CN104232957A

CN104232957A - 一种Al-Cu合金的制备方法

Info

Publication number: CN104232957A
Application number: CN201310234230.XA
Authority: CN
Inventors: 华兆红
Original assignee: WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Current assignee: WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明涉及一种Al-Cu合金的制备方法。本发明采用占熔炼炉容量1/5的铝熔体配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，再用电解铝液将熔体稀释至Al-Cu合金要求的化学成分，这样有利于降低AlCu合金的气、渣含量及疏松等缺陷，同时使合金产品的组织均匀致密，并且采用废铜降低了成本，节约了资源。本发明的工艺得到的Al-Cu合金产品的组织较为均匀，偏析减少，晶粒细小，气、渣含量减少。

Description

一种Al-Cu合金的制备方法

技术领域

本发明涉及合金的冶炼方法，具体涉及Al-Cu合金的制备方法。

背景技术

Al-Cu合金有较高的强度，优异的塑性，良好的处理可强化性、切削加工性和抛光性，良好的高温超低温性能，被广泛应用于航空航天飞行器、轻型甲车及汽车的某些零部件等领域。

Al-Cu合金熔体有良好的流动性，主要采用直接水冷铸造方式生铸锭，再将铸锭进行热轧加工成板材、棒材和线材，很少采用连铸连轧法生产线材。因此相对于热轧而言，连铸连轧生产工艺不成熟，熔炼工艺等有待进一步的研发。

目前采用的Al-Cu熔炼技术有以下几种：

（1）直接添加纯铜合金化

将电解铝液温度升高至950℃～1000℃，扒净表面浮渣，并向熔体表面撒上覆盖剂，然后加入预先破碎好的纯铜，保温熔炼60min～90min，彻底搅拌熔体，并加入打渣剂和精炼剂对熔体进行精炼处理，这样熔制Al-Cu合金。

该生产工艺存在的问题:

(1)熔炼Al-Cu合金时的温度高，熔体的吸氢量较多，铸件容易产生气孔、疏松、夹渣等缺陷。

(2)纯铜直接加入电解铝液配料，铜的吸收效果差，熔体成分均匀性差。纯铜的熔点为1083℃，且铜的密度大于铝的，容易导致铜富集于熔体下部，偏析严重，使铸件组织不均匀。同时将整炉的铝熔体升温至950℃～1000℃，消耗大量的柴油或电能，加工成本较高。且获得的Al-Cu合金内部组织不均匀，偏析较大，有明显的气孔、夹渣及未完全溶解的金属铜。

（2）采用Al-75Cu中间合金间接合金化

采用含w(Cu)为75%的Al-Cu中间合金配制Al-Cu合金，在温度为760℃～840℃电解铝液中加入中间合金，保温20min～40min，彻底搅拌熔体并添加打渣剂、精炼剂对熔体进行处理，静置40min以上，从而完成合金化。

该生产工艺存在的问题:

(1)Al-Cu中间合金成本高，市场价格为5万元/t。生产成本较高，不利于产品批量生产。

(2)产品性能的均匀性差，相对于直接添加纯铜而言，产品内部组织有明显的改善，但仍存在组织不均匀、有偏析和气孔等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种Al-Cu合金的制备方法。所述方法获得的合金组织较为均匀，偏析少，晶粒细小，且成本低，节约资源。

为解决上述问题，本发明采用了以下技术方案：

一种Al-Cu合金的制备方法，其工艺流程包括：

(1)利用适量废铜加入到温度在950℃左右铝液的熔炼炉内(铝液量为1/5熔炼炉容量)，配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，保温1-1.5h左右，让铜充分溶解；

(2)当Al-2.5Cu中间合金配制好后，加入温度为760℃～840℃的电解铝液，稀释至铝合金产品的化学成分要求，撒上覆盖剂，保温30min-1h左右，加入打渣剂除渣，并将表面浮渣扒除；

(3)向铝熔体中加入Al-B中间合金(0.5kg/tAl～5kg/tAl)对铝熔体进行硼化处理。

(4)将处理过的熔体导入静置炉内静置20-30min以上，使铝合金产品的组织更加均匀致密。

(5)铸造，在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

其中，所制备的Al-Cu合金的以质量分数（wt%）计，成分为：0.1Si，0.4Fe，0.35-0.8Cu，0.01Mn，0.03Ga，0.01Cr，0.05Zn，0.05B，0.02V+Ti，不可避免的杂质0.1，余量Al。

其中，熔炼过程中采用电磁搅拌；

其中，精炼剂用纯度99．99%的氮气喷吹法加入铝熔体中，对铝熔体进行再一次的除气、除渣，净化处理。

本发明具有以下优点：

（1）本发明采用加入Al-B中间合金。由于加入的Al-B中间合金中存在大量的A1B相，由Al-B中间合金溶解出的硼元素还会与低钛铝合金中的溶质钛反应生成细小而弥散分布的TiB₂相，这样，熔体中的异质结晶核心将大大增多，使晶粒细化效果明显增强，从而使产品具有较好的晶粒度。

（2）本发明采用在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。因此为Al-Ti-B丝的细化作用在6h左右开始衰减。因此，对于浇铸时间较长或熔体在加入细化剂后又长时间停留的生产作业，必须考虑细化作用的持续时间。细化剂中的TiB₂粒子在熔体中长时间停留易发生聚集，聚集团块沉积后会污染炉膛，若进入制品后会成为夹杂;同时铝合金熔体中存在锆、铬、钒等元素时会使Al-Ti-B细化剂“中毒”而失去细化能力。因此，采用线添加Al-Ti-B丝，避免了上述问题，并提高了晶粒的细化效果，同时均匀分布的钛在熔体浇铸过程中，对于抑制铝合金晶粒的生长、减小晶粒尺寸更有效。

(3)采用电磁搅拌替代人工搅拌，使铝合金熔体温度和组织更加均匀。通过生产试验和研究发现电磁搅拌的频率对Al-Cu合金的组织有显著影响，电磁搅拌的频率越高，Al-Cu合金的晶粒度越细小、均匀。主要是由于在电磁搅拌下液相在枝晶间凝固，因而使得枝晶在二维条件下呈现出一个个独立的晶核;电磁搅拌在一定程度上能够抑制枝晶的生长。这种抑制作用是由于液相流动引起的黏性力使得一次枝晶臂从枝晶主干上脱落下来成为另一个枝晶，最终使初生固相以团块状聚结在一起。

（4）本发明采用占熔炼炉容量1/5的铝熔体配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，再用电解铝液将熔体稀释至Al-Cu合金要求的化学成分，这样有利于降低AlCu合金的气、渣含量及疏松等缺陷，同时使合金产品的组织均匀致密，并且采用废铜降低了成本，节约了资源。

（5）本发明的工艺得到的Al-Cu合金产品的组织较为均匀，偏析减少，晶粒细小，气、渣含量减少。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

一种Al-Cu合金的制备方法，其工艺流程包括：

(1)利用适量废铜加入到温度在950℃左右铝液的熔炼炉内(铝液量为1/5熔炼炉容量)，配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，保温1h左右，让铜充分溶解；

(2)当Al-2.5Cu中间合金配制好后，加入温度为760℃℃的电解铝液，稀释至铝合金产品的化学成分要求，撒上覆盖剂，保温30minh左右，加入打渣剂除渣，并将表面浮渣扒除；

(3)向铝熔体中加入Al-B中间合金(0.5kg/tAl)对铝熔体进行硼化处理。

(4)将处理过的熔体导入静置炉内静置20min以上，使铝合金产品的组织更加均匀致密。

(5)铸造，在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

其中，所制备的Al-Cu合金的以质量分数（wt%）计，成分为：0.1Si，0.4Fe，0.35Cu，0.01Mn，0.03Ga，0.01Cr，0.05Zn，0.05B，0.02V+Ti，不可避免的杂质0.1，余量Al。

其中，熔炼过程中采用电磁搅拌；

其中，精炼剂用纯度99.99%的氮气喷吹法加入铝熔体中，对铝熔体进行再一次的除气、除渣，净化处理。

实施例二

一种Al-Cu合金的制备方法，其工艺流程包括：

(1)利用适量废铜加入到温度在950℃左右铝液的熔炼炉内(铝液量为1/5熔炼炉容量)，配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，保温1.5h左右，让铜充分溶解；

(2)当Al-2.5Cu中间合金配制好后，加入温度为840℃的电解铝液，稀释至铝合金产品的化学成分要求，撒上覆盖剂，保温1h左右，加入打渣剂除渣，并将表面浮渣扒除；

(3)向铝熔体中加入Al-B中间合金(5kg/tAl)对铝熔体进行硼化处理。

(4)将处理过的熔体导入静置炉内静置30min以上，使铝合金产品的组织更加均匀致密。

(5)铸造，在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

其中，所制备的Al-Cu合金的以质量分数（wt%）计，成分为：0.1Si，0.4Fe，0.8Cu，0.01Mn，0.03Ga，0.01Cr，0.05Zn，0.05B，0.02V+Ti，不可避免的杂质0.1，余量Al。

其中，熔炼过程中采用电磁搅拌；

实施例三

一种Al-Cu合金的制备方法，其工艺流程包括：

(1)利用适量废铜加入到温度在950℃左右铝液的熔炼炉内(铝液量为1/5熔炼炉容量)，配制w(Cu)=2.5%的Al-Cu中间合金，保温1.25h左右，让铜充分溶解；

(2)当Al-2.5Cu中间合金配制好后，加入温度为800℃的电解铝液，稀释至铝合金产品的化学成分要求，撒上覆盖剂，保温45min左右，加入打渣剂除渣，并将表面浮渣扒除；

(3)向铝熔体中加入Al-B中间合金2.5kg/tAl)对铝熔体进行硼化处理。

(4)将处理过的熔体导入静置炉内静置25min以上，使铝合金产品的组织更加均匀致密。

(5)铸造，在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

其中，所制备的Al-Cu合金的以质量分数（wt%）计，成分为：0.1Si，0.4Fe，0.6Cu，0.01Mn，0.03Ga，0.01Cr，0.05Zn，0.05B，0.02V+Ti，不可避免的杂质0.1，余量Al。

其中，熔炼过程中采用电磁搅拌；

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种Al-Cu合金的制备方法，其工艺流程包括：

(3)向铝熔体中加入Al-B中间合金(0.5kg/tAl～5kg/tAl)对铝熔体进行硼化处理；

(4)将处理过的熔体导入静置炉内静置20-30min以上，使铝合金产品的组织更加均匀致密；

(5)铸造，在线添加晶粒细化剂Al-Ti-B丝。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所制备的Al-Cu合金的以质量分数（wt%）计，成分为：0.1Si，0.4Fe，0.35-0.8Cu，0.01Mn，0.03Ga，0.01Cr，0.05Zn，0.05B，0.02V+Ti，不可避免的杂质0.1，余量Al。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，熔炼过程中采用电磁搅拌。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，精炼剂用纯度99．99%的氮气喷吹法加入铝熔体中，对铝熔体进行再一次的除气、除渣，净化处理。