CN102605203A - 一种6系铝合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种6系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si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6系铝合金铸锭。本发明以电解铝液为原料，控制铸造温度与铸造速度，利用半连续铸造法制备得到6系铝合金铸锭，制备的6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和热加工性能良好等特点，本发明制备的合金铸锭直径可达到817mm，铸锭长度为6.5～7m，可以满足我国发展轨道列车用6系铝合金大规格型材的需求。

Description

一种6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6系铝合金的制备方法。
背景技术
大型特种铝合金型材具有断面尺寸大、宽厚比大、壁厚差异明显、长度大和形状复杂等特点，长度在10m以上甚至可达30m，形状一般为多孔异型空心型材。6系铝合金(又称6xxx系铝合金)由于具有适中的强韧性配合、良好的变形能力，非常适宜于生产大型特种铝合金型材，目前已经广泛应用于地铁、轻轨和高速列车车厢材料的地板、顶板、侧板等。6系铝合金的挤压型材宽度超过640mm，交货长度达到25m～28m，相应的挤压锭坯尺寸达到Φ785mm×2000mm。
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，迫切需求国内低成本地生产出高品质6xxx系超大规格铝合金挤压材。其中，保证超大规格6xxx系铝合金挤压材具有高性能的关键在于获得高品质大尺寸铝合金铸锭以满足挤压比的要求。国内东北轻合金有限责任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6xxx系铝合金挤压材，但是合成的铝合金铸锭尺寸普遍较小，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6xxx系铝合金挤压材。
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，是一种降低成本、绿色环保的铝合金铸锭制备方法，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。由于电解铝液具有温度高、夹杂多、含气及含钠多的特点，且电解铝液组织对合金铸锭显微组织具有遗传效应，因此，由电解铝液直接制备的合金显微组织与由铝锭重熔制备的合金组织不尽相同。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且尺寸较小的铝合金，采用电解铝液半连续铸造(DC)方法制备大规格6xxx系铝合金挤压材鲜有报道。尽管国内已经利用电解铝液直接合金化制备得到6063和6201等合金铸锭，但制备的合金铸锭规格均较小，不超过310mm，不能满足我国发展轨道列车用6系铝合金大规格型材的需求。
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6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大直径6系铝合金铸锭。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种6系铝合金的制备方法，包括以下步骤：
将电解铝液、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si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，铸造速度为15～35mm/min，铸造温度为710～730℃，得到6系铝合金铸锭。
优选的，所述第一合金熔液的温度为740℃～770℃。
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720～730℃。
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，所述结晶器的直径为817mm。
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6系铝合金铸锭的直径为815～820mm。
优选的，所述6系铝合金铸锭的直径为817mm。
本发明提供一种6系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si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精炼、除气、除渣、搅拌和扒渣处理后，在线加入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6系铝合金铸锭。与现有技术相比，本发明以电解铝液为原料，控制铸造温度与铸造速度，利用半连续铸造法制备得到6系铝合金铸锭。实验结果表明，本发明制备的6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和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，可以满足我国发展轨道列车用6系铝合金大规格型材的需求。
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6系铝合金的制备方法，包括以下步骤：将电解铝液、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si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，铸造速度为15～35mm/min，铸造温度为710～730℃，得到6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740～770℃，更优选为750～770℃。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、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si中间合金与制备的6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6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、Mg、Cu、Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金和铝铸锭的用量，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。
最后，本发明利用半连续铸造法对所述第二合金熔液铸造，铸造温度为710～730℃，优选为720～730℃；铸造速度为15～35mm/min，优选为20～30mm/min。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、铸造温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。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，更优选为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6系铝合金，制备的6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，可满足挤压生产大型结构件的要求。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、Al-Mn、Al-Si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15mm/min～35mm/min、冷却水量控制在7m3/t～10m3/t，铸造得到直径为817mm的6XXX系铝合金铸锭，该铝合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的该铝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、Al-Mn、Al-Si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15mm/min～35mm/min、冷却水量控制在7m3/t～10m3/t，铸造得到直径为817mm的6XXX系铝合金铸锭，该铝合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的该铝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、Al-Mn、Al-Si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15mm/min～35mm/min、冷却水量控制在7m3/t～10m3/t，铸造得到直径为817mm的6XXX系铝合金铸锭，该铝合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的该铝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、Al-Mn、Al-Si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15mm/min～35mm/min、冷却水量控制在7m3/t～10m3/t，铸造得到直径为817mm的6XXX系铝合金铸锭，该铝合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的该铝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、Al-Mn、Al-Si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15mm/min～35mm/min、冷却水量控制在7m3/t～10m3/t，铸造得到直径为817mm的6XXX系铝合金铸锭，该铝合金铸锭表面质量良好、铸锭显微组织均匀致密、热加工性能良好。对本实施例制备的该铝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6系铝合金铸锭的化学成分百分比
Figure BDA0000148384320000071
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
Figure BDA0000148384320000072
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 (10)

1.一种6系铝合金的制备方法，包括以下步骤：
将电解铝液、Mg、Cu、Al-Mn中间合金和Al-Si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，铸造速度为15～35mm/min，铸造温度为710～730℃，得到6系铝合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一合金熔液的温度为740℃～770℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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。
4.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720～730℃。
5.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。
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述结晶器的直径为817mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述半连续铸造法中冷却水量为7m3/t～10m3/t。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述6系铝合金铸锭的直径为815～820mm。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述6系铝合金铸锭的直径为817mm。
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