CN104894443A - 一种5356铝合金铸锭的制备方法 - Google Patents

一种5356铝合金铸锭的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种5356铝合金铸锭的制备方法，本发明利用电磁作用进行加热和对合金熔体进行保温，便于控制温度，在加热的同时，由于感应线圈中供应的交流电会形成变磁性电流，该变磁性电流可在于坩埚相通的环形管道中形成感应电流，从而使熔体绕该环形管道循环流动，起到搅拌的作用，有效改善了铝合金铸锭成分及组织的均匀性；在上述感应线圈产生的搅拌作用下，同时辅以真空净化处理，有效提高了氢原子在熔体内部的扩散速率，有利于高速除气，提高了除气效果，从而降低了5356铝合金铸锭中的氢含量，经检测，本发明所制备的5356铝合金铸锭中的氢含量低于0.15mL/100gAl。

Description

一种5356铝合金铸锭的制备方法
技术领域
本发明涉及一种5356铝合金铸锭的制备方法。
背景技术
ER5356铝合金焊丝作为一种通用型焊材，在各类铝合金结构件的焊接中应用广泛，近年来随着铝合金结构件的大量应用，对铝合金焊丝的需求也越来越多。很多情况下铝合金焊丝的质量和焊缝的质量往往取决于铝合金锭坯的熔铸水平。铝合金在熔铸过程中气渣控制效果不佳，将会使铝合金锭坯的气渣含量偏高，特别是氢含量偏高，不仅导致合金的后续加工困难，影响焊丝的拉拔成形，使焊丝极易拉断，成材率下降，而且在焊接过程中容易产生气孔，严重影响了焊接接头的质量。
目前，国内铝合金焊丝材料及成形技术水平还比较低，尤其是铝合金锭坯的熔炼、净化及内部质量控制技术较为落后，与国外相比还存在较大差距，主要表现在氢及氧化物夹杂含量高，存在明显的成分偏析且组织不均匀，如代表焊丝内部质量的关键指标-氢含量，国内厂家提供的锭坯原材料大都在0.3mL/100gAl以上，这样的铝合金锭坯生产的铝合金焊丝的焊接工艺性和使用性能都较差，很难满足我国高端轻量化装备铝合金构件的焊接制造要求。
因此，对于目前铝合金铸锭的制备方法，急需改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种成分及组织均匀、氢及氧化物夹杂含量低的5356铝合金铸锭的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，所述配料包括Mg 4.5～5.5％、Mn 0.05～0.20％、Cr0.05～0.20％、Ti 0.06～0.20％，以及不低于50％的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，坩埚中的熔体被加热并沿与坩埚相通的环形管道循环流动，起到电磁搅拌的作用；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度不低于0.133kPa，保持30～45min；
(6)半连续铸造：设置感应线圈功率为20～27kw，电磁铁线圈功率为30～45kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为85～110mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.04～0.06MPa。
在上述各方案中，步骤(3)中所述感应线圈的功率为20～25kw，以保持加热温度为680～750℃。
作为本发明的进一步改进，步骤(4)中除加入组分Mg、Mn、Cr、Ti外，额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量5～10％的Mg。由于金属Mg容易在制备过程中烧损，若只按照配料组分加入金属Mg，则最后所制备的5356铝合金铸锭中的Mg含量会偏低，因此，需要增加Mg的加入量，按照本方案中的加入量，以确保所得成品中Mg含量准确。
更进一步的，使用前对步骤(6)中的结晶器进行预处理，预处理过程为：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于100～105℃下烘25～35min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨。
在上述各优选方案中，步骤(6)中所述滤室箱中使用多孔陶瓷滤板进行过滤，该多孔陶瓷滤板的厚度为18～22mm、规格为15孔/英寸、孔隙率为80～90％。
作为优选，所述的Mg、Mn、Cr、Ti分别以纯镁锭、Al–10Mn、Al–5Cr、Al–10Ti合金的形式加入。
优选地，步骤(2)、(4)、(5)完毕后分别对熔体表面进行扒渣处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的制备方法中，利用电磁作用进行加热和对合金熔体进行保温，便于控制温度，在加热的同时，由于感应线圈中供应的交流电会形成变磁性电流，该变磁性电流可在与坩埚相通的环形管道中形成感应电流，从而使熔体绕该环形管道循环流动，起到搅拌的作用，有效改善了铝合金铸锭成分及组织的均匀性；
在上述感应线圈产生的搅拌作用下，同时辅以真空净化处理，有效提高了氢原子在熔体内部的扩散速率，有利于高速除气，提高了除气效果，从而降低了5356铝合金铸锭中的氢含量，经检测，本发明所制备的5356铝合金铸锭中的氢含量低于0.15mL/100gAl；同时，在上述感应线圈产生的搅拌作用下，真空净化处理可有效排除熔体中的空气含量，使所得产物中氧化物夹杂含量降低，将铝合金铸锭制成焊丝，在拉拔成形过程中，断丝率降低了12％，焊缝中的气孔也明显减少；
本发明采用真空净化处理代替传统的加氯盐等熔体净化方法，避免了有毒气体对人体的危害及环境污染；
本发明的制备方法中，合金熔体的灌注流量可以通过调节感应器和电磁铁的功率来控制，比人为控制更加精确、安全。
附图说明
图1为本发明实施例中真空电磁导向装置的部分结构示意图；
图2为本发明实施例中真空电磁导向装置的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，本发明中使用的真空电磁导向装置包括坩埚1、中心导管2、滤室箱3、热嵌套4、结晶器5、感应器6、感应线圈7、电磁铁8及电磁铁线圈9。坩埚1顶部具有用于加料的上端口，该上端口上脱卸式盖设有一加热盖11，该加热盖11底部具有均匀布置的第一电阻丝111，用于对坩埚1中的物质加热。坩埚1的侧部具有与该坩埚1侧面违合成口字型的环形管道12，该环形管道12与坩埚1内腔相连通从而形成循环通道。感应线圈7绕设在感应器6外周构成一个整体，该整体插设在环形管道12与坩埚1侧面违合成的口字型空腔中。
中心导管2竖直布置在环形管道12上，中心导管2的下端与环形管道12相连通。滤室箱3设置在中心导管2的一侧并与该中心导管2相连通。滤室箱3内在进口处设置有多孔陶瓷滤板31，该多孔陶瓷滤板31的厚度为20mm、规格为15孔/英寸、孔隙率为85％。热嵌套4分别与滤室箱3及结晶器5相连通，热嵌套4内设置有第二电阻丝41，以便于为滤室箱3及结晶器5中的熔体加热，使之维持稳定的温度。结晶器5的器壁内布置有用于通冷却水的管道。
以下各实施例均采用上述真空电磁导向装置，以铸造直径为Φ250mm×1200mm的5356铝合金锭坯为例，具体说明本发明的制备方法。
实施例1：
本实施例的5356铝合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，配料包括Mg 4.5％、Mn 0.1％、Cr 0.08％、Ti 0.10％，以及余量的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；对熔体表面进行扒渣处理；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，功率为25kw，以保持加热温度为680～750℃；坩埚中的熔体被加热同时沿与坩埚相通的环形管道循环流动；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，并额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量10％的Mg；控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；对熔体表面进行扒渣处理；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置真空室进行抽真空，至真空室的真空度为0.134kPa后，保持45min；对熔体表面进行扒渣处理；
(6)半连续铸造：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于105℃下烘25min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨；
设置感应线圈功率为27kw，电磁铁线圈功率为45kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为110mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.05MPa。
实施例2：
本实施例的5356铝合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，配料包括Mg 4.7％、Mn 0.05％、Cr 0.05、Ti 0.15％，以及余量的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；对熔体表面进行扒渣处理；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，功率为20kw，以保持加热温度为680～750℃；坩埚中的熔体被加热同时沿与坩埚相通的环形管道循环流动；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，并额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量5％的Mg；控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；对熔体表面进行扒渣处理；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度为0.133kPa后，保持30min；对熔体表面进行扒渣处理；
(6)半连续铸造：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于100℃下烘35min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨；
设置感应线圈功率为20kw，电磁铁线圈功率为30kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为85mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.04MPa。
实施例3：
本实施例的5356铝合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，配料包括Mg 5.5％、Mn0.12％、Cr 0.20％、Ti0.17％，以及余量的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；对熔体表面进行扒渣处理；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，功率为22kw，以保持加热温度为680～750℃；坩埚中的熔体被加热同时沿与坩埚相通的环形管道循环流动；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，并额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量6％的Mg；控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；对熔体表面进行扒渣处理；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度为0.135kPa后，保持40min；对熔体表面进行扒渣处理；
(6)半连续铸造：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于102℃下烘30min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨；
设置感应线圈功率为22kw，电磁铁线圈功率为33kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为90mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.05MPa。
实施例4：
本实施例的5356铝合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，配料包括Mg 4.8％、Mn0.20％、Cr 0.15％、Ti0.20％，以及余量的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；对熔体表面进行扒渣处理；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，功率为24kw，以保持加热温度为680～750℃；坩埚中的熔体被加热同时沿与坩埚相通的环形管道循环流动；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，并额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量8％的Mg；控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；对熔体表面进行扒渣处理；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度为0.133kPa后，保持35min；对熔体表面进行扒渣处理；
(6)半连续铸造：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于102℃下烘32min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨；
设置感应线圈功率为26kw，电磁铁线圈功率为42kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为100mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.06MPa。
实施例5：
本实施例的5356铝合金铸锭的制备方法包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，配料包括Mg 5.3％、Mn 0.18％、Cr 0.10％、Ti 0.06，以及余量的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；对熔体表面进行扒渣处理；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，功率为21kw，以保持加热温度为680～750℃；坩埚中的熔体被加热同时沿与坩埚相通的环形管道循环流动；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，并额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量7％的Mg；控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；对熔体表面进行扒渣处理；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度为0.133kPa后，保持32min；对熔体表面进行扒渣处理；
(6)半连续铸造：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于105℃下烘35min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨；
设置感应线圈功率为23kw，电磁铁线圈功率为38kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为95mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.05MPa。

Claims (7)

1.一种5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配料：按重量百分比计，所述配料包括Mg 4.5～5.5％、Mn0.05～0.20％、Cr0.05～0.20％、Ti 0.06～0.20％，以及不低于50％的Al；
(2)预装料及辐射加热：先向真空电磁导向装置的坩埚中加入纯铝锭，然后向坩埚加热盖的电阻丝供电，对坩埚中的纯铝锭进行加热至坩埚内的纯铝锭熔化为熔体；
(3)感应加热及电磁搅拌：向感应线圈供交流电，坩埚中的熔体被加热并沿与坩埚相通的环形管道循环流动，起到电磁搅拌的作用；
(4)加料及充分熔炼：向坩埚中加入组分Mg、Mn、Cr、Ti，控制坩埚内熔体温度为680℃～750℃至合金完全熔化，停止对坩埚加热；
(5)真空净化处理：对真空电磁导向装置的真空室进行抽真空，至真空室的真空度不低于0.133kPa，保持30～45min；
(6)半连续铸造：设置感应线圈功率为20～27kw，电磁铁线圈功率为30～45kw，铝合金熔体沿中心导管依次流经滤室箱、热嵌套输送至结晶器中铸造，铸造温度控制在690～730℃，拉锭速度为85～110mm/min，结晶器器壁中冷却水的压力为0.04～0.06MPa。
2.根据权利要求1所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述感应线圈的功率为20～25kw。
3.根据权利要求1所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(4)中除加入组分Mg、Mn、Cr、Ti外，额外添加占步骤(1)中组分Mg总重量5～10％的Mg。
4.根据权利要求1所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：使用前对步骤(6)中的结晶器进行预处理，预处理过程为：先在结晶器的内表面涂一层石墨，然后将结晶器至于干燥箱内于100～105℃下烘25～35min，最后在烘干后的结晶器表面再涂一层石墨。
5.根据权利要求1所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(6)中所述滤室箱中使用多孔陶瓷滤板进行过滤，该多孔陶瓷滤板的厚度为18～22mm、规格为15孔/英寸、孔隙率为80～90％。
6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述的Mg、Mn、Cr、Ti分别以纯镁锭、Al–10Mn、Al–5Cr、Al–10Ti合金的形式加入。
7.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的5356铝合金铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(2)、(4)、(5)完毕后分别对熔体表面进行扒渣处理。
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