CN103551531B - 2a14合金圆铸锭的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2A14合金圆铸锭的生产工艺，包括以下步骤：进行铸造前准备，其中，将铸造炉的炉内金属温度控制为760-775℃，将结晶器熔体注入温度控制为700-720℃；进行铸造；进行铸造收尾；依次停止供流、停车、停水；吊铸锭；对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化炉的炉膛的初始温度低于或等于150℃，控制铸锭的均匀化热处理升温速度小于或等于25℃/小时，并将铸锭铺底放置于所述均匀化炉的出热风口端。上述数值范围内熔体流动性好，可有效防止铸锭产生气体疏松、非金属夹渣和金属组织缺陷，同时还有利于防止铸锭成层、拉裂等表面缺陷而引发的铸锭裂纹，并缓解了圆铸锭容易出现均匀化热处理裂纹的问题。

Description

2A14合金圆铸锭的生产工艺

技术领域

本发明涉及2A14合金圆铸锭技术领域，尤其涉及一种2A14合金圆铸锭的生产工艺。

背景技术

2A14合金在工业上广泛用于生产锻件、挤压制品和轧制板材等，在航空和军工生产中用该合金制作飞机结构件、火箭和导弹蒙皮等。近年来，随着军工、航空、航天工业的飞速发展，对2A14合金所需的最大圆铸锭规格已达到Ф1000mm。2A14合金属于2系高Cu合金，其合金化程度高，合金塑性低，同时其结晶温度区间宽（液相线温度638℃，固相线温度510℃），结晶应力大，导致其铸锭裂纹倾向大。随着铸锭规格增大，铸锭铸造裂纹的倾向性显著增加。目前国内针对硬合金（主要2系、7系合金）大规格圆铸锭均是在半连续非自动铸造条件下（主要指铸造机不能无极变速，无自动液位控制系统、使用单体铝质结晶器、无刮水器等条件）生产，并且生产2A14合金圆铸锭的最大规格为Ф630mm。

目前，对于直径≤Ф630mm的2A14合金圆铸锭，为防止裂纹，大多数厂家所能采取的措施就是合理调整铸造工艺参数，铝合金半连续铸造工艺参数包括；铸造速度、铸造温度、冷却水量或水压、金属分配方式、铸锭底部和浇口处理等项，这些工艺参数对防止铸锭裂纹起着十分重要的作用。目前生产直径≤Ф630mm的2A14合金圆铸锭时控制裂纹的关键措施主要有：

1）合理控制铸造速度。对铸造速度的常规控制是：裂纹倾向小的合金允许采用较高的铸造速度，而裂纹倾向大的合金则只宜采用较低铸造速度；铸造大直径铸锭时，适当降低铸造速度。若铸造速度过低，将出现过于平坦液穴，导致铸锭表面裂纹，并使铸锭产生拉裂、拉漏，使铸造过程难以进行甚至引发铸锭裂纹，同时易产生光亮晶粒、金属化合物偏析聚集等缺陷。若铸造速度过高，铸造应力显著增加，很容易产生铸锭中心裂纹。目前生产2A14合金Ф630mm大规格铸锭的铸造速度一般控制为22-24mm/min。按目前对铸造速度的常识控制，生产直径为840～1000mm2A14合金圆铸锭的铸造速度应控制在15mm/min以下。

2）合理控制铸造温度。目前所说的铸造温度是指结晶器熔体注入温度，其对防止铸锭裂纹，防止气体、非金属夹渣和金属组织缺陷等方面有十分重要作用。选择铸造温度一般考虑合金的开始结晶温度、合金的流动性以及铸造过程的保温条件和熔体流量。对2A14合金大规格圆铸锭，铸造温度过高易产生铸锭裂纹，铸造温度过低，铸锭易产生气体疏松、非金属夹渣和金属组织缺陷。目前生产2A14合金Ф630mm大规格铸锭的炉内金属温度一般控制为740-760℃，结晶器熔体注入温度一般控制为695-725℃。

3）铸锭的底部和浇口处理。铸锭的底部和浇口部均属拉应力区，在铸造低塑性大直径铸锭时，可能引起铸锭的底裂和浇口裂纹。防止铸锭底裂和浇口裂纹的措施一般是分别采取铺底和回火。对2A14合金大规格圆铸锭，生产过程易产生浇口裂纹，如按常规采取回火措施，铸锭肯定会裂。目前生产2A14合金Ф630mm大规格铸锭，为防止铸锭底裂和浇口裂纹，采取的措施分别是纯铝铺底和不回火。

实践中，采取常规铸造工艺生产直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭会产生如下问题：

1）若按常规采用15mm/min以下铸造速度，铸锭易产生成层、拉裂、拉漏等表面缺陷而引发铸锭裂纹；

2）铸造收尾不回火，按常规结晶完毕停止冷却或继续冷却不超过半小时，也会产生铸锭浇口裂纹；

3）铸锭均匀化处理时，若按常规生产控制的炉膛初始温度及升温速度，铸锭会发生炸裂，同时即使炉膛初始温度较低，若将铸锭浇口部放置在均匀化炉出热风口端，也会发生铸锭炸裂。

因此，如何解决直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭在生产过程中容易出现铸造裂纹和均匀化处理裂纹的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种2A14合金圆铸锭的生产工艺，该工艺能够解决直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭在生产过程中容易出现铸造裂纹和均匀化处理裂纹的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种2A14合金圆铸锭的生产工艺，用于铸造直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭，包括以下步骤：

S1、进行铸造前准备，其中，将铸造炉的炉内金属温度控制为760-775℃，将结晶器熔体注入温度控制为700-720℃；

S2、进行铸造；

S3、进行铸造收尾；

S4、依次停止供流、停车、停水；

S5、吊铸锭；

S6、对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化炉的炉膛的初始温度低于或等于150℃，控制铸锭的均匀化热处理升温速度小于或等于25℃/小时，并将铸锭铺底放置于所述均匀化炉的出热风口端。

优选地，在上述生产工艺，所述步骤S1还包括：在结晶器的有效结晶区域上方贴隔热膜，所述隔热膜的制造材料为硅酸铝纤维纸。

优选地，在上述生产工艺，所述步骤S1中，在结晶器的有效结晶区域上方贴隔热膜具体为：在结晶器的有效结晶区域上方贴多层隔热膜。

优选地，在上述生产工艺，所述步骤S1还包括：在所述隔热膜上涂抹石墨与猪油混合润滑油。

优选地，在上述生产工艺，所述步骤S1中，当所述2A14合金圆铸锭的直径为800mm时，将铸造速度控制为18-21mm/min，当所述2A14合金圆铸锭的直径为1000mm时，将铸造速度控制为15-18mm/min，当所述2A14合金圆铸锭的直径大于800mm小于1000mm时，按照线性关系控制铸造速度。

优选地，在上述生产工艺，所述步骤S4中，当浇口下降到水位时停车，待浇口完全凝固且浇口的中心冷却至室温时停水。

优选地，在上述生产工艺，所述隔热膜包括位于所述结晶器本体上端面的牵引部分以及位于所述结晶器本体内壁上的隔热部分。

在上述技术方案中，本发明提供的2A14合金圆铸锭的生产工艺，用于铸造直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭，包括以下步骤：S1、进行铸造前准备，其中，将铸造炉的炉内金属温度控制为760-775℃，将结晶器熔体注入温度控制为700-720℃；S2、进行铸造；S3、进行铸造收尾；S4、依次停止供流、停车、停水；S5、打印并吊铸锭；S6、对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化炉的炉膛的初始温度低于或等于150℃，控制铸锭的均匀化热处理升温速度小于或等于25℃/小时，并将铸锭铺底放置于所述均匀化炉的出热风口端。上述生产工艺对炉内金属温度、结晶器熔体注入温度、炉膛的初始温度和均匀化热处理升温速度进行了与常规技术不同的控制，同时优化了铸锭铺底的放置位置，相比于背景技术中所介绍的内容，上述数值范围内熔体流动性好，可有效防止铸锭产生气体疏松、非金属夹渣和金属组织缺陷，同时还有利于防止铸锭成层、拉裂等表面缺陷而引发的铸锭裂纹，并缓解了圆铸锭容易出现均匀化热处理裂纹的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的2A14合金圆铸锭的生产工艺的流程图；

图2为生产2A14合金圆铸锭的结晶器的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种2A14合金圆铸锭的生产工艺，该工艺能够解决直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭在生产过程中容易出现铸造裂纹和均匀化处理裂纹的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供的2A14合金圆铸锭的生产工艺，用于铸造直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭，包括以下步骤：

S1、进行铸造前准备，主要包括静置炉熔体准备、铸造机准备和铸造工具准备，铸造机准备主要包括铺底、铸造开头、打渣和放漏斗，其中，将铸造炉的炉内金属温度控制为760-775℃，将结晶器熔体注入温度控制为700-720℃；

S2、进行铸造；

S3、铸造完毕后进行铸造收尾；

S4、依次停止供流、停车、停水；

S5、吊铸锭；

S6、对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化炉的炉膛的初始温度低于或等于150℃，控制铸锭的均匀化热处理升温速度小于或等于25℃/小时，并将铸锭铺底放置于所述均匀化炉的出热风口端。

铸锭均匀化的目的之一是消除铸造应力，直径为840-1000mm规格的2A14合金圆铸锭铸造成型后，铸锭内部应力非常大，该规格的2A14合金铸锭的均匀化热处理制度为金属温度485-500℃/保温12小时。大多数厂家对铸锭进行均匀化热处理操作习惯做法是：上一炉次铸锭均匀化热处理完毕且吊出后，为节约能源会马上进行下一炉次铸锭均匀化热处理的装炉，此时，炉膛初始温度一般在250℃以上，对绝大部分合金品种，这种做法不会出现问题，但对于直径840-1000mm的2A14合金铸锭，这种做法就会导致铸锭炸裂，本发明控制炉膛初始温度不超过150℃。同时直径840-1000mm的2A14合金铸锭铸造成型后，铸锭内部应力非常大，尤其铸锭浇口部因铸造收尾总会有一些缺陷残留而引起应力集中，铸锭浇口应力会超乎想象的大，此时即使炉膛初始温度没有超过150℃，若将铸锭浇口部放置均匀化炉出热风口端，也会发生铸锭炸裂，本发明将铸锭铺底部放置均匀化炉出热风口端。在直径840-1000mm的2A14合金铸锭均匀化热处理过程中，若铸锭升温速度大于30℃/小时，也存在铸锭炸裂的风险，因此本发明控制铸锭升温速度不大于25℃/小时。

上述生产工艺对炉内金属温度、结晶器熔体注入温度、炉膛的初始温度和均匀化热处理升温速度进行了与常规技术不同的控制，同时优化了铸锭铺底的放置位置，相比于背景技术中所介绍的内容，上述数值范围内熔体流动性好，可有效防止铸锭产生气体疏松、非金属夹渣和金属组织缺陷，同时还有利于防止铸锭成层、拉裂等表面缺陷而引发的铸锭裂纹，并缓解了圆铸锭容易出现均匀化热处理裂纹的问题。

进一步的技术方案中，本发明实施例提供的2A14合金圆铸锭的生产工艺中，所述步骤S1还包括：在结晶器的有效结晶区域上方贴隔热膜，该隔热膜的制造材料为硅酸铝纤维纸。如图2所示，该结晶器包括及结晶器本体11、下注管12、漏斗13、隔热膜14和结晶器外套16，结晶器外套16上具有进水孔19和出水孔15，隔热膜14位于铸锭18的上端。采用隔热膜14铸造可防止铸锭皮下裂纹产生，可防止铸锭成层等表面缺陷而引发的铸锭裂纹，同时可保证熔体在结晶器内的流动性和均匀性，可起到均匀铸锭应力的作用，防止铸锭应力不均而引发的裂纹。其实现方法是：一是隔热膜14材料选用进口2.0～3.0㎜硅酸铝纤维纸（绝热性、抗拉强度越高越好，目前国内不能生产），粘和材料选用普通胶水，隔热膜14贴完后在结晶器内隔热膜14上涂上石墨与猪油混合润滑油（最优是使用进口的石墨型混合润滑油）；二是贴隔热膜14操作要规范，粘贴前，对隔热膜14剪纸规格力求宽度一致，结晶器顶部和结晶器壁应打磨干净，粘贴时留出结晶器壁下缘60～70㎜高度部分不贴，作为有效结晶区域，为防止贴膜的脱落，粘贴时最好在结晶器顶部保留有大于50mm的牵引部分；三是实际粘贴层数应根据铸锭规格和铸造过程保温条件而定，以保证结晶器壁的液穴深度大于50mm为条件，一般情况下，φ840mm规格圆铸锭贴2～3层、φ1000mm规格圆铸锭贴3～5层即可；四是及时在结晶器壁贴膜部分表面均匀涂二次以上石墨润滑油，时间间隔半小时，自然干燥后开始铸造；五是铸造开始时，应特别注意铺底铝操作，以使铺底铝不要溅到、挂到、或铺至保温膜上而引起保温膜油的燃烧和损坏脱落；六是铸造完毕，在隔热膜14损坏不明显情况下，按第四款涂上石墨润滑油，如此这般可连续使用3～4次。

更进一步的技术方案中，上述步骤S1中，当2A14合金圆铸锭的直径为800mm时，将铸造速度控制为18-21mm/min，当2A14合金圆铸锭的直径为1000mm时，将铸造速度控制为15-18mm/min，当2A14合金圆铸锭的直径大于800mm小于1000mm时，按照线性关系控制铸造速度。在上述速度条件下，可防止铸锭成层、拉裂等表面缺陷产生从而引发铸锭裂纹，同时在此较快铸造速度条件下，熔体流动快，铸造过程温降小，有利于提高铸锭冶金质量。

优选的技术方案中，上述步骤S4中，当浇口下降到水位（即图2中的见水处a处）时停车，待浇口完全凝固且浇口的中心冷却至室温时停水，以此更好地缓解2A14合金圆铸锭在铸造过程中容易出现的均匀化处理裂纹。

本发明采用上述做法后，直径为840mm的2A14合金圆铸锭铸造成型率达到95%以上，直径为1000mm的2A14合金圆铸锭铸造成型率达到80%以上，且可杜绝直径为840～1000mm的2A14合金圆锭的均匀化热处理裂纹，铸锭质量满足一级疏松、一级氧化膜要求，直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭生产的制品满足A级探伤要求。

以上对本发明所提供的2A14合金圆铸锭的生产工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种2A14合金圆铸锭的生产工艺，用于铸造直径为840～1000mm的2A14合金圆铸锭，其特征在于，包括以下步骤：

S1、进行铸造前准备，其中，将铸造炉的炉内金属温度控制为760-775℃，将结晶器熔体注入温度控制为700-720℃；

S2、进行铸造；

S3、进行铸造收尾；

S4、依次停止供流、停车、停水；

S5、吊铸锭；

S6、对铸锭进行均匀化处理，控制均匀化炉的炉膛的初始温度低于或等于150℃，控制铸锭的均匀化热处理升温速度小于或等于25℃/小时，并将铸锭铺底放置于所述均匀化炉的出热风口端。

2.按照权利要求1所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1还包括：在结晶器的有效结晶区域上方贴隔热膜，所述隔热膜的制造材料为硅酸铝纤维纸。

3.按照权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中，在结晶器的有效结晶区域上方贴隔热膜具体为：在结晶器的有效结晶区域上方贴多层隔热膜。

4.按照权利要求2所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1还包括：在所述隔热膜上涂抹石墨与猪油混合润滑油。

5.按照权利要求1-4任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S1中，当所述2A14合金圆铸锭的直径为800mm时，将铸造速度控制为18-21mm/min，当所述2A14合金圆铸锭的直径为1000mm时，将铸造速度控制为15-18mm/min，当所述2A14合金圆铸锭的直径大于800mm小于1000mm时，按照线性关系控制铸造速度。

6.按照权利要求1-4任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述步骤S4中，当浇口下降到水位时停车，待浇口完全凝固且浇口的中心冷却至室温时停水。

7.按照权利要求2-4任一项所述的生产工艺，其特征在于，所述隔热膜包括位于所述结晶器本体上端面的牵引部分以及位于所述结晶器本体内壁上的隔热部分。