CN104493114A - 采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法。首先将示踪金属熔化后保温，在半连续铸造过程中向流槽末端的被测金属熔体内连续注入示踪金属，注入后示踪金属与被测铸锭一并在结晶器内凝固，铸造结束后，在铸锭加入示踪金属的位置的中心处取纵剖面，抛光后在碱液或酸液中腐蚀，利用示踪金属在铸锭内部的沉积作用以及示踪金属与被测铸锭耐腐蚀性的差异，显示被测铸锭的液穴形貌，并可直接测量液穴深度。本发明能够清晰显示和准确测量铝合金铸锭液穴形貌及液穴形貌，且操作简单，易于实现。

Description

采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法

技术领域

本发明涉及一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴深度的方法，属于铝合金半连续铸造技术领域。

背景技术

当前，供挤压和轧制变形用的铝合金扁铸锭和圆铸锭多采用直接水冷半连续铸造的方式制备生产，该工艺的主要特点是液态金属熔体连续地通过结晶器，依靠结晶器实现金属的凝固并约束成型。在该工艺生产过程中，铸锭上部被结晶前沿和铸锭敞露液面所包围的液体金属区域称之为液穴。铸锭液穴的形状决定着铸锭断面金属结晶速度的变化，而液穴的深度则直接反映了铸锭制备过程中的凝固时间和凝固速度，因此，准确测量和调整液穴形貌和液穴深度是反应和控制铸锭质量的重要指标和手段。

常用的测量液穴形貌和深度的方法为插丝法，或探棒法，即在铸造过程中采用细丝或探棒自金属液面垂直***熔体内部，直至触碰至铸锭固相为止，然后抽出，通过测量不同位置***丝或探棒的长度来测算铸锭液穴。此方法虽简便易行，但测量精确度受操作人员经验和探棒垂直度影响，误差较大，不能准确反映液穴形貌变化。若铸造条件或工艺改变，则误差值更大。为弥补插丝法测量带来的误差，热电偶法应运而生。该方法是在铸造过程中，向铸锭内部不同位置在线埋入金属热电偶，热电偶随铸锭一起凝固，依靠不同位置热电偶的温度变化来反映铸锭的液穴形貌。该方法测量液穴数值准确，能够定量反映其形貌和深度变化，但采用金属热电偶法操作复杂，测量完成后铸锭只能报废处理，成本较高。而且，在测量高强度7×××和2×××硬铝合金铸锭时，因埋入热电偶增加了铸锭内部应力集中点，可能导致铸锭开裂甚至迸裂现象发生，应用领域受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供了一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：首先将示踪金属熔化后保温，在半连续铸造过程中向流槽末端的被测金属熔体内连续注入示踪金属，注入后示踪金属与被测铸锭一并在结晶器内凝固，铸造结束后，在铸锭加入示踪金属的位置的中心处取纵剖面，经抛光后腐蚀即可显示液穴形貌，直接测量液穴深度。

进一步地，所述示踪金属为铝基中间合金，其密度大于被测金属铸锭的密度。

进一步地，所述示踪金属融化后的保温温度高于被测铸锭铸造温度20℃～100℃。

进一步地，所述半连续铸造过程中注入示踪金属0.2Kg～10Kg。

更进一步地，所述加入示踪金属后的铸锭，经抛光后利用碱液或酸液腐蚀铸锭表面。

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：

（1）本发明与传统液穴测量方法相比，本发明依靠示踪金属与被测金属耐腐蚀性的差异实现铸锭液穴形貌的清晰显示，并可直接测量液穴深度。采用本发明的测量方法后，可避免传统***法测量液穴深度时带来的人为误差，液穴形状得以直观显示，测量结果的准确程度得以提高；

（2）本发明与热电偶法相比，主要是在铸造过程中通过添加铝基示踪金属的方式，利用示踪金属与被测铝合金密度差异使示踪金属在铸锭底部固相沉积，大幅度地节约了成本，且操作方便，易于实现。

附图说明

图1为本发明方法的操作示意图；

图2为本发明方法测量的圆铸锭液穴形貌。

图中各附图标记的含义：

1-铝合金熔体，2-示踪金属熔体，3-铸锭，4-铸锭液穴，5-流槽。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法。首先将示踪金属熔化后保温，然后在半连续铸造过程中向流槽5的末端连续注入示踪金属熔体2，使之混入被测金属熔体1内部，继而一并在结晶器内凝固成铸锭3。铸造结束之后，在铸锭3的加入示踪金属的位置的中心处取纵剖面，经抛光后腐蚀即可显示液穴4的形貌，并可直接测量液穴深度。

本发明能够清晰显示和准确测量铝合金铸锭液穴形貌及液穴形貌，其技术关键如下：

（1）示踪金属的选择：选择密度大于被测量铝合金铸锭密度的铝基中间合金作为示踪金属，在液态时金属纯铝的密度为2380Kg/m3，铝合金熔体的密度范围为2350～2490Kg/m3。选择铝基示踪金属时，多选择铝铜中间合金，该合金密度范围为3110～3680Kg/m3，大于铝合金熔体密度，能够通过重力沉积方式显示被测铸锭液穴形貌。

（2）示踪金属的熔化：利用中频感应炉或电阻炉将示踪金属熔化，到达一定温度后保温，保温温度一般高于被测铸锭铸造温度20℃～100℃。

（3）示踪金属的加入：铸造开始后，在流槽末端被测金属熔体内连续注入0.2Kg～10Kg示踪金属，示踪金属注入量与被测铝合金铸锭规格有关，铸锭规格越大，示踪金属注入量越多。注入后示踪金属与被测铸锭一并在结晶器内凝固。依照测量目的不同，示踪金属可在铸造不同阶段连续注入，能够分别反映不同阶段铸锭的液穴形貌变化；

（4）示踪金属/液穴形貌的显示：铸造结束后在铸锭相应位置（加入示踪金属时对应的位置）的中心处取纵剖面，经抛光后腐蚀即可显示。

下面是应用本发明技术方案的具体实例，它仅作为例子给出，不视为对本发明的应用限制。凡操作条件的等同替换，均落在本发明的保护范围之内。

实施例：

选择Al-30%Cu（Cu的质量百分含量为30%）中间合金作为示踪金属。本实施例待测铸锭为7050合金圆铸锭，该合金密度范围为2410～2450Kg/m3，选择Al-30%Cu中间合金作为示踪金属，该合金密度为：3410～3480Kg/m3，比被测合金密度值大，能够通过重力沉积方式显示铸锭液穴。

在铸造开始前，利用中频感应炉将示踪金属熔化，到达750℃后进行除气和保温处理。半连续铸造开始后并达到稳定阶段时，取熔化后在炉内保温的Al-30%Cu合金熔体5Kg，缓慢注入流槽末端即结晶器前沿位置。示踪金属熔体汇入7050铝合金铸锭熔体一并进入结晶器，在冷却水的作用下与铸锭一起凝固成型。

铸造结束后，在加入示踪金属的相应位置将7050铝合金铸锭沿纵向剖开，经抛光腐蚀后，由于示踪金属沉积于底部固相且与被测7050铝合金呈现不同的耐腐蚀性，进而显示出铸造过程中铸锭内部的液穴形貌，如图2所示。经定量测量，该工艺条件下7050铸锭液穴深度为78mm。

对于Φ154mm7050铝合金圆锭铸造实例，其具体过程如下：

（1）熔炼及熔体处理：

将示踪金属放入中频炉内熔炼，到达一定温度（略高于浇铸温度）后保温；将工业纯铝锭及其合金铸锭放入感应炉内熔炼，合金熔化后转入保温静置炉内，并对熔体进行炉内精炼、除气和其他处理，静置10～20分钟，待熔体温度降至720～740℃时进行半连续铸造。

（2）半连续铸造：

在本实施例中，待检测液穴铸锭为Φ154mm7050圆铸锭，该铸锭半连续铸造工艺为：铸造温度700℃，铸造速度为100mm/min。在半连续铸造开始前，设定冷却水流量变化范围为4～6m3/h，铸造机初始铸造速度为60mm/min，铸造过程开始后速度线性增加至100mm/min，铸锭长度为1000mm时，将预先熔化好的示踪金属加入结晶器内。铸造结束后，取铸锭900—1100mm段后沿中心线纵剖，经抛光腐蚀后液穴形貌如图2所示，经测量液穴深度约为78mm。

Claims (5)

1.一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：首先将示踪金属熔化后保温，在半连续铸造过程中向流槽末端的被测金属熔体内连续注入示踪金属，注入后示踪金属与被测铸锭一并在结晶器内凝固，铸造结束后，在铸锭加入示踪金属的位置的中心处取纵剖面，经抛光后腐蚀即可显示液穴形貌，直接测量液穴深度。

2.根据权利要求1所述的一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：所述示踪金属为铝基中间合金，其密度大于被测金属铸锭的密度。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：所述示踪金属融化后的保温温度高于被测铸锭铸造温度20℃～100℃。

4.根据权利要求1或2所述的一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：所述半连续铸造过程中注入示踪金属量为0.2Kg～10Kg。

5.根据权利要求1或2所述的一种采用示踪金属测量铝合金铸锭液穴形貌的方法，其特征在于：所述加入示踪金属后的铸锭经抛光后，利用碱液或酸液腐蚀铸锭表面。