CN109014086B - 一种高镁铝合金的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高镁铝合金的铸造方法，属于合金制备领域，其技术方案要点是：S1：备料，准备铝锭、镁锭及其它所需合金元素；S2：熔炼铝锭，待铝锭熔化后，加入其它所需合金元素；S3：加入精炼剂，充分搅拌后，静置，加入镁锭，直至镁锭全部熔化；S4：加入晶粒细化剂，扒渣；S5：采用旋转结晶法制备高镁铝合金铸锭，旋转结晶时，旋转速度为300~3000rpm，重力系数G为50~300，浇注温度为700~760℃；将制得的铸锭冷却至室温。本发明的优点是通过提供一种高镁铝合金的铸造方式，制备具有更高铸造性能和变形性能的铝合金。
Description
技术领域
本发明涉及合金加工领域，具体涉及一种高镁铝合金的铸造方法。
背景技术
当前时代背景下，轻质高强材料逐渐取代钢铁材料成为人们生产、生活的一种趋势，尤其是铝-镁系合金以其密度低、强度高、耐腐蚀性好等优点成为人们研究的热点。
目前常用的铝-镁系合金中镁元素的含量一般低于7wt％，虽然铝-镁系合金的密度近似钢的1/3，但强度仍和钢铁有一定差距，这就是目前铝-镁系合金不能大幅度取代钢铁的原因之一。传统方式制备的铝-镁系合金组织中多有缩松存在，其降低材料致密度，从而使材料的力学性能变差，同时镁在铝中的溶解度随温度的降低而急剧降低，在晶界上析出大量呈网状分布的脆性β(Mg2Al3)相，降低了铸态组织的力学性能，也使铸锭后续热处理工艺成本和不确定性增加。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高镁铝合金的铸造方法，其优点是：通过提供一种高镁铝合金的铸造方式，制备具有更高力学性能的铝合金。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
S1：备料，准备铝锭、镁锭及含其它所需合金元素；
S2：熔炼铝锭，待铝锭熔化后，加入其它所需合金元素；
S3：加入精炼剂，充分搅拌后，静置，加入镁锭，直至镁锭全部熔化；
S4：加入晶粒细化剂，扒渣；
S5：采用旋转结晶法制备高镁铝合金铸锭，旋转结晶时，旋转速度为300～3000rpm，重力系数G为50～300，浇注温度为700～760℃；将制得的铸锭冷却至室温。
通过上述技术方案，精炼剂的加入可以对铝熔体进行除气，经过精炼处理后，合金液中因为气体含量已大量减少，故在凝固时试样表面变得光滑，气孔数量和尺寸明显减小，从而提高了产品的表面性能。在旋转结晶的过程中向熔体施加更大的离心力，可以增加镁元素在基体中的固溶度，减少镁元素在凝固过程中的析出，同时还能够提高熔体的充型能力，减少铸造组织中的缩松，提高组织致密度。而且在旋转结晶的过程中产生振动，增加熔体中的形核进而达到细化晶粒的效果。
本发明进一步设置为：步骤S5中旋转结晶时，保持旋转与浇注均处于氮气保护氛围中。
本发明进一步设置为：步骤S1中备料的合金元素的质量百分比如下：
Mg：7～13％、Mn：0～1.0％、Cr：0～0.5％、Sc：0～0.35％、Zr：0～0.3％、Ti：0.005～0.2％、Be：0.0001～0.01％，剩余部分由铝及其不可避免的杂质元素组成。
通过上述技术方案，镁含量增加，镁添加量为7～13wt％，使镁原子以固溶强化和弥散强化的方式进一步提高铝-镁合金强度。同时加入Mn、Cr、Sc、Zr、Ti等合金元素，这些合金元素能够以不同的方式强化基体。
本发明进一步设置为：步骤S2中合金元素以中间合金的形式加入。
本发明进一步设置为：步骤S3中加入精炼剂进行处理并静置10～30min，加入精炼剂时熔体温度为720～760℃。
本发明进一步设置为：步骤S4中加入0.1～0.5％的晶粒细化剂，且调整熔体温度为710～760℃。
本发明进一步设置为：步骤S5中取出的铸锭系有特定壁厚的空心圆环或圆管。
本发明进一步设置为：步骤S5中取出铸锭的冷却方式为空冷。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、将铝-镁系合金中镁元素的添加量提高至7～13wt％，并优选加入Mn、Cr、Sc、Zr、Ti等合金元素及采取晶粒细化措施，通过固溶强化、弥散强化、细晶强化等方式进一步提高材料强度，填补了高镁铝合金的空白；
2、设计的旋转结晶工艺弥补了现有铸造工艺的不足，旋转结晶过程中给熔体施加的离心力和振动提高了镁在基体中的固溶度，减少了镁原子在凝固过程中的析出，增加了凝固过程中的形核，减少了凝固组织中的缩松，以多种方式提高了铝-镁系合金的力学性能。
具体实施方式
实施例1：
一种高镁铝合金的铸造方法，包括以下步骤：
S1：备料，按高镁铝合金中合金元素质量百分比为Mg：7％、Mn：0.8％、Sc：0.15％、Ti：0.1％、Be：0.005％，其余的为Al和不可避免的杂质元素，不可避免的杂质元素为Fe≤0.1％和Si≤0.05％，分别称取工业纯铝、工业纯镁、Al-10Mn中间合金、Al-2Sc中间合金、Al-10Ti中间合金、Al-5Be中间合金以及Al-5Ti-1B晶粒细化剂；
S2：熔炼，将步骤S1中称取的工业纯铝锭烘干后加入中频感应炉进行熔炼，熔体温度为760℃，待铝锭熔化后扒渣并加入Al-10Mn中间合金、Al-2Sc中间合金和Al-10Ti中间合金，待中间合金熔化完全，静置10min；
S3：调整浇注温度为750℃，加入0.1wt％KCl-MgCl2型精炼剂并搅拌使精炼剂与熔体充分接触，以进一步提高精炼效果，随后静置20min；
扒渣并向熔体中加入洗净并烘干后的工业纯镁锭，用表面有氧化锆涂层的钢棒将镁锭压入熔体，防止镁锭上浮与空气接触造成烧损，调整熔体温度为750℃，直至镁锭完全熔化，静置10min后扒渣；
S4：调整熔体温度为730℃，向熔体中加入0.1wt％的Al-5Ti-1B晶粒细化剂，扒渣；
S5：打开氮气瓶使旋转铸造机及整个浇铸系统处于氮气保护氛围中，调整旋转铸造机的重力系数G为183，设定旋转铸造机旋转速度为700rpm，浇注温度为720℃，旋转结晶过程中，保持旋转铸造机内的浇道与旋转铸造机的主轴平行，倾转熔炼炉实现旋转充型。2min后停止旋转铸造机的旋转，取出空心圆环或圆管状铸锭置于空气中并冷却至室温。
本实施例中的精炼剂与晶粒细化剂不限于上述种类，也可以用其它类型产品，起到去除夹杂和细化晶粒的效果即可。
实施例2：
一种高镁铝合金的铸造方法，本实施例按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，
步骤S2中铝锭的熔体温度调整为750℃；
步骤S3中加入精炼剂时的熔体温度调整至740℃，与熔体充分接触后静置20min；
加入镁锭后调整熔体温度为740℃；
步骤S4中加入0.1wt％的Al-5Ti-1B晶粒细化剂且熔体温度为720℃；
步骤S5中旋转铸造机的旋转转速为300rpm，重力系数G为50。
实施例3：
一种高镁铝合金的铸造方法，本实施例按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，
步骤S2中铝锭的熔体温度调整为740℃；
步骤S3中加入精炼剂时的熔体温度调整至740℃，与熔体充分接触后静置30min；
加入镁锭后调整熔体温度为730℃；
步骤S4中加入0.3wt％的Al-5Ti-1B晶粒细化剂且熔体温度为725℃；
步骤S5中旋转铸造机的旋转转速为重力系数G为175，旋转速度为1350rpm，浇注温度为720℃。
实施例4：
一种高镁铝合金的铸造方法，本实施例按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，
步骤S2中铝锭的熔体温度调整为780℃；
步骤S3中加入精炼剂时的熔体温度调整至750℃，与熔体充分接触后静置20min，然后以中间合金的形式加入0.01wt％的Be；
加入镁锭后调整熔体温度为740℃；
步骤S4中加入0.5wt％的Al-5Ti-1B晶粒细化剂且熔体温度为735℃；
步骤S5中旋转铸造机的旋转转速为3000rpm，重力系数G为300，浇注温度为735℃。
实施例5：
一种高镁铝合金的铸造方法，本实施例按照实施例1中的方法进行，不同之处在于，
步骤S1中备料的时候，按高镁铝合金中合金元素质量百分比为Mg：13％、Mn：0.3％、Zr：0.2％、Ti：0.1％、Be：0.005％，其余的为Al和不可避免的杂质元素，分别称取工业纯铝、工业纯镁、Al-10Mn中间合金、Al-5Zr中间合金、Al-10Ti中间合金、Al-5Be中间合金以及Al-5Ti-1B晶粒细化剂；
步骤S2中待铝锭熔化后扒渣并加入Al-10Mn中间合金和Al-5Zr合金元素；
步骤S3中加入精炼剂时熔体温度调整为760℃；
步骤S5中调整旋转铸造机的重力系数G为90，设定旋转铸造机旋转速度为1000rpm，浇注温度为730℃。
试验结果
对制备后的铝合金通过万能试验机进行抗拉强度、屈服强度和伸长率的检测，结果如下表所示：
| 性能参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 延伸率(％) | 13 | 12 | 12 | 13 | 10 |
| 屈服强度/MPa | 286 | 243 | 264 | 254 | 294 |
| 抗拉强度/MPa | 425 | 395 | 406 | 403 | 486 |
上述实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (6)
1.一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：包括以下步骤：
S1：备料，准备铝锭、镁锭及含其它所需合金元素，备料的合金元素的质量百分比如下：
Mg：7~13%、Mn：0~1.0%、Cr：0~0.5%、Sc：0~0.35%、Zr：0~0.3%、Ti：0.005~0.2%、Be：0.0001~0.01%，剩余部分由铝及其不可避免的杂质元素组成；
S2：熔炼铝锭，熔体温度为690~800℃，待铝锭熔化后，加入其它所需合金元素；
S3：调整熔体温度为730~760℃，加入精炼剂，充分搅拌后，静置，加入镁锭，直至镁锭全部熔化；
S4：调整熔体温度为710~760℃后加入晶粒细化剂，扒渣；
S5：采用旋转结晶法制备高镁铝合金铸锭，旋转结晶时，旋转速度为300~3000rpm，重力系数G为50~300，浇注温度为700~760℃；将制得的铸锭冷却至室温；
步骤S5中取出的铸锭系有特定壁厚的空心圆环或圆管。
2.根据权利要求1所述的一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：步骤S5中旋转结晶时，保持旋转与浇注均处于氮气保护氛围中。
3.根据权利要求1所述的一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：步骤S2中合金元素以中间合金的形式加入。
4.根据权利要求1所述的一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：步骤S3中加入精炼剂进行处理并静置10~30min。
5.根据权利要求1所述的一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：步骤S4中加入0.1~0.5%的晶粒细化剂。
6.根据权利要求1所述的一种高镁铝合金的铸造方法，其特征是：步骤S5中取出铸锭的冷却方式为空冷。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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