專利名稱：：一種生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于鋁合金鑄造
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
：通過連續(xù)或半連續(xù)鑄造來生產(chǎn)金屬制品特別是輕金屬如鋁合金過程中，在鑄造過程的開始階段，引錠首先上升到結(jié)晶器內(nèi)，打開冷卻水。然后，液態(tài)鋁熔體通過分流包被澆注到由結(jié)晶器和引錠所圍成的空間內(nèi)。當(dāng)鋁熔體和結(jié)晶器與引錠剛發(fā)生接觸，鋁熔體就會被結(jié)晶器和引錠所冷卻并且沿其邊界發(fā)生凝固。鋁熔體在結(jié)晶器中達(dá)到一定高度后并且凝固殼具有足夠強(qiáng)度來支撐這些鋁熔體的時候，引錠將以給定的鑄造速度向下運(yùn)動。已凝固的鑄錠將隨著引錠一起下降，當(dāng)鑄錠從結(jié)晶器被拉出時，二次冷卻水直接噴到鑄錠的表面，鑄錠被迅速的冷卻下來。這樣鋁熔體將不斷的被澆鑄到結(jié)晶器內(nèi)，而已凝固的鑄錠也不斷地被從結(jié)晶器內(nèi)拽出，構(gòu)成了一個連續(xù)的過程。在DC鑄造過程中，金屬凝固時鑄錠中心與表面就會產(chǎn)生巨大的溫度梯度，這個巨大的溫度梯度在鑄造過程產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定大小，在鑄造過程或鑄造結(jié)束后鑄錠就會發(fā)生裂紋甚至完全劈開。對于高強(qiáng)高合金化的鋁合金，如2XXX，7XXX鋁合金，這種裂紋傾向更加明顯。裂紋嚴(yán)重的影響了金屬生產(chǎn)的成材率和生產(chǎn)率。為了抑制裂紋的發(fā)生，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，其主要思路是1)從裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在條件出發(fā)，提高合金抵抗裂紋的能力，主要方法就是控制凝固過程，主要手段是細(xì)化晶粒，提高晶內(nèi)合金元素含量，控制凝固末期晶粒間形成的液膜和金屬間化合物的形態(tài)，數(shù)量及其大??；2)從裂紋產(chǎn)生的外部條件出發(fā)，減少鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，主要方法是控制鑄錠中心與表面的溫度梯度，其主要手段是較少液穴深度，提高表面溫度。隨著技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外專家開發(fā)了大量的制坯方法來抑制裂紋的產(chǎn)生(1)快速冷卻的方法如噴射成型，但是該工藝很難制取大尺寸的板坯；(2)使用檔水板的方法其主要特點(diǎn)在于在錠坯從結(jié)晶器底部出口被拉出后，通過去除凝固金屬表面層的冷卻水可降低高強(qiáng)度合金錠坯的鑄造裂紋出現(xiàn)的可能性。通過快速地去除冷卻水，錠坯中心的高溫金屬可對表層冷卻過的金屬進(jìn)行重新加熱，降低了鑄錠內(nèi)外的溫度梯度，從而減輕了內(nèi)應(yīng)力，阻止或減少了裂紋的產(chǎn)生。為了嘗試阻止鑄造裂紋的產(chǎn)生，許多擋水板裝置例如橡膠擋片，旋轉(zhuǎn)刷或旋轉(zhuǎn)輥等技術(shù)被提出。然而除了橡膠擋片之外大部分裝置并沒有任何程度的商業(yè)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兊脑O(shè)計在工業(yè)環(huán)境下是不可實(shí)現(xiàn)的。橡膠擋片雖然經(jīng)常使用，但是會被鑄造過程中錠坯表面產(chǎn)生的"buttswell"的粗糙表面撕裂或磨損，造成冷卻水泄露到擋水板以下的錠坯表面，從而產(chǎn)生鑄造裂紋。同時橡膠擋片不能將冷卻水均勻的去除錠坯表面，尤其是在板坯的邊角處，冷卻水的泄露往往發(fā)生板坯的邊角處；(3)施加外場的方法如在凝固過程中施加超聲波，電流，磁場等，但實(shí)踐證明其中除電磁場外其他方法在大鑄錠時作用不顯著；對于電磁場的應(yīng)用，上世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)鋁合金專家在鋁合金DC半連續(xù)鑄造的基礎(chǔ)上開發(fā)了EMC(ElectromagneticCasting)工藝，通過交變電磁場產(chǎn)生的Lorentz力約束金屬熔體，并維持一定的液柱高度，替代了結(jié)晶器的支撐作用，實(shí)現(xiàn)了無模鑄造。其主要特點(diǎn)是鑄錠表面無偏析層，光潔度高，但是，EMC以改善鑄錠表面為目標(biāo)，采用中、高頻電磁場來實(shí)現(xiàn)無模鑄造，對設(shè)備控制系統(tǒng)要求較高，非常容易出現(xiàn)拉漏現(xiàn)象。同時，由于頻率較高，EMC工藝對鑄錠內(nèi)部熔體的流動場與溫度場影響有限，在鑄造難度較高的硬鋁與超硬鋁合金大尺寸鑄錠生產(chǎn)過程中，難以獲得均勻的鑄態(tài)組織和消除鑄錠內(nèi)應(yīng)力。1986年，研究人員提出的電磁細(xì)晶鑄造CREM(Casting，Refining,Electromagnetic)工藝是指在DC鑄造結(jié)晶器外布置感應(yīng)線圈，線圈中施加50Hz的工頻交流電，通過其在金屬熔體中產(chǎn)生的電磁場作用達(dá)到細(xì)化晶粒和改善表面質(zhì)量的目的。采用該技術(shù)進(jìn)行的直徑為320mm2214鋁合金圓錠半連續(xù)鑄造實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CREM工藝能夠有效地細(xì)化晶粒、改善表面質(zhì)量。但是，對于大尺寸鑄錠的生產(chǎn)而言，由于受到電磁場滲透深度的影響(肌膚效應(yīng))，鑄錠中心效果不顯著。綜上所述，目前抑制裂紋的方法都有一些難以克服的缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的方法及設(shè)備，解決高強(qiáng)鋁合金半連續(xù)鑄造中的裂紋問題。本發(fā)明的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備由三部分組成電磁場發(fā)生系統(tǒng)、鑄造系統(tǒng)和氣刀系統(tǒng)。電磁場發(fā)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)由低頻電源、供水裝置和線圈組成。低頻電源產(chǎn)生低頻交流電(5Hz30Hz)，低頻電源通過導(dǎo)線與線圈連接，供水裝置通過水管與線圈連接。線圈是由銅管纏繞而成的，當(dāng)電流通過銅管時會產(chǎn)生焦耳熱，因此通電的同時要用供水裝置提供的冷卻水將線圈冷卻。鑄造系統(tǒng)，該系統(tǒng)由分流盤、保溫帽、石墨內(nèi)套、.結(jié)晶器、下蓋板、入水口、連接桿和二冷水眼組成。結(jié)晶器是由鍛鋁(如LD5，LD10)機(jī)加工而成，為了防止角部冷卻過強(qiáng)，結(jié)晶器采用了大小面分開供水的方式。結(jié)晶器由結(jié)晶器外壁、結(jié)晶器內(nèi)壁和大小面水隔板所圍成的三個腔組成(如圖2所示)。一個腔是大面水腔，與大面入水口連通；兩個腔是小面水腔I和小面水腔II，與小面入水口連通，這三個腔被大小面水隔板隔開，這樣將大小面的冷卻水分開。石墨內(nèi)套是由石墨加工而成的，保溫帽和分流盤都是由保溫材料加工而成(如中耐一號)。石墨內(nèi)套鑲嵌在結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)并緊密結(jié)合，二冷水眼位于石墨內(nèi)套內(nèi)側(cè)。保溫帽位于石墨內(nèi)套上方，線圈位于結(jié)晶器的上方保溫帽的外側(cè)，入水口位于結(jié)晶器下部，分流盤位于保溫帽之間，下蓋板位于結(jié)晶器底部。二冷水通過二冷水眼射到鑄錠上，二冷水與鑄錠接觸的位置為二冷水擊水點(diǎn)。連接桿位于結(jié)晶器下方，用于與氣刀系統(tǒng)相連接。熔池內(nèi)，整個熔池的最上面是液面，液態(tài)合金和半固態(tài)合金之間是液相線，半固態(tài)合金和鑄錠之間是固相線。氣刀系統(tǒng)，該系統(tǒng)由空壓機(jī)、儲氣罐、氣刀支架、排水板和氣刀組成?？諌簷C(jī)是大流量高壓空壓機(jī)(20mVmin，0.2lMPa)，貯氣罐是大容積儲氣罐(25m3)，具體大小根據(jù)鑄錠大小決定。氣刀是由鍛鋁或不銹鋼加工而成，并且氣刀與水平面傾斜角度為15°75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50mm500mm，出口壓力為0.IMPa2MPa。氣刀支架和排水板由不銹鋼加工而成。氣刀支架位于結(jié)晶器下方并與結(jié)晶器用連接桿連接，排水板位于氣刀支架上方，氣刀固定在氣刀支架內(nèi)側(cè)，氣刀通過管道與儲氣罐連接，儲氣罐與空壓機(jī)連接。當(dāng)氣刀系統(tǒng)使用時，在氣刀的出口會射出高壓空氣。本發(fā)明的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，在結(jié)晶器水套上方設(shè)置電磁線圈，線圈中施加低頻電流，這樣在結(jié)晶器中就會產(chǎn)生低頻電磁場，在鋁熔體中產(chǎn)生感生電流，電流與磁場相互作用下產(chǎn)生一個洛倫茲力。由于鑄錠與結(jié)晶器幾何形狀在垂直方向的不對稱性，使得磁力線相對于鑄錠的中心線發(fā)生了顯著的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致熔體內(nèi)部Lorentz力的時間平均值同時存在垂直分量和水平分量。其中水平分量為與金屬靜壓力梯度平衡的有勢力，而垂直分量為有旋力場，起到了攪拌熔體的作用。Lorentz力水平分量使得熔體自由表面形成凸起的彎月形，從而減小了熔體與結(jié)晶器接觸高度和接觸壓力，實(shí)現(xiàn)了所謂的軟接觸，改變了一次冷卻區(qū)熱通量的大小與分布情況，起到了減弱一次冷卻強(qiáng)度的作用，使初生凝固殼形成位置下降，表面滲出現(xiàn)象減弱。Lorentz力垂直分量形成的有旋力場起到了電磁攪拌的作用，流動場與無心感應(yīng)爐中熔融金屬的流動場類似，測量表明熔體內(nèi)部的溫度場受到電磁攪拌的強(qiáng)烈影響，有旋分量產(chǎn)生的強(qiáng)迫對流將中心區(qū)域的過熱熔體帶向鑄錠的邊緣區(qū)域，因此消除了中心區(qū)域的局部過熱，減小整個液相區(qū)內(nèi)溫度差，使熔體溫度低于液相線溫度。對于具有較寬結(jié)晶溫度區(qū)間的合金，兩相區(qū)可能擴(kuò)展到整個液相區(qū)，強(qiáng)迫對流將初生凝固殼處形成的枝晶臂熔斷并帶入液穴內(nèi)部形成異質(zhì)結(jié)晶核心，起到了晶粒細(xì)化和抑制枝晶生長的作用，鑄錠由均勻細(xì)小的近球形和薔薇型微觀組織構(gòu)成。另外，該設(shè)備還有一個特點(diǎn)，就是在結(jié)晶器下方50500mm的位置放置一組氣刀，該氣刀被通于高壓空氣，這個高壓空氣是由一組高壓空氣發(fā)生裝置產(chǎn)生，這個發(fā)生裝置由一個大流量空壓機(jī)和一個儲氣罐組成。當(dāng)高壓空氣通過氣刀時，在氣刀出口會產(chǎn)生高壓的沖擊氣體，當(dāng)這個高壓氣體接觸沿鑄錠表面向下流的二冷水時，就會將其打飛，使二冷水脫離鑄錠，由于二冷水被從鑄錠表面刪除，這樣在氣刀下方的鑄錠就不受二冷水的冷卻，另外合金凝固時釋放的潛熱將表面加熱使其溫度回升。上面描述了本發(fā)明中的設(shè)備的兩個顯著特點(diǎn)，那么這兩個特點(diǎn)會對整個鑄造過程和最終產(chǎn)品影響很大。首先，施加低頻電磁場的作用是(1)均勻熔池內(nèi)溫度場，使其低于液相線，增加了凝固速率；(2)元素晶內(nèi)含量增加；(3)凝固末期殘余液相濃度降低；(4)金屬間化合物被細(xì)化含量被減少；(5)晶粒被明顯細(xì)化；其次，施加氣刀使鑄錠表面溫度升高，從而使內(nèi)外溫度差減少，縱向溫度減少。因此，采用本發(fā)明裝置能減少鑄錠凝固和冷卻過程中的鑄造應(yīng)力，顯著地提高合金鑄錠抵抗裂紋的能力。使用本發(fā)明的設(shè)備生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金的方法如下。鑄造前將線圈通以低頻交流電，產(chǎn)生低頻電磁場。同時，進(jìn)行澆注，合金熔體被澆注到一個分流盤中，熔體通過分流盤被分配到熔池內(nèi)，當(dāng)熔體接觸石墨內(nèi)套時就會被冷卻5形成凝固皮殼，同時凝固皮殼被拽出結(jié)晶器，受到二次冷卻水的冷卻，使鑄錠完全凝固。由于電磁場的施加，使熔池中的熔體受到電磁場產(chǎn)生的洛倫茲力的作用，這個力由于鑄錠與結(jié)晶器幾何形狀在垂直方向的不對稱性，使得磁力線相對于鑄錠的中心線發(fā)生了顯著的偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致熔體內(nèi)部Lorentz力的時間平均值同時存在垂直分量和水平分量。其中水平分量為與金屬靜壓力梯度平衡的有勢力，而垂直分量為有旋力場，起到了攪拌熔體的作用。Lorentz力水平分量使得熔體自由表面形成凸起的彎月形，從而減小了熔體與結(jié)晶器接觸高度和接觸壓力，實(shí)現(xiàn)了所謂的軟接觸，改變了一次冷卻區(qū)熱通量的大小與分布情況，起到了減弱一次冷卻強(qiáng)度的作用，使初生凝固殼形成位置下降，表面滲出現(xiàn)象減弱。Lorentz力垂直分量形成的有旋力場起到了電磁攪拌的作用，流動場與無心感應(yīng)爐中熔融金屬的流動場類似，測量表明熔體內(nèi)部的溫度場受到電磁攪拌的強(qiáng)烈影響，有旋分量產(chǎn)生的強(qiáng)迫對流將中心區(qū)域的過熱熔體帶向鑄錠的邊緣區(qū)域(這樣的流動方式受到線圈與液面相對位置的制約，根據(jù)不同合金成分，這個相對位置為40150mm)，因此消除了中心區(qū)域的局部過熱，減小整個液相區(qū)內(nèi)溫度差，使熔體溫度低于液相線溫度。對于具有較寬結(jié)晶溫度區(qū)間的合金，兩相區(qū)可能擴(kuò)展到整個液相區(qū)，強(qiáng)迫對流將初生凝固殼處形成的枝晶臂熔斷并帶入液穴內(nèi)部形成異質(zhì)結(jié)晶核心，起到了晶粒細(xì)化和抑制枝晶生長的作用，鑄錠由均勻細(xì)小的近球形和薔薇型微觀組織構(gòu)成。由于凝固過程的改變是合金晶粒內(nèi)固溶的合金元素含量增加。由于晶粒被細(xì)化晶界增加，從而凝固末期殘余液相濃度降低，并且金屬間化合物被細(xì)化含量被減少。因此凝固后期以及冷卻過程中的合金強(qiáng)度與塑性都顯著提高，鑄錠的抗裂紋能力增加。當(dāng)鑄錠長度為100500mm時，氣刀開始施加，當(dāng)氣刀施加后，在氣刀出口會產(chǎn)生高壓的沖擊氣體，當(dāng)這個高壓氣體接觸沿鑄錠表面向下流的二冷水時，就會將其打飛，使二冷水脫離鑄錠，由于二冷水被從鑄錠表面刪除，這樣在氣刀下方的鑄錠就不受二冷水的冷卻，另外合金凝固時釋放的潛熱將表面加熱使其溫度回升。鑄錠處于高溫狀態(tài)(300400°C)，使鑄錠發(fā)生自回火，達(dá)到消除產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力的目的。另外，由于氣刀下方?jīng)]有二冷水的冷卻，鑄錠內(nèi)外以及縱向的溫度差大幅度減少，進(jìn)而鑄造應(yīng)力被顯著降低，降低了裂紋產(chǎn)生的外部驅(qū)動力。工藝條件如下。電磁場條件線圈中心與液面相對位置為60lOOmm，電磁場頻率為530Hz，電磁場強(qiáng)度為2500060000安匝；鑄造條件澆注溫度710725°C，鑄造速度7090mm/min;氣刀條件氣刀與水平面傾斜角度為15°75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50500mm，出口壓力為0.12.OMPa。采用本發(fā)明的設(shè)備和方法可以有效地抑制高強(qiáng)鋁合金板坯鑄造裂紋問題。進(jìn)而，可以生產(chǎn)出沒有缺陷的高強(qiáng)鋁合金鑄錠。圖1本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2結(jié)晶器俯視結(jié)構(gòu)圖；圖3氣刀使用后表面溫度回升溫度曲線；圖中1.低頻電源；2.線圈供水系統(tǒng)；3.線圈；4.分流盤；5.保溫帽；6.液態(tài)合金；7.液相線；8.半固態(tài)合金；9.固相線；IO.鑄錠；ll.石墨內(nèi)套；12.結(jié)晶器；13.下蓋板；14.入水口；15.二冷水；16.連接桿；17.二冷水眼；18.空壓機(jī)；19.貯氣罐；20.氣刀支架；21.排水板；22.氣刀；23.高壓空氣；24.二冷水擊水點(diǎn)；25.液面；26.結(jié)晶器外壁；27.大小面水隔板；28.結(jié)晶器內(nèi)壁；29.小面水腔I;30.大面水腔；31.小面水腔II;32.小面入水口；33.大面入水口。具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法，如圖1和2所示，本發(fā)明的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備由三部分組成電磁場發(fā)生系統(tǒng)、鑄造系統(tǒng)和氣刀系統(tǒng)。電磁場發(fā)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)由低頻電源1、供水裝置2和線圈3組成。低頻電源1產(chǎn)生低頻交流電(5Hz30Hz)，低頻電源1通過導(dǎo)線與線圈3連接，供水裝置2通過水管與線圈3連接。線圈3是由銅管纏繞而成的，當(dāng)電流通過銅管時會產(chǎn)生焦耳熱，因此通電的同時要用供水裝置2提供的冷卻水將線圈3冷卻。鑄造系統(tǒng)，該系統(tǒng)由分流盤4、保溫帽5、石墨內(nèi)套11、.結(jié)晶器12、下蓋板13、入水口14、連接桿和二冷水眼17組成。結(jié)晶器12是由鍛鋁(如LD5，LD10)機(jī)加工而成，為了防止角部冷卻過強(qiáng)，結(jié)晶器采用了大小面分開供水的方式。結(jié)晶器12由結(jié)晶器外壁26、結(jié)晶器內(nèi)壁28和大小面水隔板27所圍成的三個腔組成(如圖2所示)。一個腔是大面水腔30，與大面入水口33連通；兩個腔是小面水腔I29和小面水腔I131，與小面入水口32連通，這三個腔被大小面水隔板27隔開，這樣將大小面的冷卻水分開。石墨內(nèi)套11是由石墨加工而成的，保溫帽5和分流盤4都是由保溫材料加工而成(如中耐一號)。石墨內(nèi)套11鑲嵌在結(jié)晶器12的內(nèi)側(cè)并緊密結(jié)合，二冷水眼17位于石墨內(nèi)套11內(nèi)側(cè)。保溫帽5位于石墨內(nèi)套11上方，線圈3位于結(jié)晶器12的上方保溫帽5的外側(cè)，入水口14位于結(jié)晶器下部，分流盤4位于保溫帽5之間，下蓋板13位于結(jié)晶器12底部。二冷水15通過二冷水眼17射到鑄錠10上，二冷水15與鑄錠10接觸的位置為二冷水擊水點(diǎn)24。連接桿16位于結(jié)晶器下方，用于與氣刀系統(tǒng)相連接。熔池內(nèi)，液面25位于整個熔池的最上面，液態(tài)合金6和半固態(tài)合金8之間是液相線7，半固態(tài)合金8和鑄錠10之間是固相線9。氣刀系統(tǒng)，該系統(tǒng)由空壓機(jī)18、儲氣罐19、氣刀支架20、排水板21和氣刀22組成。空壓機(jī)18是大流量高壓空壓機(jī)(20mVmin，0.2lMPa)，貯氣罐19是大容積儲氣罐(25m3)，具體大小根據(jù)鑄錠大小決定。氣刀22是由鍛鋁或不銹鋼加工而成，并且氣刀與水平面傾斜角度為15°75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50mm500mm，出口壓力為0.lMPa2MPa。氣刀支架20和排水板21由不銹鋼加工而成。氣刀支架20位于結(jié)晶器12下方并與結(jié)晶器12用連接桿16連接，排水板21位于氣刀支架20上方，氣刀22固定在氣刀支架20內(nèi)側(cè)，氣刀22通過管道與儲氣罐19連接，儲氣罐19與空壓機(jī)18連接。當(dāng)氣刀系統(tǒng)使用時，在氣刀22的出口會射出高壓空氣23。采用本發(fā)明的設(shè)備生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的實(shí)施例如下。實(shí)施例17055鋁合金板坯低頻電磁場半連續(xù)鑄造。[OO51]7055鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>鑄造前將線圈通以低頻交流電，產(chǎn)生低頻電磁場。同時，進(jìn)行澆注，合金熔體被澆注到一個分流盤中，熔體通過分流盤被分配到熔池內(nèi)，當(dāng)熔體接觸石墨內(nèi)套時就會被冷卻形成凝固皮殼，同時凝固皮殼被拽出結(jié)晶器，受到二次冷卻水的冷卻，使鑄錠完全凝固。當(dāng)鑄錠長度為300mm時，氣刀開始施加，當(dāng)氣刀施加后，在氣刀出口會產(chǎn)生高壓的沖擊氣體，當(dāng)這個高壓氣體接觸沿鑄錠表面向下流的二冷水時，就會將其打飛，使二冷水脫離鑄錠，由于二冷水被從鑄錠表面刪除，這樣在氣刀下方的鑄錠就不受二冷水的冷卻，另外合金凝固時釋放的潛熱將表面加熱使其溫度回升。鑄錠處于高溫狀態(tài)(35(TC)，使鑄錠發(fā)生自回火，達(dá)到消除產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力的目的。另外，由于氣刀下方?jīng)]有二冷水的冷卻，鑄錠內(nèi)外以及縱向的溫度差大幅度減少，進(jìn)而鑄造應(yīng)力被顯著降低，降低了裂紋產(chǎn)生的外部驅(qū)動力。工藝條件如下。電磁場條件線圈中心與液面相對位置為80mm，電磁場頻率為20Hz，電磁場強(qiáng)度為30000安匪;鑄造條件澆注溫度718°C，鑄造速度80mm/min;冷卻水流量，大面2001/min，小面1201/min;氣刀條件氣刀與水平面傾斜角度為45°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下300mm，出口壓力為l.OMPa。鑄錠尺寸200X600X1600。利用本發(fā)明的方法與普通DC鑄造生產(chǎn)7055鋁合金的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例27085鋁合金板坯低頻電磁場半連續(xù)鑄造。試驗(yàn)7055鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量％)ZnMgCuZrMnFeSiAl7.08.01.21.81.32.00.080.150.050.100.08余量鑄造前將線圈通以低頻交流電，產(chǎn)生低頻電磁場。同時，進(jìn)行澆注，合金熔體被澆注到一個分流盤中，熔體通過分流盤被分配到熔池內(nèi)，當(dāng)熔體接觸石墨內(nèi)套時就會被冷卻形成凝固皮殼，同時凝固皮殼被拽出結(jié)晶器，受到二次冷卻水的冷卻，使鑄錠完全凝固。當(dāng)鑄錠長度為500mm時，氣刀開始施加，當(dāng)氣刀施加后，在氣刀出口會產(chǎn)生高壓的沖擊氣體，當(dāng)這個高壓氣體接觸沿鑄錠表面向下流的二冷水時，就會將其打飛，使二冷水脫離鑄錠，由于二冷水被從鑄錠表面刪除，這樣在氣刀下方的鑄錠就不受二冷水的冷卻，另外合金凝固時釋放的潛熱將表面加熱使其溫度回升。鑄錠處于高溫狀態(tài)(40(TC)，使鑄錠發(fā)生自回火，達(dá)到消除產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力的目的。另外，由于氣刀下方?jīng)]有二冷水的冷卻，鑄錠內(nèi)外以及縱向的溫度差大幅度減少，進(jìn)而鑄造應(yīng)力被顯著降低，降低了裂紋產(chǎn)生的外部驅(qū)動力。工藝條件如下。電磁場條件線圈中心與液面相對位置為lOOmm，電磁場頻率為30Hz，電磁場強(qiáng)度為40000安匪;鑄造條件澆注溫度725°C，鑄造速度90mm/min;冷卻水流量，大面2501/min，小面1501/min。氣刀條件氣刀與水平面傾斜角度為75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下500mm，出口壓力為2.OMPa。鑄錠尺寸200X600X1600。利用本發(fā)明的方法與普通DC鑄造生產(chǎn)7055鋁合金的比較鑄造方法晶粒尺寸mm晶粒形貌晶內(nèi)Zn含量wt%裂紋率表面DC0.51.1柱狀晶，枝晶1.82.8熱裂紋和冷裂紋，80%冷隔，大的偏析瘤本發(fā)明方法0.10.16等軸晶4.35.90點(diǎn)狀偏析瘤，無冷隔實(shí)施例397055鋁合金板坯低頻電磁場半連續(xù)鑄造。[OO77]試驗(yàn)7055鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>鑄造前將線圈通以低頻交流電，產(chǎn)生低頻電磁場。同時，進(jìn)行澆注，合金熔體被澆注到一個分流盤中，熔體通過分流盤被分配到熔池內(nèi)，當(dāng)熔體接觸石墨內(nèi)套時就會被冷卻形成凝固皮殼，同時凝固皮殼被拽出結(jié)晶器，受到二次冷卻水的冷卻，使鑄錠完全凝固。當(dāng)鑄錠長度為100mm時，氣刀開始施加，當(dāng)氣刀施加后，在氣刀出口會產(chǎn)生高壓的沖擊氣體，當(dāng)這個高壓氣體接觸沿鑄錠表面向下流的二冷水時，就會將其打飛，使二冷水脫離鑄錠，由于二冷水被從鑄錠表面刪除，這樣在氣刀下方的鑄錠就不受二冷水的冷卻，另外合金凝固時釋放的潛熱將表面加熱使其溫度回升。鑄錠處于高溫狀態(tài)(30(TC)，使鑄錠發(fā)生自回火，達(dá)到消除產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力的目的。另外，由于氣刀下方?jīng)]有二冷水的冷卻，鑄錠內(nèi)外以及縱向的溫度差大幅度減少，進(jìn)而鑄造應(yīng)力被顯著降低，降低了裂紋產(chǎn)生的外部驅(qū)動力。工藝條件如下。電磁場條件線圈中心與液面相對位置為60mm，電磁場頻率為5Hz，電磁場強(qiáng)度為60000安匪;鑄造條件澆注溫度710。C，鑄造速度70mm/min;冷卻水流量大面3001/min，小面1501/min。氣刀條件氣刀與水平面傾斜角度為15°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50mm，出口壓力為0.lMPa。鑄錠尺寸360X1000X3600。利用本發(fā)明的方法與普通DC鑄造生產(chǎn)7055鋁合金的比較<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求一種生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，其特征在于設(shè)備由電磁場發(fā)生系統(tǒng)、鑄造系統(tǒng)和氣刀系統(tǒng)三部分組成(1)電磁場發(fā)生系統(tǒng)由低頻電源、供水裝置和線圈組成，低頻電源通過導(dǎo)線與線圈連接，供水裝置通過水管與線圈連接；(2)鑄造系統(tǒng)由分流盤、保溫帽、石墨內(nèi)套、結(jié)晶器、下蓋板、入水口、連接桿和二冷水眼組成，石墨內(nèi)套鑲嵌在結(jié)晶器的內(nèi)側(cè)并緊密結(jié)合，二冷水眼位于石墨內(nèi)套內(nèi)側(cè)，保溫帽位于石墨內(nèi)套上方，線圈位于結(jié)晶器的上方保溫帽的外側(cè)，入水口位于結(jié)晶器下部，分流盤位于保溫帽之間，下蓋板位于結(jié)晶器底部，連接桿位于結(jié)晶器下方；(3)氣刀系統(tǒng)由空壓機(jī)、儲氣罐、氣刀支架、排水板和氣刀組成，氣刀支架位于結(jié)晶器下方并與結(jié)晶器用連接桿連接，排水板位于氣刀支架上方，氣刀固定在氣刀支架內(nèi)側(cè)，氣刀通過管道與儲氣罐連接，儲氣罐與空壓機(jī)連接。2.按照權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，其特征在于線圈由銅管纏繞而成。3.按照權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，其特征在于結(jié)晶器是由鍛鋁機(jī)加工而成，由結(jié)晶器外壁、結(jié)晶器內(nèi)壁和大小面水隔板所圍成的三個腔組成，一個腔是大面水腔，與大面入水口連通；兩個腔是小面水腔，與小面入水口連通，這三個腔被大小面水隔板隔開。4.按照權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，其特征在于石墨內(nèi)套是由石墨加工而成，保溫帽和分流盤由保溫材料加工而成。5.按照權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的設(shè)備，其特征在于空壓機(jī)是大流量高壓空壓機(jī)，參數(shù)為20mVmin，0.2lMPa，貯氣罐是25n^的大容積儲氣罐，氣刀是由鍛鋁或不銹鋼加工而成，并且氣刀與水平面傾斜角度為15°75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50mm500mm，出口壓力為0.lMPa2MPa。6采用權(quán)利要求1所述的設(shè)備生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的方法，其特征在于鑄造前將線圈通以低頻交流電，產(chǎn)生低頻電磁場，同時，進(jìn)行澆注，合金熔體被澆注到一個分流盤中，熔體通過分流盤被分配到熔池內(nèi)，當(dāng)熔體接觸石墨內(nèi)套時被冷卻形成凝固皮殼，同時凝固皮殼被拽出結(jié)晶器，受到二次冷卻水的冷卻，使鑄錠完全凝固；當(dāng)鑄錠長度為100500mm時，開始施加氣刀；工藝條件如下電磁場條件線圈中心與液面相對位置為60100mm，電磁場頻率為530Hz，電磁場強(qiáng)度為2500060000安匝；鑄造條件澆注溫度710725。C，鑄造速度7090mm/min;氣刀條件氣刀與水平面傾斜角度為15。75°，位置位于二次冷卻水擊水點(diǎn)下50500mm，出口壓力為0.12.OMPa。全文摘要一種生產(chǎn)高強(qiáng)鋁合金板坯的方法及設(shè)備，設(shè)備由電磁場發(fā)生系統(tǒng)、鑄造系統(tǒng)和氣刀系統(tǒng)三部分組成。電磁場發(fā)生系統(tǒng)由低頻電源、供水裝置和線圈組成；鑄造系統(tǒng)由分流盤、保溫帽、石墨內(nèi)套、結(jié)晶器、下蓋板、入水口、連接桿和二冷水眼組成；氣刀系統(tǒng)由空壓機(jī)、儲氣罐、氣刀支架、排水板和氣刀組成。鑄造前將線圈通以低頻交流電，同時，進(jìn)行澆注，當(dāng)鑄錠長度為100～500mm時，開始施加氣刀。采用本發(fā)明的設(shè)備和方法可以有效的抑制高強(qiáng)鋁合金板坯鑄造裂紋問題。進(jìn)而，可以生產(chǎn)出沒有缺陷的高強(qiáng)鋁合金鑄錠。文檔編號B22D11/115GK101745611SQ20091024883公開日2010年6月23日申請日期2009年12月28日優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日發(fā)明者崔建忠,張海濤,朱慶豐,王向杰,趙志浩申請人:東北大學(xué)