CN104988369A - 一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，它涉及一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法。本发明是要解决现有小规格圆铸锭拉裂倾向性大，熔体质量控制难的问题。方法：一、熔炼，二、铸造成型。本发明的优点：一、本发明采用炉外在线除气工艺，有效提高了熔体的纯净度；二、本发明使用热顶工具生产铸造，铸造速度快，表面质量好；三、本发明加入了Al-Be中间合金，降低了元素烧损的倾向性；四、本发明铸造开始时不使用纯铝铺底，降低铸造开头工人操作难度；五、本发明静置炉精炼采用氩气与氯气的混合气体精炼方法，有效根除熔体内部氢含量及碱金属。本发明主要用于制造小规格铝合金圆铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度高等优点，在很多领域具有重要的应用价值。铝锌镁铜系铝合金具有较高的强度、韧性等优点。随着用户对产品性能要求的提高，需要铸锭坯料性能也随之提高，对熔铸厂的压力也在增加。因此，研究大规格铝合金圆铸锭的熔铸工艺，满足市场需求，迫在眉睫。
发明内容
本发明是为了现有小规格圆铸锭拉裂倾向性大，熔体质量控制难的问题，而提供一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法。
本发明一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Cu2.0％～2.5％、Mg2.3％～3.0％、Zn8.4％～9.0％、Zr0.1％～0.2％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉炉内进行熔化，待高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭完全熔化后，得到熔体，在温度为730℃～750℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，待Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金熔液，调整铝合金熔液中Cu元素为2.0％～2.5％、Mg元素为2.3％～3.0％、Zn元素为8.4％～9.0％、Zr元素为0.1％～0.2％；所述熔体与Al-Be中间合金的质量比为9×103:(1～3)；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为730℃～745℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min，然后在温度为730℃～745℃和通入氩气的条件下精炼10min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法，将铸造熔体制成高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭。
本发明的有益效果：
本发明填补了铝锌镁铜系某铝合金小规格圆铸锭熔铸工艺的空白。本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；通过先使用氩氯混合气体精炼，再使用氩气精炼的方法，减少静置炉内熔体氢含量及碱金属；通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；通过铸造开始时不使用纯铝铺底，降低铸造开头工人操作难度；通过使用热顶工具铸造，铸造速度快，表面质量好；通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭，可应用于国防、飞机制造和船舶等领域。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Cu2.0％～2.5％、Mg2.3％～3.0％、Zn8.4％～9.0％、Zr0.1％～0.2％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉炉内进行熔化，待高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭完全熔化后，得到熔体，在温度为730℃～750℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，待Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金熔液，调整铝合金熔液中Cu元素为2.0％～2.5％、Mg元素为2.3％～3.0％、Zn元素为8.4％～9.0％、Zr元素为0.1％～0.2％；所述熔体与Al-Be中间合金的质量比为9×103:(1～3)；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为730℃～745℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min，然后在温度为730℃～745℃和通入氩气的条件下精炼10min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法，将铸造熔体制成高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭。
本实施方式步骤二中调整铝合金熔液中Cu元素为2.0％～2.5％、Mg元素为2.3％～3.0％、Zn元素为8.4％～9.0％、Zr元素为0.1％～0.2％是从铝合金熔液的中间位置取样进行调整。
本实施方式填补了铝锌镁铜系某铝合金小规格圆铸锭熔铸工艺的空白。本实施方式选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；通过先使用氩氯混合气体精炼，再使用氩气精炼的方法，减少静置炉内熔体氢含量及碱金属；通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；通过铸造开始时不使用纯铝铺底，降低铸造开头工人操作难度；通过使用热顶工具铸造，铸造速度快，表面质量好；通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭，可应用于国防、飞机制造和船舶等领域。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述纯Al为低Si、低Fe的高纯Al。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中按质量百分比为Cu2.2％、Mg2.7％、Zn8.7％、Zr0.12％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中在温度为740℃～750℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中在温度为745℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤三中在温度为740℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中在温度为740℃和通入氩气的条件下精炼10min。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为740℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为180mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量110m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。其他与具体实施方式一至九之一相同。
通过以下实施例验证本发明的效果：
实施例一：一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Cu2.2％、Mg2.7％、Zn8.7％、Zr0.12％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉炉内进行熔化，待高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭完全熔化后，得到熔体，在温度为740℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，待Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金熔液，调整铝合金熔液中Cu元素为2.2％、Mg元素为2.7％、Zn元素为8.7％、Zr元素为0.12％；所述熔体与Al-Be中间合金的质量比为9×103:2；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为740℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min，然后在温度为740℃和通入氩气的条件下精炼10min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、将步骤三得到的铸造熔体在温度为740℃、铸造速度为180mm/min、冷却水流量110m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法，将铸造熔体制成高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭。
本实施例填补了铝锌镁铜系某铝合金小规格圆铸锭熔铸工艺的空白。本实施例选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；通过先使用氩氯混合气体精炼，再使用氩气精炼的方法，减少静置炉内熔体氢含量及碱金属；通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；通过铸造开始时不使用纯铝铺底，降低铸造开头工人操作难度；通过使用热顶工具铸造，铸造速度快，表面质量好；通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭，可应用于国防、飞机制造和船舶等领域。
Claims (10)
1.一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Cu2.0％～2.5％、Mg2.3％～3.0％、Zn8.4％～9.0％、Zr0.1％～0.2％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉炉内进行熔化，待高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭完全熔化后，得到熔体，在温度为730℃～750℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，待Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金熔液，调整铝合金熔液中Cu元素为2.0％～2.5％、Mg元素为2.3％～3.0％、Zn元素为8.4％～9.0％、Zr元素为0.1％～0.2％；所述熔体与Al-Be中间合金的质量比为9×103:(1～3)；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为730℃～745℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min，然后在温度为730℃～745℃和通入氩气的条件下精炼10min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法，将铸造熔体制成高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述纯Al为低Si、低Fe的高纯Al。
3.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中按质量百分比为Cu2.2％、Mg2.7％、Zn8.7％、Zr0.12％和余量为纯Al称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、Cu板、Zn锭和Mg锭。
4.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中在温度为740℃～750℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。
5.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中在温度为745℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。
6.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中在温度为740℃和通入氩氯混合气体的条件下精炼5min。
7.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中在温度为740℃和通入氩气的条件下精炼10min。
8.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为740℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。
9.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为180mm/min、冷却水流量80m3/h～120m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。
10.根据权利要求1所述的一种高强度、高韧性小规格高Zn铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的铸造熔体在温度为730℃～745℃、铸造速度为160mm/min～250mm/min、冷却水流量110m3/h和炉外在线除气的条件下采用热顶半连续铸造法。
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