CN101831567A - 一种大规格铝合金铸锭的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种大规格铝合金铸锭的制备方法，它涉及铝合金铸锭的制备方法。它解决了现有的铝合金铸锭的制备方法用于制备大规格铝合金铸锭时，易开裂，使成型困难的问题。本方法：将1号熔剂铺撒在熔炼炉底，再将铝锭、电解铜、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中，并铺撒覆盖剂；加热使熔炼炉内的材料熔化，加入镁锭后熔炼，再精炼得到铝合金熔液；铝合金熔液经过滤后浇注至结晶器中，最后经铸造得到大规格铝合金铸锭。本发明制备的铸锭的厚度500～600mm、宽度1600mm、长度2000～3500mm，无裂纹，表面质量良好，内部晶粒均匀，成材率≥90.5％。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸锭的制备方法。
背景技术
为了提高生产率，尤其是满足大型加工材的需要，对铸锭的尺寸要求越来越大。上个世纪五十年代，高合金化铝合金铸锭(板坯)的厚度不超过300mm，到上世纪末，增加到400mm，进入本世纪，增加到500mm～600mm，但是现有的铝合金铸锭的制备方法用于制备厚度为500mm～600mm的大规格铝合金铸锭时，由于尺寸大极易开裂，使成型困难，成为制约高强铝合金发展的瓶颈问题。
发明内容
本发明是为了解决现有的铝合金铸锭的制备方法用于制备厚度为500mm～600mm的大规格铝合金铸锭时，易开裂，使成型困难的问题，而提供一种大规格铝合金铸锭的制备方法。
本发明的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，按以下步骤进行：一、按铝合金铸锭中元素质量百分比Si：0.01％～0.20％、Fe：0.02％～0.30％、Cu：3.8％～4.9％、Mn：0.3％～0.9％、Mg：1.2％～1.8％、Cr：0.01％～0.10％、Zn：0.01％～0.25％、Ti：0.01％～0.15％、Al：91.40％～94.64％且Fe＞Si分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金；二、称取1#熔剂和覆盖剂，其中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％；三、将经步骤二称取1#熔剂并将其均匀铺撒在熔炼炉炉底，再将经步骤一称取的除镁锭之外的材料加入到熔炼炉中，最后再将经步骤二称取的覆盖剂均匀铺撒在熔炼炉内的材料上；四、加热至760℃～780℃并使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度降至740℃时，加入经步骤一称取的镁锭，在温度为740℃～750℃的条件下熔炼10min～15min；五、将2#熔剂加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉内通入Ar-C12混合气体，在温度为710℃～730℃的条件下精炼8min～10min，得到铝合金熔液；其中2#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％；Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1；六、将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤五得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以600mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中；七、在铸造温度为720℃～730℃、铸造速度为45mm/min～55mm/min、铸造水压为0.05MPa～0.10MPa的条件下铸造，得到大规格铝合金铸锭。
步骤二中所述的1#熔剂是按重量百分比由50％KCl、26％NaCl和24％NaAlF6组成的混合粉末；50％KCl、26％NaCl和24％NaAlF6均为市售商品。
步骤二中所述的覆盖剂是按重量百分比由50％KCl和50％NaCl组成的混合粉末。
步骤五中所述的2#熔剂块是按重量百分比由40％KCl、46％MgCl2和8％BaCl2组成的。
步骤六中所述的隔热膜是厚度为13mm～18mm的硅酸铝。
步骤一中所述的步骤一中铝锭的质量纯度≥99.8％、电解铜的质量纯度≥99.9％、镁锭的质量纯度≥99.7％、锌锭的质量纯度≥99.8％、铝硅中间合金是Al-22％Si、铝铁中间合金是Al-10％Fe、铝锰中间合金的型号为Al-11％Mn、铝铬中间合金的型号为Al-4％Cr、铝钛中间合金是Al-4％Ti。
熔炼工具接触铝熔体的部分涂上一层TiO2，避免熔炼工具接触铝熔体产生杂质。
本发明的大规格铝合金铸锭中单一杂质元素的允许范围为≤0.05％，全部杂质元素的允许范围为≤0.15％，且该范围内的杂质对产品的性能和用途没有影响。
本发明的方法在熔炼过程中，采用在熔炼炉内的材料上铺撒一层覆盖剂及快速升温熔化的方法以减少熔体的氧化、吸气和造渣，并严格控制Fe＞Si，有利于提高合金的铸造性；在铸造过程中，采用隔热膜和挡水板装置进行铸造，金属液体在强冷下凝固成铸锭后，隔热膜可以使铸锭保持较高的表面温度，从而减小有效结晶区间，使铸锭形成拉痕和拉裂的倾向性降低，液穴变得更为平坦，铸锭表面形成偏析瘤的倾向性也降低。而挡水板将铸锭周边卡住，使冷却水不再接触铸锭，从而提高了铸锭表面温度，即用铸锭本身余热进行低温回火，增加了铸锭的塑性，有效地抑制了铸锭冷裂纹的产生。本发明的方法制备的大规格铝合金铸锭的厚度为500mm～600mm、宽度为1600mm、长度在2000mm～3500mm，无裂纹，表面质量良好，铸锭内部金相组织无疏松、夹杂等缺陷，成材率大于90.5％。
附图说明
图1是具体实施方式二十二制备的大规格铝合金铸锭的表面质量照片；图2是是具体实施方式二十二制备的大规格铝合金铸锭的金相组织照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，按以下步骤进行：一、按铝合金铸锭中元素质量百分比Si：0.01％～0.20％、Fe：0.02％～0.30％、Cu：3.8％～4.9％、Mn：0.3％～0.9％、Mg：1.2％～1.8％、Cr：0.01％～0.10％、Zn：0.01％～0.25％、Ti：0.01％～0.15％、Al：91.40％～94.64％且Fe＞Si分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金；二、称取1#熔剂和覆盖剂，其中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％；三、将经步骤二称取1#熔剂并将其均匀铺撒在熔炼炉炉底，再将经步骤一称取的除镁锭之外的材料加入到熔炼炉中，最后再将经步骤二称取的覆盖剂均匀铺撒在熔炼炉内的材料上；四、加热至760℃～780℃并使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度降至740℃时，加入经步骤一称取的镁锭，在温度为740℃～750℃的条件下熔炼10min～15min；五、将2#熔剂加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉内通入Ar-Cl2混合气体，在温度为710℃～730℃的条件下精炼8min～10min，得到铝合金熔液；其中2#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％；Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1；六、将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤五得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以600mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中；七、在铸造温度为720℃～730℃、铸造速度进制为45mm/min～55mm/min、铸造水压为0.05MPa～0.10MPa的条件下铸造，得到大规格铝合金铸锭。
本实施方式的熔炼工具接触铝熔体的部分涂上一层TiO2，避免熔炼工具接触铝熔体产生杂质。
本实施方式的大规格铝合金铸锭中单一杂质元素的允许范围为≤0.05％，全部杂质元素的允许范围为≤0.15％，且该范围内的杂质对产品的性能和用途没有影响。
本实施方式的方法在熔炼过程中，采用在熔炼炉内的材料上铺撒一层覆盖剂及快速升温熔化的方法以减少熔体的氧化、吸气和造渣，并严格控制Fe＞Si，有利于提高合金的铸造性；在铸造过程中，采用隔热膜和挡水板装置进行铸造，金属液体在强冷下凝固成铸锭后，隔热膜可以使铸锭保持较高的表面温度，从而减小有效结晶区间，使铸锭形成拉痕和拉裂的倾向性降低，液穴变得更为平坦，铸锭表面形成偏析瘤的倾向性也降低。而挡水板将铸锭周边卡住，使冷却水不再接触铸锭，从而提高了铸锭表面温度，即用铸锭本身余热进行低温回火，增加了铸锭的塑性，有效地抑制了铸锭冷裂纹的产生。本实施方式的方法制备的大规格铝合金铸锭的厚度为500mm～600mm、宽度为1600mm、长度在2000mm～3500mm，无裂纹，表面质量良好，铸锭内部金相组织无疏松、夹杂等缺陷，成材率大于90.5％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述的1#熔剂是按重量百分比由50％KCl、26％NaCl和24％NaAlF6组成的混合粉末。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式中KCl、NaCl和NaAlF6均为市售商品。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述的覆盖剂是按重量百分比由50％KCl和50％NaCl组成的混合粉末。其它与具体实施方式一或二相同。
本实施方式中KCl、NaCl均为市售商品。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤五中所述的2#熔剂块是按重量百分比由40％KCl、46％MgCl2和8％BaCl2组成的。其它与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式中KCl、MgCl2和BaCl2均为市售商品。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤六中所述的隔热膜是厚度为13mm～18mm的硅酸铝。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤六中所述的隔热膜是厚度为15mm的硅酸铝。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤一中铝锭的质量纯度≥99.8％、电解铜的质量纯度≥99.9％、镁锭的质量纯度≥99.7％、锌锭的质量纯度≥99.8％、铝硅中间合金是Al-22％Si、铝铁中间合金是Al-10％Fe、铝锰中间合金的型号为Al-11％Mn、铝铬中间合金的型号为Al-4％Cr、铝钛中间合金是Al-4％Ti。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤一中铝合金铸锭中元素质量百分比为Si：0.02％～0.18％、Fe：0.05％～0.28％、Cu：3.9％～4.8％、Mn：0.4％～0.8％、Mg：1.3％～1.7％、Cr：0.02％～0.09％、Zn：0.02％～0.24％、Ti：0.02％～0.14％、Al：91.77％～94.27％分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤一中铝合金铸锭中元素质量百分比为Si：0.1％、Fe：0.2％、Cu：4.0％、Mn：0.6％、Mg：1.5％、Cr：0.07％、Zn：0.12％、Ti：0.08％、Al：93.33％分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤二中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.51％～0.59％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.51％～0.59％。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤二中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.55％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.55％。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中加热至765℃～775℃并使熔炼炉内的材料在11h～13h的时间内全部熔化。其它与具体实施方式一至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四中加热770℃并使熔炼炉内的材料在12h的时间内全部熔化。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤四中加入镁锭后，在温度为742℃～748℃的条件下熔炼11min～14min。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四之一不同的是：步骤四中加入镁锭后，在温度为745℃的条件下熔炼12min。其它与具体实施方式一至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五之一不同的是：步骤五中在温度为712℃～728℃的条件下精炼8.5min～9.5min。其它与具体实施方式一至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六之一不同的是：步骤五中在温度为720℃的条件下精炼9min。其它与具体实施方式一至十六之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七之一不同的是：步骤五中Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31.5～33.0∶1。其它与具体实施方式一至十七之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十八之一不同的是：步骤五中Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32∶1。其它与具体实施方式一至十八之一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十九之一不同的是：步骤七中铸造温度为722℃～728℃、铸造速度为46mm/min～53mm/min、铸造水压为0.06MPa～0.09MPa。其它与具体实施方式一至十九之一相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至二十之一不同的是：步骤七中铸造温度为725℃、铸造速度为50mm/min、铸造水压为0.08MPa。其它与具体实施方式一至二十之一相同。
具体实施方式二十二：本实施方式的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，按以下步骤进行：一、按铝合金铸锭中元素质量百分比Si：0.20％、Fe：0.30％、Cu：4.0％、Mn：0.6％、Mg：1.5％、Cr：0.08％、Zn：0.20％、Ti：0.10％、Al：93.02％分别称取铝锭、锌锭、电解铜、镁锭、铝硅中间合金Al-22％Si、铝铁中间合金Al-10％Fe、铝锰中间合金Al-11％Mn、铝铬中间合金Al-4％Cr、和铝钛中间合金Al-4％Ti；二、称取1#熔剂和覆盖剂，其中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％；三、将经步骤二称取1#熔剂并将其均匀铺撒在熔炼炉炉底，再将经步骤一称取的除镁锭之外的材料加入到熔炼炉中，最后再将经步骤二称取的覆盖剂均匀铺撒在熔炼炉内的材料上；四、加热使熔炼炉内的材料在12h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度降至740℃时，加入经步骤一称取的镁锭，在温度为740℃的条件下熔炼15min；五、将2#熔剂加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉内通入Ar-Cl2混合气体，在温度为720℃的条件下精炼10min，得到铝合金熔液；其中2#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％；Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为32∶1；六、将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤五得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以600mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中；七、在铸造温度为730℃、铸造速度为50mm/min、铸造水压为0.08MPa的条件下铸造，得到大规格铝合金铸锭。
本实施方式得到的大规格铝合金铸锭的厚度为550mm、宽度为1600mm、长度为3500mm，无裂纹，而且铸锭的表面质量如图1所示，从图1可以看出，铸锭表面较为平整，质地均匀，无疏松、偏析瘤、冷隔等缺陷，说明该铸锭表面质量良好。铸锭的金相组织照片如图2所示，从图2可以看出铸锭组织中无夹杂等缺陷，且晶粒较为均匀，尺寸细小，平均尺寸在70μm左右。本实施方式的成材率为92％。
Claims (10)
1.一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于一种大规格铝合金铸锭的制备方法，按以下步骤进行：一、按铝合金铸锭中元素质量百分比Si：0.01％～0.20％、Fe：0.02％～0.30％、Cu：3.8％～4.9％、Mn：0.3％～0.9％、Mg：1.2％～1.8％、Cr：0.01％～0.10％、Zn：0.01％～0.25％、Ti：0.01％～0.15％、Al：91.40％～94.64％且Fe＞Si分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金；二、称取1#熔剂和覆盖剂，其中1#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％，覆盖剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％～0.6％；三、将经步骤二称取1#熔剂并将其均匀铺撒在熔炼炉炉底，再将经步骤一称取的除镁锭之外的材料加入到熔炼炉中，最后再将经步骤二称取的覆盖剂均匀铺撒在熔炼炉内的材料上；四、加热至760℃～780℃并使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度降至740℃时，加入经步骤一称取的镁锭，在温度为740℃～750℃的条件下熔炼10min～15min；五、将2#熔剂加入到熔炼炉中，同时向熔炼炉内通入Ar-Cl2混合气体，在温度为710℃～730℃的条件下精炼8min～10min，得到铝合金熔液；其中2#熔剂的质量为步骤一中称取的全部材料总质量的0.5％；Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1；六、将具有挡水板装置的结晶器的内壁贴上一层隔热膜，并将铝钛硼晶粒细化剂置于流槽上端，将经步骤五得到的铝合金熔液依次经过30ppi和50ppi的陶瓷过滤片过滤后浇注至结晶器中，浇注的同时将铝钛硼晶粒细化剂以600mm/min的速度插入流槽中，使铝钛硼晶粒细化剂中的元素均匀熔入合金熔液中；七、在铸造温度为720℃～730℃、铸造速度为45mm/min～55mm/min、铸造水压为0.05MPa～0.10MPa的条件下铸造，得到大规格铝合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二中所述的1#熔剂是按重量百分比由50％KCl、26％NaCl和24％NaAlF6组成的混合粉末。
3.根据权利要求1或2所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二中所述的覆盖剂是按重量百分比由50％KCl和50％NaCl组成的混合粉末。
4.根据权利要求3所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤五中所述的2#熔剂块是按重量百分比由40％KCl、46％MgCl2和8％BaCl2组成的。
5.根据权利要求1、2或4所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤六中所述的隔热膜是厚度为13mm～18mm的硅酸铝。
6.根据权利要求5所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤一中铝合金铸锭中元素质量百分比为Si：0.02％～0.18％、Fe：0.05％～0.28％、Cu：3.9％～4.8％、Mn：0.4％～0.8％、Mg：1.3％～1.7％、Cr：0.02％～0.09％、Zn：0.02％～0.24％、Ti：0.02％～0.14％、Al：91.77％～94.27％分别称取铝锭、电解铜、镁锭、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金、铝锰中间合金、铝铬中间合金和铝钛中间合金。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤四中加热至765℃～775℃并使熔炼炉内的材料在11h～13h的时间内全部熔化。
8.根据权利要求7所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤四中加入镁锭后，在温度为742℃～748℃的条件下熔炼11min～14min。
9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤五中在温度为712℃～728℃的条件下精炼8.5min～9.5min。
10.根据权利要求9所述的一种大规格铝合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤七中铸造温度为722℃～728℃、铸造速度为46mm/min～53mm/min、铸造水压为0.06MPa～0.09MPa。
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