CN106191491A - 一种防止zl208铝合金及其铸件产生偏析的方法 - Google Patents

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Abstract

一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，按照ZL208铝合金中元素的质量含量将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入坩埚中；待合金熔化后搅拌均匀，得合金液；将合金液升温后加入剩余铝钛中间合金以及剩余铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌均匀；加入剩余纯铝，在730～740℃下加入铜锑中间合金，熔化后搅拌均匀；精炼。本发明消除了ZL208合金及其铸件生产过程中出现的Ti、Zr化学成分偏析而导致合金及其铸件报废问题，减少了废品损失。本方法简单、成本低、减少环境污染。

Description

一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体是一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法。
背景技术
ZL208合金是一种可经热处理强化、具有优良综合性能的铝-铜-镍系热强铸造铝合金。该合金具有优良的高温力学性能，并兼有较高的室温强度。合金长期使用的工作温度为250℃～300℃，瞬时工作温度可达350℃。适用于铸造飞机发动机各种结构复杂，且对高温性能有一定要求的承受动、静载荷的铸件，如减速机匣、内齿轮箱座、轴承座、油泵壳体等。
ZL208合金由Al、Cu、Ni、Mn、Co、Ti、Sb和Zr等多种元素组成，合金成分复杂，含有多种难熔元素，使用普通电阻炉或中频感应炉熔炼，极易产生偏析，造成合金或铸件化学成分不合格，降低合金的使用性能，致使合金和铸件报废严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种防止ZL208合金及其铸件偏析的合金熔炼方法，提高合金及其铸件质量，降低废品损失。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，包括以下步骤：
第一步：按照ZL208铝合金中元素的质量含量：Cu为5％，Ni为1.5％，Mn为0.25％，Co为0.2％，Sb为0.3％，Ti为0.2％，Zr为0.2％，余量为Al，进行配料，准备好纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝锆中间合金以及铜锑中间合金；
将纯铝分为两份，一份为纯铝总质量的3/4，另一份为纯铝总质量的1/4；将铝钛中间合金分为两份，一份为铝钛中间合金总质量的1/3，另一份为铝钛中间合金总质量的2/3；将铝锆中间合金分为两份，一份为铝锆中间合金总质量的1/3，另一份为铝锆中间合金总质量的2/3；
将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入到预热的坩埚中；
第二步：待合金熔化后搅拌均匀，得合金液；
第三步：将合金液升温至770～780℃，然后加入剩余铝钛中间合金总质量2/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量2/3的铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌均匀；
第四步：加入纯铝总质量1/4的纯铝，将温度调整至730～740℃，再加入铜锑中间合金，熔化后搅拌均匀；
第五步：精炼，得到ZL208铝合金。
本发明进一步的改进在于，纯铝牌号为Al99.6以上，铝铜中间合金牌号为AlCu50、铝镍中间合金牌号为AlNi10、铝钛中间合金牌号为AlTi5、铝锰中间合金牌号为AlMn10、铝钴中间合金牌号为AlCo5、铝锆中间合金牌号为AlZr4、铜锑中间合金牌号为CuSb30。
本发明进一步的改进在于，坩埚为石墨坩埚，预热至坩埚为暗红色。
本发明进一步的改进在于，所述第二步、第三步以及第四步中的搅拌时间均为3～5分钟。
本发明进一步的改进在于，精炼是在730～740℃、通入氮气的条件下进行。
本发明进一步的改进在于，精炼的时间为8～10分钟。
本发明进一步的改进在于，精炼后静置，然后除渣。
本发明进一步的改进在于，静置的时间为5～8分钟。
本发明进一步的改进在于，还包括第六步：在700～720℃下，搅拌，打去浮渣后进行浇注，得到ZL208铝合金铸件。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
为获得成分均匀、冶金质量高的合金，炉料加入顺序应遵循的基本原则是加速熔化过程，并尽可能减少损耗，本发明是在铸件合金熔炼过程中，通过控制纯铝及中间合金加入的顺序、加入量、加入温度，以及控制熔炼温度和时间、采用精炼，防止合金及其铸件产生偏析，获得成分均匀，质量稳定的合金的一种方法。
由于锆的熔点高，在铝液中的扩散系数小，钛易形成TiAl3，其密度大于铝液，易逐渐下沉并聚集长大，因此，本发明在熔制ZL208合金时先加入熔点低的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金以及铝钛中间合金总质量和铝锆中间合金总质量1/3的铝钛中间合金和铝锆中间合金炉料，以便在坩埚底部很快形成熔池，减少氧化。然后升温后加入铝锆中间合金总质量和铝钛中间合金总质量2/3的熔点较高且易偏析的铝锆中间合金和铝钛中间合金，最后加入易氧化的铜锑中间合金。同时，熔炼过程中多次搅拌并控制时间，以防止Ti、Zr偏析；
通过该合金熔炼工艺方法的实施，消除了ZL208合金及其铸件生产过程中出现的Ti、Zr化学成分偏析而导致合金及其铸件报废问题，减少了废品损失。采取的防止合金及其铸件偏析的方法简单、成本低、减少环境污染。
进一步的，采用氮气精炼，操作简单，环境污染少，这样制得的合金化学成分均匀，冶金质量高。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明的防止ZL208合金及其铸件偏析的熔炼方法的具体过程是：
第一步：将已刷涂料并干燥的石墨坩埚预热至暗红色；刷涂料的目的是，预防合金粘附在坩埚上；
第二步：根据坩埚容量，准备纯铝及各种中间合金，并按表1进行配料。
表1
合金元素 Cu Ni Mn Co Sb Ti Zr Al
质量含量，％ 5 1.5 0.25 0.2 0.3 0.2 0.2 余量
其中，纯铝牌号为Al99.6以上，铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝锆中间合金、铜锑中间合金牌号分别为AlCu50、AlNi10、AlTi5、AlMn10、AlCo5、AlZr4、CuSb30。
第三步：将准备好的纯铝及各种中间合金按下列次序装料熔化：将纯铝质量分为两份，一份为纯铝总质量的3/4，另一份为纯铝总质量的1/4，将铝钛中间合金按质量分为两份，一份为铝钛中间合金总质量的1/3，另一份为铝钛中间合金总质量的2/3，将铝锆中间合金按质量分为两份，一份为铝锆中间合金总质量的1/3，另一份为铝锆中间合金总质量的2/3；
将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入到第一步的石墨坩埚中；
第四步：待合金熔化后搅拌3分钟，混合均匀，得合金液；
第五步：将合金液升温至770℃，然后加入剩余铝钛中间合金总质量2/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量2/3的铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌3分钟；
第六步：加入纯铝总质量1/4的纯铝，将温度调整至730℃，再加入铜锑中间合金，熔化后搅拌5分钟；
第七步：将温度保持在730℃，通入氮气精炼8分钟；
第八步：静置5分钟后除渣，得到ZL208铝合金；
第九步：在700℃下，搅拌，打去浮渣，进行浇注，得到ZL208铝合金铸件。
实施例2
本发明的防止ZL208合金及其铸件偏析的熔炼方法的具体过程是：
第一步：将已刷涂料并干燥的石墨坩埚预热至暗红色；刷涂料的目的是，预防合金粘附在坩埚上；
第二步：根据坩埚容量，准备纯铝及各种中间合金，并按表2进行配料。
表2
合金元素 Cu Ni Mn Co Sb Ti Zr Al
质量含量，％ 5 1.5 0.25 0.2 0.3 0.2 0.2 余量
其中，纯铝牌号为Al99.6以上，铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝锆中间合金、铜锑中间合金牌号分别为AlCu50、AlNi10、AlTi5、AlMn10、AlCo5、AlZr4、CuSb30。
第三步：将准备好的纯铝及各种中间合金按下列次序装料熔化：将纯铝质量分为两份，一份为纯铝总质量的3/4，另一份为纯铝总质量的1/4，将铝钛中间合金按质量分为两份，一份为铝钛中间合金总质量的1/3，另一份为铝钛中间合金总质量的2/3，将铝锆中间合金按质量分为两份，一份为铝锆中间合金总质量的1/3，另一份为铝锆中间合金总质量的2/3；
将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入到第一步的石墨坩埚中；
第四步：待合金熔化后搅拌5分钟，混合均匀，得合金液；
第五步：将合金液升温至775℃，然后加入剩余铝钛中间合金总质量2/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量2/3的铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌4分钟；
第六步：加入纯铝总质量1/4的纯铝，将温度调整至735℃，再加入铜锑中间合金，熔化后搅拌4分钟；
第七步：将温度保持在735℃，通入氮气精炼10分钟；
第八步：静置8分钟后除渣，得到ZL208铝合金；
第九步：在720℃下，搅拌，打去浮渣，进行浇注，得到ZL208铝合金铸件。
实施例3
本发明的防止ZL208合金及其铸件偏析的熔炼方法的具体过程是：
第一步：将已刷涂料并干燥的石墨坩埚预热至暗红色；刷涂料的目的是，预防合金粘附在坩埚上；
第二步：根据坩埚容量，准备纯铝及各种中间合金，并按表3进行配料。
表3
合金元素 Cu Ni Mn Co Sb Ti Zr Al
质量含量，％ 5 1.5 0.25 0.2 0.3 0.2 0.2 余量
其中，纯铝牌号为Al99.6以上，铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝锆中间合金、铜锑中间合金牌号分别为AlCu50、AlNi10、AlTi5、AlMn10、AlCo5、AlZr4、CuSb30。
第三步：将准备好的纯铝及各种中间合金按下列次序装料熔化：将纯铝质量分为两份，一份为纯铝总质量的3/4，另一份为纯铝总质量的1/4，将铝钛中间合金按质量分为两份，一份为铝钛中间合金总质量的1/3，另一份为铝钛中间合金总质量的2/3，将铝锆中间合金按质量分为两份，一份为铝锆中间合金总质量的1/3，另一份为铝锆中间合金总质量的2/3；
将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入到第一步的石墨坩埚中；
第四步：待合金熔化后搅拌4分钟，混合均匀，得合金液；
第五步：将合金液升温至780℃，然后加入剩余铝钛中间合金总质量2/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量2/3的铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌5分钟；
第六步：加入纯铝总质量1/4的纯铝，将温度调整至740℃，再加入铜锑中间合金，熔化后搅拌3分钟；
第七步：将温度保持在740℃，通入氮气精炼9分钟；
第八步：静置7分钟后除渣，得到ZL208铝合金；
第九步：在710℃下，搅拌，打去浮渣，进行浇注，得到ZL208铝合金铸件。
工厂采用上述方法可生产出ZL208合金铸件达30多种，铸件化学成分经过分析，符合标准要求，无Ti、Zr化学成分偏析问题。表4为实施例1-3实际生产出的铸件的化学成分标准要求值和实测数据。
表4
本发明是在铸件合金熔炼过程中，通过控制纯铝及中间合金加入的顺序、加入量、加入温度，控制搅拌温度及时间、精炼温度及时间，防止合金及其铸件产生偏析，获得成分均匀，质量稳定的合金及其铸件的一种方法。通过该合金熔炼工艺方法的实施，消除了ZL208合金及其铸件生产过程中出现的Ti、Zr化学成分偏析而导致合金及其铸件报废问题，减少了废品损失。采取的防止合金及其铸件偏析的方法成本低、方法简单。

Claims (9)

1.一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：按照ZL208铝合金中元素的质量含量：Cu为5％，Ni为1.5％，Mn为0.25％，Co为0.2％，Sb为0.3％，Ti为0.2％，Zr为0.2％，余量为Al，进行配料，准备好纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝钛中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝锆中间合金以及铜锑中间合金；
将纯铝分为两份，一份为纯铝总质量的3/4，另一份为纯铝总质量的1/4；将铝钛中间合金分为两份，一份为铝钛中间合金总质量的1/3，另一份为铝钛中间合金总质量的2/3；将铝锆中间合金分为两份，一份为铝锆中间合金总质量的1/3，另一份为铝锆中间合金总质量的2/3；
将纯铝总质量3/4的纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金总质量1/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量1/3的铝锆中间合金加入到预热的坩埚中；
第二步：待合金熔化后搅拌均匀，得合金液；
第三步：将合金液升温至770～780℃，然后加入剩余铝钛中间合金总质量2/3的铝钛中间合金以及铝锆中间合金总质量2/3的铝锆中间合金，待全部熔化后搅拌均匀；
第四步：加入纯铝总质量1/4的纯铝，将温度调整至730～740℃，再加入铜锑中间合金，熔化后搅拌均匀；
第五步：精炼，得到ZL208铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，纯铝牌号为Al99.6以上，铝铜中间合金牌号为AlCu50、铝镍中间合金牌号为AlNi10、铝钛中间合金牌号为AlTi5、铝锰中间合金牌号为AlMn10、铝钴中间合金牌号为AlCo5、铝锆中间合金牌号为AlZr4、铜锑中间合金牌号为CuSb30。
3.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，坩埚为石墨坩埚，预热至坩埚为暗红色。
4.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，所述第二步、第三步以及第四步中的搅拌时间均为3～5分钟。
5.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，精炼是在730～740℃、通入氮气的条件下进行。
6.根据权利要求1或5所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，精炼的时间为8～10分钟。
7.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，精炼后静置，然后除渣。
8.根据权利要求7所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，静置的时间为5～8分钟。
9.根据权利要求1所述的一种防止ZL208铝合金及其铸件产生偏析的方法，其特征在于，还包括第六步：在700～720℃下，搅拌，打去浮渣后进行浇注，得到ZL208铝合金铸件。
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