CN102418010A - 去除针孔的铸铝合金及其熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除针孔的铸铝合金及其熔炼方法，先加热铝锭或熔融铝液使之完全熔化；加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn和Ti，使之完全溶解和熔化；精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；使用氮气或惰性气体或氮气与惰性气体任意比例的混合气体对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将MoB、LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB、LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，进行铸造生产。本发明能够克服现有铝合金性能的不足，提高其强韧性、成形性和淬透性，为高效深加工提供高端基材。

Description

去除针孔的铸铝合金及其熔炼方法

技术领域

本发明涉及一种铸铝合金，还涉及其熔炼方法。

背景技术

铸铝合金中针孔是常见缺陷。当铝合金在熔炼和浇注过程中，合金液可溶解较多的氢，在常压下氢的溶解度随着合金液温度的升高而增大，随着温度的下降而减少。当铝由液态转变为固态时，氢在铝中的溶解度骤然降低。因此，有较多的氢析出形成氢气泡，又来不及上浮排出，就形成了大量细小、分散的气孔，称为针孔。在一般生产条件下，特别是厚大的砂型铸件中很难避免针孔的产生。在相对湿度大的环境中熔炼和浇注时，铸件中的针孔更为严重。

铝合金铸件中的针孔直径通常小于或等于1mm左右，能使合金致密性降低，力学性能下降。

根据针孔分布和形态可分为以下三种类型：

(1)点状针孔

在浸蚀后的低倍试片上呈细小的圆点形和椭圆形针孔，轮廓清晰，内壁光滑，互不连通，由液体金属凝固析出的气体形成。多数在结晶温度范围小、补缩良好的铸件(如ZL102＝ZAlSi12)中出现，在断口上呈圆形凹坑或片状白斑。

而结晶间隔大的亚共晶或固溶体型合金(溶质元素全部溶解在基体溶剂中)是以糊状的方式凝固，合金液中的氢在糊状层中析出，在其成长为气泡的过程中受到了固态的树枝晶体的阻碍，只能在树枝状晶体之间成长，成为链状或枝叉状的孔洞，凝固后的针孔成为沿晶界或枝晶间分布的多角形的长针孔和分散性的显微疏松。所以，是以针孔为主的针孔与分散疏松的混合体。在冷却凝固速度快、离共晶成分较远的铝合金(如ZL105＝ZAlSi5Cu1Mg)中，也会出现点状针孔，这种针孔很容易和疏松相区别。

(2)网状针孔

针孔呈密集相连成网状。有的针孔呈所谓“苍蝇脚”形的不规则形状，也可能出现少量较大的针孔，但孔径难以测量。

(3)综合型针孔

它是点状和网络状针孔的中间型，既有点状针孔又有网状针孔的特征。经氢氧化钠水溶液浸蚀后的试片上呈不规则的大针孔较多的特征，容易和疏松相混淆。

针孔的特征是孔穴小，数量多，均匀而呈连串或不连串的分布在晶界和枝晶之间，割裂了组织之间的联系，可不同程度地降低抗拉强度、塑性和抗疲劳性能。随着针孔级别的增加，力学性能迅速下降，尤其是网状分布的针孔连续地分布在晶界与枝晶间，较严重地割裂组织间的联系，降低组织的连续性，对力学性能的影响尤为显著，网状型针孔比综合型针孔的抗拉强度降低20％左右。而点状针孔小，互不连续，对力学性能影响较小。另外，针孔对铸件的耐蚀性也有较大的影响。铝的耐蚀性主要依赖表面有一层致密的氧化膜(Al₂O₃)，针孔使氧化膜组织呈不同程度的疏松状态，使氧化膜的化学稳定性有所下降，成为腐蚀根源，甚至丧失保护作用。所以，针孔等级超高，对耐蚀性产生的不良影响越大。按JB/T7946.3-1999《铸造铝合金针孔》针孔分为五级，一般控制在三级以下。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种铸铝合金，能够克服现有铝合金性能的不足，有效控制气泡的形成，为高效深加工提供高端基材。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铸铝合金，以质量百分比计，包括0.7～1.1％的Si，小于等于0.4％的Fe，0.1～0.4％的Cu，0.1～0.3％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.15％的Zn，0.01～0.04％的Ti，0.8～1.4％的Mo，0.09～0.16％的B、0.06～0.1％的Li，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.1％。

本发明还提供所述铸铝合金的制备方法，以复合处理方式加入MoB、LiAlH₄，包括以下步骤：

步骤一：按照所述铸铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.7～1.1％的Si，小于等于0.4％的Fe，0.1～0.4％的Cu，0.1～0.3％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.15％的Zn，0.01～0.04％的Ti；

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：使用氮气对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比0.89～1.56％的MoB、0.32～0.55％的LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB和LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，进行铸造。

所述的铸造可以沿以下两种流程进行：

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

本发明的有益效果是：

本发明使用纯液态氮气(99.99％)，将氮气吹入铝熔液，并通过搅拌头的快速搅拌，使氮气泡细小而分散，氮气上升逸出的过程中，吸收了铝液中的氢气并携带上升至铝液表面逸出。除气完毕可以作一个真空试样，将铝熔液放置在1.5MPa真空度的环境中凝固，如果表面继续凹陷，表示除气有效，否则必须再次除气。或通过测定密度来检验，密度必须大于2.6。

本发明在冷却后的铝基体中造成了稳定性极高的间隙原子和间隙相，成为新的高效强化相，使材料的强度和硬度得到提高。本发明在变形铝合金中加入0.8～1.4％的Mo，0.8～2.8％的B以及0.8～1.4％的Li元素，可以在合金凝固过程中有效增加异质形核核心，从而达到晶粒细化的效果，增强合金强度；并且加入的元素可以促进形成间隙原子和间隙相，高温时在α(Al)固溶体中溶解度大，而在室温时很小，从而使合金具有较高的可热处理性质，热处理后，其强度和硬度都有很大程度的提高。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1：一种铸铝合金，以质量百分比计，包括0.7％的Si，0.4％的Fe，0.1％的Cu，0.1％的Mn，0.4％的Mg，0.15％的Zn，0.01％的Ti，0.8％的Mo，0.09％的B、0.06％的Li，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.1％。

本发明还提供所述铸铝合金的制备方法，以复合处理方式加入MoB和LiAlH₄，包括以下步骤：

步骤一：按照所述铸铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.7～1.1％的Si，小于等于0.4％的Fe，0.1～0.4％的Cu，0.1～0.3％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.15％的Zn，0.01～0.04％的Ti；

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：使用纯液态氮气对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比0.89％的MoB、0.32％的LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB和LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

实施例2：一种铸铝合金，以质量百分比计，包括0.91％的Si，0.3％的Fe，0.3％的Cu，0.2％的Mn，0.6％的Mg，0.1％的Zn，0.03％的Ti，1.1％的Mo，0.12％的B、0.08％的Li，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.1％。

本发明还提供所述铸铝合金的制备方法，以复合处理方式加入MoB和LiAlH₄，包括以下步骤：

步骤一：按照所述铸铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.91％的Si，0.3％的Fe，0.3％的Cu，0.2％的Mn，0.6％的Mg，0.1％的Zn，0.03％的Ti；

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：使用氮气对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1.22％的MoB、0.44％的LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB和LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

实施例3：一种铸铝合金，以质量百分比计，包括1.1％的Si，0.29％的Fe，0.4％的Cu，0.3％的Mn，0.8％的Mg，0.08％的Zn，0.04％的Ti，1.4％的Mo，0.16％的B、0.1％的Li，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.1％。

本发明还提供所述铸铝合金的制备方法，以复合处理方式加入MoB和LiAlH₄，包括以下步骤：

步骤一：按照所述铸铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比1.1％的Si，0.29％的Fe，0.4％的Cu，0.3％的Mn，0.8％的Mg，0.08％的Zn，0.04％的Ti；

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：使用氮气对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比1.56％的MoB、0.55％的LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB和LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，沿以下两种流程分别进行不同制品的铸造生产。

流程一：沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

流程二：转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。

Claims (4)

1.一种去除针孔的铸铝合金，其特征在于：以质量百分比计，包括0.7～1.1％的Si，小于等于0.4％的Fe，0.1～0.4％的Cu，0.1～0.3％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.15％的Zn，0.01～0.04％的Ti，0.8～1.4％的Mo，0.09～0.16％的B、0.06～0.1％的Li，余量为Al和不可避免的杂质，每种杂质的含量不超过总质量百分比的0.05％，所有杂质的含量不超过总质量百分比的0.1％。

2.一种权利要求1所述去除针孔的铸铝合金的熔炼方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：按照所述铸铝合金的组分备料，包括占总产品质量百分比0.7～1.1％的Si，小于等于0.4％的Fe，0.1～0.4％的Cu，0.1～0.3％的Mn，0.4～0.8％的Mg，小于等于0.15％的Zn，0.01～0.04％的Ti；

步骤二：先往熔炼炉中加入铝锭或熔融铝液，加热使之完全熔化，按配方比例先加入步骤一的备料，使之完全溶解和熔化，精炼后在700～1000℃下保温，得到合金熔体；熔化过程在封闭环境内完成；

步骤三：使用氮气对合金熔体进行除气净化作业，并持续通气直至反应完毕；同时将占总产品质量百分比0.89～1.56％的MoB、0.32～0.55％的LiAlH₄粉末以流态化方式随上述气体加入到合金熔体中；进行搅拌，使MoB和LiAlH₄在合金熔体中分布均匀，并与合金熔体充分反应；静置、调温至680～730℃，合金液出炉，进行铸造。

3.一种权利要求2所述去除针孔的铸铝合金的熔炼方法，其特征在于：所述的铸造流程是将合金液沿流槽倾倒出炉，至立式水冷铸造机系统，铸造加工用锭坯，特别是铸造厚度500mm以上的大型扁锭和直径500mm以上的圆棒。

4.一种权利要求2所述去除针孔的铸铝合金的熔炼方法，其特征在于：所述的铸造流程是将合金液转注入铸件的铸模中，使用金属型、砂型或混合型铸方式，采用重力铸造、压力铸造或差压铸造工艺，铸造铝合金铸件，特别是铸造大型、薄壁或复杂结构的铝合金铸件。