CN101745628A - 多层异种铝合金同步复合铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多层异种铝合金同步复合铸造方法，依靠异种铝合金熔点的差异，首先铸造熔点高的合金铸锭，待高熔点的铸锭凝固至固相线以下一定温度并具有一定的强度后再铸造熔点低的合金铸锭，两层铸锭在热状态下实现液固冶金结合，并共同在结晶器的冷却水作用下凝固成复合铸锭。异种铝合金铸锭间结合面为铸造过程中半固态状态下的冶金结合，界面结合强度高；适合于双层复合铸锭和三层复合铸锭同步铸造。

Description

多层异种铝合金同步复合铸造方法

技术领域

本发明涉及一种多层异种铝合金同步复合铸造方法，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

铝合金双金属或三层金属复合板材是制造散热器、热交换器的重要材料，广泛应用于汽车、空调、制氧机等行业，市场前景极为广阔。目前我国铝合金复合板材采用的生产工艺过程是首先通过直接水冷半连续铸造的方式制备芯层和包覆层铸锭坯料，并分别对芯层、包覆层铸锭进行铣面、热轧、剪切、酸洗、碱洗等相关处理，最后通过热轧复合的方式来生产铝合金复合板材。

采用这种热轧复合工艺制备铝合金复合板不仅生产周期长、工序多、劳动强度大，而且在芯层和包覆层的轧制复合过程中复合界面易氧化、金属复合层结合强度低。针对当前铝合金复合板生产工艺存在的不足，Novelis公司开发了铝合金复合扁铸锭同步铸造技术并投入了商业化运营，是在金属直接水冷半连续铸造的过程中直接浇铸芯层和包覆层金属，使其在半固态状态下实现冶金焊合并直接铸造成双层或三层合金锭，然后对该复合铸锭进行热轧和冷轧来生产铝合金复合板材，生产成本大幅度下降。

铝合金复合扁锭同步铸造技术是国外新开发的一种先进铝合金半连续铸造技术，相关工艺和技术核心处于绝对保密状态。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种多层异种铝合金同步复合铸造方法，旨在有效简化工艺流程，铸造出多层异种铝合金扁锭。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

多层异种铝合金同步复合铸造方法，具体工艺步骤——

1)将异种铝合金熔体分别在不同熔炼炉内进行熔化，并分别进行熔体精炼和除渣处理；

2)在铸造开始时，先通过熔池和控流塞棒向结晶器内浇铸熔点较高的芯层金属，结晶器上部设计有隔板，芯层金属通过结晶器内壁和隔板的一次冷却作用首先凝固成形，在铸造过程中控制隔板的冷却强度，使芯层金属充分冷却；

3)待芯层金属凝固至半固态温度后，打开包覆层熔池控流塞棒，向复合结晶器内缓慢注入熔点较低的包覆层金属，在注入的过程中控制包覆层金属的液面高度，使其保持在隔板底端下沿10～30mm的范围内，液态包覆层金属熔体接触芯层支撑面后，包覆层熔体在界面冷却下凝固，凝固后释放的凝固潜热将芯层界面重新加热至半固态温度进行冶金结合；

4)引锭底座不断下降，牢固结合的复合扁锭逐渐脱离结晶器并接触到二次冷却水，芯层和包覆层铸锭同时在冷却水的作用下凝固成复合扁锭。

进一步地，上述的多层异种铝合金同步复合铸造方法，步骤2)在铸造过程中控制隔板的冷却强度，芯层金属隔板下端界面温度在该合金固相线以下50℃～150℃范围内。

更进一步地，上述的多层异种铝合金同步复合铸造方法，步骤3)在铸造过程中，芯层和包覆层金属的液面波动范围控制在±5mm。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明多层异种铝合金同步复合铸造方法，依靠异种铝合金熔点不同的差异，首先铸造熔点高的合金铸锭，待高熔点的铸锭凝固至一定温度下并具有一定的强度后再铸造熔点低的合金铸锭，两种合金铸锭在热状态下实现冶金结合，实现异种铝合金锭坯的同步铸造。采用内部隔板设计的结晶器铸造复合锭坯，此隔板既分隔结晶器内不同种铝合金熔体，又提供铸锭的一次冷却。异种铝合金铸锭间结合面为铸造过程中半固态状态下的冶金结合，界面结合强度高；能同步铸造双层或三层铝合金复合铸锭，复合铸锭在结晶器的冷却作用下同步凝固成形，大大简化了复合铝板的制备工艺。

具体实施方式

本发明提供了多层异种铝合金同步复合铸造方法，依靠异种铝合金熔点的差异，首先铸造熔点高的合金铸锭，待高熔点的铸锭凝固至固相线以下一定温度并具有一定的强度后再铸造熔点低的合金铸锭，两层铸锭在热状态下实现液固冶金结合，并共同在结晶器的冷却水作用下凝固成复合铸锭。

具体铸造时，其详细工艺过程是：首先将异种铝合金熔体分别在不同熔炼炉内进行熔化，并分别进行熔体精炼和除渣处理。在铸造开始时，先通过熔池和控流塞棒向结晶器内浇铸熔点较高的芯层金属，结晶器上部设计有隔板，芯层金属通过结晶器内壁和隔板的一次冷却作用首先凝固成形，在铸造过程中控制隔板的冷却强度，芯层金属隔板下端界面温度在该合金固相线以下50℃～150℃范围内，使芯层金属充分冷却。待芯层金属凝固至半固态温度后，打开包覆层熔池控流塞棒，向复合结晶器内缓慢注入熔点较低的包覆层金属，在注入的过程中控制包覆层金属的液面高度，使其保持在隔板底端下沿10～30mm的范围内，液态包覆层金属熔体接触芯层支撑面后，包覆层熔体在界面冷却下凝固，凝固后释放的凝固潜热将芯层界面重新加热至半固态温度进行冶金结合；在铸造过程中，芯层和包覆层金属的液面波动范围控制在±5mm。引锭底座不断下降，牢固结合的复合扁锭逐渐脱离结晶器并接触到二次冷却水，芯层和包覆层铸锭同时在冷却水的作用下凝固成复合扁锭。

需说明的是，上述工艺方法描述了双层复合铸锭的同步铸造过程，对于三层复合铸锭此方法同样适用。将熔体熔化、精炼和除渣处理，待熔体成分满足要求后将异种铝合金熔体导入结晶器进行铸造；为防止不同种铝合金熔体液态时在结晶器内混合，结晶器上部设计有一个既能分隔铝熔体，又能够提供冷却功能的隔板装置，铸造过程中，隔板将不同种铝合金熔体在结晶器内分隔开，同时隔板具有较高的热导率，对隔板两侧的铝合金熔体也起到一次冷却的作用。铸造时，首先铸造熔点高的合金，待该合金在隔板的冷却作用下凝固至一定温度并且外表面凝固壳具有一定的强度后开始往结晶器内注入熔点较低的第二种合金。这样，高熔点合金的外表面凝固壳一方面对低熔点金属起到固定其外形的支撑作用，形成支撑面，另一方面低熔点合金凝固后释放的凝固潜热将此支撑面再次加热至半固态温度，从而起到加速异种铝合金原子间的热扩散，实现异种铝合金铸锭间冶金结合的目的。最后，具有牢固冶金结合面的异种铝合金铸锭在结晶器冷却水的作用下同步凝固成形。

综上所述，本发明多层异种铝合金同步复合铸造方法，依靠异种铝合金熔点不同的差异，首先铸造熔点高的合金铸锭，待高熔点的铸锭凝固至一定温度下并具有一定的强度后再铸造熔点低的合金铸锭，两种合金铸锭在热状态下实现冶金结合，实现异种铝合金锭坯的同步铸造。采用隔板设计的结晶器铸造复合铸锭，隔板具有既分隔不同种铝合金熔体，又一次冷却多层铸锭的功能。随着引锭底座的下移，复合铸锭在结晶器冷却水的冷却作用下同步凝固成形。芯层和包覆层在冶金状态下结合，界面结合强度高；适合于双层复合铸锭和三层复合铸锭同步铸造。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (3)

1.多层异种铝合金同步复合铸造方法，其特征在于：包括以下步骤——

1)将异种铝合金熔体分别在不同熔炼炉内进行熔化，并分别进行熔体精炼和除渣处理；

2)在铸造开始时，先通过熔池和控流塞棒向结晶器内浇铸熔点较高的芯层金属，结晶器上部设计有隔板，芯层金属通过结晶器内壁和隔板的一次冷却作用首先凝固成形，在铸造过程中控制隔板的冷却强度，使芯层金属充分冷却；

3)待芯层金属凝固至半固态温度后，打开包覆层熔池控流塞棒，向复合结晶器内缓慢注入熔点较低的包覆层金属，在注入的过程中控制包覆层金属的液面高度，使其保持在隔板底端下沿10～30mm的范围内，液态包覆层金属熔体接触芯层支撑面后，包覆层熔体在界面冷却下凝固，凝固后释放的凝固潜热将芯层界面重新加热至半固态温度进行冶金结合；

4)引锭底座不断下降，牢固结合的复合扁锭逐渐脱离结晶器并接触到二次冷却水，芯层和包覆层铸锭同时在冷却水的作用下凝固成复合扁锭。

2.根据权利要求1所述的多层异种铝合金同步复合铸造方法，其特征在于：步骤2)在铸造过程中控制隔板的冷却强度，芯层金属隔板下端界面温度在该合金固相线以下50℃～150℃范围内。

3.根据权利要求1所述的多层异种铝合金同步复合铸造方法，其特征在于：步骤3)在铸造过程中，芯层和包覆层金属的液面波动范围控制在±5mm。