CN102873301B - Zl424铝合金铸件差压铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，包括以下步骤：⑴.合金配料；⑵.采用二级精炼加中间净化对合金进行熔炼；⑶.使用差压铸造方法制备ZL424铝合金铸件；⑷.将步骤⑶制得的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理；⑸.对热处理后的ZL424铝合金毛坯铸件进行检验。本发明是一种用于ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，通过本差压铸造工艺制造的铸件毛坯克服了使用传统重力铸造方法得到的ZL424铸造铝合金铸件的缺陷，消除了铸件的内部针孔和显微缩松和微裂纹，提高了铸件的化学成份合格率、力学性能和致密度。此外，工艺还具有效率高、铸件成活率高、制造成本低等诸多优点。

Description

ZL424铝合金铸件差压铸造工艺

技术领域

本发明涉及金属铸造工艺技术领域，尤其是一种ZL424铝合金铸件差压铸造工艺。

背景技术

铝-锌-镁合金（ZL424铝合金）是在美国牌号707.0和俄罗斯牌号A л24的铸造铝合金的基础上优化得到的，此系铸造铝合金具有较高的机械性能且切削加工性能好，焊接性能较好，特别是经过一定的热处理规范可以获得很高的尺寸稳定性能，因此适宜作高精度的导航系统平台结构件的铸件材料。该合金铸件目前通常采用重力铸造方法制备，但是该铸造合金流动性偏低，热裂倾向偏高，合金收缩率偏高，铸造工艺性较差，但其厚度的敏感性不强，易于热裂，易于产生针孔、缩松等缺陷，采用重力铸造产品的成活率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够减少现有重力铸造的缺陷，可以消除针孔，提高铸件成活率的高强韧高致密度铝锌镁合金ZL424铝合金铸件差压铸造工艺。

本发明的目的是这样实现的：

一种ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.合金配料；

⑵.采用二级精炼加中间净化对合金进行熔炼；

⑶.使用差压铸造方法制备ZL424铝合金铸件；

⑷.将步骤⑶制得的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理；

⑸.对热处理后的ZL424铝合金毛坯铸件进行检验。

而且，步骤⑴所述铸造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al，各配料的重量百分比为：Zn：3.5-4.5%；Mg：1.5-2.0%；Mn：0.2-0.5%；Ti：0.1-0.2%；杂质总和：0---0.9%；余量为Al。

而且，所述的杂质包括Fe、Si、Cu、Be及Zr，各杂质占合金配料总重量的重量百分比为：Fe：0---0.5%；Si：0---0.3%；Cu：0---0.2%；Be：0---0.1%；Zr：0---0.1%。

而且，步骤⑵所述的ZL424铸造铝合金熔炼为：

1）熔炼工具的准备：熔炼工具主要包括中频感应炉，清理熔炼工具，并预热到200～250℃喷刷氧化锌涂料厚约为0.5mm，然后在600～650℃充分干燥3～4小时方可使用；

2）将中频炉预热至200℃预热后装料熔化；

3）合金熔化时装料顺序如下：

回炉料－纯铝锭－中间合金锭－锌锭－镁锭；

4）当合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉，迅速熔化在铝合金液中；

5）合金液升温至680～690℃时用专门的压镁工具进行压镁操作；

6）合金液于690～700℃进行均匀化搅拌，搅拌操作由近及远，由下及上不断旋转合金液，搅拌过程中搅拌器不应露出表面，尽量不破坏合金液的原始表面，搅拌时间不得少于3～5分钟；

7）合金液于700～720℃用压块六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为0.5%～0.7%的熔化量，用钟罩分为2～4批压入，压块时，压模应揩拭干净，防止脏物进入；

8）精炼完毕后静置3-4分钟，取铝水试样放入模具中，冷却后，取试样进行加工，采用光谱分析仪进行合金化学成份检验，若合格，进行下序；若不合格，根据化验结果，采取补加或冲淡措施，调整其成分到合格；

9）将熔炼好的铝合金溶液倒入装有50-60目陶瓷过滤网过滤装置中，溶液通过过滤网过滤到已经预热至620-650℃的差压铸造机的保温炉中加热保温；

10）当差压铸造机的保温炉中合金液温度达到720-730℃开始二次精炼处理，首先打开氩气瓶或氮气瓶开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02-0.03MPa，氩气或氮气流量0.2-0.3m³/h，通氩或氮压力及流量大小由熔炼坩埚大小决定，一般以金属液面有气体沸腾而液面氧化膜不破裂为宜；把多孔吹头插入坩埚中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液 中，一般吹氩或氮气10-12min；精炼完毕，取出多孔吹头，关闭氩气瓶开关，静置4-5min，清渣后进行含气量检查；

11）用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，可进行二次除气，含气量检查合格后进行差压铸造。

而且，步骤⑶所述的差压铸造方法制备ZL424铝合金铸件为：

1）在熔炼的同时，对升液管进行预热至660～680℃；将精炼处理后的熔体温度控制在690～700℃，铸件安放完成后，锁紧上罐，差压铸造机进行差压铸造的升液、充型、增压、保压及卸压；

2）设定差压铸造的工艺参数，升液充型速度为60mm/s，增压速度为100mm/s；

3）打开差压铸造机的上工作罐和下工作罐之间的互通阀，同时高压气源向上工作罐和下工作罐通入干燥过的气体达到差压铸造机所需的工作压力，工作压力为0.4~0.5MPa，此时上工作罐和下工作罐压力平衡，然后关闭互通阀使上工作罐和下工作罐隔绝；

4）采用减压法按照设定的差压铸造工艺参数进行升液、充型和增压，即排出上工作罐内的气体，升液压力达到0.12~0.14MPa，充型压力达到0.13~0.15MPa，下工作罐坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向填充树脂砂铸型，充型完成后按照设定的增加速度120mm/s继续增压，当上工作罐和下工作罐的压力差达到0.06MPa时进行保压，保压时间为4～5min，铸件始终在2.0MPa～2.2MPa高压环境下补缩凝固，补缩凝固结束后打开互通阀同时排气卸压，取出铸件。

而且，步骤⑷所述的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理包括：

1）固溶处理:先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时；

2）淬火处理:在50℃～60℃淬火介质中进行淬火处理，要求毛坯从淬火炉到水槽的转移时间不超过15秒；先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时；

3）人工时效处理:在室温条件下停留10h后进行时效处理，先升温至140±5℃，保温8小时，再升温至180±5℃，保温8小时。

而且，步骤⑸所述的ZL424铝合金毛坯铸件检验包括：

1）化学成分； 

2）机械性能：包括抗拉强度、延伸率及硬度；

3）内部质量检验：采用X射线进行铸件内部透视检查，检查铸件针孔、气孔、夹杂、夹渣。

本发明的优点和积极效果是：

1.本差压铸造工艺由于在压力下结晶，H原子溶解度增大，再加上高压下金属凝固速度提高，氢气不易析出，从而减少了铸件的针孔缺陷。

2.本差压铸造工艺具有极强的补缩能力，可以及时充填出现的缩孔及裂纹，可以减少铸件的热裂倾向，在一定程度上消除了热裂的隐患。此外，金属的补缩能力增强还可以提高组织致密度。

3.本工艺采用二级精炼加中间净化的熔炼工艺，获得了晶粒细小的合金组织，明显提高了合金的力学性能，极大改善了铸造质量。

4.由于差压铸造机的可控性，浇注速度是可控的，金属液可以相对平稳地进入铸型，极大地避免了重力铸造条件下所产生的冲击、涡流和紊流。

5.差压铸造将吸液管深深地插入熔炉的底部，采用底注式浇注系统，在压力的作用下，底部的优质金属液平稳地进入型腔，减少了夹渣形成的机会。

6.本工艺采用炉前合金化学成份在线检测技术，即利用光谱分析仪对合金化学成分进行检测，解决了以前由于化学成份不合格而导致铸件报废的问题，铸件化学成份合格率从原来的80%提高到100%。

7.本发明是一种用于ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，通过本差压铸造工艺制造的铸件毛坯克服了使用传统重力铸造方法得到的ZL424铸造铝合金铸件的缺陷，消除了铸件的内部针孔和显微缩松和微裂纹，提高了铸件的化学成份合格率、力学性能和致密度。此外，本工艺还具有效率高、铸件成活率高、制造成本低等诸多优点。

具体实施方式

下面结合数据详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，包括以下步骤：

⑴.铸造合金合金配料

铸造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al，各配料的重量百分比为：

余量为Al。

上述杂质包括Fe、Si、Cu、Be及Zr，各杂质占合金配料总重量的重量百分比为：

⑵.采用二级精炼加中间净化对合金进行熔炼

1）熔炼工具的准备：主要熔炼设备为中频感应炉，常用的熔炼工具如撇渣勺、取样勺、钟罩、手端包，抬包、浇包、夹料钳、搅拌棒和清炉工具等都必须进行清理，以除去表面铁锈等锈蚀物,预热到200～250℃喷刷氧化锌涂料厚约为0.5mm，然后在600～650℃充分干燥3～4小时方可使用。

2）将中频炉预热至200℃预热后装料熔化。

3）合金熔化时装料顺序为：回炉料－纯铝锭－中间合金锭－锌锭－镁锭。

4）当合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉，迅速熔化在铝合金液中。

5）合金液升温至680～690℃时用专门的压镁工具进行压镁操作。

6）合金液于690～700℃进行均匀化搅拌，搅拌操作由近及远，由下及上不断旋转合金液，搅拌过程中搅拌器不应露出表面，尽量不破坏合金液的原始表面， 搅拌时间不得少于3～5分钟。

7）合金液于700～720℃用压块六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为0.5%～0.7%的熔化量，用钟罩分为2～4批压入，压块时，压模应揩拭干净，防止脏物进入。

8）精炼完毕后静置3-4分钟，取铝水试样放入模具中，冷却后，去试样进行加工，采用光谱分析仪进行合金化学成份检验，若合格，进行下序；若不合格，根据化验结果，采取补加或冲淡措施，调整其成分到合格。

9）将熔炼好的铝合金溶液倒入装有50-60目陶瓷过滤网过滤装置中，溶液通过过滤网过滤到已经预热至620-650℃的差压铸造机的保温炉中加热保温。

10）差压铸造机的保温炉中合金液温度达到720-730℃开始二次精炼处理，首先打开氩气瓶（或氮气瓶）开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02-0.03MPa，氩气（或氮气）流量0.2-0.3m3/h，通氩（或氮）压力及流量大小由熔炼坩埚大小决定，一般以金属液面有气体沸腾而液面氧化膜不破裂为宜。把多孔吹头插入坩埚中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液中，一般吹氩（或氮气）10-12min。精炼完毕，取出多孔吹头，关闭氩气瓶开关，静置4-5min，清渣后进行含气量检查。

11）用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，可进行二次除气，含气量检查合格后进行差压铸造。

⑶.使用差压铸造方法制备ZL424铝合金铸件

1）在熔炼的同时，对升液管进行预热至660～680℃；将精炼处理后的熔体温度控制在690～700℃，铸件安放完成后，锁紧上罐，差压铸造机进行差压铸造的升液、充型、增压、保压及卸压。

2）设定差压铸造的工艺参数，升液充型速度为60mm/s，增压速度为100mm/s。

3）打开差压铸造机的上工作罐和下工作罐之间的互通阀，同时高压气源向上工作罐和下工作罐通入干燥过的气体达到差压铸造机所需的工作压力，工作压力为0.4~0.5MPa，此时上工作罐和下工作罐压力平衡，然后关闭互通阀使上工作罐和下工作罐隔绝。

4）采用减压法按照设定的差压铸造工艺参数进行升液、充型和增压，即排 出上工作罐内的气体，升液压力达到0.12-0.14MPa，充型压力达到0.13-0.15MPa，下工作罐坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向填充树脂砂铸型，充型完成后按照设定的增加速度120mm/s继续增压，当上工作罐和下工作罐的压力差达到0.06MPa时进行保压，保压时间为4～5min，铸件始终在2.0MPa～2.2MPa高压环境下补缩凝固，补缩凝固结束后打开互通阀同时排气卸压，取出铸件。

⑷.将步骤⑶制得的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理

1）固溶处理:先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时。

2）淬火处理:在50℃～60℃淬火介质中进行淬火处理，要求毛坯从淬火炉到水槽的转移时间不超过15秒。先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时。

3）人工时效处理:在室温条件下停留10h后进行时效处理，先升温至140±5℃，保温8小时，再升温至180±5℃，保温8小时。

⑸.对热处理后的ZL424铝合金毛坯铸件进行检验

1）化学成分：化学成分决定着合金的力学性能，也影响到合金的铸造工艺性能及热处理后的性能，是铝合金铸造中的头一个要严格控制的工艺参数。

2）机械性能：包括抗拉强度、延伸率及硬度等。

3）内部质量检验：采用X射线进行铸件内部透视检查，检查铸件针孔、气孔、夹杂（渣）。

ZL424铸造合金差压铸造与重力铸造的试棒针孔度和力学性能比较：

1.针孔度

采用差压铸造工艺（熔炼采用二级精炼加一次中间净化）13炉次ZL424铸造铝合金，每炉铸造后各取砂型标准试样4根，与13炉次重力铸造工艺（熔炼时只经六氯乙烷精炼）的合金试样进行比较，结果见表1，由表1可见采用差压铸造后，合金的针孔度多数达2级以上，而重力铸造的合金的针孔度多数达3级。

表1不同铸造工艺ZL424合金针孔度比较

注：表中数据为试样根数，试样总数为13根；根据GB10851-89《铸造铝合金针孔》三组试样针孔度评级规定评定的。

2.力学性能

试验差压铸造13炉次，重力铸造13炉次，热处理状态为T6，其性能比较见表2

表2T6状态下不同铸造工艺ZL424合金机械性能比较

注：表中数据均为算术平均值。

Claims (3)

1.一种ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，其特征在于：包括以下步骤：

⑴.合金配料：

所述铸造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al，各配料的重量百分比为：

所述的杂质包括Fe、Si、Cu、Be及Zr，各杂质占合金配料总重量的重量百分比为：

⑵.采用二级精炼加中间净化对合金进行熔炼：

1)熔炼工具的准备：熔炼工具主要包括中频感应炉，清理熔炼工具，并预热到200～250℃喷刷氧化锌涂料厚约为0.5mm，然后在600～650℃充分干燥3～4小时方可使用；

2)将中频感应炉预热至200℃预热后装料熔化；

3)合金熔化时装料顺序如下：

回炉料－纯铝锭－中间合金锭－锌锭－镁锭；

4)当合金液升至660～680℃时加入锌锭，锌锭自行下沉，迅速熔化在铝合金液中；

5)合金液升温至680～690℃时用专门的压镁工具进行压镁操作；

6)合金液于690～700℃进行均匀化搅拌，搅拌操作由近及远，由下及上不断旋转合金液，搅拌过程中搅拌器不露出表面，尽量不破坏合金液的原始表面，搅拌时间不得少于3～5分钟；

7)合金液于700～720℃用压块六氯乙烷进行精炼处理，精炼剂加入量为0.5％～0.7％的熔化量，用钟罩分为2～4批压入，压块时，压模揩拭干净，防止脏物进入；

8)精炼完毕后静置3-4分钟，取铝水试样放入模具中，冷却后，取试样进行加工，采用光谱分析仪进行合金化学成份检验，若合格，进行下序；若不合格，根据化验结果，采取补加或冲淡措施，调整其成分到合格；

9)将熔炼好的铝合金溶液倒入装有50-60目陶瓷过滤网过滤装置中，溶液通过过滤网过滤到已经预热至620-650℃的差压铸造机的保温炉中加热保温；

10)当差压铸造机的保温炉中合金液温度达到720-730℃开始二次精炼处理，首先打开氩气瓶或氮气瓶开关，调整减压阀及流量计，使压力稳定在0.02-0.03MPa，氩气或氮气流量0.2-0.3m³/h，通氩或氮压力及流量大小由熔炼坩埚大小决定；把多孔吹头插入坩埚中央下部，此时经过干燥器干燥脱水后的氩气由多孔吹头喷入合金液中，吹氩或氮气10-12min；精炼完毕，取出多孔吹头，关闭氩气瓶开关，静置4-5min，清渣后进行含气量检查；

11)用冷凝法进行含气量检查，发现有气体析出时，进行二次除气，含气量检查合格后进行差压铸造；

⑶.使用差压铸造方法制备ZL424铝合金铸件：

1)在熔炼的同时，对升液管进行预热至660～680℃；将精炼处理后的熔体温度控制在690～700℃，铸件安放完成后，锁紧上罐，差压铸造机进行差压铸造的升液、充型、增压、保压及卸压；

2)设定差压铸造的工艺参数，升液充型速度为60mm/s，增压速度为100mm/s；

3)打开差压铸造机的上工作罐和下工作罐之间的互通阀，同时高压气源向上工作罐和下工作罐通入干燥过的气体达到差压铸造机所需的工作压力，工作压力为0.4～0.5MPa，此时上工作罐和下工作罐压力平衡，然后关闭互通阀使上工作罐和下工作罐隔绝；

4)采用减压法按照设定的差压铸造工艺参数进行升液、充型和增压，即排 出上工作罐内的气体，升液压力达到0.12～0.14MPa，充型压力达到0.13～0.15MPa，下工作罐坩埚内的熔体在压力差的作用下经升液管沿反重力方向填充树脂砂铸型，充型完成后按照设定的增加速度120mm/s继续增压，当上工作罐和下工作罐的压力差达到0.06MPa时进行保压，保压时间为4～5min，铸件始终在2.0MPa～2.2MPa高压环境下补缩凝固，补缩凝固结束后打开互通阀同时排气卸压，取出铸件；

⑷.将步骤⑶制得的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理；

⑸.对热处理后的ZL424铝合金毛坯铸件进行检验。

2.根据权利要求1所述的ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，其特征在于：步骤⑷所述的ZL424铝合金毛坯铸件清理后进行热处理包括：

1)固溶处理:先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时；

2)淬火处理:在50℃～60℃淬火介质中进行淬火处理，要求毛坯从淬火炉到水槽的转移时间不超过15秒；毛坯在淬火炉中的升温制度为：先升温至300±10℃，保温3小时，再升温至550±5℃，保温8小时；

3)人工时效处理:在室温条件下停留10h后进行时效处理，先升温至140±5℃，保温8小时，再升温至180±5℃，保温8小时。

3.根据权利要求1所述的ZL424铝合金铸件差压铸造工艺，其特征在于：步骤⑸所述的ZL424铝合金毛坯铸件检验包括：

1)化学成分；

2)机械性能：包括抗拉强度、延伸率及硬度；

3)内部质量检验：采用X射线进行铸件内部透视检查，检查铸件针孔、气孔、夹杂、夹渣。