[发明专利]一种减少大规格2000系铝合金铸锭底部开裂的方法

说明书

本发明提供了一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法。所述方法是通过采用分级停顿式起铸工艺替代传统的纯铝铺铝打底式的起铸方法，通过间歇停顿的方法，在铸锭内形成结晶凝固阻断层，阻断铸锭底部萌生的微裂纹向上扩展，同时结合适配的直冷半连续铸造工艺以及铸造收尾除水方法，避免铸锭的应力集中，从而大幅度降低铸锭底部微裂纹扩展的倾向，提升铸锭的成型率，降低生产工艺的制备成本。

技术领域

本发明属于硬质铝合金铸造技术领域，涉及一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法。

背景技术

2000系铝合金属于Al-Cu合金系，中强可热处理强化铝合金，具有高韧、耐损伤和耐蚀等诸多的优点，是航空工业领域最为常用的金属材料之一，目前主要用于飞机机身蒙皮、机翼蒙皮等对耐损伤性能要求较高部位的构件制备。近些年，随着低成本、大规格整体制造的发展要求，对于飞机构件用铝合金半成品规格的要求越来越大，对于2000系铝合金铸锭的尺寸要求也随之越来越大。目前，国内的直冷半连续扁铸锭横截面最大尺寸达到520mm（厚度）×1620mm（宽度），圆铸锭直径最大尺寸达到1000mm，但由于铸锭尺寸较大，这导致铸锭的成分偏析、显微疏松、铸锭开裂、成型率偏低等问题尤为严重。

大规格2000系铝合金铸锭开裂主要有三个方面的原因：

（1）开始铸造阶段，熔体接触金属引锭器和结晶器，快速冷却凝固，由于补缩不及时等原因导致铸锭底部萌生微裂纹，随着铸造的进行，扩展开裂；（2）稳定铸造过程阶段，由于冷却水量、浇铸速度等铸造工艺参数不适配，导致铸锭温度场改变，应力集中，诱引底部和内部微裂纹扩展开裂；（3）铸造结束阶段，铸锭离开刮水板导致冷却水流至铸锭上表面，过热的铸锭顶部遇室温冷却水，导致铸锭开裂。其中，原因（1）是导致直冷半连续铸锭开裂的最主要原因，原因（2）和（3）主要起到诱引作用。

目前，针对原因（1）主要依靠传统的“纯铝熔体铺底式浇铸法”，在浇铸开始阶段，先向引锭器上浇入熔融态的纯铝，达到固液混合态后再浇铸合金熔体，通过纯铝自身较高的韧性，使得铸锭底部凝固一层纯铝“外衣”，来遏制裂纹的扩展，但操作相对麻烦，且浪费纯铝，提高工艺成本。针对原因（2）主要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，但通常情况下，铸锭规格越大，工艺窗口也越窄，想要获得适配的工艺参数也越困难，尤其是针对直冷半连续扁铸锭横截面最大尺寸达到520mm（厚度）×1620mm（宽度），圆铸锭直径最大尺寸达到1000mm将更加困难。针对原因（3）主要依靠人工除水的方法，但是此过程操作复杂，人力成本高。

综上所述，大规格2000系铝合金直冷半连续铸锭由于合金系的自身特性和铸锭规格的放大，铸造开裂风险大，如何在铸造开始阶段、稳定铸造过程阶段和铸造收尾阶段减少铸锭的开裂，提高铸锭的成型率是本领域急需解决的问题。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种制备大规格2000系铝合金铸锭的方法，特别是一种减少大规格2000系铝合金直冷半连续铸造的铸锭底部开裂的方法，所述方法是通过采用分级停顿式起铸工艺替代传统的纯铝铺铝打底式的起铸方法，通过间歇停顿的方法，在铸锭内形成结晶凝固阻断层，阻断铸锭底部萌生的微裂纹向上扩展，同时结合适配的直冷半连续铸造工艺以及铸造收尾除水方法，避免铸锭的应力集中，从而大幅度降低铸锭底部微裂纹扩展的倾向，提升铸锭的成型率，降低生产工艺成本。同时，采用本发明的方法制备得到的大规格2000系铝合金铸锭有效避免了现有技术制备的铸锭的成分偏析、显微疏松等问题。