CN101280377A - 高锰铝中间合金锭及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高锰铝中间合金锭，同时还涉及其制备方法，属于新材料技术领域。该合金锭由以下质量百分比成份组成：Mn12％－14％、Fe≤02％、Si≤0.4％、Ti≤0.1％、Cu≤0.10、Zn≤0.1％、Pb≤0.05、Sn≤0.05，余量为铝。将铝锰中间合金的锰元素含量提高后，铝锰中间合金的熔点在822℃左右，既可保证铝、镁合金熔炼生产时不过烧，又可使中间合金的加入量比原国标产品(锰含量10％左右)降低30％，同时也使用中间合金加入时材料所含的杂质元素带入量减少了30％。

Description

高锰铝中间合金锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铝中间合金，尤其是一种制作铝、镁合金作为重要添加剂的铝锰中间合金锭，同时还涉及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

目前，我国现行的YS/T282-2000标准中，铝锰中间合金锰的含量为9％-11％。长期以来，普遍认为锰含量超过11％铝锰中间合金将无法符合铝、镁合金的正常生产要求。

我国目前铝、镁合金制作企业均采用该种合金，近年来，铝、镁合金工业在我国得到飞速发展。锰作为铝、镁合金中重要的强化及消除有害杂质铁影响的元素，在铝、镁合金中得到广泛应用。通常，在铝、镁合金生产中，锰元素大都以铝锰中间合金的方式添加，因此使铝锰中间合金的需求不断扩大。使用时，客观上希望在保证正常生产合金工艺条件不变的情况下，添加的铝锰中间合金中主元素锰的含量能尽可能高，这样可以在保证锰元素需求的前提下，减少铝锰合金的使用量，从而既有利于降低成本，又可以减少有害杂质铁、硅的含量，提高产品质量。

检索发现，另外就是炼制合金钢专用的锰含量大于55％的铝锰中间合金。由于其熔点已高达1000℃以上，根本不适合铝、镁合金的制作。

发明内容

本发明的目的是提出一种成本经济，适合铝、镁合金制造企业正常生产工艺的新型铝锰中间合金材料，同时给出其制备方法，从而取代YS/T282-2000标准中的铝锰10合金，以满足铝镁合金制造企业的需要。

为了达到以上发明目的，申请人经过研究发现，铝、镁合金熔炼过程中，随着熔炼温度的升高，氧化和吸气倾向将逐渐明显，特别是当熔炼温度超过850℃时，氧化和吸气倾向将迅速上升，结果使铝、镁合金难以达到质量要求。而实验表明，9％-11％铝锰中间合金的熔点通常为800℃，与850℃之间还有一定的“温升空间”。因此，如果能合理利用这一“温升空间”，将有可能打破常规，生产出合用的高锰铝中间合金。

申请人采用各种锰元素含量进行了反复实验摸索。结果发现，当锰元素达到14％时，铝锰中间合金的熔点将达到850℃。因此，如果将铝锰中间合金的锰元素含量提高到14％，理论上将可以用于铝镁合金的生产。

综合以上两方面的因素，申请人通过实验反复筛选，确定了以下质量百分比成份组成的高锰铝中间合金锭。

Mn 12％-14％  Fe≤02％  Si≤0.4％  Ti≤0.1％  Cu≤0.10

Zn≤0.1％     Pb≤0.05  Sn≤0.05   余量为铝

但实际上，将铝锰中间合金的锰元素含量提高到14％时，由于锰和铝的比重差异很大，铝锰合金的均匀程度会降低，不利于今后保证铝、镁合金的熔炼质量。而将锰元素控制在13％±0.5％，此时铝锰中间合金的熔点在822℃左右，既可保证铝、镁合金熔炼生产时不过烧，又可使中间合金的加入量比原国标产品(锰含量10％左右)降低30％，同时也使用中间合金加入时材料所含的杂质元素带入量减少了30％。

铁、硅等杂质元素较高时会影响铝、镁工作合金的机械性能，原则上是越低越好，考虑到原材料中的实际杂质含量及各元素对性能的影响，以及铝镁工作合金中对以上元素的实际限制要求，将铁、硅等杂质元素控制在以上百分比范围之内，对有特殊要求的高纯合金，可用高纯铝特殊制作。这样，铁、硅等杂质元素可进一步降低，但由于高纯铝锭的价格几乎是普通纯铝价格的一倍，成本会成倍增加。

以上高锰铝中间合金制备包括以下步骤：

第一步、准备添加材料——将电解锰及铝锭加入熔炼反射炉；

第二步、熔炼合金材料——将合金材料熔化后升温至950℃-1050℃；

第三步、合金均匀化处理——在熔炼温度达到要求后，充分搅拌使其在液态充分合金化；

第四步、铸锭——将合金从液态通过急冷方式从950℃-1050℃液态在18-20秒内完成结晶，以保证合金锭的均匀度。

采用本发明后，合金中的锰元素以金属间化合物MnAl6的形式均匀分布在基体中，从而保证了合金中锰元素的均匀性，用户以此配制铝、镁工作合金时，锰元素含量可以有效控制，由于本发明的合金锰元素比现普遍使用的AlMn10合金高出30％，故可使用户降低AlMn合金使用成本20％以上。

具体实施方式

实施例一

本实施例的高锰铝中间合金锭为替代目前铝、镁合金中普遍使用的AlMn10中间合金而研制，主要解决的技术问题如下：

1、锰元素含量的选择：

一般铝、镁合金正常的熔炼温度不超过850℃，否则将增加铝、镁合金的氧化吸气倾向，影响产品质量，铝锰中间合金，随着锰含量的增加熔点逐步上升，锰含量超过14％时熔点将超过850℃，如控制锰含量在13％左右时，铝锰中间合金的熔点在822℃左右，可保证铝、镁工作合金生产时不过烧，用户使用效果最为理想。故将研制产品的锰元素含量控制为12％-14％。具体为：Mn 12％-14％  Fe≤02％  Si≤0.4％  Ti≤0.1％  Cu≤0.10  Zn≤0.1％  Pb≤0.05  Sn≤0.05 余量为铝。

2、熔炼设备的选择：

铝锰中间合金的生产大多采用中频或工频感应电炉生产，这种生产有合金均匀化程度高的优点，但存在劳动生产率低，能源消耗大、生产成本高的缺点，每吨AlMn10中间合金的能耗约为600KWh，根据冶金学原理，铝锰合金在液相线以上的温度时，无需电磁搅拌力作用也可以均匀化，只要熔炼温度控制得当，用直焰式反射炉完全可以生产，用此方法，劳动生产率可提高2-5倍，能耗只是电炉生产的60％左右，具有经济性和大规模生产的价值，故选择熔炼设备采用直焰式燃气反射炉。

3、合金均匀化的控制：

根据冶金学原理，铝锰中间合金在液相线以上温度时锰元素以Mn3Al10金属间化合物的形式均匀分布于液态基体中，由于本实施例采用独创的反射炉生产，与电磁感应炉相比，没有磁力搅拌作用，在此温度时必须采用充分搅拌使其合金化，此时的温度控制与其充分合金化的搅拌成为关键。经试验，在合金液在达到950℃-1050℃时，进行充分搅拌可使合金在液态时的均匀化得到保证，低于950℃时，合金在液态的均匀度有所降低，高于1050℃时，将使金属氧化程度增加，对均匀度的影响并不大。合金在铸锭过程中，随着温度的下降锰元素经过相变形成MnAl6的金属间化合物。该化合物与基体的密度差异会形成锭内偏折，结晶过程越长锭内差异就会越大，经反复实验，将结晶过程控制在20秒以内，可使合金的锰元素成分内的差异控制在0.5％以内(见附表一)，符合工作合金的使用要求，在具体实施中采用了控制熔炼温度在950℃-1050℃，铸锭过程采用急冷方式有效保证了合金的均匀化。具体制备步骤如下：

第一步、准备添加材料——将电解锰及铝锭加入熔炼反射炉；

第二步、熔炼合金材料——将合金材料熔化后迅速升温至950℃-1050℃；

第三步、合金均匀化处理——在熔炼温度达到要求后，分时分次充分搅拌使其在液态充分合金化；

第四步、铸锭——将合金从液态通过急冷方式从950℃-1050℃液态在18-20秒内完成结晶，以保证合金锭的均匀度。

                          附表一

序号	浇铸温度(℃)	结晶时间(秒)	同一锭内锰元素含量(％)
				1	1002	自然冷却(＞40)	12.3-14.1
2	1002	30	12.7-13.9
				3	1002	22	12.8-13.7
4	1001	18	13.3-13.6

5	987	自然冷却(＞40)	12.1-14.0
				6	987	30	12.4-13.7
7	985	20	13.2-13.5
				8	985	18	13.2-13.5
9	1046	自然冷却(＞40)	12.0-14.2
				10	1046	28	12.3-13.6
11	1045	19	12.9-13.3
				12	1044	18	13.0-13.3

本实施例的高锰(锰12％-14％)铝中间合金是促进我国铝、镁合金的发展的一种重要原料，是我国现行标准YS/T282-2000中铝锰中间合金的理想替代产品。

Claims (3)

1.一种高锰铝中间合金锭，其特征在于由以下质量百分比成份组成：

Mn 12％-14％  Fe≤02％  Si≤0.4％  Ti≤0.1％  Cu≤0.10

Zn≤0.1％     Pb≤0.05  Sn≤0.05   余量为铝。

2.根据权利要求1所述高锰铝中间合金锭，其特征在于：所述锰元素控制在13％±0.5％。

3.根据权利要求1或2所述高锰铝中间合金锭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步、准备添加材料——将电解锰及铝锭加入熔炼反射炉；

第二步、熔炼合金材料——将合金材料熔化后升温至950℃-1050℃；

第三步、合金均匀化处理——在熔炼温度达到要求后，搅拌使其在液态充分合金化；

第四步、铸锭——急冷将合金从950℃-1050℃液态在18-20秒内完成结晶。