[发明专利]2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法

说明书

技术领域

本发明属于合金铸造工艺领域，尤其是一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法。

背景技术

在合金铸造工艺领域内，晶粒细化对铝合金的半连续铸造成型和合金产品性能都很有意义。一般情况下，铸锭的细化处理是指在少量特殊添加剂的作用或快速冷却或各种物理作用的影响下，提高金属或合金组织分散度。凡是能促进形核、抑制晶粒长大的处理，都能细化晶粒。

目前，控制晶粒尺寸最常用和有效的方法是在浇注前向熔体中加入形核剂，在铝的凝固过程中通过异质形核使晶粒细化。铝钛硼合金晶粒细化剂Al-Ti-B是目前国内公认的最有效的形核细化剂。关于Al-Ti-B细化晶粒的机理，目前比较成熟的理论是包晶学说。Al-Ti-B中的主要金属化合物有铝化物三铝化钛TiAl3，硼化物则为二硼化钛TiB2、二硼化铝AlB2。

Al-Ti-B中间合金通过加入钛的硼化物细化晶粒，在工业上已应用了几十年，到目前为止，国内外最广泛使用、有效、成熟的晶粒细化剂是Al-5Ti-1B的φ直径9.5mm的丝状细化剂，它是将丝状细化剂通过专用送线机构连续均匀地加入到静置炉与铸造机之间的流槽熔体之中，以这种方式加入细化剂时，它在熔体中分散度高、保持时间短，有利于提高细化效果和抗时间衰减，因而效果较好。Al-5Ti-1B丝常规加入量为0.8千克/吨.铝～1.5千克/吨.铝，能满足绝大多数合金、铸锭规格的细化要求，即指铸锭晶粒度达到一级。

但是，Al-5Ti-1B的φ9.5mm丝状细化剂含有可溶性的TiAl3；和不溶性的TiB2、AlB2(极少)质点。在实际生产条件下，受各种因素影响，TiB2质点易聚集成块，尤其在加入时由于熔体局部温度低，导致加入点附近粘稠，流动性差，使TiB2质点易聚集形成化合物夹杂，阻塞过滤器，影响净化、细化效果；TiB2质点除本身易聚集偏析外，还易与熔体中氧化膜或存在的盐类结合造成夹杂；合金中的锆Zr、铬Cr、锰Mn、钒V还可以使TiB2中毒失去细化作用，造成粗晶组织。其中，1)锆中毒的原因是：TiAl3，TiB2中的部分钛被锆所取代，形成了铝化物(TiX，ZrX)Al3，硼化物(TiX，ZrX)B2，改变了点阵常数，形核作用消失，这些相组成已为实验所证实；2)铬中毒的原因是：铬取代TiAl3，TiB2中的部分钛，形成铝化物(TiX，CrX)Al3和硼化物(TiX，CrX)B2，同样改变了点阵常数，发生中毒现象，实验中也已找到了这些相组成；3)锰、钒使细化效果下降原因是：六铝化锰MnAl6、铝化物(Mn、Fe)Al6、三铝化钒VAl3与TiAl3，TiB2粒子相互之间聚集长大，引起细化衰退。

综上所述，由于2219合金含使Al-5Ti-1B中毒失去细化作用的Zr、Mn、V元素，且含量较高，所以在目前已知合金中，是使用丝状Al-5Ti-1B细化效果最不理想的合金。对生产直径φ310mm以上规格圆铸锭，其晶粒度就难于控制，对于生产直径φ≥750mm的2219合金铸锭，如按Al-5Ti-1B丝状细化剂的常规加入量(0.8千克/吨.铝～1.5千克/吨.铝)，其晶粒细化效果很不理想，铸锭晶粒一般只能在4～7级水平。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，采取本发明生产2219合金直径750mm～1200mm铸锭的晶粒度达到一级水平，铸锭成型率高，且无其他铸锭冶金缺陷产生。

所述的一种2219合金大直径圆铸锭晶粒细化方法，包括步骤：

加入铝钛合金块Al-Ti块、铝钛硼合金块Al-Ti-B块；

测定并使得炉内熔体中的钛Ti含量在0.02％～0.05％之间；

铸造前和铸造过程中，控制炉内熔体温度为750℃～775℃；

根据生产规格选取铸造速度对2219合金进行铸造，生产直径φ750mm～φ850mm规格铸锭采取每分钟20mm～25mm的铸造速度，生产直径φ900mm～φ1200mm规格铸锭采取每分钟15mm～20mm的铸造速度；

铸造过程中，连续均匀地加入2.5千克/吨.铝～4.5千克/吨.铝的铝钛硼合金丝状细化剂Al-5Ti-1B；

并同时控制结晶器内中心熔体温度为640℃～680℃。