CN109136682B - 一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，包括如下步骤：步骤一，以质量百分比分别为0.37～0.41％的硅、0.47～0.49％的镁、≤0.13％的铁、≤0.01％的铜、≤0.01％的锰、≤0.01％的锌、≤0.01％的其他杂质单项和剩余比例均为铝的组分配比原料；步骤二，以725℃～745℃的温度对原料进行熔炼；步骤三，以730℃～750℃的温度进行精炼；步骤四，静置所述铝液；步骤五，以700℃～720℃的温度以及115～130mm/min的铸造速度进行铸造形成铸棒；步骤六，对所述铸棒进行均匀化处理。

Description

一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺

技术领域

本发明涉及铝合金熔铸技术领域，具体涉及一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺。

背景技术

随着近年来铝挤压技术的蓬勃发展，铝合金挤压型材已经在航空航天、轨道交通、建筑装饰、3C电子产品、印刷包装等领域有着十分广泛的应用。其中以智能终端为首的3C电子产品，持续在外观工业设计方面、质感及美观上给用户以新的体验，特别是铝合金机壳代表着外观创新的一大重要方向，并已形成规模应用。

与常规铝合金型材重点关注强度、塑性、耐蚀性等不同的是，3C电子产品用型材更关注的是产品表面的质量，其次才是兼顾其他性能，故如何获得优质的表面质量，是生产3C电子产品用型材首要解决的问题。常规的表面质量问题主要是氧化后呈现的花斑、色差、条纹、黑线等，涉及的因素较多，造成了较大的损失，困扰广大的供应商。其中氧化后的条纹问题，目前国内主要是通过挤压工艺、模具质量、合金成分等方面的调整来改善，关于铸棒晶粒度方面，主流方向是控制晶粒度以获得细小晶粒。无报道显示能够通过调整熔铸工艺，获得大晶粒度铸棒来改善该问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，包括如下步骤：

步骤一，以质量百分比分别为0.37～0.41％的硅、0.47～0.49％的镁、≤0.13％的铁、≤0.01％的铜、≤0.01％的锰、≤0.01％的锌、≤0.01％的其他杂质单项和剩余比例均为铝的组分配比原料；

步骤二，以725℃～745℃的温度对原料进行熔炼，将原料熔融为铝液；

步骤三，以730℃～750℃的温度对所述铝液进行精炼；

步骤四，静置所述铝液；

步骤五，以700℃～720℃的温度以及115～130mm/min的铸造速度进行铸造形成铸棒；

步骤六，对所述铸棒进行均匀化处理。

更进一步的说明，步骤三中精炼次数不低于2次，每次精炼时间不低于20分钟；精炼时每吨铝液的精炼剂用量为0.8～1.2kg，所述精炼剂放入精炼罐内，通过氮气吹入熔融状态的铝液内部。

更进一步的说明，所述步骤四中静置时间为25～35分钟。

更进一步的说明，步骤六中均匀化处理温度为560℃～570℃，所述铸棒达到所述均匀化处理温度后保温18～20h。

更进一步的说明，所述步骤五进行铸造的同时向铝液中通入惰性气体并通过旋转除气，实现在线除气；同时使用过滤板和管式过滤器进行双级过滤，所述过滤板在使用前加热至720℃以上。

本发明的有益效果：

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图。

图2是实施例8、实施例11和实施例7的效果图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，包括如下步骤：

步骤一，以质量百分比分别为0.37～0.41％的硅、0.47～0.49％的镁、≤0.13％的铁、≤0.01％的铜、≤0.01％的锰、≤0.01％的锌、≤0.01％的其他杂质单项和剩余比例均为铝的组分配比原料；

步骤二，以725℃～745℃的温度对原料进行熔炼，将原料熔融为铝液；

步骤三，以730℃～750℃的温度对所述铝液进行精炼；

步骤四，静置所述铝液；

步骤五，以700℃～720℃的温度以及115～130mm/min的铸造速度进行铸造形成铸棒；

步骤六，对所述铸棒进行均匀化处理。

硅和镁的含量会影响到产品的硬度，硅镁含量过低会导致产品性能在硬度上无法满足国标要求，如果硅镁含量过高会导致相应的熔点上升，进而降低产品的生产效率，同时产品表面会产生毛刺、渣粒，影响产品质量。配比采用0.37～0.41％的硅以及0.47～0.49％的镁，可以保证产品硬度≥8HW，达到国标要求，同时也能满足高效生产的工业应用上的需求。Fe含量限定在≤0.13％，在铁的含量高于0.13％时就会出现不明显的氧化条纹，随着铁含量的继续增大，氧化条纹会越来越明显，当铁的含量≥0.17％以上，产品氧化后都会有条纹存在。熔炼时需要将温度控制在在725～745℃范围内，才能确保熔炼的顺利进行，兼顾生产效率与产品质量。温度不应＞745℃，否则会加剧铝的氧化、镁元素的烧损以及出现吸气，提高了生产成本并降低了成品质量，增加了出现气孔气泡的概率。如果熔炼温度过低则铝液呈粥状，使熔渣及杂质不易分离，降低生产效率。在精炼时将温度控制在730℃～750℃，因为精炼温度过低会降低熔体中原子氢的扩散速度，不利于扩散除氢。但是精炼温度高会增加镁的烧损，并增加吸氢，对产品整体性能有害。本发明在精炼的过程中精炼过程不加Al-Ti-B线；Al-Ti-B线有显著的晶粒细化作用，如果使用会影响成品的晶粒尺寸，本发明的目的在于增大晶粒尺寸以消除氧化纹影响，故不使用。本发明减少氧化条纹的关键在于控制好铸造温度以及铸造速度，采用较低的铸造温度710～730℃，结晶前沿液体中的温度梯度变缓，使形成成分过冷的倾向加大，并使过冷带变宽,同时也有利于控制吸气，并控制金属液流动；采用较高的铸造速度115～130mm/min，变相降低冷却强度，减弱传热效果，促使晶粒更容易长大。铸造温度过高或铸造速度过慢则容易在产品表面出现氧化条纹，如果铸造温度过低或铸造速度过快，会导致熔融状态的铝液出现开裂或难以成型的问题。

更进一步的说明，步骤三中精炼次数不低于2次，每次精炼时间不低于20分钟；精炼时每吨铝液的精炼剂用量为0.8～1.2kg，所述精炼剂放入精炼罐内，通过氮气吹入熔融状态的铝液内部。

精炼过程不少于2次且每次精炼时间不低于20分钟，保证铝液内部的氢可以和精炼剂充分反应，可以有效清除铝液内部的氢和浮游的氧化夹渣，使铝液更纯净。在精炼过程中通入氮气，可以保护铝液不被快速氧化，同时可以促使精炼剂与铝液均匀反应。

更进一步的说明，所述步骤四中静置时间为25～35分钟。

静置时间过长，会导致氢含量显著增加，故需控制静置时间。过短则会降低除气除渣的效果。

更进一步的说明，步骤六中均匀化处理温度为560℃～570℃，所述铸棒达到所述均匀化处理温度后保温18～20h。

足够的均匀化处理温度560℃和保温时间18h，一方面可以促进Mg2Si相的回熔，提高成品最终性能硬度1～2HW；另一方面可以保证高熔点Al(Mn)FeSi相从β相转化为α相。温度过低或时间过短会导致均匀化效果变差；温度＞570℃情况下，考虑到炉温均匀性有过烧风险，会导致产品报废；保温时间过长效果较差，因此不宜＞20h。

更进一步的说明，所述步骤五进行铸造的同时向铝液中通入惰性气体并通过旋转除气，实现在线除气；同时使用过滤板和管式过滤器进行双级过滤，所述过滤板在使用前加热至720℃以上。

以旋转的方式向铝液中通入惰性气体，利用在铝液中上升的惰性气体气泡将铝液中的氢气带出，同时带出氧化夹杂，保证铸造的铸棒的纯度较高同时不会有气泡产生。采用80PPi陶瓷过滤板和RC级管式过滤的双级过滤方式，提高过滤效果，过滤板使用前预加热至720℃以上，防止铝液骤冷导致凝固堵塞，影响铸造效果。

实施例组A：

步骤一，原料组分中的硅镁含量分别按表一组分配比，剩余组分一致，剩余组分包括：0.13％的铁、0.01％的铜、0.01％的锰、0.01％的锌、0.01％的其他杂质单项、其余比例均为铝；

序号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						硅含量的质量百分比	0.37％	0.39％	0.41％	0.35％	0.43％
镁含量的质量百分比	0.47％	0.48％	0.49％	0.46％	0.50％

(表一)

步骤二，将步骤一的原料分别放入20吨燃气再生式熔炼炉中并完全熔融，将测温偶插入液面1米以下，实测熔炼温度；打渣剂用量达到1.3kg/T铝液。

步骤三，精炼温度718℃，总共精炼3次，每次精炼时间25分钟，采用氮气加溶剂的混吹方式，精炼剂用量为0.8kg/T铝液，精炼过程不添加Al-Ti-B线；

步骤四，静置前实测合金成分合格，静置时间35min；

步骤五，铸造温度控制在717℃，铸造速度118mm/min，冷却水温度达到室温，水压0.06Mpa；在线除气流量浮子调节到2，转速设定在350rpm；使用80PPi陶瓷过滤板+RC级管式过滤的双级过滤方式，不使用Al-Ti-B线；

步骤六，使用3级炉进行均匀化处理，设定温度560℃，铸棒两端钻孔40mm深，埋入K型热电偶并用保温棉与炉气绝热，关炉门约2h后炉气到温，8h后铸棒金属到温，然后保温20h。

按上述步骤制得实施例1～5，其中实施例1～3为实验组，实施例4～5为对照组，对产品性能进行测试，测试结果如表二所示：

(表二)

由实施例1-3与实施例4的对照可以看出，当原料中硅的含量低于0.37％、镁的含量低于0.47％时，会出现产品的硬度不达标(国标要求≥8HW)。当原料中硅的含量高于0.41％、镁的含量高于0.49％时，会在产品表面出现毛刺和渣粒，影响产品的手感。因此配比采用0.37～0.41％的硅以及0.47～0.49％的镁。

实施例组B：步骤一，分别下述比例配比原料：0.41％的硅、0.49％的镁、0.13％的铁、0.01％的铜、0.01％的锰、0.01％的锌、0.01％的其他杂质单项、其余比例均为铝；

步骤二，将步骤一的原料分别放入20吨燃气再生式熔炼炉中并完全熔融，将测温偶插入液面1米以下，实测熔炼温度；打渣剂用量达到1.3kg/T铝液。

步骤三，精炼温度分别按表四设置，总共精炼3次，每次精炼时间25分钟，采用氮气加溶剂的混吹方式，精炼剂用量为1.2kg/T铝液，精炼过程不添加Al-Ti-B线；

步骤四，静置前实测合金成分合格，静置时间25min；

步骤五，铸造温度和铸造速度按表四设置，冷却水温度达到室温，水压0.06Mpa；在线除气流量浮子调节到2，转速设定在350rpm；使用80PPi陶瓷过滤板+RC级管式过滤的双级过滤方式，不使用TiB线；

步骤六，使用3级炉进行均匀化处理，设定温度570℃，铸棒两端钻孔40mm深，埋入K型热电偶并用保温棉与炉气绝热，关炉门约2h后炉气到温，8h后铸棒金属到温，然后保温18h。

按上述步骤获得相应的实施例6～11，其中实施例7和实施例9为实验组，实施例6、8、10、11为对照组；

(表三)

对实施例组B进行性能测试，测试结果如表四：

序号	吸气量(cm<sup>3</sup>)	熔渣分离情况	表面氧化纹情况
				实施例6	0.86	难以分离	/
实施例7	1.02	正常分离	无氧化纹
				实施例8	1.02	正常分离	氧化纹明显
实施例9	1.15	正常分离	无氧化纹
				实施例10	1.15	正常分离	表面开裂
实施例11	1.32	正常分离	轻微的氧化纹

(表四)

从实施例6和7来看，当熔炼温度低于725℃时，会出现熔渣难以分离的情况，相应的产品报废。从实施例9和11来看，熔炼温度高于745℃会加剧铝的氧化，从而产品表面出现轻微的氧化条纹。从实施例7和8来看，由于铸造温度高于720℃，从而导致产品表面出现明显的氧化纹。从实施例9和10来看，由于铸造温度低于700℃，导致产品表面出现了开裂的情况。由于铸造速度变相的等于提高了或降低了铸造温度，这里不再列举具体的对照实验。

实施例8的产品表面情况如图2(a)所示；实施例11的表面情况如图2(b)所示；实施例7产品表面情况如图2(c)所示。

现有的熔铸方式为：将质量百分比Si为0.46％，Fe为0.12％，Cu为0.018％，Mn为0.02％，Mg为0.58％，Zn为0.018％，Ti为0.024％，Cr为0.026％，单个杂质0.007％，合计杂质0.07％，其余为Al的原材料投入熔炼炉进行熔炼，在熔炼过程中把温度控制在730℃，c步骤中，将铝液温度控制在750℃，进行精炼打渣，用无水氮气通过精炼制罐把打渣剂吹入铝液中，使铝渣分离，同时使渣变得松散，以利扒净，此时温度控制在720℃，在e步骤中，炉后化验合格后，炉内铝水静置25分钟，把铝水温度控制在740℃进行放水浇铸铝棒，静置的作用为将精炼扒渣时带入的空气，氮气析出来，以免在在熔铸时产生气孔，气泡。过滤步骤中过滤方式为45目陶瓷板过滤。冷却步骤中冷却速度为160mm/min。均质步骤中均质温度为575℃。依照这样的铸造方式会出现极为明显的氧化条纹。

本发明更优的方案为：步骤一，按0.401％的硅、0.487％的镁、0.107％的铁、0.002％的铜、0.005％的锰、0.001％的锌、0.01％的其他杂质单项、其余比例均为铝；

步骤二，将步骤一的原料分别放入20吨燃气再生式熔炼炉中并完全熔融，将测温偶插入液面1米以下，实测熔炼温度742℃；打渣剂用量达到1.3kg/T铝液。

步骤三，精炼温度738℃，总共精炼3次，每次精炼时间25分钟，采用氮气加溶剂的混吹方式，精炼剂用量为0.8kg/T铝液，精炼过程不添加Al-Ti-B线；

步骤四，静置前实测合金成分合格，静置时间35min；

步骤五，铸造温度控制在717℃，铸造速度118mm/min，冷却水温度达到室温，水压0.06Mpa；在线除气流量浮子调节到2，转速设定在350rpm；使用80PPi陶瓷过滤板+RC级管式过滤的双级过滤方式，不使用TiB线；

步骤六，使用3级炉进行均匀化处理，设定温度560℃，铸棒两端钻孔40mm深，埋入K型热电偶并用保温棉与炉气绝热，关炉门约2h后炉气到温，8h后铸棒金属到温，然后保温20h。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，以质量百分比分别为0.37～0.41％的硅、0.47～0.49％的镁、≤0.13％的铁、≤0.01％的铜、≤0.01％的锰、≤0.01％的锌、≤0.01％的其他杂质单项和剩余比例均为铝的组分配比原料；

步骤二，以725℃～745℃的温度对原料进行熔炼，将原料熔融为铝液；

步骤三，不添加Al-Ti-B线，以730℃～750℃的温度对所述铝液进行精炼；

步骤四，静置所述铝液；

步骤五，以700℃～720℃的温度以及115～130mm/min的铸造速度进行铸造形成铸棒；

步骤六，对所述铸棒进行均匀化处理。

2.根据权利要求1所述的一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，其特征在于：步骤三中精炼次数不低于2次，每次精炼时间不低于20分钟；精炼时每吨铝液的精炼剂用量为0.8～1.2kg，所述精炼剂放入精炼罐内，通过氮气吹入熔融状态的铝液内部。

3.根据权利要求1所述的一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，其特征在于：所述步骤四中静置时间为25～35分钟。

4.根据权利要求1所述的一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，其特征在于：步骤六中均匀化处理温度为560℃～570℃，所述铸棒达到所述均匀化处理温度后保温18～20h。

5.根据权利要求1所述的一种改善铝合金型材氧化条纹的熔铸生产工艺，其特征在于：所述步骤五进行铸造的同时向铝液中通入惰性气体并通过旋转除气，实现在线除气；同时使用过滤板和管式过滤器进行双级过滤，所述过滤板在使用前加热至720℃以上。