CN103276232B

CN103276232B - 一种低偏析层厚度铝合金制备工艺

Info

Publication number: CN103276232B
Application number: CN201310183969.2A
Authority: CN
Inventors: 赵晓光; 刘科; 吕涛; 辛文侠
Original assignee: SHANDONG INNOVATION METAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shandong Innovation Metal Technology Co ltd
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: CN103276232A

Abstract

本发明涉及一种铝合金加工工艺，更具体的讲是一种低偏析层厚度铝合金制备工艺，其包括如下步骤：电解铝液注入熔炼炉、加入铝锭降温、炉前样分析成分、调节温度加入其他组分、电磁搅拌、精炼、除去铝液表面浮渣、炉前样分析成分、成分合格后静置、净化、晶粒细化、陶瓷过滤板过滤、热顶水冷铸造、检验合格、锯切、均质、包装入库。本发明的有益效果是：通过各个步骤的严格控制和共同作用，将电解铝液直接生产成铝合金，又提高冷却速度，增加冷却时间，避免了二次重熔、再结晶，防止晶粒长大，从而减小了偏析层，综上所述，本发明提供了一种成产成本低，环境友好度高的低偏析层铝合金的制备方法，有利于企业发展和推广。

Description

一种低偏析层厚度铝合金制备工艺

技术领域

本发明涉及一种铝合金加工工艺，更具体的讲是一种低偏析层厚度铝合金制备工艺。

背景技术

现有技术中生产铝合金采用重熔法进行制备，这样的方法消耗了大量的能力，对环境造成了严重的污染，因此需要一种能够直接使用电解铝液生产铝合金的方法。

铝液铸造过程中，铝液注入模具，由于工业生产铝液量非常大，含热量高，冷却速度和铸造速度等原因使外表层化学成分存在一定的变化梯度，即至外而内冷却偏析。合金液在铸型中凝固以后，铸件断面各个部分，以及晶粒内部，往往有化

学成分不均匀的现象，这就是偏析。

偏析是一种铸造缺陷。由于铸件各部分化学成分不一致，势必使其机械及物理性能也不一样，这样就会影响铸件的工作效果和使用寿命。

因此，在铸造生产中，必须防止合金在凝固过程中产生偏析。

偏析可分为三种类型，即晶内偏析、区域偏析和比重偏析。对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有一种主要型式，但有时，由于铸造条件的影响，几种偏析也可能同时出现。

一、晶内偏析

晶内偏析，又称树枝状晶偏析，简称枝晶偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较高的成分多。如锡青铜在晶粒轴线上往往含铜较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是晶内偏析。铸件内产生晶内偏析，一般有二个先决条件，第一，合金的凝固有一定的温度范围；第二，合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速度。一般的情况下，合金的凝固温度范围愈大，铸件结晶及冷却速度愈快，则原子扩散愈难于进行完全，晶内偏析现象愈严重。因此，晶内偏析多产生于凝固温度范围较大，能形成固熔体的合金中。为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注温度，延缓冷却速度，以延长原子扩散时间但浇注温度不得过高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长则间的扩散退火热处理，以求得到改善。

二、区域偏析

区域偏析，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不一致的现象，

它主要由于合金进行选择凝固所引起的。区域偏析可分为正向和逆向偏析正向偏析是熔点较低的成分或合金元素熔质集中在铸件的中心和上部，其含量从铸件边缘至中心逐渐增加。逆向偏析则相反，熔点较低的成分或合金元素熔质集聚在铸件边缘。如在铜合金中，硅黄铜易出现正向偏析现象，即铸件中心含硅较多；锡青铜则易产生逆向偏析现象，即铸件表面层含锡较多。合金在一定温度范围内结晶，

是产生区域偏析的基本原因。当凝固温度范围较小时，一般倾向产生正向偏析；当凝固温度范围较大时，树枝状晶又很发达时，较易产生逆向偏析。铸件表面常出现的一种含熔质元素较多的“汗珠”、“偏析疤”，是一种逆向偏析现象，如锡青铜铸件表面的“锡汗”就是这种情形。这是当合金表面形成一层硬壳以后，或因内部合金液析出气体的压力作用，或因硬壳的固态收缩承受不了内部合金液的静压力的作用，或因铸件本身产生热应力等缘故而使其硬壳断裂，未凝固的液体含熔质较多，熔点较低流出硬壳以外并表现在铸件表面的结果。对此情况，常需加强对合金的除气精炼等措施加以防止。对于区域偏析，

不能以均匀化扩散退火去消除，因为偏析区域较广，要求偏析元素的扩散距离较长，在实用的退火温度和时间内不可能均匀扩散。故应以预防为主的原则加以避免。

三、比重偏析

由于合金中两组元比重不同，而在同一铸件中出现上下部分成分不一致的现象，即比重偏析。出现这种偏析时，铸件上部合金中某一成分较多，而下部另一成分较多。比重偏析的形成情况也有不同。有的是因为合金中两组元在液态下互不相溶如钢铅合金，当合金液放置过久时，便形成互不渗合的分层，比重大的合金组元沉在下面，而比重小的浮在上面；有的是因为在搅拌不均的情况下，当合金进行选择凝固时，在生长着的晶体四周，所形成的含合金元素较多的液体，由于比重与母液不同而上浮或下沉；有的是治因为先形成的含合金元素较少的晶体，由于比重与母液不同而上浮或下沉。如果初晶形状简单，分叉很少，则使比重偏析很易发生。轴承合金中，铅基或锡基巴氏合金最易产生这后一类偏析。铸件的凝固方向对比重偏析影响很大。如果凝固次序是向下而上，则对于初生晶体比重较大的合金来说，其中比重较小的低熔点相很容易上浮，加剧比重偏析；反之，初生晶体比重较小时，则会减轻比重偏析。对于易产生比重偏析的合金，必须采取措施，防止缺陷的形成。较严重的铸件偏析缺陷，通过宏观分析即可发现。轻微偏析者，则需经金相检验及化学成分分析才能发现。

偏析层的厚度过大将造成加压型材表面具有质量缺陷，同时也降低了型材的综合力学性能。

为了克服以上缺陷，目前普遍采取的技术工艺是增大压余量，但是这样又会造成大量的金属残余，从而降低了金属的成品率和生产的效率。

综上所述，目前需要一种能够利用电解铝液直接生产低偏析层的铝合金的方法。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种由电解铝液直接生产低偏析层厚度铝合金的方法，该方法通过对各个步骤的严格控制、步骤间的共同作用以及对铸造工艺的改进，使得通过本方法铸造的铝合金具有低偏析层厚度的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低偏析层厚度铝合金制备工艺，包括如下步骤：电解铝液注入熔炼炉、加入铝锭降温、炉前样分析成分、调节温度加入其他组分、电磁搅拌、精炼、除去铝液表面浮渣、炉前样分析成分、成分合格后静置、净化、晶粒细化、陶瓷过滤板过滤、热顶水冷铸造、检验合格、锯切、均质、包装入库。

上述加入铝锭≥铝液质量的40%，加入铝锭需进行成分分析，严格控制Fe的含量，同时对电解铝液进行降温。

上述精炼采用炉内喷粉精炼工艺，所用气体为氩气。

上述精炼所用精炼剂按质量百分比包括组下组分：NaCl：45-70%、CaF₂:1-5%、Na₂SO₄:1-5%、Na₂SiF₆:15-25%、Na₃AlF₆:5-23%。

上述陶瓷过滤板过滤采用两级过滤，第一级过滤目数为30-40目，第二级过滤目数为50-60目。

上述铸造步骤采用两次冷却技术。

上述铸造步骤中提高结晶器中石墨环高度20%-30%，从而降低了结晶器的液穴高度，因此提高了冷却的速度。

上述铸造步骤中铸造速度为40mm/min-90mm/min，比传统铸造速度低，因此增大了冷却的时间。

通过提高冷却速度，使得进入铸造的温度降低，这样有助于减少偏析层的厚度。

本发明的有益效果是：通过各个步骤的严格控制和共同作用，将电解铝液直接生产成铝合金，又提高冷却速度，增加冷却时间，避免了二次重熔、再结晶，防止晶粒长大，从而减小了偏析层，综上所述，本发明提供了一种成产成本低，环境友好度高的低偏析层铝合金的制备方法，有利于企业发展和推广。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以便本领域技术人员可以更好的了解本发明，但并不因此限制本发明。

实施例1

按照如下步骤生产2024铝合金锭：电解铝液注入熔炼炉、加入铝锭降温、炉前样分析成分、调节温度加入其他组分、电磁搅拌、精炼、除去铝液表面浮渣、炉前样分析成分、成分合格后静置、净化、晶粒细化、陶瓷过滤板过滤、热顶水冷铸造、检验合格、锯切、均质、包装入库。上述加入铝锭=铝液质量的40%。

精炼采用炉内喷粉精炼工艺，所用气体为氩气。

精炼所用精炼剂按质量百分比包括组下组分：NaCl：60%、CaF₂:2%、Na₂SO₄:3%、Na₂SiF₆:20%、Na₃AlF₆:15%。

陶瓷过滤板过滤采用两级过滤，第一级过滤目数为40目，第二级过滤目数为50目。

铸造步骤采用两次冷却技术。

铝合金锭直径150mm，经检测偏析层厚度为4.6mm。

实施例2

采用实施例1中的方法步骤生产2024铝合金锭，直径150mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为40mm/min，经检测偏析层厚度为1.2mm。

实施例3

采用实施例1中的方法步骤生产2024铝合金锭，直径150mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度30%，铸造速度为40mm/min，经检测偏析层厚度为1.0mm。

实施例4

采用实施例1中的方法步骤生产2024铝合金锭，直径150mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为90mm/min，经检测偏析层厚度为1.5mm。

实施例5

采用实施例1中的方法步骤生产2024铝合金锭，直径150mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为100mm/min，经检测偏析层厚度为1.8mm。

实施例1-5的生产工艺仅仅为铸造阶段不同，其余工艺相同，因此可知，本发明的工艺可以将电解铝液直接生产铝合金，而铝合金的偏析层厚度明显比不采用本方法的厚度小。

实施例6

按照如下步骤生产5083铝合金锭：电解铝液注入熔炼炉、加入铝锭降温、炉前样分析成分、调节温度加入其他组分、电磁搅拌、精炼、除去铝液表面浮渣、炉前样分析成分、成分合格后静置、净化、晶粒细化、陶瓷过滤板过滤、热顶水冷铸造、检验合格、锯切、均质、包装入库。上述加入铝锭=铝液质量的50%。

精炼采用炉内喷粉精炼工艺，所用气体为氩气。

铸造步骤采用两次冷却技术。

铝合金锭直径300mm，经检测偏析层厚度为8mm。

实施例7

采用实施例6中的方法步骤生产5083铝合金锭，直径300mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为40mm/min，经检测偏析层厚度为2.1mm。

实施例8

采用实施例6中的方法步骤生产5083铝合金锭，直径300mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度30%，铸造速度为40mm/min，经检测偏析层厚度为1.8mm。

实施例9

采用实施例6中的方法步骤生产5083铝合金锭，直径300mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为90mm/min，经检测偏析层厚度为2.6mm。

实施例10

采用实施例6中的方法步骤生产5083铝合金锭，直径300mm，区别在于铸造阶段中提高结晶器中石墨环高度20%，铸造速度为30mm/min，经检测偏析层厚度为3.3mm。

实施例6-10的生产工艺仅仅为铸造阶段不同，其余工艺相同，因此可知，本发明的工艺可以将电解铝液直接生产铝合金，而铝合金的偏析层厚度明显比不采用本方法的厚度小。

上述仅仅取两种铝合金进行分析，该方法可以满足所有铝合金降低偏析层的要求。

Claims

1.一种低偏析层厚度铝合金制备工艺，包括如下步骤：电解铝液注入熔炼炉、加入铝锭降温、炉前样分析成分、调节温度加入其他组分、电磁搅拌、精炼、除去铝液表面浮渣、炉前样分析成分、成分合格后静置、净化、晶粒细化、陶瓷过滤板过滤、热顶水冷铸造、检验合格、锯切、均质、包装入库，所述加入铝锭≥铝液质量的40%，所述精炼所用精炼剂按质量百分比包括如下组分：NaCl：45-70%、CaF₂:1-5%、Na₂SO₄:1-5%、Na₂SiF₆:15-25%、Na₃AlF₆:5-23%，所述铸造步骤采用两次冷却技术，所述铸造步骤中铸造速度为40mm/min-90mm/min；所述陶瓷过滤板过滤采用两级过滤，第一级过滤目数为30-40目，第二级过滤目数为50-60目。

2.根据权利要求1所述的一种低偏析层厚度铝合金制备工艺，其特征在于：所述精炼采用炉内喷粉精炼工艺，所用气体为氩气。