CN103060585A - 一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，包括以下步骤：1）熔炼开始前的准备；2）配料；3）熔炼：先将铸铁坩埚炉预热，然后加入覆盖剂；待覆盖剂全部溶解后，在铸铁坩埚内装入部分原料，待这些原料全部熔化后，升温加入纯Mn锭；纯Mn锭熔化后，继续搅拌并逐渐升温，扒渣，然后将熔液转移到石墨坩埚保温炉内，取样并进行炉前化学成分分析；4）保温精炼：调整熔液成分，控制炉温，将精炼剂压入到铝合金熔液中，除气精炼；5）浇注：在铝合金熔液的表面覆盖不含镁的覆盖剂，静置后扒渣，最后进行浇注。采用本发明熔炼方法生产Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金，铸造缺陷少，成品率高，生产出的产品杂质含量低，力学性能好。

Description

一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法

技术领域

本发明属于铝合金材料制造领域，具体涉及一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法。

背景技术

铝合金材料因其具有密度小、比强度高、导电性好和储量大的特点而在航空、航天、舰船、建材、家电、电信和电力电缆等工业方面广泛应用，具有重要的地位和作用。Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金是在舰船工业中应用较为广泛的一类耐蚀铝合金，其耐蚀性较好。由于Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金属于Al-Mg系铝合金，其铸造性能易受杂质元素的影响； Al-Mg系铝合金的结晶范围较大，形成热裂、疏松等缺陷的倾向大，且Al、Mg等元素易被氧化生成夹杂物，因此Al-Mg系铝合金的铸造性能较差；此外，在熔炼过程中熔液易吸气使最终产品产生针孔等缺陷，严重影响产品力学性能。如日本牌号AC7A的铝合金，是Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的典型代表，其对海水的耐蚀性好，易进行阳极氧化而得到美观的表面，但其熔炼和铸造比较困难，铸造性能较差。熔炼工艺是能否生产出合格的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金产品的关键，熔炼工艺对最终产品的性能起到决定性的影响。但是现有的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金熔炼工艺往往不能很好地控制熔炼过程中杂质元素的带入量，熔炼工序的成品率不高，生产出来的产品力学性能较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种成品率高的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，采用该方法生产出的产品杂质含量低，铸造缺陷少，力学性能好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，包括以下步骤：  

1）熔炼开始前的准备：对铸铁坩埚和熔炼工具进行除渣、去锈处理；

2）配料：按照要求的化学组成及配比进行各种原料的配料，各种原料加入的形式分别为纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料和纯Mn锭，然后将各种原料预热200~400℃，时间为0.5~2小时； 

3）熔炼：先将铸铁坩埚炉预热至500~600℃，然后加入全部原料重量5~6%的覆盖剂；待覆盖剂全部溶解后，在铸铁坩埚内装入纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金和Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料，待这些原料全部熔化后，将铸铁坩埚炉的炉温升至680~720℃，一边搅拌熔液一边加入纯Mn锭；纯Mn锭熔化后，继续搅拌并逐渐升温至710~740℃，扒渣，然后将熔液转移到石墨坩埚保温炉内，取样并进行炉前化学成分分析；

4）保温精炼：根据上述炉前化学成分分析的结果调整熔液成分，并将石墨坩埚保温炉的炉温控制在690~720℃，用钟罩将铝合金熔体重量0.2~0.3%的精炼剂压入到铝合金熔液中，对熔液进行除气精炼，精炼时间为3~10分钟；

5）浇注：在精炼后的铝合金熔液的表面覆盖不含镁的覆盖剂，静置后扒渣，最后进行浇注。

在步骤2）中，在原料预热前对Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料进行喷丸处理。

在步骤4）中，所述的精炼剂为六氯乙烷与氟硅酸钠的混合物，且六氯乙烷与氟硅酸钠的重量比为1:0.5~2。

在熔炼过程中，应：①尽量控制并减少杂质元素尤其是Fe、Si对合金的污染；②尽量控制并减少合金的吸气，因为合金吸气后，将使铸件产生针孔，严重影响合金力学性能；③因Mg与氧的亲和力比Al大，在熔炼过程中易被氧化并生成氧化镁夹杂物对最终产品的性能不利，所以在熔炼过程中要采取措施减少Mg的烧损；④石墨坩埚保温炉内保温精炼时，在铝合金熔液的表面覆盖不含镁的覆盖剂，因为含镁的覆盖剂高温溶解后会渗入到石墨坩埚内，对石墨坩埚造成损害。

与现有技术相比，本发明的优点在于：如果只是在铸铁坩埚炉内熔炼，传热速度快，在铝合金熔液中不会带入杂质硅，但长时间使用会造成铝合金熔液中铁含量增加；如果只是在石墨坩埚保温炉内熔炼，在铝合金熔液中不会带入杂质铁，但因为在石墨坩埚材料中含有二氧化硅，高温时，硅会渗入到铝合金熔液中，使铝合金熔液中硅含量增加。本发明熔炼过程分两阶段进行，即先在铸铁坩埚炉内熔炼各种原料，然后在石墨坩埚保温炉内保温精炼和浇注，避免了长时间使用铸铁坩埚炉增加铝合金熔液中铁含量的风险和高温使用石墨坩埚保温炉增加铝合金熔液中硅含量的风险，因此能够将硅、铁杂质的含量降到最低，使硅、铁杂质对最终产品力学性能的影响最小，采用本发明熔炼方法生产Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金，铸造缺陷少，成品率高，生产出的产品杂质含量低，力学性能好。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

选用的实施例Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的化学组成及配比为：Mg 4.3wt%，Mn 0.5wt%，Cu 0.3wt%，Ti 0.14wt%，其余为铝和不可避免的杂质，其熔炼方法包括以下步骤：

1）熔炼开始前的准备：对铸铁坩埚和熔炼工具进行除渣、去锈处理；

2）配料：按照要求的化学组成及配比进行各种原料的配料，各种原料加入的形式分别为纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金、经喷丸处理的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料和纯Mn锭，然后将各种原料预热300℃，时间为1小时； 

3）熔炼：先将铸铁坩埚炉预热至600℃，然后加入全部原料重量6%的覆盖剂；待覆盖剂全部溶解后，在铸铁坩埚内装入纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金和Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料，待这些原料全部熔化后，将铸铁坩埚炉的炉温升至700℃，一边搅拌熔液一边加入纯Mn锭；纯Mn锭熔化后，继续搅拌并逐渐升温至730℃，扒渣，然后将熔液转移到低压铸造机的石墨坩埚保温炉内，取样并进行炉前化学成分分析；

4）保温精炼：根据上述炉前化学成分分析的结果调整熔液成分，并将石墨坩埚保温炉的炉温控制在710℃，用钟罩将铝合金熔体重量0.3%的精炼剂压入到铝合金熔液中，该精炼剂为六氯乙烷与氟硅酸钠的重量比为1:1的混合物，对熔液进行除气精炼，精炼时间为5分钟；

5）浇注：在精炼后的铝合金熔液的表面覆盖不含镁的覆盖剂，静置后扒渣，最后进行浇注成砂型试棒。

作为对比，对于同样化学组成的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金，只使用铸铁坩埚炉和只使用石墨坩埚保温炉分别熔炼了砂型试棒进行化学成分检测及性能测试。

将上述熔炼方法得到的砂型试棒与只使用铸铁坩埚炉熔炼或者只使用石墨坩埚保温炉熔炼并浇注得到的砂型试棒分别进行化学成分检测及性能测试发现：经本发明熔炼方法制得的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金砂型试棒的杂质含量很低，尤其是Fe、Si杂质元素的含量很低；同时其中的针孔、气眼等铸造缺陷极少；其伸长率比只使用铸铁坩埚炉熔炼或者只使用石墨坩埚保温炉熔炼并浇注得到的砂型试棒的伸长率高出10~30%，且其他力学性能指标全部达到要求。

Claims (3)

1.一种Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，其特征在于包括以下步骤：  

1）熔炼开始前的准备：对铸铁坩埚和熔炼工具进行除渣、去锈处理；

2）配料：按照要求的化学组成及配比进行各种原料的配料，各种原料加入的形式分别为纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料和纯Mn锭，然后将各种原料预热200~400℃，时间为0.5~2小时； 

3）熔炼：先将铸铁坩埚炉预热至500~600℃，然后加入全部原料重量5~6%的覆盖剂；待覆盖剂全部溶解后，在铸铁坩埚内装入纯Al锭、纯Mg锭、Al-Cu中间合金、Al-Ti中间合金和Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料，待这些原料全部熔化后，将铸铁坩埚炉的炉温升至680~720℃，一边搅拌熔液一边加入纯Mn锭；纯Mn锭熔化后，继续搅拌并逐渐升温至710~740℃，扒渣，然后将熔液转移到石墨坩埚保温炉内，取样并进行炉前化学成分分析；

4）保温精炼：根据上述炉前化学成分分析的结果调整熔液成分，并将石墨坩埚保温炉的炉温控制在690~720℃，用钟罩将铝合金熔体重量0.2~0.3%的精炼剂压入到铝合金熔液中，对熔液进行除气精炼，精炼时间为3~10分钟；

5）浇注：在精炼后的铝合金熔液的表面覆盖不含镁的覆盖剂，静置后扒渣，最后进行浇注。

2.根据权利要求1所述的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，其特征在于在步骤2）中，在原料预热前对Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金回炉料进行喷丸处理。

3.根据权利要求1所述的Al-Mg-Mn-Cu-Ti铝合金的熔炼方法，其特征在于在步骤4）中，所述的精炼剂为六氯乙烷与氟硅酸钠的混合物，且六氯乙烷与氟硅酸钠的重量比为1:0.5~2。