CN104388773A - 一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法 - Google Patents

一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及有色金属铸造，尤其是一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法。所述的方法通过特殊用途铝合金的成分优化设计以及熔炼工艺和铸造工艺改进制造出工模具和工装用铝合金精密铸造板。该方法简单，确保铝合金精密铸造板组织细小均一、内应力极低、后续机加工尺寸精度高。显著提高了铝合金精密铸造板的强度、导电、氧化、焊接、抛光以及机加工等性能，满足工业制造工模具与工装领域的要求。

Description

一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法
技术领域
    本发明涉及铝合金铸造，尤其是一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法。
背景技术
    目前，铝合金精密铸造板是一种汽车工业、航空航天工业制造工模具与工装的理想材料，该合金精密铸造板在食品机械、印刷机械、电子设备（芯片制造设备）、医疗器械、大面积基准板、测试治具夹具等行业有着广泛的应用，有着相当大的市场潜力，属于新材料领域。国内在整个铝加工行业中，严重缺乏铝合金精密铸造板的铸造技术和经验。在工业制造工模具与工装领域用铝合金精密铸造板的研发和生产仍处在起步阶段，工模具与工装领域使用的5xxx系铝合金，大多采用传统5083铝合金，没有针对特定领域与特殊要求，对铝合金精密铸造板进行合金成分和铸造工艺研究，采用熔炼铸造和热处理直接生产的传统5xxx系铝合金铸造板强度较低，氧化性能和着色效果较差，严重限制了铝合金精密铸造板的使用范围，且在高速自由切削时不具备所必需的硬度。
发明内容
本发明所需解决的技术问题是提供一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法，通过特殊用途铝合金的成分优化设计以及熔炼工艺和铸造工艺改进制造出工模具和工装用铝合金精密铸造板。
    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括下述几个步骤：第一步：配料，将优化设计并计算好的铝锭、Mn中间合金、Cr中间合金投入熔炼炉中，Mg以纯金属形式加入，待铝锭完全熔化后在投入镁锭；第二步：熔炼，投入镁锭后，然后进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为720～760℃，熔炼时间小于10小时；第三步：精炼，a.将熔体转入保温炉，通入氯气+氩气混合气体进行精炼，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，精炼温度为720～750℃，精炼时间小于2小时；b.静置<4小时；c.在线除气、除渣：在除气装置中通入氯气+氩气混合气体进行除气、除渣，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，过滤装置使用30ppi或40ppi过滤板进行过滤除渣；第四步：半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为680～715℃，冷却水流量为100～330m3/hr，铸造速度为20～60mm/min，结晶器金属液位40～100mm，不在线添加任何晶粒细化剂。在所述的第一步配料的炉料中，其中成分的重量百分比为： Mg4.2～5.5%、Mn0.2～1.0%、Cr≤0.3%、Fe≤0.35%、Si≤0.35%、Ti≤0.15%、Cu≤0.15%，其他单个元素含量≤0.05%，余量为Al质量百分比。
    本发明的有益效果是：方法简单，确保铝合金精密铸造板组织细小均一、内应力极低、后续机加工尺寸精度高。显著提高了铝合金精密铸造板的强度、导电、氧化、焊接、抛光以及机加工等性能，满足工业制造工模具与工装领域的要求。
附图说明
 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
 图1是本发明的一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法流程图。
具体实施方式
    实施例1：
    参阅图1，本例的一种工模具和工装用铝合金铸造板的铸造方法，包括下述几个步骤：第一步：配料，将优化计算好的铝锭、Mn中间合金、Cr中间合金投入熔炼炉中，其中成分的重量百分比为： Mg4.5%、Mn0.6%、Cr≤0.3%、Fe≤0.35%、Si≤0.35%、Ti≤0.15%、Cu≤0.15%，其他单个元素含量≤0.05%，余量为Al重量百分比。Mg以纯金属形式加入，待铝锭完全熔化后在投入镁锭；第二步：熔炼，投入镁锭后，然后进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为720℃，熔炼时间小于10小时；第三步：精炼，a.将熔体转入保温炉，通入氯气+氩气混合气体进行充分精炼，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，精炼温度为720℃，精炼时间小于2小时；b.静置<4小时；c.在线除气、除渣：在除气装置中通入氯气+氩气混合气体进行除气，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，过滤装置使用30ppi或40ppi过滤板进行过滤除渣；第四步：半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为685℃，冷却水流量为100m3/hr，铸造速度为35mm/min，结晶器金属液位40mm，不在线添加任何晶粒细化剂。用传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭与本发明生产出的铝合金扁锭或圆锭的力学性能及应力腐蚀测试结果如表1所示：
表1铝合金的力学性能比较
合金 Rp0.2/MPa Rm(MPa)/MPa A50mm/% 硬度/HB 电导率/%IACS
传统Al-Mg 115 250 12 75 24.35
本发明Al-Mg 130 265 15 81 26.34
    从表1中的测试结果表明本发明的力学性能、硬度和电导率都优于传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭。
实施例2：
参阅图1，本例的一种工模具和工装用铝合金铸造板的铸造方法，包括下述几个步骤：第一步：配料，将优化计算好的铝锭、Mn中间合金、Cr中间合金投入熔炼炉中，其中成分的重量百分比为： Mg4.85%、Mn0.45%、Cr≤0.3%、Fe≤0.35%、Si≤0.35%、Ti≤0.15%、Cu≤0.15%，其他单个元素含量≤0.05%，余量为Al重量百分比。Mg以纯金属形式加入，待铝锭完全熔化后在投入镁锭；第二步：熔炼，投入镁锭后，然后进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为740℃，熔炼时间小于10小时；第三步：精炼，a.将熔体转入保温炉，通入氯气+氩气混合气体进行充分精炼，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，精炼温度为735℃，精炼时间小于2小时；b.静置<4小时；c.在线除气、除渣：在除气装置中通入氯气+氩气混合气体进行除气，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，过滤装置使用30ppi或40ppi过滤板进行过滤除渣；第四步：半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为695℃，冷却水流量为220m3/hr，铸造速度为35mm/min，结晶器金属液位65mm，不在线添加任何晶粒细化剂。用传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭与本发明生产出的铝合金扁锭或圆锭的力学性能及应力腐蚀测试结果如表2所示：
表2铝合金的力学性能比较
合金 Rp0.2/MPa Rm(MPa)/MPa A50mm/% 硬度/HB 电导率/%IACS
传统Al-Mg 115 250 12 75 24.35
本发明Al-Mg 135 270 16 84 26.42
    从表1中的测试结果表明本发明的力学性能、硬度以及电导率都优于传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭。
实施例3：
    参阅图1，本例的一种工模具和工装用铝合金铸造板的铸造方法，包括下述几个步骤：第一步：配料，将优化计算好的铝锭、Mn中间合金、Cr中间合金投入熔炼炉中，其中成分的重量百分比为： Mg5.5%、Mn0.35%、Cr≤0.3%、Fe≤0.35%、Si≤0.35%、Ti≤0.15%、Cu≤0.15%，≤0.05%，余量为Al重量百分比。Mg以纯金属形式加入，待铝锭完全熔化后在投入镁锭；第二步：熔炼，投入镁锭后，然后进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为750℃，熔炼时间小于10小时；第三步：精炼，a.将熔体转入保温炉，通入氯气+氩气混合气体进行充分精炼，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，精炼温度为750℃，精炼时间小于2小时；b.静置<4小时；c.在线除气、除渣：在除气装置中通入氯气+氩气混合气体进行除气、除渣，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，过滤装置使用30ppi或40ppi过滤板进行过滤除渣；第四步：半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为715℃，冷却水流量为330m3/hr，铸造速度为60mm/min，结晶器金属液位100mm，不在线添加任何晶粒细化剂。用传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭与本发明生产出的铝合金扁锭或圆锭的力学性能及应力腐蚀测试结果如表3所示：
表3铝合金的力学性能比较
合金 Rp0.2/MPa Rm(MPa)/MPa A50mm/% 硬度/HB 电导率/%IACS
传统Al-Mg 115 250 12 75 24.35
本发明Al-Mg 140 278 14 85 26.60
    从表1中的测试结果表明本发明的力学性能、硬度以及电导率优于传统5083铝合金生产出的铝合金扁锭或圆锭。

Claims (2)

1.一种工模具和工装用铝合金精密铸造板的铸造方法，包括下述几个步骤：第一步：配料，将优化计算好的铝锭、Mn中间合金、Cr中间合金投入熔炼炉中，Mg以纯金属形式加入，待铝锭完全熔化后在投入镁锭；第二步：熔炼，投入镁锭后，进行充分电磁搅拌、扒渣，在炉前取样分析进行成分调整，熔炼保温温度为720～760℃，熔炼时间小于10小时；第三步：精炼，a.将熔体转入保温炉中通入氯气+氩气混合气体进行精炼，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，精炼温度为720～750℃，精炼时间小于2小时；b.静置<4小时；c.在线除气、除渣：在除气装置中通入氯气+氩气混合气体进行除气，氯气占氩气和氯气混合气体总量的2～25%，过滤装置使用30ppi或40ppi过滤板进行过滤除渣；第四步：半连续铸造，采用直接水冷半连续铸造的铝合金扁锭或圆锭，铸造温度为680～715℃，冷却水流量为100～330m3/hr，铸造速度为20～60mm/min，结晶器金属液位40～100mm，不在线添加任何晶粒细化剂。
2.其特征在于：在所述的第一步配料的炉料中，其中成分的重量百分比为：Mg4.2～5.5%、Mn0.2～1.0%、Cr≤0.3%、Fe≤0.35%、Si≤0.35%、Ti≤0.15%、Cu≤0.15%，其他单个元素含量≤0.05%，余量为Al重量百分比。
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