CN105018808B - 一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法 - Google Patents

一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法 Download PDF

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一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，它涉及一种铝合金扁铸锭的制造方法。本发明要解决现有技术制备的铝合金扁铸锭存在铸造成品率低、不能轧制出性能优良宽厚板材的问题。方法：一、称料；二、熔炼；三、制备铸造熔体；四、成型，得到大规格热处理可强化铝合金扁锭。本发明制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭的屈服强度98N/mm2～120N/mm2，抗拉强度182N/mm2～201N/mm2，延伸率9.56％～14.7％(铸态)。本发明可获得一种大规格热处理可强化铝合金扁锭。

Description

一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金扁铸锭的制造方法。
背景技术
随着我国铁路客运、货运的全面提速，对内燃机车的马力要求越来越大，发动机动力增加的同时车体体积、重量大幅增加，而目前我国铁路路基条件难以承受大功率高速机车的重量。由于铝合金具有密度小、比强度高等优点，使其应用范围不断扩大，在许多场合可以替代钢铁材料。用铝合金代替原来货车车厢钢铁结构，外表美观，可显著减少车厢自身重量，所以使用铝合金材料替代大功率机车钢结构件，是解决高速机车超重的最佳途径。这种热处理可强化铝合金材料代替原来的钢铁材料则完全符合了高速列车轻量化、高强度、耐腐蚀性、焊接性能优良的要求。
发明内容
本发明要解决现有技术制备的铝合金扁铸锭存在铸造成品率低、不能轧制出性能优良宽厚板材的问题，而提供一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法。
一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Si：0.5％～0.7％、Cu：0.15％～0.25％、Mg：0.9％～1.1％、Cr：0.1％～0.25％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭；
二、熔炼：依次将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭加入到天然气炉中，再在温度为720℃～760℃下熔炼至纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭全部熔化，再在温度为720℃～760℃和搅拌速度为1m/s～1.5m/s的条件下搅拌熔炼5min～10min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将铝合金熔液导入到静置炉中，向铝合金熔液中加入Al-Ti丝，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下精炼10min～20min，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下静置20min～30min，得到铸造熔体；
步骤三中所述的Al-Ti丝与铝合金熔液的质量比为(1～3):1000；
四、成型：将铸造熔体用流槽导入到结晶器内，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为50m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，至铸锭的长度为100mm～150mm，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为80m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到大规格热处理可强化铝合金扁锭。
本发明的优点：
一、本发明加入了Ti元素，有效地细化晶粒，提高铸锭晶粒度；
二、本发明采用低液位铸造技术有效地保证了铸锭的表面质量；
三、本发明先进的水冷控制系统为铸造提供了稳定的水流量，在加料时采用纯铝铺底，减少冷却强度，降低铸造应力，避免铸造开头时产生裂纹；
四、本发明在铸造结束时，采用合金自回火技术，降低铸锭凝固时因收缩而产生的应力，避免铸造收尾时产生开裂；
五、本发明采用自动控温系统为铸造温度提供了可靠的保证；
六、本发明在Al的基体上添加Si和Mg元素，形成了Mg2Si强化相，提高焊接性能，加入少量的Cu，对合金起到了强化的作用；同时在合金中添加Cr元素可以改善合金的抗蚀性、力学性能；
七、本发明解决了现有技术制备的铝合金扁铸锭存在铸造成品率低、不能轧制出性能优良的宽厚板材的问题；
八、本发明制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭的屈服强度98N/mm2～120N/mm2，抗拉强度182N/mm2～201N/mm2，延伸率9.56％～14.7％(铸态)；
九、对本发明制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭在铸态对在不同位置取样对其金属内部组织及力学性能的进行观察，其内部组织及力学性能完全符合生产要求，解决了原来该合金铸锭规格小(厚255mm，宽1500mm)而不能轧制出优良的宽厚板的问题，满足了现在市场对铝合金产品的要求。
本发明可获得一种大规格热处理可强化铝合金扁锭。
附图说明
图1为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭中心处的金相照片；
图2为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭距离铸锭表层四分之一处的金相照片；
图3为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭表层的金相照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Si：0.5％～0.7％、Cu：0.15％～0.25％、Mg：0.9％～1.1％、Cr：0.1％～0.25％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭；
二、熔炼：依次将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭加入到天然气炉中，再在温度为720℃～760℃下熔炼至纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭全部熔化，再在温度为720℃～760℃和搅拌速度为1m/s～1.5m/s的条件下搅拌熔炼5min～10min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将铝合金熔液导入到静置炉中，向铝合金熔液中加入Al-Ti丝，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下精炼10min～20min，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下静置20min～30min，得到铸造熔体；
步骤三中所述的Al-Ti丝与铝合金熔液的质量比为(1～3):1000；
四、成型：将铸造熔体用流槽导入到结晶器内，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为50m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，至铸锭的长度为100mm～150mm，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为80m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到大规格热处理可强化铝合金扁锭。
本实施方式的优点：
一、本实施方式加入了Ti元素，有效地细化晶粒，提高铸锭晶粒度；
二、本实施方式采用低液位铸造技术有效地保证了铸锭的表面质量；
三、本实施方式先进的水冷控制系统为铸造提供了稳定的水流量，在加料时采用纯铝铺底，减少冷却强度，降低铸造应力，避免铸造开头时产生裂纹；
四、本实施方式在铸造结束时，采用合金自回火技术，降低铸锭凝固时因收缩而产生的应力，避免铸造收尾时产生开裂；
五、本实施方式采用自动控温系统为铸造温度提供了可靠的保证；
六、本实施方式在Al的基体上添加Si和Mg元素，形成了Mg2Si强化相，提高焊接性能，加入少量的Cu，对合金起到了强化的作用；同时在合金中添加Cr元素可以改善合金的抗蚀性、力学性能；
七、本实施方式解决了现有技术制备的铝合金扁铸锭存在铸造成品率低、不能轧制出性能优良的宽厚板材的问题；
八、本实施方式制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭的屈服强度98N/mm2～120N/mm2，抗拉强度182N/mm2～201N/mm2，延伸率9.56％～14.7％(铸态)；
九、对本发明制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭在铸态对在不同位置取样对其金属内部组织及力学性能的进行观察，其内部组织及力学性能完全符合生产要求，解决了原来该合金铸锭规格小(厚255mm，宽1500mm)而不能轧制出优良的宽厚板的问题，满足了现在市场对铝合金产品的要求。
本实施方式可获得一种大规格热处理可强化铝合金扁锭。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的纯铝锭中Al的质量分数为大于99.98％。其他步骤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之一不同点是：步骤一中所述的Al-Si中间合金中Al的质量分数为80％，Si的质量分数为20％。其他步骤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点是：步骤一中所述的Cr添加剂中Cr的质量分数大于70％。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
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点是：步骤一中所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量分数为40％，Al的质量分数为60％。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
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点是：步骤一中所述的纯Mg锭中Mg的质量分数大于99.95％。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
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点是：步骤三中所述的Al-Ti丝中Al的质量分数为95％，Ti的质量分数为5％。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
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点是：步骤四中所述的半连续铸造法中采用自动控温系统控制半连续铸造的温度，自动控温系统的温度控制精度为±5℃。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
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点是：步骤一中按各元素质量百分比为Si：0.6％、Cu：0.2％、Mg：1％、Cr：0.2％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
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点是：步骤四中所述的大规格热处理可强化铝合金扁锭的厚为420mm，宽为1620mm。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Si：0.6％、Cu：0.2％、Mg：1％、Cr：0.2％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭；
二、熔炼：依次将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭加入到天然气炉中，再在温度为740℃下熔炼至纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭全部熔化，再在温度为740℃和搅拌速度为1.5m/s的条件下搅拌熔炼8min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将铝合金熔液导入到静置炉中，向铝合金熔液中加入Al-Ti丝，再在温度为720℃和氩气气氛下精炼15min，再在温度为720℃和氩气气氛下静置25min，得到铸造熔体；
步骤三中所述的Al-Ti丝与铝合金熔液的质量比为3:1000；
四、成型：将铸造熔体用流槽导入到结晶器内，再在温度为720℃、铸造速度为45mm/min，结晶器内液位90mm、冷却水流量为50m3/h和冷却水温度为20℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，至铸锭的长度为150mm，再在温度为720℃、铸造速度为45mm/min，结晶器内液位90mm、冷却水流量为80m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到大规格热处理可强化铝合金扁锭；
步骤一中所述的纯铝锭中Al的质量分数为大于99.98％；
步骤一中所述的Al-Si中间合金中Al的质量分数为80％，Si的质量分数为20％；
步骤一中所述的Cr添加剂中Cr的质量分数大于70％；
步骤一中所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量分数为40％，Al的质量分数为60％；
步骤一中所述的纯Mg锭中Mg的质量分数大于99.95％；
步骤三中所述的Al-Ti丝中Al的质量分数为95％，Ti的质量分数为5％；
步骤四中所述的半连续铸造法中采用自动控温系统控制半连续铸造的温度，自动控温系统的温度控制精度为±5℃；
步骤四中所述的大规格热处理可强化铝合金扁锭的厚为420mm，宽为1620mm。
实施例一制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭的屈服强度98N/mm2～120N/mm2，抗拉强度182N/mm2～201N/mm2，延伸率9.56％～14.7％(铸态)。
图1为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭中心处的金相照片；
图2为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭距离铸锭表层四分之一处的金相照片；
图3为实施例一步骤四得到的大规格热处理可强化铝合金扁锭表层的金相照片。
从图1、图2和图3可知，实施例一从铸锭表层到表面位置取样做高倍组织分析发现，铸锭的因冷却强度及热量疏散随部位不同而存在差异，铸锭表面的晶粒细小分散均匀，随着向心部的发展，晶粒形状逐渐变大，完全符合金属凝固原理。
对本发明制备的大规格热处理可强化铝合金扁锭在铸态对在不同位置取样对其金属内部组织及力学性能的进行观察，其内部组织及力学性能完全符合生产要求，解决了原来该合金铸锭规格小(厚255mm，宽1500mm)而不能轧制出优良的宽厚板的问题，满足了现在市场对铝合金产品的要求。

Claims (10)

1.一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法是按以下步骤完成的：
一、称料：按各元素质量百分比为Si：0.5％～0.7％、Cu：0.15％～0.25％、Mg：0.9％～1.1％、Cr：0.1％～0.25％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭；
二、熔炼：依次将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭加入到天然气炉中，再在温度为720℃～760℃下熔炼至纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭全部熔化，再在温度为720℃～760℃和搅拌速度为1m/s～1.5m/s的条件下搅拌熔炼5min～10min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将铝合金熔液导入到静置炉中，向铝合金熔液中加入Al-Ti丝，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下精炼10min～20min，再在温度为710℃～730℃和氩气气氛下静置20min～30min，得到铸造熔体；
步骤三中所述的Al-Ti丝与铝合金熔液的质量比为(1～3):1000；
四、成型：将铸造熔体用流槽导入到结晶器内，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为50m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，至铸锭的长度为100mm～150mm，再在温度为710℃～730℃、铸造速度为40mm/min～50mm/min，结晶器内液位85mm～92mm、冷却水流量为80m3/h和冷却水温度为15℃～25℃的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到大规格热处理可强化铝合金扁锭。
2.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的纯铝锭中Al的质量分数为大于99.98％。
3.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的Al-Si中间合金中Al的质量分数为80％，Si的质量分数为20％。
4.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的Cr添加剂中Cr的质量分数大于70％。
5.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的Al-Cu中间合金中Cu的质量分数为40％，Al的质量分数为60％。
6.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的纯Mg锭中Mg的质量分数大于99.95％。
7.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤三中所述的Al-Ti丝中Al的质量分数为95％，Ti的质量分数为5％。
8.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述的半连续铸造法中采用自动控温系统控制半连续铸造的温度，自动控温系统的温度控制精度为±5℃。
9.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤一中按各元素质量百分比为Si：0.6％、Cu：0.2％、Mg：1％、Cr：0.2％和余量Al，分别称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金、Cr添加剂和纯Mg锭。
10.根据权利要求1所述的一种大规格热处理可强化铝合金扁锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述的大规格热处理可强化铝合金扁锭的厚为420mm，宽为1620mm。
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