CN102634686A - 一种船用铝合金铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金的铸造方法，尤其是涉及一种船用铝合金铸造方法。其主要是解决现有技术所存在的铝合金应用于轮船、快艇上时，海水、潮湿空气等的环境会产生应力腐蚀、点蚀，船体的强度、焊接性能、耐腐蚀性能较差，从而对铝合金船体的使用安全构成极大的威胁等的技术问题。本发明的方法是将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中进行精炼，电磁搅拌后扒渣，再投入到静置炉中充分静置，投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，使用ALPUR法进行净化，过滤后采用低液位铸造技术进行铸造，即出成品船用铝合金。

Description

一种船用铝合金铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铝合金的铸造方法，尤其是涉及一种船用铝合金铸造方法。

背景技术

铝合金熔点低、机械性能好，因而在工业中得到了广泛的应用。用该合金体系制造的铸件主要用在五个方面：一是构件类，如用于造纸机械、纺织机械、制砖机械、筑路机械、冶金机械、起重机械、印刷机械、塑料机械及矿山机械等的配件；二是轴瓦、轴承、滑板及滑块等；三是汽车、拖拉机、船舶配件；四是模具类，如铸塑模、吹塑模、压型模、冲载模；五是装饰工艺品。中国专利公开了一种新型铸造铝合金（公开号：CN101748316A），其按重量百分比包括：11-13％的Si、2-4％的Cu、0.5-1.2％的Mg、2-3.5％的Ni、0.08-0.18％的Ti和0.1-0.2％的V，其余为铝锭；其制备方法包括：a、将熔炼炉干燥后，按权利要求1所述的配比取2-4％的铜和2-3.5％的镍放入熔炼炉中，继续升温，至铜和镍熔化；b、加入铝锭：先投入二分之一的铝锭，继续加热，待熔化后加入剩下的二分之一铝锭；c、当铝锭全部熔化至熔融状态时，按权利要求1所述的配比加入11-13％的硅粒，搅拌，使硅粒表面完全覆盖铝液；d、加热升温，控制炉膛温度在850℃-900℃，当熔液变为橘黄色时，用渣瓢进行充分搅拌，确认硅粒和铜镍全部熔化后，控制在850℃进行保温1.5-2小时；e、保温完毕后加入0.5-1.2％镁块和0.08-0.18％钛、0.1-0.2％钒，其中钛和钒以铝钛合金和铝矾合金的形式加入，而且钛和钒在铝钛合金和铝矾合金中的比例不能变化，另加0.2-0.4％出渣剂，10-15分钟后，搅拌铝液，再次确认铝液中的硅、铜、镍和镁全部熔化，充分搅拌均匀；f、最后进行精炼、变质和除气处理，即可完成本发明新型铸造铝合金的制备。但是这种铝合金应用于轮船、快艇上时，海水、潮湿空气等的环境会产生应力腐蚀、点蚀，船体的强度、焊接性能、耐腐蚀性能较差，从而对铝合金船体的使用安全构成极大的威胁。

发明内容

本发明是提供一种船用铝合金铸造方法，其主要是解决现有技术所存在的铝合金应用于轮船、快艇上时，海水、潮湿空气等的环境会产生应力腐蚀、点蚀，船体的强度、焊接性能、耐腐蚀性能较差，从而对铝合金船体的使用安全构成极大的威胁等的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的方法包括：

a．将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中，其中一级废料30～40%，铝锭60～65％，Mg4.0-4.9％，Mn0.4-1.0％，Cr0.05-0.25％，其中Mg以纯金属形式加入，Mn和Cr以添加剂形式加入；

保证化学成分为

加入废料，相当于在投料时加入了一定量的杂质，把杂质掌握在可控范围内，使铸造结晶时易于形成异质形核，避免晶粒异常长大。一级废料为铝合金的废料，各种成分都含有，而且含量不定，熔化时先加入，然后再用纯金属来调整成分。

b．在熔化炉内按熔体质量的0.1-0.2％投入2号熔剂，2号熔剂由质量百分比为44.6%的MgCl₂、7.6%BCl₂、38.2%KCl、3.4%NaCl及6.2%CaCl₂组成，对熔体进行精炼，充分电磁搅拌后扒渣，再使用N₂与Cl₂充分精炼，要求N₂占混合气体的80％以上；

c．将熔体再投入到静置炉中用N₂与Cl₂充分精炼，测定氢含量，要求≤0.2ml/100g，按投料量的0.1-0.2％加入锶盐精炼剂，充分静置；

双级气体精炼，能除净较大的氢气气泡，配合熔剂精炼，除渣效果好；锶盐精炼剂能够吸咐在晶粒间界，阻碍晶粒生长，起到细化晶粒的作用。

d．投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，要求TiB₂单个质点直径≤2μm的在90％以上，允许有尺寸≤25μm的TiB₂疏松团块存在，TiAl₃相尺寸≤150μm的在95％以上；使用Ar₂与Cl₂混合气体ALPUR法进行净化，净化后再使用陶瓷片进行过滤；

对细化剂要求较为严格，异质形核率高而均匀，细化效果明显；混合气体精炼，气泡细密，吸咐能力强，除氢彻底；双级细目陶瓷板过滤，杂质透过率低，晶界残余微观应力小。

e．采用低液位铸造技术进行铸造，开始铸造时液位高度为80-90mm，铸造速度为40-45mm/min，冷却水流量为80-90m³/h；稳定铸造时液位控制在50-60mm，铸造速度为60-70mm/min，冷却水流量为90-100 m³/h，铸造完成后即出成品船用铝合金。而普通DC铸造液位高度为120～150mm，铸造速度为50～65mm/min，冷却水压力为0.10～0.20MPa。

采用低液位铸造冷却凝固时间短，冷却水流量较易控制，板锭不易产生弯曲变形、裂纹、气泡、夹杂等缺陷，内部组织细密、成分偏析少。

作为优选，所述的步骤b中熔化炉的熔化温度为700-760℃，电磁搅拌的时间为10-20min，N₂与Cl₂精炼的时间为5-10min。

作为优选，所述的步骤b中N₂占混合气体总体积的80％以上，气体压力保持在0.5-1.0MPa。

作为优选，所述的步骤c中精炼的时间为10-20min，静置的时间为10-40min。

作为优选，所述的步骤d中Ar₂占混合气体总体积的97-99％。

作为优选，所述的步骤d中Ar₂压力采用0.2MPa，流量为5m³/h；Cl₂压力采用0.2MPa，流量为0.1m³/h，ALPUR净化法的转子速度为180-230r/min。

作为优选，所述的步骤d中陶瓷片为30-50目。

因此，本发明具有铝合金在进行船用时力学性能能够满足标准要求，应力腐蚀性能比原有技术生产的板材腐蚀时间延长了近20％，剥落腐蚀性能从原来的EB级提高到EA级等特点。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本例的一种船用铝合金铸造方法，其步骤为：

a．将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中，其中一级废料为32％。Al、Mg以纯金属形式加入，Mn和Cr以添加剂形式加入；

炉前化学成分为：

b．在熔化炉内按熔体质量的0.15％投入2号熔剂对熔体进行精炼，熔化炉温度为730℃，电磁搅拌12min后扒渣，再使用N₂与Cl₂精炼8min，要求N₂与Cl₂的体积比为9：1，气体压力保持在0.6MPa；

c．将熔体再投入到静置炉中用N₂与Cl₂精炼16min后测定氢含量为0.16ml/100g，按投料量的0.2％加入锶（Sr）盐精炼剂，静置40min；

d．投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，要求TiB2单个质点直径≤2μm的应在95％以上，允许有尺寸≤20μm的TiB2疏松团块存在，TiAl3相尺寸≤150μm的应在98％以上；使用Ar₂与Cl₂混合气体ALPUR法进行净化，Ar₂占混合气体总体积的98％，Ar₂压力采用0.2MPa，流量为5m³／h，Cl₂压力采用0.2MPa，流量为0.1m³／h，转子速度为210r/min；使用40、60目双级过滤的陶瓷片进行过滤；

e．采用低液位铸造技术进行铸造，铸造温度695℃；开始铸造时液位高度为88mm，铸造速度为44mm/min，冷却水流量为81m³/h；稳定铸造时液位控制在58mm，铸造速度为67mm/min，冷却水流量为96 m³/h，铸造完成后即出成品船用铝合金。 

实施例2：本例的一种船用铝合金铸造方法，其步骤为：

a．将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中，其中一级废料为35％。Al、Mg以纯金属形式加入，Mn和Cr以添加剂形式加入；

炉前化学成分为：

b．在熔化炉内按熔体质量的0.12％投入2号熔剂对熔体进行精炼，熔化炉温度为748℃，电磁搅拌18min后扒渣，再使用N₂与Cl₂精炼6min，N₂与Cl₂的体积比为9：1，气体压力保持在0.82MPa；

c．将熔体再投入到静置炉中用N₂与Cl₂精炼18min，测定氢含量为0.18ml/100g，按投料量的0.2％加入锶（Sr）盐精炼剂，静置26min；

d．投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，要求TiB2单个质点直径≤2μm的应在95％以上，允许有尺寸≤20μm的TiB2疏松团块存在，TiAl3相尺寸≤150μm的应在98％以上；使用Ar₂与Cl₂混合气体ALPUR法进行净化，Ar₂占混合气体总体积的99％，Ar₂压力采用0.2MPa，流量为5m³／h，Cl₂压力采用0.2MPa，流量为0.1m³／h，转子速度为208r/min；使用40、60目双级过滤的陶瓷片进行过滤；

e．采用低液位铸造技术进行铸造，铸造温度697℃；开始铸造时液位高度为87mm，铸造速度为44mm/min，冷却水流量为85m³/h；稳定铸造时液位控制在59mm，铸造速度为67mm/min，冷却水流量为96 m³/h，铸造完成后即出成品船用铝合金。 

实施例3：本例的一种船用铝合金铸造方法，其步骤为：

a．将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中，其中一级废料为37％。Al、Mg以纯金属形式加入，Mn和Cr以添加剂形式加入；

炉前化学成分为：

b．在熔化炉内按熔体质量的0.18％投入2号熔剂对熔体进行精炼，熔化炉温度为735℃，电磁搅拌15min后扒渣，再使用N₂与Cl₂精炼9min，N₂与Cl₂的体积比为9：1，气体压力保持在0.75MPa；

c．将熔体再投入到静置炉中用N₂与Cl₂精炼12min，测定氢含量为0.16ml/100g，按投料量的0.2％加入锶（Sr）盐精炼剂，静置38min；

d．投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，要求TiB₂单个质点直径≤2μm的应在95％以上，允许有尺寸≤20μm的TiB₂疏松团块存在，TiAl₃相尺寸≤150μm的应在98％以上；使用Ar₂与Cl₂混合气体ALPUR法进行净化，Ar₂占混合气体总体积的97％，Ar₂压力采用0.2MPa，流量为5m³／h，Cl₂压力采用0.2MPa，流量为0.1m³／h，转子速度为185r/min；使用40、60目双级过滤的陶瓷片进行过滤；

e．采用低液位铸造技术进行铸造，铸造温度702℃；开始铸造时液位高度为85mm，铸造速度为42mm/min，冷却水流量为82m³/h；稳定铸造时液位控制在52mm，铸造速度为63mm/min，冷却水流量为94 m³/h，铸造完成后即出成品船用铝合金。 

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (7)

1.一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的方法包括：

a．将铝锭、一级废料、Mg、Mn、Cr投入到熔化炉中，其中各组份的质量百分比为：铝锭30-50％，电解铝液35-50％，Mg4.0-4.9％，Mn0.4-1.0％，Cr0.05-0.25％，其余为一级废料，其中Mg以纯金属形式加入，Mn和Cr以添加剂形式加入；

b．在熔化炉内按熔体质量的0.1-0.2％投入2号熔剂对熔体进行精炼，充分电磁搅拌后扒渣，再使用N₂与Cl₂充分精炼，要求N₂占混合气体的80％以上；

c．将熔体再投入到静置炉中用N₂与Cl₂充分精炼，测定氢含量，要求≤0.2ml/100g，按投料量的0.1-0.2％加入锶盐精炼剂，充分静置；

d．投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒，要求TiB₂单个质点直径≤2μm的在90％以上，允许有尺寸≤25μm的TiB₂疏松团块存在，TiAl₃相尺寸≤150μm的在95％以上；使用Ar₂与Cl₂混合气体ALPUR法进行净化，净化后再使用陶瓷片进行过滤；

e．采用低液位铸造技术进行铸造，开始铸造时液位高度为80-90mm，铸造速度为40-45mm/min，冷却水流量为80-90m³/h；稳定铸造时液位控制在50-60mm，铸造速度为60-70mm/min，冷却水流量为90-100m³/h，铸造完成后即出成品船用铝合金。

2.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤b中熔化炉的熔化温度为700-760℃，电磁搅拌的时间为10-20min，N₂与Cl₂精炼的时间为5-10min。

3.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤b中N₂占混合气体总体积的80％以上，气体压力保持在0.5-1.0MPa。

4.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤c中精炼的时间为10-20min，静置的时间为10-40min。

5.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤d中Ar₂占混合气体总体积的97-99％。

6.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤d中Ar₂压力采用0.2MPa，流量为5m³/h；Cl₂压力采用0.2MPa，流量为0.1m³/h，ALPUR净化法的转子速度为180-230r/min。

7.根据权利要求1所述的一种船用铝合金铸造方法，其特征在于所述的步骤d中陶瓷片为30-50目。