多層異種鋁合金同步複合鑄造方法
2023-11-09 03:24:17 2
專利名稱：多層異種鋁合金同步複合鑄造方法
技術領域：
本發明涉及一種多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，屬於鋁合金半連續鑄造技術
領域。
背景技術：
鋁合金雙金屬或三層金屬複合板材是製造散熱器、熱交換器的重要材料，廣泛應 用於汽車、空調、制氧機等行業，市場前景極為廣闊。目前我國鋁合金複合板材採用的生產 工藝過程是首先通過直接水冷半連續鑄造的方式製備芯層和包覆層鑄錠坯料，並分別對芯 層、包覆層鑄錠進行銑面、熱軋、剪切、酸洗、鹼洗等相關處理，最後通過熱軋複合的方式來 生產鋁合金複合板材。 採用這種熱軋複合工藝製備鋁合金複合板不僅生產周期長、工序多、勞動強度大， 而且在芯層和包覆層的軋制複合過程中複合界面易氧化、金屬複合層結合強度低。針對當 前鋁合金複合板生產工藝存在的不足，Novelis公司開發了鋁合金複合扁鑄錠同步鑄造技 術並投入了商業化運營，是在金屬直接水冷半連續鑄造的過程中直接澆鑄芯層和包覆層金 屬，使其在半固態狀態下實現冶金焊合併直接鑄造成雙層或三層合金錠，然後對該複合鑄 錠進行熱軋和冷軋來生產鋁合金複合板材，生產成本大幅度下降。 鋁合金複合扁錠同步鑄造技術是國外新開發的一種先進鋁合金半連續鑄造技術， 相關工藝和技術核心處於絕對保密狀態。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種多層異種鋁合金同步複合鑄
造方法，旨在有效簡化工藝流程，鑄造出多層異種鋁合金扁錠。 本發明的目的通過以下技術方案來實現 多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，具體工藝步驟—— 1)將異種鋁合金熔體分別在不同熔煉爐內進行熔化，並分別進行熔體精煉和除渣 處理； 2)在鑄造開始時，先通過熔池和控流塞棒向結晶器內澆鑄熔點較高的芯層金屬， 結晶器上部設計有隔板，芯層金屬通過結晶器內壁和隔板的一次冷卻作用首先凝固成形， 在鑄造過程中控制隔板的冷卻強度，使芯層金屬充分冷卻； 3)待芯層金屬凝固至半固態溫度後，打開包覆層熔池控流塞棒，向複合結晶器內 緩慢注入熔點較低的包覆層金屬，在注入的過程中控制包覆層金屬的液面高度，使其保持 在隔板底端下沿10 30mm的範圍內，液態包覆層金屬熔體接觸芯層支撐面後，包覆層熔體 在界面冷卻下凝固，凝固後釋放的凝固潛熱將芯層界面重新加熱至半固態溫度進行冶金結合. 4)引錠底座不斷下降，牢固結合的複合扁錠逐漸脫離結晶器並接觸到二次冷卻 水，芯層和包覆層鑄錠同時在冷卻水的作用下凝固成複合扁錠。
進一步地，上述的多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，步驟2)在鑄造過程中控制 隔板的冷卻強度，芯層金屬隔板下端界面溫度在該合金固相線以下50°C 15(TC範圍內。
更進一步地，上述的多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，步驟3)在鑄造過程中， 芯層和包覆層金屬的液面波動範圍控制在士5mm。 本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在 本發明多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，依靠異種鋁合金熔點不同的差異，首
先鑄造熔點高的合金鑄錠，待高熔點的鑄錠凝固至一定溫度下並具有一定的強度後再鑄造
熔點低的合金鑄錠，兩種合金鑄錠在熱狀態下實現冶金結合，實現異種鋁合金錠坯的同步
鑄造。採用內部隔板設計的結晶器鑄造複合錠坯，此隔板既分隔結晶器內不同種鋁合金熔
體，又提供鑄錠的一次冷卻。異種鋁合金鑄錠間結合面為鑄造過程中半固態狀態下的冶金
結合，界面結合強度高；能同步鑄造雙層或三層鋁合金複合鑄錠，複合鑄錠在結晶器的冷卻
作用下同步凝固成形，大大簡化了複合鋁板的製備工藝。
具體實施例方式
本發明提供了多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，依靠異種鋁合金熔點的差異， 首先鑄造熔點高的合金鑄錠，待高熔點的鑄錠凝固至固相線以下一定溫度並具有一定的強 度後再鑄造熔點低的合金鑄錠，兩層鑄錠在熱狀態下實現液固冶金結合，並共同在結晶器 的冷卻水作用下凝固成複合鑄錠。 具體鑄造時，其詳細工藝過程是首先將異種鋁合金熔體分別在不同熔煉爐內進
行熔化，並分別進行熔體精煉和除渣處理。在鑄造開始時，先通過熔池和控流塞棒向結晶器
內澆鑄熔點較高的芯層金屬，結晶器上部設計有隔板，芯層金屬通過結晶器內壁和隔板的
一次冷卻作用首先凝固成形，在鑄造過程中控制隔板的冷卻強度，芯層金屬隔板下端界面
溫度在該合金固相線以下5(TC 15(TC範圍內，使芯層金屬充分冷卻。待芯層金屬凝固至
半固態溫度後，打開包覆層熔池控流塞棒，向複合結晶器內緩慢注入熔點較低的包覆層金
屬，在注入的過程中控制包覆層金屬的液面高度，使其保持在隔板底端下沿10 30mm的範
圍內，液態包覆層金屬熔體接觸芯層支撐面後，包覆層熔體在界面冷卻下凝固，凝固後釋放
的凝固潛熱將芯層界面重新加熱至半固態溫度進行冶金結合；在鑄造過程中，芯層和包覆
層金屬的液面波動範圍控制在士5mm。引錠底座不斷下降，牢固結合的複合扁錠逐漸脫離結
晶器並接觸到二次冷卻水，芯層和包覆層鑄錠同時在冷卻水的作用下凝固成複合扁錠。 需說明的是，上述工藝方法描述了雙層複合鑄錠的同步鑄造過程，對於三層複合
鑄錠此方法同樣適用。將熔體熔化、精煉和除渣處理，待熔體成分滿足要求後將異種鋁合金
熔體導入結晶器進行鑄造；為防止不同種鋁合金熔體液態時在結晶器內混合，結晶器上部
設計有一個既能分隔鋁熔體，又能夠提供冷卻功能的隔板裝置，鑄造過程中，隔板將不同種
鋁合金熔體在結晶器內分隔開，同時隔板具有較高的熱導率，對隔板兩側的鋁合金熔體也
起到一次冷卻的作用。鑄造時，首先鑄造熔點高的合金，待該合金在隔板的冷卻作用下凝固
至一定溫度並且外表面凝固殼具有一定的強度後開始往結晶器內注入熔點較低的第二種
合金。這樣，高熔點合金的外表面凝固殼一方面對低熔點金屬起到固定其外形的支撐作用，
形成支撐面，另一方面低熔點合金凝固後釋放的凝固潛熱將此支撐面再次加熱至半固態溫
度，從而起到加速異種鋁合金原子間的熱擴散，實現異種鋁合金鑄錠間冶金結合的目的。最後，具有牢固冶金結合面的異種鋁合金鑄錠在結晶器冷卻水的作用下同步凝固成形。
綜上所述，本發明多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，依靠異種鋁合金熔點不同 的差異，首先鑄造熔點高的合金鑄錠，待高熔點的鑄錠凝固至一定溫度下並具有一定的強 度後再鑄造熔點低的合金鑄錠，兩種合金鑄錠在熱狀態下實現冶金結合，實現異種鋁合金 錠坯的同步鑄造。採用隔板設計的結晶器鑄造複合鑄錠，隔板具有既分隔不同種鋁合金熔 體，又一次冷卻多層鑄錠的功能。隨著引錠底座的下移，複合鑄錠在結晶器冷卻水的冷卻作 用下同步凝固成形。芯層和包覆層在冶金狀態下結合，界面結合強度高；適合於雙層複合鑄 錠和三層複合鑄錠同步鑄造。 以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用 等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。
權利要求
多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，其特徵在於包括以下步驟——1)將異種鋁合金熔體分別在不同熔煉爐內進行熔化，並分別進行熔體精煉和除渣處理；2)在鑄造開始時，先通過熔池和控流塞棒向結晶器內澆鑄熔點較高的芯層金屬，結晶器上部設計有隔板，芯層金屬通過結晶器內壁和隔板的一次冷卻作用首先凝固成形，在鑄造過程中控制隔板的冷卻強度，使芯層金屬充分冷卻；3)待芯層金屬凝固至半固態溫度後，打開包覆層熔池控流塞棒，向複合結晶器內緩慢注入熔點較低的包覆層金屬，在注入的過程中控制包覆層金屬的液面高度，使其保持在隔板底端下沿10～30mm的範圍內，液態包覆層金屬熔體接觸芯層支撐面後，包覆層熔體在界面冷卻下凝固，凝固後釋放的凝固潛熱將芯層界面重新加熱至半固態溫度進行冶金結合；4)引錠底座不斷下降，牢固結合的複合扁錠逐漸脫離結晶器並接觸到二次冷卻水，芯層和包覆層鑄錠同時在冷卻水的作用下凝固成複合扁錠。
2. 根據權利要求1所述的多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，其特徵在於步驟2)在 鑄造過程中控制隔板的冷卻強度，芯層金屬隔板下端界面溫度在該合金固相線以下5(TC 15(TC範圍內。
3. 根據權利要求1所述的多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，其特徵在於步驟3)在 鑄造過程中，芯層和包覆層金屬的液面波動範圍控制在士5mm。
全文摘要
本發明提供一種多層異種鋁合金同步複合鑄造方法，依靠異種鋁合金熔點的差異，首先鑄造熔點高的合金鑄錠，待高熔點的鑄錠凝固至固相線以下一定溫度並具有一定的強度後再鑄造熔點低的合金鑄錠，兩層鑄錠在熱狀態下實現液固冶金結合，並共同在結晶器的冷卻水作用下凝固成複合鑄錠。異種鋁合金鑄錠間結合面為鑄造過程中半固態狀態下的冶金結合，界面結合強度高；適合於雙層複合鑄錠和三層複合鑄錠同步鑄造。
文檔編號B22D25/00GK101745628SQ20081024417
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月18日 優先權日2008年12月18日
發明者劉國金, 王家淳, 郭世傑 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司