CN101624671A - 一种大直径7005铝合金圆铸锭及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及铝合金制备技术领域,具体涉及一种大直径7005铝合金圆铸锭及其制备方法。本发明为克服现有铸锭存在的裂纹倾向高、成分偏析严重、尺寸规格较小的缺陷,提供一种大直径7005铝合金圆铸锭及其制备方法。本发明制备铝合金圆铸锭的方法包括熔体处理工艺、气幕铸造工艺、均匀化退火工艺。本发明提高了铝合金的综合性能,可以节约能耗,减少污染物的排放,从而达到节能减排的目的,具有显著的社会效益和环境效益;同时可满足我国工业部门的重大需求,为国家节约大量的7005铝合金圆铸锭采购外汇。

Description

一种大直径7005铝合金圆铸锭及其制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域,具体涉及一种大直径7005铝合金圆铸锭 及其制备方法。
背景技术
7005铝合金属于Al-Zn-Mg系可焊和热处理可强化合金,近年来国内外各 工业部门,如建筑、自行车、汽车、火箭制造业等大量使用该合金。铝合金圆 铸锭的气幕铸造工艺是当今世界上最先进的技术之一,以其具有生产效率高、 劳动强度低、铸4走质量好、成品率高等优点,得到广泛应用和迅速发展,但是 用现有的气幕铸造工艺生产出的产品仍存在合金锭裂紋倾向高、成分偏析严重、 氢含量高、渣含量高、温度高等问题。另外,采用电解铝液直接铸造生产铝加 工用的铸锭,是一项短流程、低能耗、绿色环保的先进生产技术,它避免了传 统铝加工厂二次重熔铝锭带来的能源消耗和金属烧:徵目前国内生产7005铝合 金铸锭均采用重熔铝锭,且铸锭尺寸规格较小,满足不了国家对7005铝合金大 型型材的需恭而电解原铝直接气幕铸造大直径7005铝合金圆4走的生产在国内 处于空白。
发明内容
本发明的主要目的在于,克服现有铸4定存在的裂紋倾向高、成分偏析严重、 尺寸规格较小的缺陷,而提供一种大直径7005铝合金圆铸锭,实现产业化生产,满足国家对7005铝合金大型型材的需求。
本发明的另一目的在于,提供一种大直径7005铝合金圓铸锭的制备方法, 以克服现有铝合金铸锭的制备工艺中氢含量高、渣含量高、温度高的缺陷。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种大直径7005铝合金圆铸锭,:接重量百分比由0~0.30% Fe、 0~ 0.300/0Si、 0~0.10o/oCu、 0.20 ~ 0.40o/oMn、 1.3 ~ 1.80/oMg、 4.0 ~ 4.50o/oZn、 0.08 ~ 0.20%Cr、 0~0.06%Ti、 0.10 ~ 0.20%Zr和余量Al制成。
上述大直径7005铝合金圓铸锭的制备方法为下述生产工艺流程:
(1) 熔体处理工艺
在高湿度环境下,将电解原铝与冷材、中间合金在熔炼炉内通过熔炼、添 加变质剂、永磁搅拌处理,在保温炉经过氮气喷粉精炼+保温炉炉底吹气进行 精炼,然后通过过滤装置进行过滤,最后通过在线保护浇铸装置,得到高质量 的7005铝合金熔体;
(2) 气幕铸造工艺
浇铸过程中,在保温炉出口离除气炉2~3m处向铝合金熔体中喂入Al--5Ti-lB合金线,保证熔体Ti含量在0.006Q/。以下,控制浇铸温度690士10。C ,浇 铸速度46 ~ 52mm/min,冷却水量17001/min,油量为220 ml/min,运用不铺底 工艺进行直接气幕铸造,得到铝合金铸坯;
(3) 均匀化退火工艺
在均热温度465±5°C、保温时间16h、冷却速度》00。C/h的均热制度下得 到380mm直径的7005铝合金圆铸锭。
上述步骤(1)中熔体由70~75%的电解原铝、20~30%的冷材和中加合
金组成。
上述步骤(1)中永磁搅拌熔炼中变质剂用量为0.7kg/t,永 磁搅拌频率为46Hz,搅拌电流为30A,搅拌时间为20min。
上述步骤(1)中保温炉炉底吹气和氮气喷粉精炼,炉底吹气10min,氮气 量为25L/min,氮气喷粉量为每吨炉料lkg,精炼时间为15min,炉底静置时间 为10min,氮气纯度为99.99%,精炼过程中的铝液温度为740 ~ 750°C 。
上述步骤(1 )中的陶瓷过滤装置包括在初级过滤处:&置的15目陶瓷过滤 板和在过滤箱内"i殳置的30目陶瓷过滤板。
上述步骤(1)中的在线保护浇铸装置内通入氮气,气压保持在0.01 ~ 0.02MPa。
上述步骤(1)中氮气喷粉精炼使用的精炼剂为无钠精炼剂。 上述步骤(2)中喂入Al-5Ti-lB合金线的送丝速度为220cm/min,即在一 分钟之内向铝合金熔体中匀速添力口直径为9.5mm,长度为220cm的Al-5Ti-lB
合金线。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果:
本发明研究了气幕铸造工艺制度对铸锭成型性能的影响规律,并研究了电 解铝液直接铸造熔体处理技术对H含量、Na含量、夹杂物含量及尺寸的影响, 同时采取先进的晶粒细化措施,控制晶粒的尺寸和形状,提高了合金的综合性 能,解决了电解原铝直接铸造高性能铝合金带来的氢含量高、渣含量高、温度 高问题,成功开发了电解原铝直接气幕铸造大直径7005合金圓锭熔铸技术,可 满足我国工业部门的重大需求,为国家节约大量的7005铝合金锭坯釆购外汇。
同时,采用电解铝液直接铸造铝加工用铸锭,是一项短流程、低能耗、绿 色环保的先进生产技术。该技术的成功运用,不但可以提高电解铝液直接铸造 铝加工用铸锭的质量,而且可以节约能耗,减少污染物的排放,从而达到节能 减排的目的,具有显著的社会效益和环境效益。附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为7005铸态显孩么组织。 图3为7005铸态显^f效组织。
图4为7005铝合金47(TC/12h均匀化后显《敬组织。
图5为7005合金铸态能谱分析。
图6为7005铝合金470。C/12h均匀化后能谱分析。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的4支术手段及功效,以 下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种大直径7005铝合金圆铸4定 及其制备方法详细说明。
一种大直径7005铝合金圆铸锭,按重量百分比由0~0.30% Fe、 0~ 0.30%Si、 0~0.10%Cu、 0.20~0.40%Mn、 1.3 ~ l,8%Mg、 4.0 ~ 4.50%Zn、 0.08 ~0.20%Cr、 0~0.06°/。Ti、 0.10 ~ 0.20%Zr和余量Al制成。详细见下表:
大直径7005铝合金圆铸锭化学成分 Fe Si Cu Mn Mg Zn Cr Ti Zr Al
0-0.30 0-0.30 0-0.10 0.20-0.40 1.3-1.8 4.0-4.50 0.08-0.20 0-0.06 0.10-0.20 余量
在美国标准中Zn的重量百分数为4.0~5.1,通过理i仑研究,并结合多次试 验进行的金相分析可知:对于Zn含量为中限、Zn/Mg值较小的时候,铸锭的 冶金质量较好;而当Zn含量接近上限时,铸锭内部疏松,孔数量较多,晶粒 较粗大,铸锭的冶金质量较差。
为降低铝合金铸造和焊接的裂紋倾向性,提高合金塑 ,必须严格控制Si 和Fe的含量。对于元素Mn和Cr,试验表明:适中的含量对形成细密晶粒有好处。 一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法的生产工艺流程为: (1 )熔体处理工艺
在高湿度环境下,将原料永磁搅拌熔炼,经过炉底透气和氮气喷粉精炼进 行精炼处理,然后通过除气炉和过滤装置进行除气除渣,最后通过在线保护浇 铸装置,得到高质量铝合金熔体,在线精炼中使用无钠精炼剂,以降低熔体氢 含量、钠含量。
使用引进的法国彼施涅TS35在线除氢成套装备,通过控制转子转速、氮 气流量、氮气压力等关^t参数,进行了熔体的在线除气净化处理。除气效率达 到了 50%。
熔体处理工艺相关参数见下表:
<table>table see original document page 8</column></row> <table> (2)气幕铸造工艺7005合金的液相线温度为643°C,固相线温度为604°C,冷却过程中凝固 温度区间不大,因此具有较好的铸造性能;但由于其合金含量比较高,凝固过 程中析出相的比例较其它系列的铝合金要高些,因此,为实现析出相的均匀分 布,须保证在铸锭截面上凝固的相对均匀性,以防止由于析出不均匀而产生裂 紋。在铸造工艺方面,要求铸造速度较小,而且配合合理的冷却强度变化,并 采用不铺底工艺,实现铸锭半连续铸造过程中的气幕铸造。
由于铸锭直径大,铸锭芯部和表层的温差大,冷却过程中应力增大,裂紋 倾向增加。因此我们通过适当降低铸造速度,并增加Al - 5Ti - 1B线杆用量以 细化晶粒,防止铸锭裂紋。根据气幕铸造结晶器的特点,铸造速度控制在46〜 52mm/min,油量控制在220 ml/min,气压控制在1600 ~ 2100 Pa,水流量控制 在1700 1/min,冷却水温低于30°C,进入结晶器时的铝液温度控制在690±10 。C;在气幕铸造过程中,要确保空气流量、空气压力、润滑油流量供应的稳定 性。综合工艺参数如下表所示。
气幕铸造
在线细化 细化剂类型 Al-5Ti-lB
送丝速度 220 cm/min
浇铸温度 690±10 °C 铸造速度 46 ~ 52 mm/min 冷却水量 1700 1/min 冷却水温 ,。C 油量 220 ml/min 空气流量 20 ~ 301/min 空气压力 1600 — 2100 Pa (3)均匀化退火工艺
对于大规格铸锭,由于铸锭结晶过程的不均匀性,造成铸锭内部残余应力 较大,同时存在成分偏析的情况,会对后续加工过程带来不利的影响。因此通 过均匀化退火消除铸造应力,提高铸锭塑性,减小变形抗力,改善加工产品组织和性能。
选取四组不同的最高保持温度和保持时间,进行试验。如图2、图3所示, 通过金相观察,7005铸态组织为均匀的等轴晶组织,并有大量的非平衡结晶相 形l经均匀化退火处理后,7005合金铸态组织发生演变,非平衡相开始溶解, 且随着均匀化温度升高,有更多的非平衡相溶入基体。但当进行485°C/12h均 匀化退火时,有局部部位出现过烧现象,500°C/12h均匀化退火时,有明显过 烧现象。DSC研究结果表明,7005合金铸锭均勻化的过烧温度为491°C,所以 一般均匀化温度上限在过烧温度以下l(TC左右,即温度上限为480。C。因此, 本试验中485°C、 50(TC均匀化退火出现了不同程度的过烧现象,由图4可知 470T〕/12h均匀化退火后没有发现过烧。图5、图6所示为铸态7005合金及经 过470。C/12h均匀化之后的SEM能谱分析及元素分布图。从图5和图6中可以 看出,7005合金铸态组织中存在非平衡MgZn2相,而在470°C/12h均匀化之 后并没有发现ti (MgZn2)相和T (A12Mg3Zn3)相等非平衡结晶相,均匀化之后的 过剩相为AlFeMnSi相,AlFeMnSi相为难溶相, 一般均匀化后难以消除,说明 这种制度下均匀化效果较好。
通过进行金相组织观察及扫描电镜分析,铸锭晶粒大小均匀,均为等轴晶 组织,未见羽毛状晶、裂紋、气孔、夹渣、光亮等铸造组织缺陷。
圆锭的晶粒较细小,平均晶粒尺寸在150〜160prn之间,且高倍组织中无 明显夹杂物存在。
因此得出7005铝合金铸锭适宜的均匀化制度见下表:
<table>table see original document page 10</column></row> <table>以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的 限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何 熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示 的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发
等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1、一种大直径7005铝合金圆铸锭,其特征在于:按重量百分比由0~0.30%Fe、0~0.30%Si、0~0.10%Cu、0.20~0.40%Mn、1.3~1.8%Mg、4.0~4.50%Zn、0.08~0.20%Cr、0~0.06%Ti、0.10~0.20%Zr和余量Al制成。
2、 根据权利要求1所述的一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法,其 特征在于:大直径7005铝合金圆铸锭的生产工艺步骤如下:(1) 熔体处理工艺在高湿度环境下,将电解原铝与冷材、中间合金在熔炼炉内通过熔炼、添 加变质剂、永磁搅拌处理,在保温炉经过保温炉炉底吹气和氮气喷賴嚇炼进行 精炼处理,然后通过过滤装置进行过滤,最后通过在线保护浇铸装置,得到高 质量的7005铝合金熔体;(2) 气幕铸造工艺浇铸过程中,在保温炉出口离除气炉2~3m处向铝合金熔体中喂入Al--5Ti-lB合金线,保证熔体Ti含量在0.006。/。以下,控制浇铸温度690±10°C,浇 铸速度46〜52mm/min,冷却水量17001/min,油量为220 ml/min,运用不铺底 工艺进行直接气幕铸造,得到铝合金铸坯;(3) 均匀化退火工艺在均热温度465±5°C、保温时间16h、冷却速度〉200。C/h的均热制度下得 到380mm直径的7005铝合金圆铸锭。
3、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(l)中的铝合金熔体是由70~75%的电解原铝、20~30 %的冷材和中加合金组成。
4、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法,其特征在于:所述步骤(l)中永磁搅拌熔炼中变质剂用量为0.7kg/t,永磁搅拌 频率为46Hz,搅拌电流为30A,搅拌时间为20min。
5、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圓铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(1)中保温炉炉底吹气和氮气喷賴"晴炼,炉底吹气10min, 氮气量为25L/min,氮气喷粉量为每吨炉料lkg,精炼时间为15min,炉底静置 时间为10min,氮气纯度为99.99%,精炼过程中的铝液温度为740 ~ 750°C 。
6、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(1)中的过滤装置包括在初级过滤处设置的15目陶瓷过 滤板和在过滤箱内设置的30目陶瓷过滤板。
7、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圆铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(1)中的保护浇铸装置内通入氮气,气压保持在0.01 ~ 0.02MPa。
8、 根据权利要求4所述的一种大直径7005铝合金圓铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(l)中氮气喷粉精炼使用的精炼剂为无钠精炼剂。
9、 根据权利要求2所述的一种大直径7005铝合金圓铸锭的制备方法,其 特征在于:所述步骤(2)中喂入Al-5Ti-lB合金线的送丝速度为220cm/min, 即在一分钟之内向铝合金熔体中匀速添加直径为9.5mm,长度为220cm的Al--5Ti-1B合金线。
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