CN102586638B - 一种7系铝合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Zn、Mg和Al-Mn中间合金在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液；将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，加入Al-Ti-B中间合金进行细化处理，得到第二合金熔液；利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，得到7系铝合金铸锭。本发明以电解铝液为原料，利用半连续铸造法制备得到7系铝合金铸锭。实验结果表明，本发明制备的7系铝合金铸锭具有化学成分稳定性好、铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好等特点，更重要的是，本发明制备的合金铸锭直径可达到817mm，铸锭长度为6.5～7m，对我国大型构件的生产具有重要意义。

Description

一种7系铝合金的制备方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，更具体地说，涉及一种7系铝合金的制备方法。

背景技术

锌镁总含量在5.0％～6.5％之间且基本不含Cu的7系铝合金在铝加工领域通常称为中强可焊7系铝合金，又称7xxx系铝合金，其具有超强的自然强化能力和中等强度，其抗拉强度在294.0～441.0MPa之间，且焊接过程导致的软化经充分自然时效后可自行恢复，适合于制造焊接后不便进行热处理的焊接构件，是地面车辆和装备、航空航天器以及军用舰艇和民用船舶的主要轻质焊接结构材料。

中强可焊7系铝合金的起源可追溯于20世纪二十年代德国科学家K.L.Meissner和W.Sander发现的Al-Zn-Mg合金。直到20世纪六十年代，美国才通过向Al-Zn-Mg合金中加入微量的Cr、Mn和Zr，开发出具有良好焊接性能和抗应力腐蚀性能的7005和7004(Al-4.5Zn-1.5Mg)铝合金，使该类合金广泛应用于焊接结构。与此同时，为获得更好的工艺性能，日本通过降低镁含量和提高锌镁比研制出ZK60(Al-6.0Zn-0.75Mg)和ZK61(Al-6.0Zn-0.35Mg)合金，这类合金具有优良的挤压性能和焊接性能，但由于合金中的镁含量偏低，造成合金的强度下降较多。此外，前苏联的1933、1915合金，意大利的Carpenial30合金和加拿大的7104合金，这些合金也存在强度偏低的问题，不能用于重要的承载结构件中。20世纪七十年代出现了强度更高的可焊7020合金，广泛应用于火箭箱体材料和运输工具支架材料中。目前，7N01和7005板材及挤压材已经广泛应用于高速列车车架、枕梁等关键承力结构件以及坦克的履带、防弹性；焊接性优良的7037和7039合金板材主要用于装甲车；7449及7040铝合金广泛应用于空客A340-500/600型飞机的机翼。

随着我国航天航空工业、轨道交通、军用车辆以及舰船制造装备业的快速发展，尤其是我国大飞机项目的启动，迫切需求国内能生产出高品质大规格中强及高强可焊7xxx系铝合金材料以摆脱国外的控制和降低成本。国内东北轻合金有限责任公司、山东丛林集团有限公司及吉林迈达斯有限公司采用铝锭重熔方法已经生产出中强可焊7xxx系铝合金铸锭，但目前的合金铸锭尺寸普遍较小均未能突破700mm，更重要的是，国内甚至国际基本上均采用铝锭重熔方法制造可焊7xxx系铝合金。

采用电解铝液直接生产铝合金铸锭具有显著的节能降耗减排放的作用，已经广泛应用于欧美等发达国家。近十年来，我国也开始采用高温电解铝液直接生产铝合金铸锭。然而，目前国内外采用电解铝液直接生产的铸锭主要是针对合金化程度较低的铝合金，一般合金元素含量不超过5％，采用电解铝液半连续铸造(DC)方法制备大规格可焊7xxx系铝合金鲜有报道。本发明人考虑，提供一种7系铝合金的制备方法，采用电解铝液半连续铸造7系铝合金。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种7系铝合金的制备方法，该方法采用电解铝液半连续铸造得到7系铝合金。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将电解铝液、Zn、Mg和Al-Mn中间合金在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液；

将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，加入Al-Ti-B中间合金进行细化处理，得到第二合金熔液；

利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，得到7系铝合金铸锭。

优选的，所述第一合金熔液的温度为740～760℃。

优选的，还包括：

向所述第一合金熔液中加入铝锭控制所述第一合金熔液的温度。

优选的，所述铸造温度为710～730℃。

优选的，所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。

优选的，所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。

优选的，所述半连续铸造法中铸造速度为10～20mm/min。

优选的，所述半连续铸造法中冷却水量为7m³/t～10m³/t。

优选的，所述7系铝合金铸锭的直径为815～820mm。

优选的，所述7系铝合金铸锭的直径为817mm。

本发明提供一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Zn、Mg和Al-Mn中间合金在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液；将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，加入Al-Ti-B中间合金进行细化处理，得到第二合金熔液；利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，得到7系铝合金铸锭。与现有技术相比，本发明以电解铝液为原料，利用半连续铸造法制备得到7系铝合金铸锭。实验结果表明，本发明制备的7系铝合金铸锭具有化学成分稳定好、铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好等特点，更重要的是，本发明制备的合金铸锭直径可达到817mm，铸锭长度为6.5～7m，对我国大型构件的生产具有重要意义。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种7系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Zn、Mg和Al-Mn中间合金在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液；将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，加入Al-Ti-B中间合金进行细化处理，得到第二合金熔液；利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，得到7系铝合金铸锭。

在上述制备过程中，所述第一合金熔液的温度优选为740～760℃，更优选为740～750℃。由于电解铝液的温度较高，本发明优选利用加入冷料的方法控制第一合金熔液的温度，具体的，本发明还优选包括：向所述第一合金熔液中加入铝锭控制所述第一合金熔液的温度。本发明采用的电解铝液、Zn、Mg、Al-Mn中间合金与制备的7系铝合金的具体型号相关；所述加入的铝合金铸锭多少不仅与制备的7系铝合金的具体型号相关、与电解铝液的用量相关，且与所述第一合金熔液的温度相关。本发明采用的电解铝液、Zn、Mg、Al-Mn中间合金、铝铸锭的用量，可以根据实际情况进行控制。在制备得到第一合金熔液后，将所述第一合金熔液充分搅拌，扒渣，取样化验成分，从而达到控制所述第一合金熔液成分的目的。

本发明对于所述将第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理的步骤并无特别要求，可以按照本领域技术人员熟知的方法进行。具体的，将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，还优选包括：将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气进行除气除渣，利用陶瓷过滤板过滤。分别进行上述保温炉内和保温炉外的处理后，实现了对第一铝合金熔液的除气除渣，保证了制备的铝合金铸锭的良好的性能。

由于在铝合金制备过程中，不添加细化剂的铝合金铸锭的晶粒粗大、柱状晶发达，深冲性能差，因此，本发明加入Ti、B元素使铝合金铸锭细化，提高铝合金铸锭的力学性能，改善铝合金铸锭的表面质量，提高产品的成品率。本发明采用的用于细化处理的Al-Ti-B中间合金优选为Al-Ti-B丝，该Al-Ti-B丝的加入对制备的铝合金铸锭的微观组织结构和力学性能均有明显的影响。本发明对于所述Al-Ti-B丝的添加方式与添加速度并无特别要求，可以根据制备的铝合金铸锭的具体成分与大小调节的Al-Ti-B丝的添加量与添加速度。另外，该Al-Ti-B丝优选采用在线添加的方式。

最后，本发明利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，铸造温度优选为710～730℃，更优选为720～730℃。其中，所述半连续铸造法优选采用立式半连续铸造机，更优选的，所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器，更优选采用直径为817mm的结晶器。采用上述直径的结晶器进行铸造过程中，由于所述结晶器的直径较大，因此制备的铝合金铸锭易出现裂纹的现象，影响制备的铝合金铸锭的品质。有鉴于此，本发明优选通过对所述立式半连续铸造机的铸造速度以及冷却水量进行控制，达到避免铝合金铸锭裂纹出现的目的。本发明采用的所述半连续铸造法中铸造速度优选为10～20mm/min，更优选为12～18mm/min，更优选为15～18mm/min；所述半连续铸造法中冷却水量优选为7m³/t～10m³/t，更优选为8m³/t～10m³/t，最优选为9m³/t～10m³/t。其中，铸造速度过大或过小、冷却水量过多或过少均会影响制备的铝合金铸锭的品质，易导致该铝合金铸锭出现裂纹等现象。同时，在利用立式铸造机进行铝合金铸锭的铸造过程中，优选采用挡水板进行油滑铸造。

综上所述，本发明采用电解铝液半连续铸造得到7系铝合金，制备的7系铝合金具有化学成分稳定、铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好等特点。更重要的是，利用本发明工艺技术可制备出的合金铸锭直径可达到817mm，铸锭长度超过6.5m，约为6.5～7m，可以满足我国发展大运输机、航空航天工业及轨道交通用中强可焊7xxx系铝合金大规格型材的需求。此外，本发明利用电解铝液直接合金化制备铝合金铸锭具有显著的节能减排作用。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例采用的化学试剂均为市购。

实施例1

向高温电解原铝液中加入工业纯Mg、工业纯Zn以及Al-10Mn中间合金于熔炼炉中直接合金化，同时添加少量纯铝锭以控制铝熔体温度为740℃～750℃，充分搅拌、扒渣，取样化验成分，再转注入可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌、扒渣后静置；

将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气除气除渣、陶瓷过滤板过滤后，利用半连续铸造法进行铸造，步骤为：

控制熔体温度为710～720℃，铸造时在线添加Al-Ti-B丝对熔体进行细化处理，结合采用挡水板进行油滑铸造，铸造速度控制在10mm/min～20mm/min、冷却水量控制在7m³/t～10m³/t，铸造得到直径为817mm的7N01合金铸锭，该7N01合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的7N01合金铸锭进行化学成分分析，结果如表1所示。

实施例2

向高温电解原铝液中加入工业纯Mg、工业纯Zn以及Al-10Mn中间合金于熔炼炉中直接合金化，同时添加少量纯铝锭以控制铝熔体温度为750℃～760℃，充分搅拌、扒渣，取样化验成分，再转注入可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌、扒渣后静置；

将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气除气除渣，陶瓷过滤板过滤后，利用半连续铸造法进行铸造，步骤为：

控制熔体温度为710℃～715℃，铸造时在线添加Al-Ti-B丝对熔体进行细化处理，结合采用挡水板进行油滑铸造，铸造速度控制在10mm/min～25mm/min、冷却水量控制在7m³/t～10m³/t，铸造出直径为817mm的7005合金铸锭，该7005合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的7005合金铸锭进行化学成分分析，结果如表1所示。

实施例3

向高温电解原铝液中加入工业纯Mg、工业纯Zn以及Al-Mn中间合金于熔炼炉中直接合金化，同时添加少量纯铝锭以控制铝熔体温度为740℃～750℃，充分搅拌、扒渣，取样化验成分，再转注入可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌、扒渣后静置；

将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气除气除渣，陶瓷过滤板过滤后，利用半连续铸造法进行铸造，步骤为：

控制熔体温度为710℃～720℃，铸造时在线添加Al-Ti-B丝对熔体进行细化处理，结合采用挡水板进行油滑铸造，铸造速度控制在10mm/min～20mm/min、冷却水量控制在7m³/t～10m³/t，铸造出直径为817mm的7N01合金铸锭，该7N01合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的7N01合金铸锭进行化学成分分析，结果如表1所示。

实施例4

向高温电解原铝液中加入工业纯Mg、工业纯Zn以及Al-Mn中间合金于熔炼炉中直接合金化，同时添加少量纯铝锭以控制铝熔体温度为740℃～750℃，充分搅拌、扒渣，取样化验成分，再转注入可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌、扒渣后静置；

将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气除气除渣，陶瓷过滤板过滤后，利用半连续铸造法进行铸造，步骤为：

控制熔体温度为710℃～720℃，铸造时在线添加Al-Ti-B丝对熔体进行细化处理，结合采用挡水板进行油滑铸造，铸造速度控制在10mm/min～20mm/min、冷却水量控制在7m³/t～10m³/t，铸造出直径为817mm的7N01合金铸锭，该7N01合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的7N01合金铸锭进行化学成分分析，结果如表1所示。

实施例5

向高温电解原铝液中加入工业纯Mg、工业纯Zn以及Al-Mn中间合金于熔炼炉中直接合金化，同时添加少量纯铝锭以控制铝熔体温度为740℃～750℃，充分搅拌、扒渣，取样化验成分，再转注入可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌、扒渣后静置；

将上述处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氩气除气除渣，陶瓷过滤板过滤后，利用半连续铸造法进行铸造，步骤为：

控制熔体温度为710℃～720℃，铸造时在线添加Al-Ti-B丝对熔体进行细化处理，结合采用挡水板进行油滑铸造，铸造速度控制在10mm/min～20mm/min、冷却水量控制在7m³/t～10m³/t，铸造出直径为817mm的7N01合金铸锭，该7N01合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织结构均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的7N01合金铸锭进行化学成分分析，结果如表1所示。

表1本发明实施例制备的7系铝合金铸锭的化学成分百分比

续表1本发明实施例制备的铝合金铸锭的化学成分百分比

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种锌镁总含量在5.0%~6.5%之间且基本不含Cu的大规格可焊7xxx系铝合金的制备方法，包括以下步骤：

将电解铝液、Zn、Mg和Al-Mn中间合金在熔炼炉中合金化，得到第一合金熔液，向所述第一合金熔液中加入铝锭控制所述第一合金熔液的温度；所述第一合金熔液的温度为740~760℃；

将所述第一合金熔液在可倾翻式保温炉中进行精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，将处理后的合金熔液进行在线旋转喷吹氮气进行除气除渣，利用陶瓷过滤板过滤，然后加入Al-Ti-B中间合金进行细化处理，得到第二合金熔液；

利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，得到7系铝合金铸锭；

所述半连续铸造法中，铸造速度为10~20mm/min，冷却水量为7m³/t~10 m³/t 。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铸造温度为710~730℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述立式半连续铸造机包括直径为815~820mm的结晶器。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述7系铝合金铸锭的直径为815~820mm。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述7系铝合金铸锭的直径为817mm。