CN106555087B - 一种7系铝合金熔炼铸造方法 - Google Patents

一种7系铝合金熔炼铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种7系铝合金熔炼铸造方法，首先按照质量比配料：Si:≤0.12％；Fe:≤0.15％；Cu:2.0‑2.2％；Mg:2.3‑2.5％；Zn:6.4‑6.9％；Ti:≤0.03％，Zr:≤0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；然后经熔炼、精炼扒渣、静置保温、在线除气细化、在线细化后采用半连续铸造工艺进行铸造，控制铸造温度为690℃～710℃，铸造速度为50～75mm/min，单支水流量为2.8～3.4m3/h，得到7系铝合金铸锭。通过本方法生产的铝合金铸棒缺陷少，材料性能和成品率得到提升，减少能耗，降低生产成本，具有良好的经济效益。

Description

一种7系铝合金熔炼铸造方法
技术领域
本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种7系铝合金熔炼铸造方法。
背景技术
7系(亦即7000系或7XXX系)铝合金是铝-锌-镁-铜系可热处理强化的高强度变形铝合金，以其密度低、比强度高、耐腐蚀性能好等优点被广泛应用于航空、海洋、石油化工等国民经济的各个领域。
但是7系铝合金在铸造过程中，工艺选用不当，会使铸棒产生诸多不必要的缺陷。浇注温度过低，会使金属液提前凝固，浇注温度过高，增加铸锭晶粒度粗化趋势，影响材料力学性能；浇注速度过慢会导致金属液卷起导致铸棒出现冷隔，因此发明一种适宜的铸造方法来减少铸锭的缺陷对于7系铝合金冶炼领域是非常有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种7系铝合金熔炼铸造方法。所述铸造方法能降低铸锭缺陷，提高材料性能和成品率，减少能耗，降低生产成本。
为实现上述发明目的，具体提供了如下的技术方案：
一种7系铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：
1)配料：按照如下质量百分比配料：Si:≤0.12％；Fe:≤0.15％；Cu:2.0-2.2％；Mg:2.3-2.5％；Zn:6.4-6.9％；Ti:≤0.03％，Zr:≤0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；
2)熔炼：投入原材料后，控制熔炼温度为740℃～760℃；
3)电磁搅拌：熔炼过程中原材料开始熔化后开启电磁搅拌，保证熔炉内原材料快速熔化且温度及成分均匀；
4)精炼：向熔体中加入无钠精炼剂进行精炼，精炼温度730～750℃，精炼时间为5～8min，精炼后静置10min，精炼过程中通过电磁搅拌使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒气孔、夹杂的质量问题；
5)扒渣：精炼静置后，使用扒渣车扒去熔体表面浮渣；
6)成分调整：调整合金成分至设定范围；
7)静置保温：待成分合格后，将铝液静置保温，静置保温温度745℃～755℃，时间10-15min；
8)在线除气：向熔体中通入高纯氩气并搅拌熔体，利用氩气除去熔体中的杂质气体；
9)过滤：使用≥50ppi泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为720℃～730℃；
10)铸造：采用半连续铸造法进行铸造，控制铸造温度为690℃～710℃，铸造速度为50～75mm/min，单支水流量为2.8～3.4m3/h，得到7系铝合金铸锭。
进一步，步骤1)为高纯铝锭、铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金、铝钛硼细化剂投入炉中待炉料熔化后投入纯镁锭。
进一步优选的，铸造前对陶瓷过滤板和流槽进行烘烤，烘干过滤板和流槽中的水分，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度下降，保证铝液温度在铸造温度范围之内。
进一步优选的，铸造前采用铺底技术，在引锭头上铺纯铝屑。因为纯铝屑塑性好、线收缩系数大、敏感性低，能有效进行变形以减少底部的拉应力，避免因应力集中而产生的起始裂纹。
进一步优选的，铸造开始时先放少量铝液进入结晶器，当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造。当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造，采用该技术得到的铸棒表面质量良好，无裂纹产生。
进一步优选的，铸造整个过程中开启电磁搅拌，使合金成分更加均匀。
进一步优选的，铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸棒表面引起开裂，铸造用水关闭后，关闭铸造机。
进一步优选的，所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。
进一步优选的，所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种7系铝合金熔炼铸造方法，通过本方法生产的铝合金铸棒缺陷少，材料性能和成品率得到提升，减少能耗，降低生产成本，具有良好的经济效益。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图：
图1表示7系铝合金熔炼铸造流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
一种7系铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：
1)配料：按照如下质量百分比配料：Si:0.07％；Fe:0.15％；Cu:2.0％；Mg:2.3％；Zn:6.4％；Ti:0.03％，Zr:0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；
2)熔炼：投入原材料后，控制熔炼温度为740℃；
3)电磁搅拌：熔炼过程中原材料开始熔化后开启电磁搅拌，保证熔炉内原材料快速熔化且温度及成分均匀；
4)精炼：向熔体中加入无钠精炼剂进行精炼，精炼温度730℃，精炼时间为8min，精炼后静置10min，精炼过程中通过电磁搅拌使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒气孔、夹杂的质量问题；
5)扒渣：精炼静置后，使用扒渣车扒去熔体表面浮渣；
6)成分调整：调整合金成分至设定范围；
7)静置保温：待成分合格后，将铝液静置保温，静置保温温度为745℃，时间为10min；
8)在线除气：向熔体中通入高纯氩气并搅拌熔体，利用氩气除去熔体中的杂质气体；
9)过滤：使用≥50ppi泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为720℃；
10)铸造：采用半连续铸造法进行铸造，控制铸造温度为690℃，铸造速度为50mm/min，单支水流量为2.8m3/h，得到7系铝合金铸锭。
本实施例中，步骤1)为高纯铝锭、铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金、铝钛硼细化剂投入炉中待炉料熔化后投入纯镁锭。
铸造前对陶瓷过滤板和流槽进行烘烤，烘干过滤板和流槽中的水分，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度下降，保证铝液温度在铸造温度范围之内。
铸造前采用铺底技术，在引锭头上铺纯铝屑。因为纯铝屑塑性好、线收缩系数大、敏感性低，能有效进行变形以减少底部的拉应力，避免因应力集中而产生的起始裂纹。
铸造开始时先放少量铝液进入结晶器，当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造。当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造，采用该技术得到的铸棒表面质量良好，无裂纹产生。
铸造整个过程中开启电磁搅拌，使合金成分更加均匀。
铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸棒表面引起开裂，铸造用水关闭后，关闭铸造机。
所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。
所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。
实施例2
一种7系铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：
1)配料：按照如下质量百分比配料：Si:0.05％；Fe:0.10％；Cu:2.2％；Mg:2.4％；Zn:6.7％；Ti:0.01％，Zr:0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；
2)熔炼：投入原材料后，控制熔炼温度为760℃；
3)电磁搅拌：熔炼过程中原材料开始熔化后开启电磁搅拌，保证熔炉内原材料快速熔化且温度及成分均匀；
4)精炼：向熔体中加入无钠精炼剂进行精炼，精炼温度750℃，精炼时间为8min，精炼后静置10min，精炼过程中通过电磁搅拌使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒气孔、夹杂的质量问题；
5)扒渣：精炼静置后，使用扒渣车扒去熔体表面浮渣；
6)成分调整：调整合金成分至设定范围；
7)静置保温：待成分合格后，将铝液静置保温，静置保温温度为755℃，时间为15min；
8)在线除气：向熔体中通入高纯氩气并搅拌熔体，利用氩气除去熔体中的杂质气体；
9)过滤：使用≥50ppi泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为730℃；
10)铸造：采用半连续铸造法进行铸造，控制铸造温度为710℃，铸造速度为75mm/min，单支水流量为3.4m3/h，得到7系铝合金铸锭。
本实施例中，步骤1)为高纯铝锭、铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金、铝钛硼细化剂投入炉中待炉料熔化后投入纯镁锭。
铸造前对陶瓷过滤板和流槽进行烘烤，烘干过滤板和流槽中的水分，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度下降，保证铝液温度在铸造温度范围之内。
铸造前采用铺底技术，在引锭头上铺纯铝屑。因为纯铝屑塑性好、线收缩系数大、敏感性低，能有效进行变形以减少底部的拉应力，避免因应力集中而产生的起始裂纹。
铸造开始时先放少量铝液进入结晶器，当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造。当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造，采用该技术得到的铸棒表面质量良好，无裂纹产生。
铸造整个过程中开启电磁搅拌，使合金成分更加均匀。
铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸棒表面引起开裂，铸造用水关闭后，关闭铸造机。
所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。
所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。
实施例3
一种7系铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：
1)配料：按照如下质量百分比配料：Si:0.03％；Fe:0.03％；Cu:2.1％；Mg:2.4％；Zn:6.8％；Ti:0.03％，Zr:0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；
2)熔炼：投入原材料后，控制熔炼温度为750℃；
3)电磁搅拌：熔炼过程中原材料开始熔化后开启电磁搅拌，保证熔炉内原材料快速熔化且温度及成分均匀；
4)精炼：向熔体中加入无钠精炼剂进行精炼，精炼温度740℃，精炼时间为7min，精炼后静置10min，精炼过程中通过电磁搅拌使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒气孔、夹杂的质量问题；
5)扒渣：精炼静置后，使用扒渣车扒去熔体表面浮渣；
6)成分调整：调整合金成分至设定范围；
7)静置保温：待成分合格后，将铝液静置保温，静置保温温度为750℃，时间为13min；
8)在线除气：向熔体中通入高纯氩气并搅拌熔体，利用氩气除去熔体中的杂质气体；
9)过滤：使用≥50ppi泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为725min；
10)铸造：采用半连续铸造法进行铸造，控制铸造温度为700℃，铸造速度为60mm/min，单支水流量为3.0m3/h，得到7系铝合金铸锭。
本实施例中，步骤1)为高纯铝锭、铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金、铝钛硼细化剂投入炉中待炉料熔化后投入纯镁锭。
铸造前对陶瓷过滤板和流槽进行烘烤，烘干过滤板和流槽中的水分，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度下降，保证铝液温度在铸造温度范围之内。
铸造前采用铺底技术，在引锭头上铺纯铝屑。因为纯铝屑塑性好、线收缩系数大、敏感性低，能有效进行变形以减少底部的拉应力，避免因应力集中而产生的起始裂纹。
铸造开始时先放少量铝液进入结晶器，当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造。当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造，采用该技术得到的铸棒表面质量良好，无裂纹产生。
铸造整个过程中开启电磁搅拌，使合金成分更加均匀。
铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸棒表面引起开裂，铸造用水关闭后，关闭铸造机。
所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。
所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。
经检测，上述实施例成才率达到100％，粗晶层厚度远低于传统铸造方法的厚度，且铸棒内部没有疏松、气孔、夹渣等缺陷；所得棒材的化学成分偏析很低，沿着直径方向，边部到心部，Zn最大偏差只有0.0032％。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)配料：按照如下质量百分比配料：Si:≤0.12％；Fe:≤0.15％；Cu:2.0-2.2％；Mg:2.3-2.5％；Zn:6.4-6.9％；Ti:≤0.03％，Zr:≤0.1％；杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％；其余为铝；
2)熔炼：投入原材料后，控制熔炼温度为740℃～760℃；
3)电磁搅拌：熔炼过程中原材料开始熔化后开启电磁搅拌，保证熔炉内原材料快速熔化且温度及成分均匀；
4)精炼：向熔体中加入无钠精炼剂进行精炼，精炼温度730～750℃，精炼时间为5～8min，精炼后静置10min，精炼过程中通过电磁搅拌使熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒气孔、夹杂的质量问题；
5)扒渣：精炼静置后，使用扒渣车扒去熔体表面浮渣；
6)成分调整：调整合金成分至设定范围；
7)静置保温：待成分合格后，将铝液静置保温，静置保温温度745℃～755℃，时间10-15min；
8)在线除气：向熔体中通入高纯氩气并搅拌熔体，利用氩气除去熔体中的杂质气体；
9)过滤：使用≥50ppi泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为720℃～730℃，其中陶瓷过滤板和流槽先进行烘烤，烘干过滤板和流槽中的水分，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度下降，保证铝液温度在铸造温度范围之内；
10)铸造：采用半连续铸造法进行铸造，铸造前采用铺底技术，在引锭头上铺纯铝屑，铸造开始时先放少量铝液进入结晶器，当碎铝屑与铝液呈现半凝固状态时开始铸造，并且控制铸造温度为690℃～710℃，铸造速度为50～75mm/min，单支水流量为2.8～3.4m3/h，得到7系铝合金铸锭。
2.根据权利要求1所述一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤1)为高纯铝锭、铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金、铝钛硼细化剂投入炉中待炉料熔化后投入纯镁锭。
3.根据权利要求1所述一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，铸造整个过程中开启电磁搅拌，使合金成分更加均匀。
4.根据权利要求1所述一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，铸造快结束时关闭水阀门，避免水飞溅到铸棒表面引起开裂，铸造用水关闭后，关闭铸造机。
5.根据权利要求1所述一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，所述半连续铸造法采用立式半连续铸造机。
6.根据权利要求5所示一种7系铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，所述立式半连续铸造机包括直径为815～820mm的结晶器。
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