CN107641744B - 一种铝合金精炼方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料领域，涉及一种铝合金精炼方法，铝合金型材原料中各元素按照质量百分比计，Si：8.0％～10.5％、Mn：0.2％～0.5％、Mg：0.17％～0.35％、Fe≤0.9％、Cu≤0.1％、Zn≤0.25％、Ti+Zr≤0.15％、Sn≤0.01％、Pb≤0.01％，余量为Al，组织精炼剂将钛化铝(Al3Ti)、钠和制备的铝合金型材母相粉末按照质量份数比为1∶4∶3的比例均匀混合烧结而成，该铝合金精炼方法用组织精炼剂代替现有普通精炼剂，将熔炼后的铝液熔炼精炼，进而制备出优质的铝合金铸锭，铝合金铸锭中铝合金晶粒可以降低到20～80μm，其他共晶晶粒可以降低到9μm左右，通过该铝合金铸锭制备的铝合金型材在挤压过程中，不会产生由于温度高或者挤压速度快导致晶粒长大，影响铝合金型材力学性能的问题。

Description

一种铝合金精炼方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种铝合金精炼方法。
背景技术
铝及铝合金在熔炼铸造过程中，熔体内溶解的氢原子在铸造凝固时析出后容易形成气泡，导致铝及铝合金铸锭或铸件产生缺陷。同时在熔炼过程中熔体与空气反应形成氧化物，卷入熔体导致其纯净度降低，若在后序生产中未将其除去，则在铸锭或铸件中形成氧化物夹杂，影响制品性能。因此在铝及铝合金生产中必须通过精炼处理，降低氢含量和除去夹杂物。铝及铝合金在铸造凝固过程中，如果没有外加晶粒细化剂。则熔体中没有异质形核，那么在凝固过程中将导致晶粒粗大，影响铸锭或铸件性能。
在铝合金铸锭的制备过程中，为了减小铝合金铸锭内强化相的尺寸，现有技术，在铝液精炼过程中通常向溶液内加入铝钛硼丝来减小铝合金铸锭内强化相的尺寸，但是在后期挤压过程中，如果挤压参数控制的不当，很容易造成晶粒的长大，进而降低挤压后铝合金型材的力学性能。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决上述问题，提供一种铝合金精炼方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铝合金精炼方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金型材原料中各元素按照质量百分比计，Si：8.0％～10.5％、Mn：0.2％～0.5％、Mg：0.17％～0.35％、Fe≤0.9％、Cu≤0.1％、Zn≤0.25％、Ti+Zr≤0.15％、Sn≤0.01％、Pb≤0.01％，余量为Al，称取上述质量份的各种原料组分备好；
B、制备组织精炼剂：
a、将钛化铝(Al3Ti)、钠和步骤A制备的铝合金型材母相粉末按照质量份数比为1∶4∶3的比例均匀混合后研磨成粉末备用；
b、将步骤a研磨后的混合物粉末在烧结炉中烧结，烧结压强为9～50MPa，烧结温度为450～550℃，烧结时间为1～20min，制得组织精炼剂；
C、熔炼：将步骤A称好的各种原料组分全部投入熔炼炉中熔炼；
D、加精炼剂除气：将步骤B制得的组织精炼剂按照0.015～0.017kg/t Al的比例送入铝液中，通过电磁搅拌器将组织精炼剂和铝液搅拌均匀，并进行除气；
E、过滤：将除气后的铝液通过SiC制得的蜂窝陶瓷过滤器过滤铝液中的杂质；
F、铸造：将去除杂质的铝液通过半连续铸造的方法铸造成铝合金铸锭。
进一步，步骤A中Ti和Zr的质量比为3∶2。
进一步，步骤B中烧结炉为放电等离子烧结炉。
进一步，步骤C中熔炼过程为熔炼、搅拌、扒渣、取样化验、静置保温、精炼、搅拌、扒渣、在线细化、除气、过滤、铸造。
进一步，步骤D中除气方式为采用浓度为99％的氮气或者氩气对搅拌均匀的铝液从炉底进行吹气，吹气时间为25～35min，吹气过程中铝液的温度保持在700～735℃。
进一步，步骤D中除气采用的氮气和氩气通过石墨转子从炉底注入铝液中，石墨转子的直径为200～400mm，石墨转子的转速为300～450r/min。
本发明的有益效果在于：
1、通过本发明铝合金精炼方法制备的铝合金铸锭，用组织精炼剂代替现有普通精炼剂，将熔炼后的铝液熔炼精炼，进而制备出优质的铝合金铸锭，铝合金铸锭中铝合金的晶粒尺寸可以大大的降低，铝合金晶粒可以降低到20～80μm，其他共晶晶粒可以降低到9μm左右，通过该铝合金铸锭制备的铝合金型材在挤压过程中，不会产生由于温度高或者挤压速度快导致晶粒长大，影响铝合金型材力学性能的问题。
2、通过本发明铝合金精炼方法制备的铝合金铸锭，采用钛化铝(Al3Ti)、钠和铝合金型材母相粉末的混合物作为组织精炼剂，利用本体材料作为精炼剂的主要成分，对铝液精炼除气的过程中，相容性较好，且能够减少精炼剂的使用，降低生产成本，也提高了生产效率。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
一种铝合金精炼方法，包括如下步骤：
A、配料：铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mn Mg Fe Cu Zn Ti Zr Sn Pb Al
含量 8.0 0.20 0.17 0.9 0.1 0.25 0.09 0.06 0.01 0.01 余量
按照质量百分比称取上述质量份的各种原料组分备好；
B、制备组织精炼剂：
a、将钛化铝(Al3Ti)、钠和步骤A制备的铝合金型材母相粉末按照质量份数比为1∶4∶3的比例均匀混合后研磨成粉末备用；
b、将步骤a研磨后的混合物粉末在放电等离子烧结炉中烧结，烧结压强为10MPa，烧结温度为550℃，烧结时间为20min，制得组织精炼剂；
C、熔炼：将步骤A称好的各种原料组分全部投入熔炼炉中熔炼，熔炼过程为熔炼、搅拌、扒渣、取样化验、静置保温、精炼、搅拌、扒渣、在线细化、除气、过滤、铸造；
D、加精炼剂除气：将步骤B制得的组织精炼剂按照0.015kg/t Al的比例送入铝液中，通过电磁搅拌器将组织精炼剂和铝液搅拌均匀，并进行除气，除气方式为采用浓度为99％的氮气对搅拌均匀的铝液通过石墨转子从炉底进行吹气，石墨转子的直径为200mm，石墨转子的转速为300r/min，吹气时间为25min，吹气过程中铝液的温度保持在735℃；
E、过滤：将除气后的铝液通过SiC制得的蜂窝陶瓷过滤器过滤铝液中的杂质；
F、铸造：将去除杂质的铝液通过半连续铸造的方法铸造成铝合金铸锭。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于步骤A中铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mn Mg Fe Cu Zn Ti Zr Sn Pb Al
含量 10.5 0.50 0.35 0.9 0.1 0.25 0.09 0.06 0.01 0.01 余量
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于步骤A中铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mn Mg Fe Cu Zn Ti Zr Sn Pb Al
含量 9.0 0.35 0.25 0.7 0.1 0.25 0.09 0.06 0.01 0.01 余量
实施例4
实施例4与实施例2的区别在于步骤B中混合物粉末在放电等离子烧结炉中烧结，烧结压强为50MPa，烧结温度为450℃，烧结时间为5min。
实施例5
实施例5与实施例2的区别在于步骤D中组织精炼剂按照0.017kg/t Al的比例送入铝液中，通过电磁搅拌器将组织精炼剂和铝液搅拌均匀，并进行除气，除气方式为采用浓度为99％的氩气对搅拌均匀的铝液通过石墨转子从炉底进行吹气，石墨转子的直径为400mm，石墨转子的转速为450r/min，吹气时间为35min，吹气过程中铝液的温度保持在700℃。
实施例6
实施例6与实施例2的区别在于步骤D中组织精炼剂按照0.016kg/t Al的比例送入铝液中。
对比例
A、配料：铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：
元素 Si Mn Mg Fe Cu Zn Ti Zr Sn Pb Al
含量 8.0 0.20 0.17 0.9 0.1 0.25 0.09 0.06 0.01 0.01 余量
按照质量百分比称取上述质量份的各种原料组分备好；
B、熔炼：将步骤A称好的各种原料组分全部投入熔炼炉中熔炼，熔炼过程为熔融、搅拌、扒渣；
C、加精炼剂除气：将铝合金常用的铝钛硼细化剂，按照0.03kg/t Al的比例送入铝液中，通过电磁搅拌器将组织精炼剂和铝液搅拌均匀，并进行除气；
D、过滤：将除气后的铝液通过过滤器过滤铝液中的杂质；
E、铸造：将去除杂质的铝液通过半连续铸造的方法铸造成铝合金铸锭。
对比例与实施例1～6得到的铝合金晶粒和铝合金共晶晶粒的测试结果见表一：
表一
由表一可以看到，通过本发明铝合金精炼方法制备的铝合金铸锭，用组织精炼剂代替现有普通精炼剂，可以大大的降低铝合金的晶粒尺寸，铝合金晶粒可以降低到20～80μm，其他共晶晶粒可以降低到9μm左右。
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)

1.一种铝合金精炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、配料：铝合金型材原料中各元素按照质量百分比计，Si：8.0％～10.5％、Mn：0.2％～0.5％、Mg：0.17％～0.35％、Fe≤0.9％、Cu≤0.1％、Zn≤0.25％、Ti+Zr≤0.15％、Sn≤0.01％、Pb≤0.01％，余量为Al，称取上述质量份的各种原料组分备好；
B、制备组织精炼剂：
a、将钛化铝(A13Ti)、钠和从步骤A称取的部分铝合金型材母相粉末按照质量份数比为1∶4∶3的比例均匀混合后研磨成粉末备用；
b、将步骤a研磨后的混合物粉末在烧结炉中烧结，烧结压强为9～50MPa，烧结温度为450～550℃，烧结时间为1～20min，制得组织精炼剂；
C、熔炼：将步骤A剩余的各种原料组分全部投入熔炼炉中熔炼；
D、加精炼剂除气：将步骤B制得的组织精炼剂按照0.015～0.017kg/t Al的比例送入铝液中，通过电磁搅拌器将组织精炼剂和铝液搅拌均匀，并进行除气；
E、过滤：将除气后的铝液通过SiC制得的蜂窝陶瓷过滤器过滤铝液中的杂质；
F、铸造：将去除杂质的铝液通过半连续铸造的方法铸造成铝合金铸锭。
2.如权利要求1所述的铝合金精炼方法，其特征在于，步骤A中Ti和Zr的质量比为3：2。
3.如权利要求1所述的铝合金精炼方法，其特征在于，步骤B中烧结炉为放电等离子烧结炉。
4.如权利要求1所述的铝合金精炼方法，其特征在于，步骤C中熔炼过程为熔炼、搅拌、扒渣、取样化验、静置保温、精炼、搅拌、扒渣、在线细化、除气、过滤、铸造。
5.如权利要求4所述的铝合金精炼方法，其特征在于，步骤D中除气方式为采用浓度为99％的氮气或者氩气对搅拌均匀的铝液从炉底进行吹气，吹气时间为25～35min，吹气过程中铝液的温度保持在700～735℃。
6.如权利要求5所述的铝合金精炼方法，其特征在于，步骤D中除气采用的氮气或氩气通过石墨转子从炉底注入铝液中，石墨转子的直径为200～400mm，石墨转子的转速为300～450r/min。
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