CN101831578A

CN101831578A - 铝镁铒合金铸锭及其制备方法

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Publication number: CN101831578A
Application number: CN201010189600A
Authority: CN
Inventors: 何振波; 王英君; 赵永军; 谢延翠; 郝志刚; 师雪飞; 林森; 赵涛; 李海仙; 刘平; 吕丹
Original assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Current assignee: Northeast Light Alloy Co Ltd
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: CN101831578B

Abstract

铝镁铒合金铸锭及其制备方法，它涉及一种合金及其制备方法。本发明解决了现有的LY12铝合金材料耐蚀性差、强度低、使用寿命短及成本高的问题。本发明铝镁铒合金铸锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Er、Be、Ti和Zr组成，其制备方法如下：一、称取原料；二、制备铝合金熔液；三、将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铸造成铝镁铒合金铸锭。本发明的铝镁铒合金铸锭比LY12合金铸锭强度高出40MPa以上、抗耐蚀性能比LY12合金铸锭高出一个级别，同时本发明的铝镁铒合金铸锭在后续的热加工过程中，不需要固溶时效处理，生产成本与LY12合金相比可减少10％以上。

Description

铝镁铒合金铸锭及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金及其制备方法。

背景技术

国外对我国禁止进口高性能铝合金材料，而国内现有的LY12铝合金材料已远远不能满足武器装备、航空、航天、舰船等的使用要求，现有的LY12铝合金材料耐蚀性差、强度低、使用寿命短、成本高，在此情况下，研制出的铝镁铒合金铸锭材料，可以用来装配新型战斗机，增强国防力量，实现国内自主保障，不仅是满足新型战机研制的迫切需求，还可为现役机种的改进和研制新型武器装备提供可选新材料。

发明内容

本发明的发明目的是为了解决现有的LY12铝合金材料耐蚀性差、强度低、使用寿命短及成本高的问题，提供了一种新型铝镁铒合金铸锭及其制备方法。

本发明铝镁铒合金铸锭中各元素质量百分比如下：Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。

铝镁铒合金铸锭的制备方法按以下步骤进行：一、按照铝镁铒合金铸锭中元素质量百分比Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比分别称取重熔用铝锭、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、铝铒中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和锆复合盐；二、将重熔用铝锭、铝锰中间合金、电解铜、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中在750℃～800℃的条件下熔炼8～10h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，在750℃～800℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度升至780℃以上时，加入铝铒中间合金，并每隔20min搅拌一次，共搅拌四次，其中在第三次搅拌后加入锆复合盐，然后焖20min再搅拌第四次；三、在步骤二制备的熔体降至760℃时加入镁锭和铝铍中间合金，按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，熔炼15min～30min，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1的Ar-Cl₂混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量≤0.2ml，然后将熔体导入静置炉中，静置30min，得到铝合金熔液；四、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，将经步骤三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450mm/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；五、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为730℃～750℃、水压为0.08～0.15MPa、速度为45～50mrn/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1320mm、长度为5000mm～6000mm的铝镁铒合金铸锭；步骤一中所述的铝硅中间合金是Al-22％Si合金，铝铁中间合金是Al-10％Fe合金，铝锰中间合金是Al-11％Mn合金，铝铒中间合金是Al-6％Er合金，铝钛中间合金是Al-4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al-11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al-5％Ti-1％B，锆复合盐按质量分数由26％LiCl、66％K₂ZrF₆和8％CaF₂组成；步骤二和步骤三所述的覆盖剂是2号熔剂。

本发明的铝镁铒合金铸锭比LY12合金铸锭强度高出40MPa以上、抗耐蚀性能比LY12合金铸锭高出一个级别，可以有效地提高变形后合金在复杂环境下的使用寿命。同时，本发明的铝镁铒合金铸锭在后续的热加工过程中，不需要固溶时效处理，生产成本与LY12合金相比可减少10％以上。

本发明铝镁铒合金铸锭的制备方法在步骤二中加入的铝铒中间合金是以耐腐蚀性能优良的Al-Mg系合金为基础，通过Er元素微合金化技术，在铝合金中可形成弥散分布的纳米级Al₃Er强化相，通过细晶强化、固溶强化、弥散强化等多层次强韧化技术途径，在保证耐腐蚀性能的前提下，非常有效地提高铝镁铒合金铸锭的抗疲劳断裂、抗蠕变损伤能力；Er在铝镁铒合金铸锭的制备中的作用主要有以下三种：

(1)变质作用：Er对铸造铝镁铒合金铸锭具有细化作用和变质作用，加入Er元素，能够有效减小铝合金的枝晶间距，细化铸态晶粒。

(2)净化作用：Er元素具有很高的化学活性，与H₂、Fe、S等杂质元素具有很强的化学亲和力，可以与各种杂质元素形成化合物，消除有害杂质的影响。

(3)合金化作用：Er元素及其形成的金属间化合物作为第二相能增加铝镁铒合金铸锭的强韧性，提高铝合金的机械性能和耐蚀性能。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中铝镁铒合金铸锭中各元素质量百分比如下：Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述铝镁铒合金铸锭中各元素质量百分比如下：Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.5％、Mg：6.5％、Zn≤0.25％、Er：0.3％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式中铝镁铒合金铸锭的制备方法按以下步骤进行：一、按照铝镁铒合金铸锭中元素质量百分比Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比分别称取重熔用铝锭、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、铝铒中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和锆复合盐；二、将重熔用铝锭、铝锰中间合金、电解铜、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中在750℃～800℃的条件下熔炼8～10h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，在750℃～800℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度升至780℃以上时，加入铝铒中间合金，并每隔20min搅拌一次，共搅拌四次，其中在第三次搅拌后加入锆复合盐，然后焖20min再搅拌第四次；三、在步骤二制备的熔体降至760℃时加入镁锭和铝铍中间合金，按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，熔炼15min～30min，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1的Ar-Cl₂混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量≤0.2ml，然后将熔体导入静置炉中，静置30min，得到铝合金熔液；四、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，将经步骤三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450mm/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；五、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为730℃～750℃、水压为0.08～0.15MPa、速度为45～50mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1320mm、长度为5000mm～6000mm的铝镁铒合金铸锭；步骤一中所述的铝硅中间合金是Al-22％Si合金，铝铁中间合金是Al-10％Fe合金，铝锰中间合金是Al-11％Mn合金，铝铒中间合金是Al-6％Er合金，铝钛中间合金是Al-4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al-11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al-5％Ti-1％B，锆复合盐按质量分数由26％LiCl、66％K₂ZrF₆和8％CaF₂组成。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤二和步骤三中所述的覆盖剂是2号熔剂。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同的是步骤一中按照铝镁铒合金铸锭中元素质量百分比Si≤03％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn；0.5％、Mg：6.5％、Zn≤0.25％、Er：0.3％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比分别称取重熔用铝锭、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、铝铒中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和锆复合盐。其它与具体实施方式三或四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是步骤二中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。其它与具体实施方式三至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是步骤三中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。其它与具体实施方式三至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是步骤三中Ar-C1₂混合气体中氩气与氯气的体积比为31.5～33∶1。其它与具体实施方式三至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是步骤三中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三至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是步骤五中在温度为740℃、水压为0.1MPa、速度为48mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1320mm、长度为5500mm的铝镁铒合金铸锭。其它与具体实施方式三至九之一相同。

Claims

1.铝镁铒合金铸锭，其特征在于所述铝镁铒合金铸锭中各元素质量百分比如下：Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。

2.根据权利要求1所述铝镁铒合金铸锭，其特征在于所述铝镁铒合金铸锭中各元素质量百分比如下：Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.5％、Mg：6.5％、Zn≤0.25％、Er：0.3％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比。

3.权利要求1所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于铝镁铒合金铸锭的制备方法按以下步骤进行：一、按照铝镁铒合金铸锭中元素质量百分比Si≤0.3％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.3％～0.8％、Mg：5.8％～6.8％、Zn≤0.25％、Er：0.2％～0.4％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比分别称取重熔用铝锭、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、铝铒中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和锆复合盐；二、将重熔用铝锭、铝锰中间合金、电解铜、锌锭、铝硅中间合金、铝铁中间合金和铝钛中间合金加入到熔炼炉中在750℃～800℃的条件下熔炼8～10h，然后按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，在750℃～800℃的条件下继续熔炼使熔炼炉内的材料在10h～14h的时间内全部熔化，开启搅拌，当温度升至780℃以上时，加入铝铒中间合金，并每隔20min搅拌一次，共搅拌四次，其中在第三次搅拌后加入锆复合盐，然后焖20min再搅拌第四次；三、在步骤二制备的熔体降至760℃时加入镁锭和铝铍中间合金，按熔炼炉中金属质量的0.5％～0.6％加入覆盖剂，熔炼15min～30min，然后用氩气与氯气的体积比为31～33.5∶1的Ar-Cl₂混合气体精炼至每100克熔体中的氢含量≤0.2ml，然后将熔体导入静置炉中，静置30min，得到铝合金熔液；四、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，将经步骤三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450mm/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；五、将纯铝锭熔化后的熔体倒入结晶器中的底座上铺底，然后在温度为730℃～750℃、水压为0.08～0.15MPa、速度为45～50mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1320mm、长度为5000mm～6000mm的铝镁铒合金铸锭；步骤一中所述的铝硅中间合金是Al-22％Si合金，铝铁中间合金是Al-10％Fe合金，铝锰中间合金是Al-11％Mn合金，铝铒中间合金是Al-6％Er合金，铝钛中间合金是Al-4％Ti中间合金，铝铍中间合金是Al-11％Be，铝钛硼晶粒细化剂是铝钛硼合金Al-5％Ti-1％B，锆复合盐按质量分数由26％LiCl、66％K₂ZrF₆和8％CaF₂组成。

4.根据权利要求3所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二和步骤三中所述的覆盖剂是2号熔剂。

5.根据权利要求3或4所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤一中按照铝镁铒合金铸锭中元素质量百分比Si≤03％、Fe≤0.4％、Cu≤0.1％、Mn：0.5％、Mg：6.5％、Zn≤0.25％、Er：0.3％、Be：0.0005％～0.005％、Ti≤0.10％、Zr：0.1％～0.15％、单个杂质≤0.10％，合计杂质≤0.15％，其余为Al，且Fe的质量百分比＞Si的质量百分比分别称取重熔用铝锭、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、铝铒中间合金、铝钛中间合金、铝铍中间合金、铝钛硼晶粒细化剂和锆复合盐。

6.根据权利要求5所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤二中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。

7.根据权利要求3、4或6所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三中覆盖剂的加入量为熔炼炉中金属质量的0.55％。

8.根据权利要求7所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三中Ar-Cl₂混合气体中氩气与氯气的体积比为31.5～33∶1。

9.根据权利要求7所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤三中Ar-Cl₂混合气体中氩气与氯气的体积比为32∶1。

10.根据权利要求3、4、6或8所述铝镁铒合金铸锭的制备方法，其特征在于步骤五中在温度为740℃、水压为0.1MPa、速度为48mm/min的条件下将步骤四所得的合金熔液铸造成厚度为340mm、宽度为1320mm、长度为5500mm的铝镁铒合金铸锭。