CN105648245A - 一种轮毂原材料功能性高效复合母合金及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂原材料功能性高效复合母合金及其制备方法，其优点是：通过多元素符合工艺，可在原有工艺基础上节约10％～20％的生产用时，在提高生产效率的基础上降低能源消耗和金属损耗；通过预合金化工艺的实施，通过改善金相组织结构、尺寸和弥散分布从而实现了合金性能的提升，降低生产和投资成本，缩短生产周期，工艺简洁化，降低了对产业工人的素质要求，缩短物流流程，降低生产成本。适用于直接利用电解铝液快速生产轮毂原材料。

Description

一种轮毂原材料功能性高效复合母合金及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种轮毂原材料功能性高效复合母合金及其制备和使用方法。

背景技术

现有的轮毂材料(A356.2)生产一般是采用重熔电解铝锭或者是直接从电解铝厂抽取的电解铝液在熔化保温炉内，控制熔汤的温度不超过750℃，然后按照轮毂材料所需要的Si元素含量加入金属硅。金属硅加入后继续的升温熔化，并在熔化的过程中搅拌促进金属硅的溶解，待加入的金属硅全部溶解完毕后，控制炉内熔汤的温度不超730℃，再按照按照轮毂材料所需要的Ti、Mg、Sr元素的标准含量，配比加入AlTi10、金属锰、AlSr10，取样检测成分，根据检测结果进行成分调整或喷粉精炼，扒静表面的浮渣，调整温度控制在660～690℃浇铸成型。该生产工艺存在以下不足：

1、金属硅的熔点为1414℃，金属硅添加后，由于熔化温度低，金属硅在铝熔汤中不是熔化而只是单纯的溶解，Si元素并不能与合金中的其他元素充分的合金化。

2、高熔点金属元素添加困难，因为铝合金的所有合金化元素熔点基本都远远高于纯铝的熔点，由于实际生产过程中工艺控制的波动是不可能完全避免的，所以造成高熔点金属元素的实际利用率起伏波动也很大，材料的价值损失在所难免。

3、合金化工艺的不稳定性，造成产品的性能指标不稳定，直接影响机械加工件的稳定性和服役周期。

4、各种需要添加金属元素分别加入，造成添加工艺操作频繁，同时由于各种原材料在使用过程中会出现实收率波动，添加量控制不精确，造成成分调整次数的增加，生产周期较长。

5、生产周期长，铝熔汤长时间处于高温状态，会造成熔汤吸气过多，氧化夹渣增加，影响铝合金的品质。

6、生产周期长，反复的调整，势必会增加燃料的消耗，浪费燃气及电能，造成生产成本增加，环境污染加剧，不利于节能减排。

发明内容

本发明的目的是克服现有生产工艺的技术缺点，提供一种轮毂原材料功能性高效复合母合金及其制备和使用方法。该种功能性高效复合母合金是利用电解铝液或电解重熔铝锭复合铝硅、铝镁、铝钛、铝锶中间合金，达到节能环保，高效生产，提升产品质量，从而大大的降低投资成本，缩短生产周期，简化生产工艺，降低物流和采购成本，提高单位生产能力，进一步的降低综合生产成本。

本发明的目的是这样实现的：一种轮毂原材料功能性高效复合母合金，由主料和辅料制成，主料为电解铝液、电解重熔铝锭、金属硅、海绵钛、重熔金属镁锭；辅料为清渣剂、精炼剂、氮气，按照重量百分比合金组成为：金属硅中Si元素含量为98～99.5％，Fe元素含量为0.3～0.4％；电解铝液及电解重熔铝锭中Si元素含量为0.01～0.05％，Fe元素含量为0.03～0.13％；海绵钛中Ti元素含量为98.5～99.5％，Fe元素含量为0.03～0.15％；重熔金属镁锭中Mg元素含量为98.5～99.6％，Fe元素含量为0.05～0.12％；金属锶中Sr元素含量为98.5～99.5％。

根据轮毂原材料所含各主要元素的成分，按照倍数比例设计成分，计算各种主料的投入重量(按照10000Kg炉料容积计算)：电解铝液或电解重熔铝锭4650～8500Kg，金属硅1400～4900Kg，海绵钛15～100Kg，重熔金属镁锭70～300Kg，金属锶5～20Kg，清渣剂10～15Kg，精炼剂10～15Kg，氮气适量。

一种轮毂原材料功能性高效复合母合金制备方法：采用了直接使用电解铝液或重熔电解重熔铝锭的方法进行生产，从电解铝厂转运来的电解铝液或直接熔化的电解重熔铝锭温度850～870℃，使用氮气和清渣剂喷吹至熔汤内部，清渣3～5min，扒静熔汤表面的浮渣，加入金属硅，使用底置式电磁搅拌器进行不间断的搅拌，同时点火升温至1150～1250℃，加入海绵钛，电磁搅拌器再持续的搅拌15min后，加入重熔金属镁锭和金属锶，使用底置式电磁搅拌器水平和垂直各搅拌10min，测量合金熔汤的温度控制在940～1050℃，使用氮气和精炼剂喷吹至合金熔汤内部，取样检测化学成分，根据检测分析结果进行添加元素的调整或者直接浇铸成型。

一种轮毂原材料功能性高效复合母合金使用方法：其特征使用方法(以50吨合金炉计算)为：在合金炉内加入一种轮毂原材料功能性高效复合母合金10吨，再向合金炉内倒入电解铝厂产出的840～870℃电解铝液40吨，使用机械式搅拌装置，对合金炉内的熔汤进行搅拌5～10min，测量合金炉内熔汤温度，控制在690～720℃，取样检测轮毂原材料的成分，不合格根据产品标准要求进行成分能微调，合格后，使用氮气和50～60Kg的精炼剂对炉内的轮毂原材料熔汤进行喷吹精炼，再次使用机械搅拌装置进行搅拌，并扒净熔汤表面的浮渣，调整温度至660～690℃进行浇铸。

以上所述的电解铝液时从电解铝厂电解槽中直接抽出的850℃以上的电解铝水。

以上所述的精炼剂和氮气具有良好的除气和除渣效果。

以上所述的精炼和除渣时间为5～10min

本发明的优点具体表现在：

1、通过预合金化工艺的实施，改善轮毂材料中α相的尺寸和分布，以及高温充分使Si元素与添加的各种金属元素合金化，使金属凝固过程中结晶核增多，凝固后组织更加细腻，从而实现合金性能的提升；

2、通过多元素复合工艺，可在原有工艺基础上节约10％～20％的生产用时，在提高生产效率的基础上降低能源消耗和金属损耗；

3、工艺简洁化，降低了对操作工人的素质要求；

4、可提升化学成分的集中度，减小波动及偏差范围；

5、实现再生资源的循环利用，符合国家相关产业政策；

6、降低重熔铝锭熔化工序所需要的能耗，物耗；

7、缩短物流管理流程，减少原材料分区占地，方便原材料管理及领用；

8、降低生产成本，提高单位生产能力，在价格上颇具优势；

9、投资少，见效快，投资回收期短。

附图说明

图1为采用本发明所述的轮毂原材料功能性高效复合母合金制备的轮毂原材料显微组织，图2为使用现有生产工艺及原材料生产出的轮毂原材料组织。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的做进一步的说明：

制备实例1：

1、原材料配比

1)分析各种原材料的成分，金属硅中Si元素含量为99.1％、Fe元素含量为0.34％，电解铝液中Si元素含量为0.035％，Fe元素含量为0.071％，海绵钛中Ti元素含量为99.4％，Fe元素含量为0.055％，重熔金属镁锭中Mg元素含量为99.52％，Fe元素含量为0.052％，金属锶中Sr元素含量为99.35％。

2)根据本发明设计的功能性高效复合母合金组元要求，计算各种原材料的加入量(以按照10000Kg炉料容积计算)，考虑各种金属的烧损以及高浓度组元成分的局部偏析，各种金属添加量按照发明设计的功能性高效复合母合金成分组元的中上线计算理论添加量：电解铝液6850Kg，金属硅2880Kg，海绵钛50Kg，重熔金属镁锭150Kg，金属锶13Kg，总投料9943Kg。清渣剂12.5Kg，精炼剂12.5Kg，氮气4瓶。

2、制备方法

采用直接电解铝液方法进行生产。使用4吨铝水转运包从电解铝厂电解槽内直接抽取电解铝液，倒入合金炉内，测量熔汤温度863℃，使用氮气和清渣剂喷吹至熔汤内部，清渣3min，扒静熔汤表面的浮渣，加入金属硅，使用底置式电磁搅拌器进行不间断的搅拌，同时点火升温115min，测量炉内铝汤温度1198℃，加入海绵钛，电磁搅拌器再持续的搅拌15min后，测量炉内熔汤温度为1176℃后，加入重熔金属镁锭和金属锶，使用底置式电磁搅拌器水平和垂直各搅拌10min，测量合金熔汤的温度控制在1153℃，使用氮气和精炼剂喷吹至合金熔汤内部，精炼5min，取样检测化学成分，根据检测分析结果进行添加元素的调整或者直接浇铸成型。

主要化学元素分析结果为：

制备实例2：

1、原材料配比

1)分析各种原材料的成分，金属硅中Si元素含量为99.15％、Fe元素含量为0.385％，电解铝液中Si元素含量为0.035％，Fe元素含量为0.115％，海绵钛中Ti元素含量为99.4％，Fe元素含量为0.055％，重熔金属镁锭中Mg元素含量为99.52％，Fe元素含量为0.052％，金属锶中Sr元素含量为99.35％。

2)根据本发明设计的功能性高效复合母合金组元要求，计算各种原材料的加入量(以按照10000Kg炉料容积计算)，考虑各种金属的烧损以及高浓度组元成分的局部偏析，各种金属添加量按照发明设计的功能性高效复合母合金成分组元的中上线计算理论添加量：电解重熔铝锭6890Kg，金属硅2930Kg，海绵钛53Kg，重熔金属镁锭155Kg，金属锶13Kg，总投料10041Kg。清渣剂12.5Kg，精炼剂12.5Kg，氮气4瓶。

2、制备方法

采用直接重熔电解重熔铝锭的方法进行生产。向熔炼炉内投入6890Kg的电解重熔铝锭，点火升温熔化200min，测量熔汤温度855℃，使用氮气和清渣剂喷吹至电解铝液内部，清渣4min，扒静电解铝液表面的浮渣，加入金属硅，使用底置式电磁搅拌器进行不间断的搅拌，同时点火升温125min，测量炉内铝汤温度1156℃，加入海绵钛，电磁搅拌器再持续的搅拌15min后，测量炉内熔汤温度为1142℃后，加入重熔金属镁锭和金属锶，使用底置式电磁搅拌器水平和垂直各搅拌10min，测量合金熔汤的温度控制在1131℃，使用氮气和精炼剂喷吹至合金熔汤内部，精炼5min，取样检测化学成分，根据检测分析结果进行添加元素的调整或者主要化学元素分析结果为：

使用实例

1、原材料配比

1)分析各种原材料的成分，轮毂原材料功能性高效复合母合金，Si元素含量为28.47％，Fe元素为0.238％，Mg元素含量为1.49％，Ti元素含量为0.51％，Sr元素含量为0.102％，电解铝液Si元素含量为0.03％，Fe元素含量为0.08％.

2)根据轮毂原材料(A356.2)组元成分要求，计算各种原材料的加入量(以按照50吨炉料容积计算)，考虑各种金属的烧损，各种金属元素的含量控制在《美国铝业协会AA标准要求》中A356.2铝合金成分的中线要求，计算轮毂原材料功能性高效复合母合金以及电解铝液理论使用重量：轮毂原材料功能性高效复合母合金12490Kg，电解铝液37450Kg，总投料49940Kg，无钠精炼剂60Kg，氮气适量。

2、使用方法

采用直接电解铝液生产法。在合金炉内加入一种轮毂原材料功能性高效复合母合金10吨，再向合金炉内倒入电解铝厂产出的电解铝液，倒入前测量电解铝液转运包内的电解铝液温度为867℃。当电解铝液倒入合金炉内后，使用机械式搅拌装置，对合金炉内的熔汤进行搅拌10min，使加入的轮毂原材料功能性高效复合母合金全部熔化，测量合金炉内熔汤温度为678℃，点火升温30min，测量炉内熔汤温度为712℃，再次使用机械搅拌装置对炉内熔汤进行搅拌5min，根据《美国铝业协会AA标准》中A356.2铝合金成分的要求，从炉内熔汤取样检测轮毂原材料的成分，检测合格后，使用氮气和60Kg的精炼剂对炉内的轮毂原材料熔汤进行喷吹精炼15min，喷吹精炼完毕后，再次使用机械搅拌装置进行搅拌，并扒净熔汤表面的浮渣，测量炉内熔汤温度为685℃，静置20min，检查铸锭线，浇铸成型。

主要化学元素分析结果为：

从上述分析检测结果来看，各成分含量均达到《美国铝业AA协会标准》中A356.2铝合金成分要求。

Claims (5)

1.一种轮毂原材料功能性高效复合母合金，其主要成分范围为：Si元素含量14～49％，Mg元素含量为0.7～3.0％，Ti元素含量为：0.15～1.0％，Sr元素含量为：0.05～0.2％。

2.根据权利要求1所述的一种轮毂原材料功能性高效复合母合金，由主料和辅料制成，主料为电解铝液、电解重熔铝锭、金属硅、海绵钛、重熔金属镁锭、金属锶；辅料为清渣剂、精炼剂、氮气。按照重量百分比合金组分为：金属硅中Si元素含量为98～99.5％，Fe元素含量为0.3～0.4％：电解铝液及电解重熔铝锭中Si元素含量为0.01～0.05％，Fe元素含量为0.03～0.13％：海绵钛中Ti元素含量为98.5～99.5％，Fe元素含量为0.03～0.15％；重熔金属镁锭中Mg元素含量为98.5～99.6％，Fe元素含量为0.05～0.12％：金属锶中Sr元素含量为98.5～99.5％。

3.根据权利要求1所述的一种轮毂原材料功能性高效复合母合金，其特征是：各种主料的投入重量(按照10000Kg炉料容积计算)：电解铝液或电解重熔铝锭4650～8500Kg，金属硅1400～4900Kg，海绵钛15～100Kg，重熔金属镁锭70～300Kg，金属锶5～20Kg，清渣剂10～15Kg，精炼剂10～15Kg，氮气适量。

4.根据权利要求1所述的一种轮毂原材料功能性高效复合母合金的制备方法，其特征是：采用了直接使用电解铝液或重熔电解重熔铝锭的方法进行生产，从电解铝厂转运来的电解铝液或直接熔化的电解重熔铝锭温度850～870℃，使用氮气和清渣剂喷吹至熔汤内部，清渣3～5min，扒静熔汤表面的浮渣，加入金属硅，使用底置式电磁搅拌器进行不间断的搅拌，同时点火升温至1150～1250℃，加入海绵钛，电磁搅拌器再持续的搅拌15min后，加入重熔金属镁锭和金属锶，使用底置式电磁搅拌器水平和垂直各搅拌10min，测量合金熔汤的温度控制在940～1050℃，使用氮气和精炼剂喷吹至合金熔汤内部，取样检测化学成分，根据检测分析结果进行添加元素的调整或者直接浇铸成型。

5.根据权利要求1所述的一种轮毂原材料功能性高效复合母合金，其特征使用方法(以50吨合金炉计算)为：在合金炉内加入一种轮毂原材料功能性高效复合母合金12.5吨，再向合金炉内倒入电解铝厂产出的840～870℃电解铝液37.5吨，使用机械式搅拌装置，对合金炉内的熔汤进行搅拌5～10min，测量合金炉内熔汤温度，控制在690～720℃，取样检测轮毂原材料的成分，不合格根据产品标准要求进行成分能微调，合格后，使用氮气和50～75Kg的无钠精炼剂对炉内的轮毂原材料熔汤进行喷吹精炼，再次使用机械搅拌装置进行搅拌，并扒净熔汤表面的浮渣，调整温度至660～690℃进行浇铸。