造速度控制為15-18mm/min，當所述2A14合金圓鑄錠的直徑大於800mm小於IOOOmm時,按照線性關係控制鑄造速度。
6.按照權利要求1-4任一項所述的生產工藝，其特徵在於，所述步驟S4中，當澆口下降到水位時停車，待澆口完全凝固且澆口的中心冷卻至室溫時停水。
7.按照權利要求2-4任一項所述的生產工藝，其特徵在於，所述隔熱膜包括位於所述結晶器本體上端面的牽引部分以及位於所述結晶器本體內壁上的隔熱部分。
【文檔編號】B22D7/00GK103551531SQ201310546086
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優先權日:2013年11月6日
【發明者】羅亦中, 楊榮東, 陳瑜 申請人:西南鋁業（集團）有限責任公司