採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法
2023-05-28 16:32:51
採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法
【專利摘要】本發明揭示了一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法。首先將示蹤金屬熔化後保溫，在半連續鑄造過程中向流槽末端的被測金屬熔體內連續注入示蹤金屬，注入後示蹤金屬與被測鑄錠一併在結晶器內凝固，鑄造結束後，在鑄錠加入示蹤金屬的位置的中心處取縱剖面，拋光後在鹼液或酸液中腐蝕，利用示蹤金屬在鑄錠內部的沉積作用以及示蹤金屬與被測鑄錠耐腐蝕性的差異，顯示被測鑄錠的液穴形貌，並可直接測量液穴深度。本發明能夠清晰顯示和準確測量鋁合金鑄錠液穴形貌及液穴形貌，且操作簡單，易於實現。
【專利說明】採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴深度的方法，屬於鋁合金半連續鑄造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]當前，供擠壓和軋制變形用的鋁合金扁鑄錠和圓鑄錠多採用直接水冷半連續鑄造的方式製備生產，該工藝的主要特點是液態金屬熔體連續地通過結晶器，依靠結晶器實現金屬的凝固並約束成型。在該工藝生產過程中，鑄錠上部被結晶前沿和鑄錠敞露液面所包圍的液體金屬區域稱之為液穴。鑄錠液穴的形狀決定著鑄錠斷面金屬結晶速度的變化，而液穴的深度則直接反映了鑄錠製備過程中的凝固時間和凝固速度，因此，準確測量和調整液穴形貌和液穴深度是反應和控制鑄錠質量的重要指標和手段。
[0003]常用的測量液穴形貌和深度的方法為插絲法，或探棒法，即在鑄造過程中採用細絲或探棒自金屬液面垂直插入熔體內部，直至觸碰至鑄錠固相為止，然後抽出，通過測量不同位置插入絲或探棒的長度來測算鑄錠液穴。此方法雖簡便易行，但測量精確度受操作人員經驗和探棒垂直度影響，誤差較大，不能準確反映液穴形貌變化。若鑄造條件或工藝改變，則誤差值更大。為彌補插絲法測量帶來的誤差，熱電偶法應運而生。該方法是在鑄造過程中，向鑄錠內部不同位置在線埋入金屬熱電偶，熱電偶隨鑄錠一起凝固，依靠不同位置熱電偶的溫度變化來反映鑄錠的液穴形貌。該方法測量液穴數值準確，能夠定量反映其形貌和深度變化，但採用金屬熱電偶法操作複雜，測量完成後鑄錠只能報廢處理，成本較高。而且，在測量高強度7X X X和2X X X硬鋁合金鑄錠時，因埋入熱電偶增加了鑄錠內部應力集中點，可能導致鑄錠開裂甚至迸裂現象發生，應用領域受到一定的限制。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服現有技術存在的不足，提供了一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法。
[0005]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:首先將示蹤金屬熔化後保溫，在半連續鑄造過程中向流槽末端的被測金屬熔體內連續注入示蹤金屬，注入後示蹤金屬與被測鑄錠一併在結晶器內凝固，鑄造結束後，在鑄錠加入示蹤金屬的位置的中心處取縱剖面，經拋光後腐蝕即可顯示液穴形貌，直接測量液穴深度。
[0006]進一步地，所述示蹤金屬為鋁基中間合金，其密度大於被測金屬鑄錠的密度。
[0007]進一步地，所述示蹤金屬融化後的保溫溫度高於被測鑄錠鑄造溫度20 °C?100。。。
[0008]進一步地，所述半連續鑄造過程中注入示蹤金屬0.2Kg?10Kg。
[0009]更進一步地，所述加入示蹤金屬後的鑄錠，經拋光後利用鹼液或酸液腐蝕鑄錠表面。
[0010]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:
(1)本發明與傳統液穴測量方法相比，本發明依靠示蹤金屬與被測金屬耐腐蝕性的差異實現鑄錠液穴形貌的清晰顯示，並可直接測量液穴深度。採用本發明的測量方法後，可避免傳統插入法測量液穴深度時帶來的人為誤差，液穴形狀得以直觀顯示，測量結果的準確程度得以提高；
(2)本發明與熱電偶法相比，主要是在鑄造過程中通過添加鋁基示蹤金屬的方式，利用示蹤金屬與被測鋁合金密度差異使示蹤金屬在鑄錠底部固相沉積，大幅度地節約了成本，且操作方便，易於實現。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明方法的操作示意圖；
圖2為本發明方法測量的圓鑄錠液穴形貌。
[0012]圖中各附圖標記的含義:
1-鋁合金熔體，2-示蹤金屬熔體，3-鑄錠，4-鑄錠液穴，5-流槽。
【具體實施方式】
[0013]如圖1和圖2所示，本發明提供一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法。首先將示蹤金屬熔化後保溫，然後在半連續鑄造過程中向流槽5的末端連續注入示蹤金屬熔體2，使之混入被測金屬熔體I內部，繼而一併在結晶器內凝固成鑄錠3。鑄造結束之後，在鑄錠3的加入示蹤金屬的位置的中心處取縱剖面，經拋光後腐蝕即可顯示液穴4的形貌，並可直接測量液穴深度。
[0014]本發明能夠清晰顯示和準確測量鋁合金鑄錠液穴形貌及液穴形貌，其技術關鍵如下:
(I)示蹤金屬的選擇:選擇密度大於被測量鋁合金鑄錠密度的鋁基中間合金作為示蹤金屬，在液態時金屬純鋁的密度為2380Kg/m3，鋁合金熔體的密度範圍為2350?2490Kg/m3。選擇銷基示蹤金屬時，多選擇銷銅中間合金，該合金密度範圍為3110?3680Kg/m3，大於鋁合金熔體密度，能夠通過重力沉積方式顯示被測鑄錠液穴形貌。
[0015](2)示蹤金屬的熔化:利用中頻感應爐或電阻爐將示蹤金屬熔化，到達一定溫度後保溫，保溫溫度一般高於被測鑄錠鑄造溫度20°C?100°C。
[0016](3)示蹤金屬的加入:鑄造開始後，在流槽末端被測金屬熔體內連續注入0.2Kg?1Kg示蹤金屬，示蹤金屬注入量與被測銷合金鑄錠規格有關，鑄錠規格越大，示蹤金屬注入量越多。注入後示蹤金屬與被測鑄錠一併在結晶器內凝固。依照測量目的不同，示蹤金屬可在鑄造不同階段連續注入，能夠分別反映不同階段鑄錠的液穴形貌變化；
(4)示蹤金屬/液穴形貌的顯示:鑄造結束後在鑄錠相應位置(加入示蹤金屬時對應的位置)的中心處取縱剖面，經拋光後腐蝕即可顯示。
[0017]下面是應用本發明技術方案的具體實例，它僅作為例子給出，不視為對本發明的應用限制。凡操作條件的等同替換，均落在本發明的保護範圍之內。
[0018]實施例:
選擇Al-30%Cu (Cu的質量百分含量為30%)中間合金作為示蹤金屬。本實施例待測鑄錠為7050合金圓鑄錠，該合金密度範圍為2410?2450Kg/m3，選擇Al-30%Cu中間合金作為示蹤金屬，該合金密度為:3410?3480Kg/m3，比被測合金密度值大，能夠通過重力沉積方式顯示鑄錠液穴。
[0019]在鑄造開始前，利用中頻感應爐將示蹤金屬熔化，到達750°C後進行除氣和保溫處理。半連續鑄造開始後並達到穩定階段時，取熔化後在爐內保溫的Al-30%Cu合金熔體5Kg，緩慢注入流槽末端即結晶器前沿位置。示蹤金屬熔體匯入7050鋁合金鑄錠熔體一併進入結晶器，在冷卻水的作用下與鑄錠一起凝固成型。
[0020]鑄造結束後，在加入示蹤金屬的相應位置將7050鋁合金鑄錠沿縱向剖開，經拋光腐蝕後，由於示蹤金屬沉積於底部固相且與被測7050鋁合金呈現不同的耐腐蝕性，進而顯示出鑄造過程中鑄錠內部的液穴形貌，如圖2所示。經定量測量，該工藝條件下7050鑄錠液穴深度為78_。
[0021]對於Φ154πιπι7050鋁合金圓錠鑄造實例，其具體過程如下:
(I)熔煉及熔體處理:
將示蹤金屬放入中頻爐內熔煉，到達一定溫度(略高於澆鑄溫度)後保溫；將工業純鋁錠及其合金鑄錠放入感應爐內熔煉，合金熔化後轉入保溫靜置爐內，並對熔體進行爐內精煉、除氣和其他處理，靜置10?20分鐘，待熔體溫度降至720?740°C時進行半連續鑄造。
[0022](2)半連續鑄造:
在本實施例中，待檢測液穴鑄錠為Φ154_7050圓鑄錠，該鑄錠半連續鑄造工藝為:鑄造溫度700°C，鑄造速度為100mm/min。在半連續鑄造開始前，設定冷卻水流量變化範圍為4?6m3 /h,鑄造機初始鑄造速度為60mm/min，鑄造過程開始後速度線性增加至100mm/min，鑄錠長度為1000_時，將預先熔化好的示蹤金屬加入結晶器內。鑄造結束後，取鑄錠900—IlOOmm段後沿中心線縱剖，經拋光腐蝕後液穴形貌如圖2所示，經測量液穴深度約為78_。
【權利要求】
1.一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:首先將示蹤金屬熔化後保溫，在半連續鑄造過程中向流槽末端的被測金屬熔體內連續注入示蹤金屬，注入後示蹤金屬與被測鑄錠一併在結晶器內凝固，鑄造結束後，在鑄錠加入示蹤金屬的位置的中心處取縱剖面，經拋光後腐蝕即可顯示液穴形貌，直接測量液穴深度。
2.根據權利要求1所述的一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:所述示蹤金屬為鋁基中間合金，其密度大於被測金屬鑄錠的密度。
3.根據權利要求1或2所述的一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:所述示蹤金屬融化後的保溫溫度高於被測鑄錠鑄造溫度20°C?100°C。
4.根據權利要求1或2所述的一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:所述半連續鑄造過程中注入示蹤金屬量為0.2Kg?10Kg。
5.根據權利要求1或2所述的一種採用示蹤金屬測量鋁合金鑄錠液穴形貌的方法，其特徵在於:所述加入示蹤金屬後的鑄錠經拋光後，利用鹼液或酸液腐蝕鑄錠表面。
【文檔編號】B22D2/00GK104493114SQ201410708209
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】長海博文, 蔣會學, 郭世傑, 劉金炎, 薛冠霞 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司