一種5xxx系鋁合金扁錠DC鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝的制作方法

本發明涉及鋁合金扁錠dc鑄造，尤其涉及一種5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝。

背景技術：

1、在鋁加工行業中，dc鑄造以其產量高，速度快等優點成為最常用的鋁合金鑄錠生產方式，dc鑄造的工藝流程及改進對鋁合金產業和高品質鑄錠生產有重要意義。dc鑄造的基本工藝流程包括，熔煉、除氣、過濾、除雜、控溫澆鑄等。近年來在dc鑄造法上也出現部分改進，如在熔煉和過濾過程中進行電磁、振動、壓力處理等。

2、5xxx系鋁合金主要合金元素為mg，含有少量fe、si等雜質元素，是一種兼顧成形性與強度的典型變形鋁合金，具有良好的綜合性能。通常對5xxx系鋁合金扁錠進行軋制以獲得5xxx系鋁合金板材，廣泛應用于機械零件、交通工具、模具以及電子產品等領域。5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造時，由于凝固時間長，區域冷速差異較大，因而扁錠內部存在晶粒粗大、組織不均勻、宏觀偏析等鑄造缺陷，直接影響最終板材產品的性能和材料利用率。

3、在鋁合金dc鑄造過程中，常采用添加晶粒細化及物理外場的方式進行凝固組織細化。主要存在以下缺點：

4、1、在線添加晶粒細化劑：晶粒細化劑的添加解決了鋁合金晶粒細化的問題。然而，晶粒細化劑添加至鋁合金熔體中，晶粒細化劑溶解后容易在鋁合金熔體中偏聚，形成大顆粒。一方面這些大顆粒存在使得鋁合金熔體中晶粒細化劑的有效成分減少，造成細化效果減弱；另一方面這些偏聚形成大顆粒，進入鑄錠中形成夾雜，同時這些夾雜硬度高，在后續加過程中，這些大顆粒容易劃傷軋輥，造成板面外觀缺陷。此外這些硬質顆粒與基體結合性差，容易從基體上脫落，導致后續加工過程中出現孔洞；并且這些顆粒將成為裂紋源，嚴重降低板材的疲勞壽命和機械性能。

5、2、超聲處理：超聲振動是通過超聲波變幅桿將超聲波能量發射到鋁合金熔液中，通過超聲空化效應從而產生晶粒細化作用。但是在使用過程中，超聲變幅桿與鋁合金熔體接觸，長時間使用后，超聲變幅桿發生溶解，造成鋁合金熔體污染，并且超聲變幅桿急冷急熱條件下容易損壞，發生斷裂；此外，對于大規格鑄錠，需要安裝多組超聲處理裝置進行處理，裝置結構復雜。

6、3、電磁攪拌：電磁攪拌是利用低頻電磁場對結晶器內的鋁合金熔體進行攪拌，均勻結晶器內鋁合金熔體的溫度，同時對結晶器壁上的初生晶粒進行破碎，晶粒碎片將作為異質性形核質點，提高形核率，細化鑄錠凝固組織。目前該技術在鋁合金圓錠dc鑄造中應用成熟。然而隨著鑄錠截面尺寸的增大，電磁攪拌器的體積也隨之增大，使得單批次生產的鑄錠數量減少，生產效率降低。對于鋁合金扁錠dc鑄造，矩形截面導致電磁攪拌效率降低，晶粒細化效果減弱。

7、本發明在dc鑄造過程中施加脈沖磁場，電磁力使得鑄造平臺內的熔體被充分混合，使得合金溶質元素在熔體中均勻分布；同時降低熔體內部溫度梯度，熔體溫度均勻，凝固時顯著降低結晶器內熔池中的元素偏聚和溫度梯度。此外脈沖磁場能夠促進熔體內部原子團簇結構和數量發生變化，凝固時形核過程更易進行，提升形核率，凝固組織細化。并且在凝固時，扁錠中心和邊部均有晶核出現，一方面扁錠中心處凝固組織得到細化，提升扁錠截面上的組織均勻性，減少鑄造缺陷；另一方面有效降低扁錠中心和邊部的成分差異，宏觀偏析降低。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝，在5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造過程中施加脈沖磁場，以細化5xxx系鋁合金扁錠凝固組織，降低宏觀偏析，減少鑄造缺陷，提升鑄錠截面的組織和成分均勻性。

2、為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

3、一種5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝，包括以下步驟：

4、按照5xxx系鋁合金扁錠的成分要求，將工業純鋁錠，al-mg中間合金按照比例進行熔化，得到成分合格的5xxx系鋁合金熔體，精煉后進行保溫靜置；到達5xxx系鋁合金扁錠鑄造工藝要求溫度后出爐準備鑄造，鋁液出爐溫度為750-780?℃。

5、鋁液流過除氣和過濾箱后進入dc鑄造平臺，此時鋁液溫度為680-700?℃。對鋁液施加脈沖磁場60s，鋁液表面的磁感應強度范圍為100～120?mt，磁感應強度變化速率為6000-7000?mt/s；鋁液中心處的磁感應強度范圍為50～60?mt，磁感應強度變化速率為2000-3500?mt/s。之后鋁液進入結晶器凝固，形成特定截面尺寸的扁錠。

6、優選的，所述5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造速度為40-60?mm/min，冷卻水溫度為25-30℃，冷卻水流量為110-500?m3/h，扁錠寬度為900-1800?mm，扁錠厚度為450-600?mm。

7、本發明相對于現有技術取得了以下技術效果：

8、（1）本發明提供的一種5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝。通過對dc鑄造平臺內的鋁液施加脈沖磁場，之后進行鑄造，獲得5xxx系鋁合金扁錠。采用該工藝后，5xxx系鋁合金扁錠凝固組織顯著細化，鑄錠內鑄造缺陷減少，鑄錠截面上組織和成分的均勻性顯著提升。有效提高5xxx系鋁合金扁錠的鑄造質量。

9、（2）控制鋁液表面和鋁液中心處脈沖磁場磁感應強度和磁感應強度變化速率，以達到5xxx系鋁合金扁錠凝固組織最佳細化效果。

10、（3）本發明涉及的裝置與鋁液非接觸，裝置不易損壞，不會污染鋁液；本發明涉及的裝置體積小，不占用dc鑄造平臺內部空間，不影響生產效率。

技術特征：

1.一種5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟（1）中鋁液出爐溫度為750-780?℃。

3.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟（2）中5xxx系鋁合金扁錠dc鑄造速度為40-60?mm/min。

4.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟（2）中脈沖磁場處理時間為60s。

5.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟（2）中鋁液凝固過程中，冷卻水溫度為25-30℃，冷卻水流量為110-500?m3/h。

6.根據權利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟（2）中扁錠寬度為900-1800?mm，扁錠厚度為450-600?mm。

技術總結
本發明提供了一種5xxx系鋁合金扁錠DC鑄造脈沖磁場晶粒細化工藝，在DC鑄造過程中施加脈沖磁場，電磁力使得鑄造平臺內的熔體被充分混合，使得合金溶質元素在熔體中均勻分布；同時降低熔體內部溫度梯度，熔體溫度均勻，凝固時顯著降低結晶器內熔池中的元素偏聚和溫度梯度。此外脈沖磁場能夠促進熔體內部原子團簇結構和數量發生變化，凝固時形核過程更易進行，提升形核率，凝固組織細化。并且在凝固時，扁錠中心和邊部均有晶核出現，一方面扁錠中心處凝固組織得到細化，提升扁錠截面上的組織均勻性，減少鑄造缺陷；另一方面有效降低扁錠中心和邊部的成分差異，宏觀偏析降低。

技術研發人員：吳建新,唐遠路,鮑鑫宇,江充,張希園,鄭宏智,周瑞琴,談天
受保護的技術使用者：中鋁瑞閩股份有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21