CN110976791A - 一种自旋分流袋及铝合金铸造方法 - Google Patents

一种自旋分流袋及铝合金铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自旋分流袋及铝合金铸造方法，其中自旋分流袋包括中心部分、壳体和设置在所述壳体上的第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口分别位于所述壳体的左右两侧，且所述第一开口位于所述壳体侧面的前端或后端，所述第二开口均位于所述壳体侧面的前端或后端，使得流出所述壳体的液体合金在铸造模具内产生自旋。本发明所提供的自旋分流袋，通过所述第一开口和所述第二开口的设置，使得沿所述壳体流出的液体合金，在碰到铸造模具的内部后，产生自旋效果，进而改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷。

Description

一种自旋分流袋及铝合金铸造方法
技术领域
本发明涉及铝合金铸造领域，特别是涉及一种自旋分流袋及铝合金铸造方法。
背景技术
在铝合金凝固过程中，由于溶质在固相和液相中的化学势差异，固液两相区中溶质将在固相与液相之间再分配，在熔体对流的作用下溶质在铸锭中分布不均(溶质浓度相对于铝合金的名义含量或高或低)，即宏观偏析。由于溶质在固相中扩散速度极低，宏观偏析难以通过后续热处理工序使溶质在铸锭中重新分布均匀。严重的宏观偏析缺陷将遗传到后续铸锭加工的产品，并对最终产品性能带来非常不利的影响。
现有技术中，铸锭的宏观偏析大多通过结晶器电磁搅拌进行控制。结晶器电磁搅拌基于交变电流产生磁场，磁场作用使液穴中产生感应电流，感应电流在磁场的作用下产生Lorentz力，液穴中熔体在Lorentz力的驱动下产生搅拌效果，达到干预液穴中溶质分布的目的。显然，结晶器电磁搅拌改善铸锭宏观偏析的效果非常依赖于搅拌器的安装位置。对于已有DC铸造工装，鉴于结晶器水箱的密封性，将难以在铸造平台上对已有结晶器进行加装搅拌装置。如果直接将搅拌器安装到结晶器下部，由于铝合金铸造过程，凝固速度快，液穴浅，很难保证液穴落到搅拌器的有效作用区内，搅拌效果难以保证。
因此，如何改善铸锭宏观偏析，提高铸锭质量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种自旋分流袋及铝合金铸造方法，用于改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷，简单实用，成本低，效果好。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种自旋分流袋，包括中心部分、壳体和设置在所述壳体上的第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口分别位于所述壳体的左右两侧，且所述第一开口位于所述壳体侧面的前端或后端，所述第二开口均位于所述壳体侧面的前端或后端，使得流出所述壳体的液体合金在铸造模具内产生自旋。
优选的，所述壳体呈方形，所述第一开口和所述第二开口分别位于所述壳体的对角线两侧。
优选的，所述壳体呈Z字型，所述第一开口和所述第二开口分别位于所述壳体的Z字型两端。
优选的，所述第一开口和所述第二开口均为伸出预设长度的延伸开口部，所述延伸开口部的横截面呈方形。
一种铝合金铸造方法，采用如上所述的自旋分流袋，包括以下步骤：
步骤S1：根据铸锭的尺寸规格确定自旋分流袋的几何结构；
步骤S2：通过数值模拟技术，确定所述自旋分流袋的各部分尺寸参数；
步骤S3：根据所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，制作自旋分流袋；
步骤S4：采用所述自旋分流袋进行铸造，获取铸锭产品。
优选的，所述步骤S3具体为：
根据所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，通过热耦合成型所述自旋分流袋。
优选的，所述步骤S4之后还包括：
步骤S5：检验所述铸锭产品的宏观偏析情况，并判断所述铸锭产品的宏观偏析情况是否符合产品要求，如果否，则重新确定所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数。
优选的，所述步骤S1中的铸锭为铝合金DC扁锭。
本发明所提供的自旋分流袋，包括中心部分、壳体和设置在所述壳体上的第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口分别位于所述壳体的左右两侧，且所述第一开口位于所述壳体侧面的前端或后端，所述第二开口均位于所述壳体侧面的前端或后端，使得流出所述壳体的液体合金在铸造模具内产生自旋。本发明所提供的自旋分流袋，通过所述第一开口和所述第二开口的设置，使得沿所述壳体流出的液体合金，在碰到铸造模具的内部后，产生自旋效果，进而改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷。
本发明所提供的自旋分流袋，包括以下步骤：步骤S1：根据铸锭的尺寸规格确定自旋分流袋的几何结构；步骤S2：通过数值模拟技术，确定所述自旋分流袋的各部分尺寸参数；步骤S3：根据所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，制作自旋分流袋；步骤S4：采用所述自旋分流袋进行铸造，获取铸锭产品。本发明所提供的自旋分流袋，通过设计基于结构实现熔体自旋的自旋分流袋，用于铝合金扁锭DC铸造过程驱使液穴中熔体旋转，以此提高扁锭中溶质分布的均匀性，达到降低扁锭宏观偏析程度的目的。
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为本发明所提供的自旋分流袋一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的铝合金扁锭DC铸造方法中自旋分流袋实施后液穴形貌；
图3为本发明所提供的铝合金扁锭DC铸造方法中自旋分流袋实施后液穴中熔体旋转效果；
图4为本发明所提供的自旋分流袋实施后液面以下某一横截面熔体旋转效果；
图5为本发明所提供的铝合金铸造方法的流程图；
其中：中心部分-1、壳体-2、第一开口-3、第二开口-4。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种自旋分流袋及铝合金铸造方法，用于改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷，简单实用，成本低，效果好。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5，图1为本发明所提供的自旋分流袋一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的铝合金扁锭DC铸造方法中自旋分流袋实施后液穴形貌；图3为本发明所提供的铝合金扁锭DC铸造方法中自旋分流袋实施后液穴中熔体旋转效果；图4为本发明所提供的自旋分流袋实施后液面以下某一横截面熔体旋转效果；图5为本发明所提供的铝合金铸造方法的流程图。
在该实施方式中，自旋分流袋包括中心部分1和壳体2，中心部分1位于壳体2的中心，中心部分1与浸入式水口(SEN)衔接，铝液从此处进入自旋分流袋，即液体合金沿中心部分1流入自旋分流袋的壳体2内，然后由开口流出。
进一步，壳体2上设有第一开口3和第二开口4，第一开口3与铸造模具之间具有供液体合金自旋的空间，第二开口4与铸造模具之间同样具有供液体合金自旋的空间；第一开口3和第二开口4分别位于壳体2的左右两侧，即液体合金分别由壳体2的左右两侧流出，在两个方向流出的液体合金，均可以实现自旋效果，进一步提高混合效果。
具体的，第一开口3位于壳体2侧面的前端或后端，第二开口4均位于壳体2侧面的前端或后端，使得流出壳体2的液体合金在铸造模具内产生自旋。上述设置，是为了保证液体合金具有足够的空间实现旋转效果，将第一开口3和第二开口4设置在壳体2侧面的端部。
本发明所提供的自旋分流袋，通过第一开口3和第二开口4的设置，使得沿壳体2流出的液体合金，在碰到铸造模具的内部后，产生自旋效果，进而改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷。
在上述各实施方式的基础上，壳体2呈方形，第一开口3和第二开口4分别位于壳体2的对角线两侧，实现壳体2左右两侧的熔体自旋方向相反。
在上述各实施方式的基础上，壳体2呈Z字型，第一开口3和第二开口4分别位于壳体2的Z字型两端。
在上述各实施方式的基础上，第一开口3和第二开口4均为伸出预设长度的延伸开口部，延伸开口部的横截面呈方形，即第一开口3和第二开口4均具有预设长度的延伸，可以引导液体合金的流动方向，实现熔体自旋。
除上述自旋分流袋外，本发明还提供了一种铝合金铸造方法。
该铝合金铸造方法包括以下步骤：
步骤S1：根据铸锭的尺寸规格确定自旋分流袋的几何结构；
步骤S2：通过数值模拟技术，确定自旋分流袋的各部分尺寸参数，具体的，如图1所示，各部分尺寸参数包括尺寸a、b、c、d、e、f；
步骤S3：根据自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，制作自旋分流袋；
步骤S4：采用自旋分流袋进行铸造，获取铸锭产品。
本发明所提供的自旋分流袋，通过设计基于结构实现熔体自旋的自旋分流袋，用于铝合金扁锭DC铸造过程驱使液穴中熔体旋转，以此提高扁锭中溶质分布的均匀性，达到降低扁锭宏观偏析程度的目的。
进一步，步骤S3具体为：
根据自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，通过热耦合成型自旋分流袋，即采用热力耦合方式，实现自旋分流袋的制作成型。
在上述各实施方式的基础上，步骤S4之后还包括：
步骤S5：检验铸锭产品的宏观偏析情况，并判断铸锭产品的宏观偏析情况是否符合产品要求，如果否，则重新确定自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数。上述步骤，可以通过铸锭产品的宏观偏析情况，纠正自旋分流袋的结构和尺寸信息，进一步改善铸锭宏观偏析问题。
在上述各实施方式的基础上，步骤S1中的铸锭为铝合金DC扁锭，即本实施例中所提供的铝合金铸造方法，主要用于铝合金DC扁锭的铸造。
本实施例所提供的自旋分流袋及铝合金铸造方法，基于铝合金扁锭宏观偏析的产生原因，基于自旋分流袋的结构实现熔体自旋，用以改善铝合金铸锭宏观偏析缺陷。与常规铝合金DC铸造相比，该自旋分流袋及铝合金铸造方法，仅改动了分流袋的结构，投资低，简单实用，适用于工业化推广和使用。
以上对本发明所提供的自旋分流袋及铝合金铸造方法进行了详细介绍。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铝合金铸造方法及其核心思想。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 (8)

1.一种自旋分流袋，其特征在于，包括中心部分(1)、壳体(2)和设置在所述壳体(2)上的第一开口(3)和第二开口(4)，所述第一开口(3)和所述第二开口(4)分别位于所述壳体(2)的左右两侧，且所述第一开口(3)位于所述壳体(2)侧面的前端或后端，所述第二开口(4)均位于所述壳体(2)侧面的前端或后端，使得流出所述壳体(2)的液体合金在铸造模具内产生自旋。
2.根据权利要求1所述的自旋分流袋，其特征在于，所述壳体(2)呈方形，所述第一开口(3)和所述第二开口(4)分别位于所述壳体(2)的对角线两侧。
3.根据权利要求1所述的自旋分流袋，其特征在于，所述壳体(2)呈Z字型，所述第一开口(3)和所述第二开口(4)分别位于所述壳体(2)的Z字型两端。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的自旋分流袋，其特征在于，所述第一开口(3)和所述第二开口(4)均为伸出预设长度的延伸开口部，所述延伸开口部的横截面呈方形。
5.一种铝合金铸造方法，采用如权利要求1至4任意一项所述的自旋分流袋，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据铸锭的尺寸规格确定自旋分流袋的几何结构；
步骤S2：通过数值模拟技术，确定所述自旋分流袋的各部分尺寸参数；
步骤S3：根据所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，制作自旋分流袋；
步骤S4：采用所述自旋分流袋进行铸造，获取铸锭产品。
6.根据权利要求6所述的铝合金铸造方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
根据所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数，通过热耦合成型所述自旋分流袋。
7.根据权利要求5或6所述的铝合金铸造方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括：
步骤S5：检验所述铸锭产品的宏观偏析情况，并判断所述铸锭产品的宏观偏析情况是否符合产品要求，如果否，则重新确定所述自旋分流袋的几何结构和各部分尺寸参数。
8.根据权利要求7所述的铝合金铸造方法，其特征在于，所述步骤S1中的铸锭为铝合金DC扁锭。
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