CN105200287A - 一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，涉及一种铝合金圆铸锭的制造方法。本发明为了解决现有的超高强铝合金圆铸锭制造方法存在铸造拉裂倾向大、熔体质量难以控制，铸锭合格率低的问题。发明内容：步骤一：按质量百分比称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭作为原料；步骤二：将步骤一称取的原料采用电阻反射炉制备铝合金熔液；步骤三：将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中精炼；步骤四：采用热顶半连续铸造法制备超高强铝合金圆铸锭。本发明方法可以有效控制熔体质量、制备的铸锭表面质量好，无拉裂产生；因此获得的铸锭表面质量好，无拉裂产生，并且铸锭合格率可以达到92％以上。本发明用于超高强铝合金圆铸锭的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种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强度，通过后续加工处理能够有优良的韧性，是航空、航天用铝合金发展的重点，并且国内超高强铝合金的需求高。然而现有的方法制备超高强铝合金过程中存在铸造拉裂倾向大、熔体质量难以控制，铸锭合格率低等多个问题。
发明内容
本发明为了解决现有的超高强铝合金圆铸锭制造方法存在铸造拉裂倾向大、熔体质量难以控制，铸锭合格率低的问题。
本发明所述的超高强铝合金圆铸锭的制造方法按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭；其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质；所述的高纯铝锭为Si小于0.03％，Fe小于0.03％的高纯Al锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉熔炼至纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭熔化，得到熔体，在熔体温度为720℃～740℃时向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，在Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金溶液，从铝合金溶液中取样测试，根据取样测试结果调整铝合金溶液中Zn元素质量百分比至8.5％～9.6％、Mg元素质量百分比至1.8％～2.6％、Cu元素质量百分比至2.0％～2.6％和Zr质量百分比元素至0.1％～0.15％；所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:(1～3)；所述的取样测试为在Al-Be中间合金熔化后，在熔体中心位置舀取待测试样；所述的铝合金溶液熔体所用材料为Zn锭、Mg锭、纯Cu和Al-Zr中间合金；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在725℃～735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼5～10min，然后在725℃～735℃的温度下，通入氩气精炼10～15min，然后静置25～35min，得到铸造熔体；
所述的氩氯混合气体中按体积比包含氩气90％～94％和氯气6％～10％，并且氩氯混合气体中H2、O2、N2或H2O的体积浓度不大于2ppm，CH4体积浓度不大于1ppm；
四、采用热顶半连续铸造法，将步骤三得到的铸造熔体在温度为725℃～735℃、铸造速度为120mm/min～200mm/min、冷却水强度为0.06MPa～0.15MPa、冷却水温度为10℃～30℃和炉外在线除气的条件下制成超高强铝合金圆铸锭。
本发明所述方法具备以下有益效果：
1、本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两种炉子的不同作用，电阻反射炉可以利用炉膛结构的两侧炉门实现熔体对流搅拌，铝熔体通过在电阻反射炉导入静置炉加再次加强溶质元素的均匀性，从而向铸造提供最佳的化学成分使铝合金熔体成分更加均匀稳定，熔体质量得到有效控制；
2、本发明通过使用热顶半连续铸造法，铸造速度快，由于石墨环作用，使得铸锭在石墨表面开始结晶，石墨环的表面光使得铸锭获得较高的表面质量，因此获得的铸锭表面质量好，无拉裂产生；
3、本发明方法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、内部质量合格的超高强铝合金圆铸锭，铸锭合格率可以达到92％以上，并且制备获得的铸锭在温度为450℃、应变速率为10s-1条件下进行50％变形量的压缩试验，试验后的压缩铸锭无开裂现象发生；
4、本发明方法通过加入Be元素，因Be元素的金属活泼性，首先与熔炼气氛中的氧形成一层致密的BeO，进而阻止了熔体与炉气的接触避免熔体污染，营造了一种类似真空熔炼的气氛，进而可以减少Mg元素的烧损；
5、本发明方法通过先使用氩氯混合气体精炼，再使用氩气精炼，由于混合气体中的氯可以与熔体中碱金属反应形成氯盐，从而降低熔体中碱金属含量，氩气与氢的润湿以及在气体分压作用下，使得熔体中的氢随氩气排除熔体；
6、本发明方法通过使用了炉外在线除气、过滤的方法，该方法是一种先进的熔体保证措施，通过在线除气箱转子将氩气通入即将正铸造的熔体，再通过一定泡沫陶瓷片目数的过滤装置将熔体中的渣和杂分离出来，可以有效的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；
7、本发明方法在铸造开始时不使用纯铝铺底，而是通过铸造开头小水冷、慢铸速的工艺，降低铸造开头工人操作难度。
附图说明
图1是实施例1中制备的试样在压缩试验前后的对比图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：本实施方式超高强铝合金圆铸锭的制造方法，按以下步骤实现：
一、按质量百分比为Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭；其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉熔炼至纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭熔化，得到熔体，在熔体温度为720℃～740℃时向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，在Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金溶液，从铝合金溶液中取样测试，根据取样测试结果调整铝合金溶液中Zn元素质量百分比至8.5％～9.6％、Mg元素质量百分比至1.8％～2.6％、Cu元素质量百分比至2.0％～2.6％和Zr质量百分比元素至0.1％～0.15％；所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:(1～3)；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在725℃～735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼5～10min，然后在725℃～735℃的温度下，通入氩气精炼10～15min，然后静置25～35min，得到铸造熔体；
四、采用热顶半连续铸造法，将步骤三得到的铸造熔体在温度为725℃～735℃、铸造速度为120mm/min～200mm/min、冷却水强度为0.06MPa～0.15MPa、冷却水温度为10℃～30℃和炉外在线除气的条件下制成超高强铝合金圆铸锭。
本实施方式包含以下有益效果：
1、本实施方式选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两种炉子的不同作用，电阻反射炉可以利用炉膛结构的两侧炉门实现熔体对流搅拌，铝熔体通过在电阻反射炉导入静置炉加再次加强溶质元素的均匀性，从而向铸造提供最佳的化学成分使铝合金熔体成分更加均匀稳定，熔体质量得到有效控制；
2、本实施方式通过使用热顶半连续铸造法，铸造速度快，由于石墨环作用，使得铸锭在石墨表面开始结晶，石墨环的表面光使得铸锭获得较高的表面质量，因此获得的铸锭表面质量好，无拉裂产生；
3、本实施方式方法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、内部质量合格的超高强铝合金圆铸锭，铸锭合格率可以达到92％以上，并且制备获得的铸锭在温度为450℃、应变速率为10s-1条件下进行50％变形量的压缩试验，试验后的压缩铸锭无开裂现象发生；
4、本实施方式方法通过加入Be元素，因Be元素的金属活泼性，首先与熔炼气氛中的氧形成一层致密的BeO，进而阻止了熔体与炉气的接触避免熔体污染，营造了一种类似真空熔炼的气氛，进而可以减少Mg元素的烧损；
5、本实施方式方法通过先使用氩氯混合气体精炼，再使用氩气精炼，由于混合气体中的氯可以与熔体中碱金属反应形成氯盐，从而降低熔体中碱金属含量，氩气与氢的润湿以及在气体分压作用下，使得熔体中的氢随氩气排除熔体；
6、本实施方式方法通过使用了炉外在线除气、过滤的方法，该方法是一种先进的熔体保证措施，通过在线除气箱转子将氩气通入即将正铸造的熔体，再通过一定泡沫陶瓷片目数的过滤装置将熔体中的渣和杂分离出来，可以有效的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；
7、本实施方式方法在铸造开始时不使用纯铝铺底，而是通过铸造开头小水冷、慢铸速的工艺，降低铸造开头工人操作难度。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的高纯铝锭为Si小于0.03％，Fe小于0.03％的高纯Al锭。其它步骤和参数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：步骤二中所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:2。其它步骤和参数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：步骤二中所述的取样测试为在Al-Be中间合金熔化后，在铝合金溶液中心位置舀取待测试样。其它步骤和参数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：步骤二中所述的调整铝合金溶液所用材料为Zn锭、Mg锭、纯Cu和Al-Zr中间合金。其它步骤和参数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：步骤三中所述的氩氯混合气体中按体积比包含氩气90％～94％和氯气6％～10％，并且氩氯混合气体中H2、O2、N2或H2O的体积浓度不大于2ppm，CH4体积浓度不大于1ppm。其它步骤和参数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：步骤一中按质量百分比为Zn：9.0％、Mg：2.0％、Cu：2.3％、Zr：0.12％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭，其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质。其它步骤和参数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：步骤二中所述的在温度为740℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。其它步骤和参数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：步骤三中所述的在735℃的温度下，通入氩气精炼12min。其它步骤和参数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：步骤三中所述的将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼8min，然后在735℃的温度下，通入氩气精炼12min，然后静置30min。其它步骤和参数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：本实施例超高强铝合金圆铸锭的制造方法按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Zn：9.0％、Mg：2.0％、Cu：2.0％、Zr：0.12％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭；其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质；所述的高纯铝锭为Si小于0.03％，Fe小于0.03％的高纯Al锭；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉熔炼至纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭熔化，得到熔体，在熔体温度为720℃～740℃时向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，在Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金溶液，从铝合金溶液中取样测试，根据取样测试结果调整铝合金溶液中Zn元素质量百分比至9.0％、Mg元素质量百分比至2.0％、Cu元素质量百分比至2.3％和Zr质量百分比元素至0.12％，得到铝合金熔液；所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:2；所述的取样测试为在Al-Be中间合金熔化后，在熔体中心位置舀取待测试样；所述的铝合金溶液熔体所用材料为Zn锭、Mg锭、纯Cu和Al-Zr中间合金；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼8min，然后在735℃的温度下，通入氩气精炼12min，然后静置30min，得到铸造熔体；所述的氩氯混合气体中按体积比包含氩气94％和氯气6％，并且氩氯混合气体中H2、O2、N2或H2O的体积浓度不大于2ppm，CH4体积浓度不大于1ppm；
四、采用热顶半连续铸造法，将步骤三得到的铸造熔体在温度为735℃、铸造速度为160mm/min、冷却水强度为0.10MPa、冷却水温度为22℃和炉外在线除气的条件下制成超高强铝合金圆铸锭。
将本实施例制备的铸锭在温度为450℃、应变速率为10s-1条件下进行50％变形量的压缩试验，试样在压缩试验前后对比如图1所示，由图1可知，试验前试样表面光滑无拉裂，试验后的压缩铸锭完好，表面无开裂现象发生。
Claims (10)
1.一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、按质量百分比为Zn：8.5％～9.6％、Mg：1.8％～2.6％、Cu：2.0％～2.6％、Zr：0.1％～1.5％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭；其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质；
二、依次将步骤一称取的高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭装入电阻反射炉熔炼至纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭熔化，得到熔体，在熔体温度为720℃～740℃时向熔体中加入Al-Be中间合金，并不断搅拌，在Al-Be中间合金熔化后，得到铝合金溶液，从铝合金溶液中取样测试，根据取样测试结果调整铝合金溶液中Zn元素质量百分比至8.5％～9.6％、Mg元素质量百分比至1.8％～2.6％、Cu元素质量百分比至2.0％～2.6％和Zr质量百分比元素至0.1％～0.15％；所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:(1～3)；
三、将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在725℃～735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼5～10min，然后在725℃～735℃的温度下，通入氩气精炼10～15min，然后静置25～35min，得到铸造熔体；
四、采用热顶半连续铸造法，将步骤三得到的铸造熔体在温度为725℃～735℃、铸造速度为120mm/min～200mm/min、冷却水强度为0.06MPa～0.15MPa、冷却水温度为10℃～30℃和炉外在线除气的条件下制成超高强铝合金圆铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述的高纯铝锭为Si小于0.03％，Fe小于0.03％的高纯Al锭。
3.根据权利要求1所述的一种超高强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Zn：9.0％、Mg：2.0％、Cu：2.3％、Zr：0.12％、Fe：小于1.2％、Si：小于1.0％、Mn小于0.02％、Ti小于0.05％和余量为Al，称取高纯铝锭、Al-Zr中间合金、纯Cu、Zn锭和Mg锭，其中元素Fe、Si、Mn和Ti为杂质。
4.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中所述的加入的Al-Be中间合金与熔体的质量比为9×103:2。
5.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中所述的取样测试为在Al-Be中间合金熔化后，在铝合金溶液中心位置舀取待测试样。
6.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中所述的调整铝合金溶液所用材料为Zn锭、Mg锭、纯Cu和Al-Zr中间合金。
7.根据权利要求1所述的一种超高强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℃的条件下向熔体中加入Al-Be中间合金。
8.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中所述的氩氯混合气体中按体积比包含氩气90％～94％和氯气6％～10％，并且氩氯混合气体中H2、O2、N2或H2O的体积浓度不大于2ppm，CH4体积浓度不大于1ppm。
9.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中在735℃的温度下，通入氩气精炼12min。
10.根据权利要求1所述的一种超高强铝合金圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中将步骤二得到的铝合金熔液导入静置炉中，在735℃的温度下，通入氩氯混合气体精炼8min，然后在735℃的温度下，通入氩气精炼12min，然后静置30min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151230 |