CN102965554B - 硬质铝合金铸锭 - Google Patents
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Abstract
一种硬质铝合金铸锭，属于铝合金技术领域，其非铝的合金元素为：Si的质量百分含量为0.12％，Fe的质量百分含量为0.18％，Mg的质量百分含量为1.30％-1.50％，Mn的质量百分含量为0.30％-0.35％，Cu的质量百分含量为0.15％，Cr的质量百分含量为0.2％-0.23％，Zn的质量百分含量为4.30％-4.60％，Zr的质量百分含量为0.12％-0.15％，非检测杂质单个质量百分含量为0.05％，总和为0.15％。本发明硬质铝合金铸锭具有良好的热变形性能，挤压时经在线淬火有较高的强度，制品的焊接性能，耐腐蚀性能良好，有一定的耐应力腐蚀性能，特别是具有较强的吸收冲击能力和抗击折叠的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金，具体涉及一种硬质铝合金铸锭。
背景技术
7N01合金是日本铝合金标准中的合金，属于Al-Zn-Mg系合金。用该合金铸锭所生产的挤压型材一般都是高速铁路车体的受力结构件，如牵引梁、车架枕梁、端面梁等。如何加工出性能与7N01合金相近或更佳的铝合金铸锭，是目前国内同行业中待解决的问题。目前加工7N01合金在生产过程中，铸锭经常出现柱状晶、羽毛晶等缺陷。这些缺陷会在随后的生产中“遗传”给挤压材，降低了制品的力学性能。羽毛晶具有粗大平直的晶轴，力学性能有很强的各向导性，不仅破坏了工艺性能而且会大幅的降低力学性能，粗大柱状晶亦会降低铸锭的性能，特别是横向性，所以铸锭时不允许存在这些缺陷。产生柱状晶、羽毛晶的主要原因是该合金中含有0.1％-0.2％的Zr，合金中加入Zr的目的是为了改善制品的焊接性能和细化焊缝的组织。但Zr的加入也带来了一些负面影响。Zr会对添加到熔体中的Al-Ti-B丝的细化效果造成一定的不良影响。会在其起细化作用的TiB2表面形成一层B2Zr或Zr的包复层，从而抑制了TiB2细化晶粒的特性。此外Zr还会置换TiAl3中的一些Ti形成(Til-XZrx)Al3类型的三元固溶体。改变了其晶格常数和TiAl3的形核特性，而且随着Zr含量的增加而使晶粒粗化，这是由于在形成的三元相中Zr的摩尔份额增加，而降低了TiAl3的细化能力。因此Zr的加入量不合适时，会导致Al-Ti-B对铸锭的细化效果减弱或失效。形成了铸锭中产生粗晶、柱状晶的条件。也会形成柱状晶的变种——羽毛状晶的生成条件。根据金属结晶理论一般冷却度小，所得到的组织是粗大的等轴晶。但在冷却速度较大时，特别是接近或超过100°/S也会出现柱状晶或羽毛状晶。在铸造速度降低时，会使冷却强度加大。也能形成柱状晶的生成条件。有时也会出现羽毛晶。熔体过热或局部过热或熔体在炉内停留时间过长会造成熔体中的自发形核粒子减少或失去活性。如此时铸造工艺调配不当必然会产生柱状晶或羽毛晶。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬质铝合金铸锭，该铝合金铸锭具有良好的热变形性能，挤压时经在线淬火有较高的强度，制品的焊接性能，耐腐蚀性能良好，有一定的耐应力腐蚀性能，特别是具有较强的吸收冲击能力和抗击折叠的性能。
为了实现上述方案，本发明的技术解决方案为：一种硬质铝合金铸锭，其非铝的合金元素为：Si的质量百分含量为0.12％，Fe的质量百分含量为0.18％，Mg的质量百分含量为1.30％-1.50％，Mn的质量百分含量为0.30％-0.35％，Cu的质量百分含量为0.15％，Cr的质量百分含量为0.2％-0.23％，Zn的质量百分含量为4.30％-4.60％，Zr的质量百分含量为0.12％-0.15％，非检测杂质单个质量百分含量为0.05％，总和为0.15％。
本发明硬质铝合金铸锭，其中所述Mg的质量百分含量为1.30％-1.40％，所述Mn的质量百分含量为0.30％-0.33％，所述Cr的质量百分含量为0.2％-0.21％，Zn的质量百分含量为4.40％-4.60％，Zr的质量百分含量为0.12％-0.14％。
采用上述方案后，本发明硬质铝合金铸锭，通过控制非铝合金Zn的质量百分含量为4.30％-4.60％，Mg为1.30％-1.50％，在合金中，Zn、Mg共存时形成了一系列的新相，使合金有强烈的时效硬化效应，通过控制Cu的质量百分含量在0.15％，提高合金的耐应力腐蚀、抗拉强度和塑性，通过控制Zr的质量百分比为0.12％-0.15％，不仅能够显著地提高合金的焊接性能，还能急剧的提高合金的再结晶终了温度和耐应力腐蚀性能，通过控制Mn的质量百分含量0.30％-0.35％，Cr在0.2％-0.23％，故对合金的断裂性不会带来不良影响，将Fe的质量百分含量控制在0.18％，其与合金中的Si元素形成FeAlSi化合物，使Mg2Si脆性相在晶界和枝晶界呈不连续状态存在，从而降低合金的热裂纹倾向，通过控制Si的质量百分含量在0.12％，消除了合金中产生粗晶、柱状晶的内在原因，通过控制Ti的质量百分含量为0.06％-0.08％，消除了粗晶、柱状晶产生的外在条件，能细化合金的铸态晶粒，而且使合金的强度、韧性、耐磨性、抗疲劳性能及热稳定性均有所提高，通过控制Ti成分控制在0.06％-0.08％，消除了粗晶、柱状晶产生的外在条件。
具体实施方式
实施例1本发明硬质铝合金铸锭，其非铝的合金元素为：Si的质量百分含量为0.12％，Fe的质量百分含量为0.18％，Mg的质量百分含量为1.44％，Mn的质量百分含量为0.30％，Cu的质量百分含量为0.15％，Cr的质量百分含量为0.21％，Zn的质量百分含量为4.60％，Zr的质量百分含量为0.14％，非检测杂质单个质量百分含量为0.05％，总和为0.15％。
该硬质铝合金铸锭的精粒细化加工工艺，包括如下步骤；
(1)先配料：合金的基体选用99.85牌号的铝锭，Mg、Zn元素以纯金属的形式加入，考虑Cu、Cr、Ti、Zr元素熔点较高，且在合金中含量较低，故以中间合金的形式加入；
(2)之后采用蓄热式燃气炉熔炼，熔炼温度不超过750℃，熔体在熔炼炉内的停留时间不超过2小时；
(3)在熔炼过程中，取样分析调整完化学成分和温度后即要抓紧倒炉，Si的质量百分含量控制在0.12％，Fe的质量百分含量控制在0.18％，Mg的质量百分含量控制在1.44％，Mn的质量百分含量控制在0.30％，Cu的质量百分含量控制在0.15％，Cr的质量百分含量控制在0.21％，Zn的质量百分含量控制在4.60％，Zr的质量百分含量控制在0.14％，非检测杂质单个质量百分含量控制在0.05％，总和控制在0.15％，尽量缩短熔体在炉内停留的时间，倒炉前对炉内熔体边倒炉边用永磁搅拌器对炉内的熔体进行三次充分搅拌，每次搅拌10分钟，正反转各5分钟，取样时温度为720℃以上，且取样前预先对取样勺、试样模充分加热，以防止试样出现偏析现象，炉前化学成分分析合格后即可倒入静置炉，熔体在静置炉内的停留时间不超过2小时；
(4)熔体倒入静置炉后，用氩气喷吹无钠精炼剂进行精炼，精炼剂用量1.5kg/t，精炼时间为10min以上，扒净熔体表面的浮渣，向熔体表面均匀的撒上10kg无钠覆盖剂；
(5)为细化铸锭的晶粒，铸造时，在静置炉流口处用Al-Ti-B丝机加入Al-Ti-B丝，加入量小于500mm/min，最终使合金达到Ti的质量百分含量为0.06％-0.08％；
(6)为进一步提高熔体的纯洁度，用除气机进行第二次净化进一步除气除渣，除气机转子的转速350r/min，工作时氩气用量1.8m3/h，采用30ppi和50ppi的双级过滤滤除熔体中的氧化夹杂物；
(7)待熔体撒上10kg无钠覆盖剂后20min内，用热顶同水平铸造法铸造铸锭，铸造温度为700℃-710℃，铸造速度为30mm/min；
(8)为消除铸锭的内应力及化学成分、组织的不均匀性，改善铸锭的加工性能，使最终制品获得良好的力学性能，需对铸锭进行均火，根据该合金的特性，均火温度540±5℃，均火时升温速度＜80℃/h，保温时间7h，冷却时转入冷却炉先强风冷2h，再水冷0.5h，最后出炉。
上述熔铸工艺参数： 表1
化学成分： 表2
铸锭低倍检查结果： 表3
从表1、表2、表3中可见，随着措施的落实，铸锭的柱状晶、羽毛晶的已完全解决。
铸锭中的柱状晶、羽毛晶均会降低铸锭的力学性能，特别是横向的性能。对有无羽毛晶铸锭横向性能的检验对比见表4
表4
从表中可见有羽毛晶的铸锭的横向拉伸强度、屈服强度、断面伸长率分别比无羽毛晶的铸锭低1.68％、6.9％、29.4％。
以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进(包括类似材料焊接时，使用镍基合金作为过渡层)，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种硬质铝合金铸锭，其特征在于：其非铝的合金元素为：Si的质量百分含量为0.12％，Fe的质量百分含量为0.18％，Mg的质量百分含量为1.30％-1.50％，Mn的质量百分含量为0.30％-0.35％，Cu的质量百分含量为0.15％，Cr的质量百分含量为0.2％-0.23％，Zn的质量百分含量为4.30％-4.60％，Zr的质量百分含量为0.12％-0.15％，非检测杂质单个质量百分含量为0.05％，总和为0.15％。
2.如权利要求1所述的硬质铝合金铸锭，其特征在于：所述Mg的质量百分含量为1.30％-1.40％，所述Mn的质量百分含量为0.30％-0.33％，所述Cr的质量百分含量为0.2％-0.21％，Zn的质量百分含量为4.40％-4.60％，Zr的质量百分含量为0.12％-0.14％。
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