CN104805319A - 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,涉及铝合金加工技术领域。该方法包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤。本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进,提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法,使铸锭组织细小、成分均匀、无其他冶金缺陷,规格达到Φ900~Φ1340mm,晶粒度可达一级、氢含量≤0.10ml/100gAl,成品率达到90%以上。
Description
技术领域
[0001] 本发明涉及铝合金加工技术领域,尤其是一种2ΧΧΧ系超大规格铝合金圆锭的制 造方法。
背景技术
[0002] 2219铝合金属于铝铜锰系中高强铝合金,其具有良好的高低温力学性能、焊接性、 断裂韧性、耐腐蚀性能及易于加工成形等特点,属于典型的可热处理强化锻造铝合金。产品 以不同形式和热处理状态用于航空、航天等领域。大规格圆锭主要用于制作锻环,其工艺路 线为:锻造开坯-冲孔-热环轧-淬火-冷轧-人工时效等。而随着国内熔炼、除气、铸造 等技术的进步及客户对产品的规格、性能的不断提高,对2219合金圆锭的规格要求越来越 大,传统的中等规格已不能满足需要,迫切需要超大规格的圆锭。而超大规格圆锭锻坯的生 产关键在于铸造成型和内部冶金质量的控制,但是随着铸锭规格的增大,其铸造时容易产 生偏析、粗大晶粒、疏松、裂纹、粗大金属化合物、光亮晶、羽毛晶等冶金缺陷,铸造成型及冶 金质量都难以保证。因此迫切需要研宄超大规格2219圆锭的制备方法以满足市场需要。
[0003] 有鉴于此,本发明要解决的技术问题就是克服目前熔炼铸造技术的不足,从原材 料选用、熔炼、炉内除气、在线除气、在线过滤、铸造等多方面进行改进,提供一种改善铸锭 质量、提高生产效率的方法,从而能够稳定生产超大规格2219圆锭。
发明内容
[0004] 本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种2ΧΧΧ系超大规格铝合 金圆锭的制造方法,本发明从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化 热处理等多方面进行改进,提供一种改善铸锭质量、提高生产效率的方法,使铸锭组织细 小、成分均匀、无其他组织缺陷,规格达到Φ900~Φ 1340mm,晶粒度可达一级、氢含量 < 10ml/100gAl,成品率达到90%以上。
[0005] 本发明采用的技术方案如下:
[0006] -种2XXX系超大规格铝合金圆锭的制造方法,包括备料、熔炼、炉内精炼、在线精 炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤,具体步骤如下:
[0007] (1)备料:按照铝合金圆锭的配方成份进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、 铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金 作为原料;
[0008] (2)熔炼:将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外,投入熔炼炉内 熔炼,采用高温快速熔化,熔炼温度控制在750~800°C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加 速熔化,炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要 求,如有必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合 金、铝铍中间合金进行成分微调得到铝熔体;
[0009] (3)炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼;
[0010] (4)在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;铝熔体除气精炼后通过30~ 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄,清除尺寸在15 μ m以上的杂质;错恪体在保温 炉内停留的总时间不超过6h ;
[0011] (5)在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Φ9. 5mm规格的Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为 160cm/min ~220cm/min ;
[0012] (6)半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所 述引锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 02~0. 08MPa,冷却水流量55~80m3/ h ;铸造长度小于800mm时,铸造速度为13~20mm/min ;铸造长度大于800mm后,铸造速度 为 10 ~15mm/min ;
[0013] (7)均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在520~540°C条件下均热30~60h,然后 在冷却室内用强风或喷水冷至室温;
[0014] (8)机械加工和超声探伤:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格 后进行机械加工至成品规格,最后进行超声探伤,合格后包装入库或发货。
[0015] 所述备料依据的铝合金圆锭的配方为:按照重量百分比计,Cu彡6.8%, Mn ^ 0. 40 %, Si ^ 0. 20 %, Fe ^ 0. 30 %, V 0. 05-0. 15 %, Zr 0. 10-0. 16 %, Ti 0· 02-0. 10%,Be 0· 0002-0. 0010%,Zn 彡 0· 1%,Mg 彡 0· 02%,,余量为 Al 和不可避免的 杂质元素,其中每种不可避免的杂质元素含量小于等于0.05%且总量小于等于0. 15%。
[0016] 2xxx系铝合金中的主要合金元素为Cu,形成了合金的主要强化相Al2Cu相。但Cu 含量超过其在合金中最大固溶极限后所形成的过剩相,对材料的塑性及断裂韧性有不利的 影响,Cu含量不能过低,否则降低固溶强化效果。
[0017] Mn是提高合金耐热性的主要元素,它可降低溶质原子的扩散系数和固溶体的分解 速度,同时析出的T相(Al2tlCu 2Mn3)在高温时较稳定,可延迟和减弱合金的人工时效过程,抑 制再结晶,提高合金的耐热性和强度。在发明中Mn的含量优选为Mn < 0. 4%,若是Mn含量 过低,则强化效果有限;若Mn含量过高,则形成粗大的T (Al2tlCu2Mn3)相,造成材料性能的下 降。
[0018] Zr在合金中所起的作用与Mn类似,但Zr的强化效果要更高。Zr的含量不宜低于 0. 10%,否则大部分Zr固溶在组织中,难以在均匀化退火过程中形成二次Al3Zr相,对材料 性能不利;同时Zr的含量不宜高于0. 16%,否则容易在铸造过程中形成一次粗大Al3Zr相, 降低材料的铸造性能、加工性能以及断裂韧性。
[0019] V加入铝合金中生成Al11V高熔点的化合物,在铸造过程中可细化晶粒。与加入Zr 的作用类似,其可通过提高再结晶温度,阻碍再结晶,细化最终产品的晶粒组织,提高合金 强度。
[0020] Ti是起微合金化作用的元素,可以控制加工和热处理时的晶粒结构。Ti在合金中 以不超过0. 10%为宜。若是Ti含量过高,则容易在组织中形成粗大的含Ti相,降低材料的 断裂韧性。Zn, Fe和Si元素为材料中的杂质元素,需分别控制在0. 1%,0. 30%和0. 20%以 下。
[0021] 本发明通过合理调整2xxx系铝合金中Cu的含量,以控制组织中过剩相的含量, 并保证主要强化相Al 2Cu的含量,从而使材料具有较好的强度和塑性;同时优化微量元素含 量,细化晶粒结构,进一步提尚材料的强度。
[0022] 本发明还从熔炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造等多方面进行改进, 从而达到生产质量合格的超大规格铝合金圆锭的目的。
[0023] 首先,采用高温快速熔化原料的方式,控制熔炼温度在750~800°C,优选控制熔 炼温度在760~790°C,采用高温快速熔化可以减少铝液氧化,减少渣的产生,同时提高生 产效率。
[0024] 其次,本发明通过炉内精炼、在线除气精炼和泡沫陶瓷过滤板在线过滤除渣,加强 熔体净化处理。铝合金在熔炼过程中,熔体中存在气体,在铸锭拉应力区形成气孔、夹渣等, 易引起应力集中的缺陷,会使铸锭产生裂纹。因此浇注前对熔体进行除气除渣处理,可以减 少裂纹产生的机会。
[0025] 在炉内精炼过程中,熔体温度控制在720~750 °C,优选控制熔体温度在720~ 740°C,控制氯气流量为0. 025~I. 5m3/h,氩气流量0. 5~15m3/h,精炼时间15~30min, 静置时间20~30min。
[0026] 在步骤(4)的在线除气过程中,旋转喷头的转速为200~500rpm,氯气流量 0· 01~0· 5m3/h,氩气流量0· 5~6m3/h,除气时铝液温度为720~750°C。
[0027] 为了增加熔体净化效果,所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进 行在线过滤操作。采取30-50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣后,可清除掉大部分 尺寸在15 μ m以上的杂质。
[0028] 通过上述熔体净化后,可以将2xxx系铝合金大规格铸锭中的H含量控制在 0.1 OmVlOOgAl以下,碱金属Na含量控制在2ppm以下,除气和除钠均达到较好的效果,确保 了铝合金的高纯洁度,能够满足未来航空航天用铝合金质量要求。
[0029] 再次,本发明通过晶粒细化处理,提高合金强度和韧性,减少铸锭热裂倾向。由于 在含Zr的铝合金中,Zr原子团会在Al-Ti-B丝内起晶粒细化作用的TiB 2S子表面形成一 层2池2或Zr的包覆层,从而抑制了 TiB 2粒子的细化晶粒特性。此外Zr还会与TiAl 3粒子 反应,改变其晶格常数和形核特性,使晶粒粗化。本发明针对因 Zr元素引起的晶粒细化剂 "中毒"现象,在使用TiB2、TiAl3颗粒尺寸符合要求的Al-5Ti-lB晶粒细化剂的基础上,将 Φ9. 5mm规格的Al_5Ti_lB丝的喂丝速度增加至160cm/min-220cm/min,加大晶粒细化剂投 放量,保证晶粒细化效果。
[0030] 再次,本发明在半连续铸造的过程中,还在引锭头上覆盖有垫片,降低了铸锭底部 的冷却强度,达到防止底部开裂的目的。
[0031] 最后,本发明研宄确定了圆锭均匀化处理的温度为520~540°C,保温时间为30~ 60h,可以使初生相充分回溶,二次析出相更均匀、细小。
[0032] 综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
[0033] 1、本发明通过以上方案可以克服大规格2xxx系铝合金圆铸锭容易出现的内部冶 金质量问题,实现制造规格更大的2 XXX系铝合金圆锭的目的,本发明制备的圆锭规格可达 Φ900~Φ 1340mm,铸锭车皮后经超声探伤检测无明显内部缺陷,晶粒细小均匀,无其他冶 金缺陷,表面平整,可以减少车皮量,提高成品率。
[0034] 2、本发明制备的超大规格2XXX系圆锭具有较好的综合力学性能,可以用于制造 航空航天和国防工程需要的高性能锻造产品,更好地满足航空业的使用要求,应用前景非 常看好。
附图说明
[0035] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
[0036] 图1是实施例1中®915mm规格圆锭的低倍组织照片。
具体实施方式
[0037] 以下通过具体实施例对本发明作进一步详述。
[0038] 实施例1
[0039] 铸造规格为Φ915_Χ6000_的大规格铝合金圆锭,其生产过程包括备料、熔炼、 炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤, 具体如下:
[0040] (1)备料:按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为:Cu 6. 8%,Mn 0. 4%, V 0. 10%, Zr 0. 15%, Ti 0. 08%, Be 0. 0005%, Zn ^ 0. 1%, Mg ^ 0. 01%, Si ^ 0. 10%, Fe < 0. 20%,余量为Al和不可避免的杂质进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中 间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原 料;
[0041] ⑵熔炼:将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外,投入熔炼炉内 熔炼,采用高温快速熔化,熔炼温度控制在750°C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化, 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要求,如有 必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体;
[0042] (3)炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼;熔 体温度控制在720°C,控制氯气流量0. 025m3/h,氩气流量10m3/h,精炼时间15min,静置时间 20min〇
[0043] (4)在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;旋转喷头的转速为200rpm, 氯气流量〇. 5m3/h,氩气流量4m3/h,除气时铝液温度为720~750°C ;铝熔体除气精炼后通 过30ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄,清除尺寸在15 μ m以上的杂质。
[0044] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h,使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量,其结果如表1所示。
[0045] (5)在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为160cm/min ;
[0046] (6)半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所 述引锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 〇2MPa,冷却水流量55m3/h ;铸造速度为 15mm/min ;
[0047] (7)均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在520°C条件下均热30h,然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温;
[0048] (8)机械加工和超声探伤:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格 后进行机械加工至成品规格,最后进行超声探伤,合格后包装入库或发货。本实施例中的检 测结果如表1所示,低倍检测结果如图1所示。
[0049] 实施例2
[0050] 铸造规格为〇1220mmX 6000mm的超大规格铝合金圆锭,其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤,具体如下:
[0051] (1)备料:按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为:按照铝合金圆锭中各 化学成份的质量百分比为:Cu 6.1%,Mn 0.25%,V 0.06%,Zr 0.16%,Ti 0.09%,Be 0· 0006%,Zn 彡 0· 1%,Mg 彡 0· 02%,Si 彡 0· 10%,Fe 彡 0· 20%,余量为 Al 和不可避免 的杂质进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合 金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料;
[0052] (2)熔炼:将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外,投入熔炼炉内 熔炼,采用高温快速熔化,熔炼温度控制在760°C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化, 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要求,如有 必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体;
[0053] (3)炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼;熔 体温度控制在740°C,控制氯气流量为0. 8m3/h,氩气流量0. 5m3/h,精炼时间30min,静置时 间 30min。
[0054] (4)在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;旋转喷头的转速为500rpm, 氯气流量〇. 〇lm3/h,氩气流量0. 5m3/h,除气时铝液温度为740°C ;对铝合金熔体做两级在 线精炼除气处理,铝熔体除气精炼后通过50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除渣,清 除尺寸在15 μ m以上的杂质。铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h,使用ABB公司的 Alscan在线测氢仪测定铝熔体中的液态氢含量,其结果如表1所示。
[0055] (5)在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为180cm/min ;
[0056] (6)半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所 述引锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 〇8MPa,冷却水流量80m3/h ;铸造速度为 10mm/mi η ;
[0057] (7)均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在540°C条件下均热60h,然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温;
[0058] (8)机械加工:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格后进行机械 加工至成品规格,最后进行超声探伤,合格后包装入库或发货。本实施例中的检测结果如表 1所示。
[0059] 实施例3
[0060] 铸造规格为®1050mmX 6500mm的超大规格铝合金圆锭,其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤,具体如下:
[0061] (1)备料:按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为Cu 5. 9%,Mn 0. 35%, V 0. 15%, Zr 0. 15%, Ti 0. 08%, Be 0. 0010%, Zn ^ 0. 1 %, Mg ^ 0. 01 %, Si ^ 0. 20%, Fe < 0. 30%,余量为Al和不可避免的杂质进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中 间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原 料;
[0062] (2)熔炼:将步骤(1)中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外,投入熔炼炉内 熔炼,采用高温快速熔化,熔炼温度控制在800°C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化, 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要求,如有 必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体;
[0063] (3)炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼;熔 体温度控制在750°C,控制氯气流量为I. 5m3/h,氩气流量15m3/h,精炼时间30min,静置时间 30min〇
[0064] (4)在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;旋转喷头的转速为300rpm, 氯气流量〇. 〇12m3/h,氩气流量6m3/h,除气时铝液温度为750°C ;铝熔体除气精炼后通过 40ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄,清除尺寸在15 μ m以上的杂质。
[0065] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h,使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量,其结果如表1所示。
[0066] (5)在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为220cm/min ;
[0067] (6)半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所 述引锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 〇6MPa,冷却水流量60m3/h ;铸造速度为 15mm/min ;
[0068] (7)均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在530°C条件下均热50h,然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温;
[0069] (8)机械加工和超声探伤:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格 后进行机械加工至成品规格,最后进行超声探伤,检测有无内部裂纹,合格后包装入库或发 货。本实施例中的检测结果如表1所示。
[0070] 实施例4
[0071] 铸造规格为〇1320mmX 6500mm的超大规格铝合金圆锭,其生产过程包括备料、熔 炼、炉内精炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步 骤,具体如下:
[0072] (1)备料:按照铝合金圆锭中各化学成份的质量百分比为:Cu 6. 3%,Mn 0. 3%, Zn ^ 0.1 %, Mg ^ 0. 01%, V 0.07%, Zr 0.13%, Ti 0.08%, Si 0.04%, Fe 0.08%, Be0.00 09%,余量为Al进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜中间合金、铝钛中间 合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为原料;
[0073] (2)熔炼:将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、铝铍中间合金外,投入熔炼炉内 熔炼,采用高温快速熔化,熔炼温度控制在790°C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔化, 炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要求,如有 必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合金、铝铍中 间合金进行成分微调得到铝熔体;
[0074] (3)炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼;熔 体温度控制在730°C,控制氯气流量为0. 5m3/h,氩气流量8m3/h,精炼时间25min,静置时间 25min〇
[0075] (4)在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体 氩气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;旋转喷头的转速为400rpm, 氯气流量〇. 〇8m3/h,氩气流量lm3/h,除气时铝液温度为730°C ;铝熔体除气精炼后通过 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄,清除尺寸在15 μ m以上的杂质。
[0076] 铝熔体在保温炉内停留的总时间不超过6h,使用ABB公司的Alscan在线测氢仪测 定铝熔体中的液态氢含量,其结果如表1所示。
[0077] (5)在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为200cm/min ;
[0078] (6)半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽 注入结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所 述引锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 〇5MPa,冷却水流量70m3/h ;铸造速度为 12mm/mi η ;
[0079] (7)均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在525°C条件下均热50h,然后在冷却室内 用强风或喷水冷至室温;
[0080] (8)机械加工和超声探伤:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格 后进行机械加工至成品规格,最后进行超声探伤,检测有无内部裂纹,合格后包装入库或发 货。本实施例中的检测结果如表1所示。
[0081] 表1实施例1-4中圆锭的质量检测结果
[0082]
[0083] 注:本表中晶粒度检测依据为国家标准GB/T 3246. 2 (铝及铝合金制品组织检验 方法第2部分:低倍组织检验方法)。
[0084] 本发明制备的圆锭典型低倍组织如图1所示,其规格可达Φ900~Φ 1340mm,组织 细小均匀,晶粒度可达一级,氢含量< 〇. 10ml/100gAl,无其他冶金缺陷和裂纹存在,成品率 达到90%以上。开坯锻造和环轧后成功制备出外径达8700mm的锻环,锻环经热处理后(T6 态)力学性能:抗拉强度彡450MPa,屈服强度彡330MPa,延伸率彡4%,完全满足航空航天 和国防工程所需的高性能锻造产品的需要。
[0085] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1. 一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在于包括备料、熔炼、炉内精 炼、在线精炼、在线过滤、半连续铸造、均匀化热处理、机械加工和超声探伤的步骤,具体步 骤如下: (1)备料:按照铝合金圆锭的配方成份进行配料,分别称取重熔用铝锭、阴极铜、铝铜 中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝锆中间合金、铝钒中间合金、铝铍中间合金作为 原料; ⑵熔炼:将步骤⑴中的原料除铝钛中间合金、错铍中间合金外,投入熔炼炉内熔炼, 采用高温快速熔化,熔炼温度控制在750~800 °C,炉料部分融化后开启电磁搅拌加速熔 化,炉料全部熔化并搅拌均匀后进行扒渣,然后取样分析成分,看是否满足成分控制要求, 如有必要进行成分调整,成分合格后将熔体转入保温炉,在保温炉内加入铝钛中间合金、铝 铍中间合金进行成分微调得到铝熔体; (3) 炉内精炼:在保温炉内用氯气和氩气的混合气体对所述铝熔体进行精炼; (4) 在线精炼和过滤:炉内精炼完成后,通过除气箱内旋转喷头吹出的精炼气体氩 气和氯气的混合物,除去铝熔体中游离氢和其他有害物质;铝熔体除气精炼后通过30~ 50ppi的泡沫陶瓷过滤板进行在线过滤除澄,清除尺寸在15 ym以上的杂质;错恪体在保温 炉内停留的总时间不超过6h ; (5) 在线晶粒细化:通过喂丝机向在线除气系统出口流槽的铝熔体中连续添加 (69. 5mm规格的Al-5Ti-lB丝晶粒细化剂进行晶粒细化处理,Al-5Ti-lB丝的喂丝速度为 160cm/min ~220cm/min ; (6) 半连续铸造:经在线除气精炼、在线过滤和晶粒细化后的铝熔体经铝液流槽注入 结晶器与引锭头构成的半封闭腔体里进行半连续直冷铸造,得到所需规格的圆锭;所述引 锭头上覆盖有垫片;半连续铸造冷却水压为〇. 02~0. 08MPa,冷却水流量55~80m3/h ; 铸造长度小于800mm时,铸造速度为13~20mm/min ;铸造长度大于800mm后,铸造速度为 10 ~15mm/min ; (7) 均匀化热处理:将圆锭在均热炉内在520~540°C条件下均热30~60h,然后在冷 却室内用强风或喷水冷至室温; (8) 机械加工和超声探伤:切取圆锭样片检测晶粒度级别和冶金质量,检测合格后进 行机械加工至成品规格,最后进行超声探伤,合格后包装入库或发货。
2. 根据权利要求1所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在 于:所述备料依据的铝合金圆锭的配方为:按照重量百分比计,Cu彡6. 8%,Mn彡0. 40%, Si ^ 0. 20 %, Fe ^ 0. 30 %, V 0. 05-0. 15 %, Zr 0. 10-0. 16 %, Ti 0. 02-0. 10 %, Be 0. 0002-0. 0010%,Zn彡0. 1%,Mg彡0. 02%,,余量为Al和不可避免的杂质元素,其中每 种不可避免的杂质元素含量小于等于0. 05%且总量小于等于0. 15%。
3. 根据权利要求1或2所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在 于:在所述步骤(2)熔炼过程中,熔炼温度控制在760~790°C。
4. 根据权利要求3所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在于: 在所述步骤(3)精炼过程中,熔体温度控制在720~750°C。
5. 根据权利要求3所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在于: 在所述步骤(3)精炼过程中,熔体温度控制在720~740°C,氯气流量0. 025~I. 5m3/h,氩 气流量o. 5~15m3/h,精炼时间15~30min,静置时间20~30min。
6. 根据权利要求5所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在于: 在步骤(4)的在线除气过程中,旋转喷头的转速为200~500rpm,氯气流量0. 01~0. 5m3/ h,氩气流量0. 5~6m3/h,除气时铝液温度为720~750°C。
7. 根据权利要求5所述的一种2xxx系超大规格铝合金圆锭的制造方法,其特征在于: 为了增加熔体净化效果,所述铝合金熔体至少经过两级在线精炼除气处理后再进行在线过 滤操作。
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