CN109055833A - 一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒及其熔炼和铸造方法 - Google Patents

一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒及其熔炼和铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，包括以下质量百分比的组分：Zn：10.95～11.55％、Mg：2.1～2.3％、Sc：0.14～0.16％、Cu：1.5～2.5％、Ti：0.014～0.016％、B：0.014～0.016％、Be：0.003～0.004％、Zr：0.07～0.09％，余量为Al，铸棒缺陷少，材料性能得到提升，满足航空领域、船舶领域对铝合金的机械性能和耐腐蚀性的要求，并且在配比中添加稀土钪元素，提升铝合金棒的强度、硬度、焊接性能；本发明还公开了该铝合金铸棒的熔炼方法，能够提高铝合金中各组成成分之间的均匀程度，提高生产出来的铝棒的稳定性和致密性，除去多余的杂质；在冶炼的过程中添加锆盐，能提高成品表面的耐腐蚀性能；本发明还公开了该铝合金铸棒的铸造方法，能够提高铸造效率、降低能耗、减少废水的产生。

Description

一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒及其熔炼和铸造方法
【技术领域】
本发明涉及一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，本发明还涉及一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法和铸造方法。
【背景技术】
Al-Zn-Mg-Cu系铝合金是可热处理强化的高强度变形超硬铝合金，以其低密度、高强度、高韧性及耐腐蚀性好等优点被广泛应用于航空航天、军工、海洋等领域。
但是Al-Zn-Mg-Cu系铝合金在熔炼和铸造的过程中，倘若方法选用不当，会使铸棒产生诸多不必要的缺陷，主要体现在成品的机械性能不稳定、晶粒粗化等方面，因此发明一种适宜的铸造方法来减少铸棒的缺陷对于Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的冶炼领域是非常有必要的。
钪元素是稀土素之一，在铝合金金的冶炼过程中添加微量的可促进晶粒细化，提高再结晶温度250℃～280℃，是铝合金强有力的晶粒细化剂和有效的再结晶抑制剂，对合金的结构和性能产生明显的影响，使其强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能等得到很大提高；钪对铝有着很好的弥散强化作用，在热加工或退火处理状态均保持稳定的非再结晶组织；钪对再结晶的抑制作用，能消除焊缝热影响区的再结晶组织，基体的亚晶组织可直接过渡到焊缝的铸态组织，使含钪铝合金的焊接接头有高的强度和抗腐蚀性能。
【发明内容】
为解决上述技术问题，本发明的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，其特征在于包括以下质量百分比的组分：Zn：10.95～11.55％、Mg：2.1～2.3％、Sc：0.14～0.16％、Cu：1.5～2.5％、Ti：0.014～0.016％、B：0.014～0.016％、Be：0.003～0.004％、Zr：0.07～0.09％，余量为Al。
本发明还提供了一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法，包括如下步骤：
A、配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
B、加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至760～780℃；
C、加入铝钪中间合金：保持坩埚炉内温度在750～760℃，加入铝锰合金，并搅拌2～3min；
D、加入铝锆中间合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，加入铝锆中间合金，并搅拌3min～5min；
E、加入铝铜中间合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，加入铝铜中间合金，并搅拌3min～5min；
F、加入锌锭和铝铍合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，将锌锭分2～3次加入坩埚炉内，并将铝铍中间合金配料的一半加入到坩埚炉内，每加一次料搅拌3～5min；
G、测温及控温：控制坩埚炉内温度在710～720℃；
H、加入镁锭：保持坩埚炉内温度710～720℃，使用压镁钟罩加入镁锭，并撒入覆盖剂，搅拌4min～5min；
I、第一次加精炼剂：维持温度710～720℃，加入精炼剂后搅拌2～3min，扒渣后，取样检测合金化学成分；
J、真空处理：保持真空度1100～1300Pa,温度710～720℃，维持25～35min；
K、加入铝铍中间合金：保持坩埚炉内温度在710～720℃，将铝铍中间合金配料中剩余的一半加入到坩埚炉内，搅拌4min～5min；
L、加入铝钛硼：保持熔炼炉内温度710～720℃，加入铝钛硼后搅拌4min～5min；
M、第二次加精炼剂：保持熔炼炉内温度710～720℃，加入精炼剂后搅拌2～3min；
N、静置：保持坩埚炉内温度温度720～730℃，保持9～11min。
如上所述的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法，其特征在于步骤B中铝料采用普铝和精铝，其中普铝和精铝的质量比为1∶4。
本发明还提供了一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒的铸造方法，包括如下步骤：将上述添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法中步骤N中静置之后的铝合金液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为695～715℃，铸造速度为27～31mm/min，水压为0.01～0.03Mpa，水温小于或等于25℃。
本发明具有如下优点：
1、本发明的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，铝合金铸棒缺陷少，材料性能得到提升，满足航空领域、船舶领域对铝合金的机械性能和耐腐蚀性的要求；并且在配比中添加稀土钪元素，能够细化组织晶粒，提升铝合金棒的强度、硬度、焊接性能、耐腐蚀性能。
2、本发明的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒熔炼方法，能够提高铝合金中各组成成分之间的均匀程度，提高生产出来的铝棒的稳定性和致密性，除去多余的杂质。
3、本发明的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒铸造方法，能够提高铸造效率、降低能耗、减少废水的产生。
【具体实施方式】
下面对本发明的实施方式作详细说明。
本实施例的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，其包括以下质量百分比的组分：Zn：10.95～11.55％、Mg：2.1～2.3％、Mn：0.5～0.7％、Cu：1.5～2.5％、Ti：0.014～0.016％、B：0.014～0.016％、Be：0.003～0.004％、Zr：0.07～0.09％，余量为Al。
以下是申请人在生产过程中的一个配比：Zn：11％、Mg：2.2％、Mn：0.6％、Cu：2％、Ti：0.015％、B：0.015％、Be：0.004％、Zr：0.08％，余量为Al。
在铸造铝合金铸棒的过程中，对铝合金的熔炼是及其重要的步骤，本实施例中，添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法，包括如下步骤：
A、配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
B、加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至780℃；
C、加入铝锰中间合金：保持坩埚炉内温度在760℃，加入铝锰合金，并搅拌3min；
D、加入铝铜中间合金：保持坩埚炉内温度在740℃，加入铝铜中间合金，并搅拌5min；
E、加入铝锆中间合金：保持坩埚炉内温度在740℃，加入铝锆中间合金，并搅拌5min；
F、加入锌锭和铝铍合金：保持坩埚炉内温度在740℃，将锌锭分3次加入坩埚炉内，并将铝铍中间合金配料的一半加入到坩埚炉内，每加一次料搅拌5min；
G、测温及控温：控制坩埚炉内温度在720℃；
H、加入镁锭：保持坩埚炉内温度720℃，使用压镁钟罩加入镁锭，并撒入覆盖剂，搅拌5min；
I、第一次加精炼剂：保持坩埚炉内温度710℃，加入精炼剂后搅拌3min，扒渣后，取样检测合金化学成分；
J、真空处理：保持真空度1300Pa,温度720℃，维持35min；
K、加入铝铍中间合金：保持坩埚炉内温度在720℃，将铝铍中间合金配料中剩余的一半加入到坩埚炉内，搅拌5min；
L、加入铝钛硼：保持熔炼炉内温度720℃，加入铝钛硼后搅拌5min；
M、第二次加精炼剂：保持熔炼炉内温度710℃，加入精炼剂后搅拌3min；
N、静置：保持坩埚炉内温度温度730℃，保持11min。
为了降低原料成本，在步骤B中铝料采用普铝和精铝，其中普铝和精铝的质量比为1∶4。
添加钪元素的高锌铝合金铸棒的铸造方法，铸造采用半连续铸造法对步骤N中静置之后的铝合金液进行铸造，主要的铸造参数为：铸造温度为695～720℃，铸造速度为28mm/min，水压为0.01～0.03Mpa，水温小于或等于25℃。起头速度30mm/min，铸到50mm时减速至28mm/min。铸造完毕之后进行回火处理。
铸造的前期准备有：
1、准备工装：在铸造机的前槽、流管、漏斗、打渣板刷好涂料，并且在500℃以上烘干不少于2h，将铸造机的立柱刷好润滑油，前槽过滤片使用4片。
2、结晶器贴膜：将结晶器清理干净。将裁剪好的陶瓷纤维毡粘贴于结晶器表面。共贴3层，贴膜高度50～60mm，每层贴膜贴好后使用工具压紧，干燥时间30分钟，每铸造一次应更换一次贴膜。
3、铸造前检查结晶器喷水孔有无堵塞。

Claims (4)

1.一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒，其特征在于包括以下质量百分比的组分：Zn：10.95～11.55％、Mg：2.1～2.3％、Sc：0.14～0.16％、Cu：1.5～2.5％、Ti：0.014～0.016％、B：0.014～0.016％、Be：0.003～0.004％、Zr：0.07～0.09％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种权利要求1中所述的添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法，其特征在于包括如下步骤：
A、配料：计算铝合金原料用量并按照配比准备原料；
B、加热铝料：将铝料加入熔炼炉中，并加热至760～780℃；
C、加入铝钪中间合金：保持坩埚炉内温度在750～760℃，加入铝锰合金，并搅拌2～3min；
D、加入铝锆中间合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，加入铝锆中间合金，并搅拌3min～5min；
E、加入铝铜中间合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，加入铝铜中间合金，并搅拌3min～5min；
F、加入锌锭和铝铍合金：保持坩埚炉内温度在730～740℃，将锌锭分2～3次加入坩埚炉内，并将铝铍中间合金配料的一半加入到坩埚炉内，每加一次料搅拌3～5min；
G、测温及控温：控制坩埚炉内温度在710～720℃；
H、加入镁锭：保持坩埚炉内温度710～720℃，使用压镁钟罩加入镁锭，并撒入覆盖剂，搅拌4min～5min；
I、第一次加精炼剂：维持温度710～720℃，加入精炼剂后搅拌2～3min，扒渣后，取样检测合金化学成分；
J、真空处理：保持真空度1100～1300Pa,温度710～720℃，维持25～35min；
K、加入铝铍中间合金：保持坩埚炉内温度在710～720℃，将铝铍中间合金配料中剩余的一半加入到坩埚炉内，搅拌4min～5min；
L、加入铝钛硼：保持熔炼炉内温度710～720℃，加入铝钛硼后搅拌4min～5min；
M、第二次加精炼剂：保持熔炼炉内温度710～720℃，加入精炼剂后搅拌2～3min；
N、静置：保持坩埚炉内温度温度720～730℃，保持9～11min。
3.根据权利要求2所述的一种添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法，其特征在于步骤B中铝料采用普铝和精铝，其中普铝和精铝的质量比为1∶4。
4.一种权利要求1中所述的添加钪元素的高锌铝合金铸棒的铸造方法，包括如下步骤：将上述添加钪元素的高锌铝合金铸棒的熔炼方法中步骤N中静置之后的铝合金液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为695～715℃，铸造速度为27～31mm/min，水压为0.01～0.03Mpa，水温小于或等于25℃。
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