[发明专利]7000系铝合金直冷半连续铸锭的分级间歇停顿式起铸方法

说明书

本发明属于金属材料制造技术领域，涉及一种针对高合金化7000系铝合金直冷半连续铸锭的分级间歇停顿式的起铸方法，所述方法包括：①起铸后，当铸造长度达50～60mm时，采取第一级停顿2～5s；②继续铸造，当铸造长度达90～100mm时，采取第二级停顿2～5秒；③继续铸造，当铸造长度达115～125mm时，采取第三级停顿2～5秒；本发明适用于直径Φ280～520mm的铸造圆锭，截面积(280～320)×(880～920)mm的铸造扁锭；本发明采用分级间歇停顿式起铸工艺，解决了高合金化7000系铝合金直冷半连续铸锭的热裂和冷裂问题，大幅度提升了铸锭成型的成功率，降低成本，为后续的冷热加工提供高品质的直冷半连续铸锭。

技术领域

本发明属于金属材料制造技术领域，涉及一种针对高合金化7000系铝合金直冷半连续铸锭的分级间歇停顿式的起铸方法。

背景技术

高强、超高强铝合金(7000系)在航空、航天、兵器等多个领域，被广泛用于结构件和轻质部件的制备。随着设计的要求越来越高，针对材料性能的需求也越来越严苛。该系列铝合金主要通过提高Zn、Mg、Cu等元素的含量，并调控元素之间的比例关系，来进一步提高合金性能，因此高合金化是该系列铝合金不可避免的发展趋势。但是，高合金化，尤其是较高的Zn、Mg、Cu元素含量，将为合金母锭的铸造带来较大的挑战。合金化程度越高，合金母锭在直冷半连续铸造过程中的热裂和冷裂倾向越大，严重降低铸造成功率，导致原材料的浪费。在直冷半连续铸造过程中发生的开裂，大部分是由于铸造起始阶段，较热的合金熔体接触到结晶器和结晶底座后，迅速凝固收缩，在铸锭底端的内外部形成微裂纹，并随着铸造的进行，内应力的提高，使得微裂纹扩展，最终导致不同程度的开裂。因此，如何解决高合金化7000系铝合金直冷半连续铸锭的开裂问题，成为获得高品质合金母锭的关键。

近些年来，针对上述的题的解决方案研究主要集中在两个方面：一是依靠传统的“铺底式浇铸法”，即在浇铸之前，先向结晶器内和结晶底座上浇入熔融态的纯铝，达到固液混合态后，再浇铸目标的合金熔体，此方法的意义在于通过纯铝自身的较高韧性，使得合金铸锭底部凝固一层纯铝“外衣”，来遏制裂纹的扩展，但该方法不仅操作麻烦，且不可避免纯铝的浪费；二是通过调整合金铸锭铸造稳定阶段的工艺参数(冷却水量、铸造速度等)，来实现降低凝固过程残留的内应力，降低裂纹扩展的倾向，但是通常情况下，工艺参数窗口较窄，且需要大量的试制工作才能确定。而针对合金起始阶段的工艺参数设计的研究相对较少。

据资料记载：《全国第十五届轻合金加工学术交流会》论文集中《铝合金半连续直冷铸造技术的研究进展》所述，铝合金半连续铸造时铝加工产业链的前端和关键基础环节，经过了传统直接水冷半连续铸造、矮槽铸造等多项技术的逐渐进步，某些软铝合金的生产已经达到了相当稳定的程度，但是有些大规格硬铝合金铸锭，我国还不能稳定批量生产。这是由于软铝合金自身的材料特性所致，相比于硬铝合金，其内应力的形成、存储和释放，均有明显的不同。而高合金化7000系铝合金属于硬铝合金的典型代表合金系，强度高，内应力大，已释放形成裂纹。《2008年全国铝合金熔铸技术交流会》文集中《调整铸造应力防止铸锭裂纹》所述，几乎所有的变形铝合金都有不同程度的裂纹倾向，铸锭裂纹是合金锭主要报废原因之一。文中从减小铸造热应力、使应力均匀分布、提高铸锭底部抗拉应力的能力和减小铸锭底部应力等7个方面，对现有主要技术手段进行了介绍。其中，除了前文提到的在铸锭底部浇纯铝铺底以外，其他都集中在应力的控制方面，而针对裂纹萌生阶段的控制，也依然沿用传统的纯铝铺底手段。《铝加工》杂志2019年第1期曾刊载了一篇论文《7449铝合金的半连续铸造工艺分析设计》。此文针对Al-8Zn-2.3Mg-1.8Cu的7449铝合金直径Φ310mm的直冷半连续圆锭的工艺设计开展研究，通过合适的工艺参数设计，获得的铸锭具有良好的内外部质量。但是，此文所研究合金的合金化总量约为12％，距离前沿研究的高强、超高强铝合金的合金化程度还有差距；此外，直径Φ310mm的铸造圆锭尺寸相对较小，仍需开展更大尺寸规格和种类(圆锭、扁锭)的研究工作。