CN109468503B - 一种铝合金材料及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金材料及其生产工艺，所述铝合金材料中包括如下组分：铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌和铅，其中，所述各组分的质量百分比为：硅：10.5‑11.8%，铁：0‑0.30%，镁：0.10‑0.25%，锰：0.10‑0.25%，铜：2.80‑3.25%，锌：0.10‑0.25%，铅：0‑0.20%，余量为铝和不可避免的杂质。将ZLD113铝合金的各组分质量比在国标的基础上进一步优化精细，能更加准确地限定判断出铝合金的抗拉强度、延伸和硬度等机械性能，便于实际生产生活中的应用，降低了使用中的安全隐患，采用本发明的生产工艺生产的铝合金，含杂率低，铝合金纯度高，经过多次取样检验，各组分质量百分比精确，针孔少，产品合格率高。

Description

一种铝合金材料及其生产工艺

技术领域

本发明涉及铝合金生产技术领域，尤其涉及一种铝合金材料及其生产工艺。

背景技术

目前，铝及铝合金材料的种类已达千种以上，常规使用的超过440种，用国际惯例表述则涵盖于1XXX系至9XXX系合金中。当然，很多新合金研制国会根据本国各自需求情况或是做预研或是做开发或是做应用定型。

在铝合金冶炼行业中，随着有色金属价格的不断攀升和市场上充斥的很多废旧铝材，在民用铝合金行业大多采用再生铝合金作为铸造生产材料，如汽车配件行业、建材行业等等。现有技术的再生铸造铝合金锭的生产工艺如下：原料配比→原料预热→熔化→合金化→降温→除渣→除气→炉前检测及工艺调整→浇铸→最终检测→成品。

随着科技的进步、经济的发展以及航空、航天、装备工业的需要和人民生活水平的提高，对铝合金在高强、高韧、高模、耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐高温、耐低温、耐辐射、防火、防爆、易切割、易抛光、可表面处理、可焊接和超轻等方面有着更多的特性专项和综台性能的要求。ZLD113的成分：硅：9.6-12.0 ； 铜：1.5-3.5 ；铁：≤1.2 ； 镁：≤0.3 ；锌：≤1.0 ；锰：≤0.5 ；镍：≤0.5 ；锡：≤0.1 ；铅：≤0.1。由于各组分的范围较大，产出的ZLD113铝合金各种机械性能参差不齐，严重时会影响铝合金的机械性能，如抗拉强度、延伸和硬度等不能满足预期，在生产生活中存在大量隐患。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种铝合金材料，所述铝合金材料中包括如下组分：铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌和铅，其中，所述各组分的质量百分比为：硅：10.5-11.8%，铁：0-0.30%，镁：0.10-0.25%，锰：0.10-0.25%，铜：2.80-3.25%，锌：0.10-0.25%，铅：0-0.20%，余量为铝和不可避免的杂质。

优选地，所述各组分的质量百分比为：硅：11.0-11.6%，铁：0-0.28%，镁：0.16-0.23%，锰：0.12-0.23%，铜：2.95-3.10%，锌：0.1-0.25%，铅：0-0.2%，余量为铝和不可避免的杂质。

一种铝合金材料的生产工艺，包括如下步骤：

S1：配料：按质量百分比称取各组分原料后备用。

S2：投料熔化：投料前先检测炉体是否正常，然后点火烘炉，将炉内温度升至600-700℃并保温2-5小时后方可投料；在投料前先将炉膛内的灰渣清理干净，然后将复合锭、无铁杂铝等烧损小材料首批投入炉内，待熔化后加入合金压块、铝屑压块等纯铝材料，后续材料（铝屑）待炉内铝液升温至660—700℃分批加入，同时进行搅拌，直到搅拌成糊状开始升温至710±20℃并保持，根据炉内灰量适时加入打渣剂，进行扒灰操作；确保铝屑、压块等材料浸泡熔化以降低烧损。

S3：取样检测：对步骤S2熔化的铝液进行预分析，先将熔化的铝液在炉内搅拌均匀，然后取样冷却，利用光谱仪进行检验，输出成分检验单进而输出预分析单，检测结果合格后，进入下一道工序，不合格进行调整。

S4：合金化：根据预分析单和所述铝合金材料各组分质量百分比，计算需要添加的金属的重量和数量，添加完金属后将炉内温度升高至650-760℃进行合金化，合金化的时间需控制在100-150分钟，然后进行扒渣。

S5：成分调整：对合金化后并经过扒渣的铝液再进行取样检测，输出检测单，根据各组分的配比再计算出经过合金化后缺少的金属的种类和数量并添加入炉并迅速搅拌。

S6：温度调整：成分调整完成后对铝液温度进行调整，使铝液温度调整到735-745℃。

S7：除渣精炼：首先按照炉内铝液的0.3%的比例加入精炼剂，然后控制精炼和变质温度控制在735-745℃搅拌铝液3-5分钟并静置3-5分钟使铝渣分离，然后进行扒渣直至目视铝液表面无明显浮渣。

S8：除气精炼：利用氮气除气，先将除气温度控制在730-740℃，氮气压力控制在0.25-0.3MPa，除气管口保持在距炉底10-15厘米处，0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动保持20-30厘米间距，确保覆盖炉内整个熔池，不能留有死角，除气时间控制在10-40分钟直至合格。

S9：炉前检测：先取样检测，根据炉前检测结果，用电脑配料计算相应重量的中间合金及纯金属或调整材料加入炉内，中间合金及纯金属投炉后，迅速用搅拌耙搅拌使其快速熔化，减少烧损；待铝液搅拌均匀后再取样检验，逐步进行调整直到成分和针孔合格；成分合格后取样冷却，对冷却后的铝样利用拉伸试验机进行机械性能检测；炉前检测每炉一次。

S10：静置：静置时间控制在针孔合格后10分钟。

S11：浇铸：浇铸前先安插过滤网，过滤网要平放封严，然后控制炉内温度在725-735℃，控制浇铸时间为2.2-3秒每锭，然后对铸造完成的铝锭进行刮脸，刮去表面氧化皮。

S12：炉后检测：检查产品质量，确保满足要求。

S13：码锭包装和检斤入库：利用外部设备将铝锭码成垛，称重入库。

优选地，在配料时，一级回炉料（洗炉锭、样品锭、浇铸未成型锭）加入量不超过50%，质量较差的二级回炉料（铝渣回收锭、铝屑及放水锭）加入量不超过30%。

优选地，取样检测前，先对铝液表面进行搅拌，然后对铝液底层进行搅拌，最后对铝液中层进行搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟；搅拌完成后用取样勺伸至炉内中间液面以下15-25厘米进行取样；每炉所述铝合金材料在生产过程中需至少取样三次，分别在合金化前、合金化后以及浇铸前。

优选地，合金化步骤中涉及熔硅操作，熔硅时间需控制在60-120分钟，以表面无未熔化的块状硅为准，熔硅温度控制在750-800℃。

优选地，铸造完成后还需进行清炉作业，先用清炉铲将炉壁、炉脚积灰铲松动，然后将清渣剂均匀撒入炉池，，用扒灰耙将松动铝灰进行搅拌，使铝灰温度升至700—800℃后，用扒灰耙将铝灰扒入铝灰斗内，清炉完成。

优选地，在刮脸操作中，表面氧化皮面积小于等于2平方厘米，且小于等于2平方厘米的块数不超过2块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：将ZLD113铝合金的各组分质量比在国标的基础上进一步优化精细，能更加准确地限定判断出铝合金的抗拉强度、延伸和硬度等机械性能，便于实际生产生活中的应用，降低了使用中的安全隐患，采用本发明的生产工艺生产的铝合金，含杂率低，铝合金纯度高，经过多次取样检验，各组分质量百分比精确，针孔少，产品合格率高。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明一实施例提供了一种铝合金材料，所述铝合金材料中包括如下组分：铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌和铅，其中，所述各组分的质量百分比为：硅：10.5-11.8%，铁：0-0.30%，镁：0.10-0.25%，锰：0.10-0.25%，铜：2.80-3.25%，锌：0.10-0.25%，铅：0-0.20%，余量为铝和不可避免的杂质。

铝合金中硅的含量较高，硅和镁可组成强化相Mg2Si，镁的含量越高，Mg2Si的数量就越多，热处理强化效果就越大，型材的抗拉强度就越高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏，所以控制镁的含量能适量提高铝合金的抗拉强度，且不至于影响其塑性。本发明硅的含量能确保所有镁都能以Mg2Si相的形式存在，以确保镁的作用得到充分的发挥；硅在铸铝中降低了铸件的膨胀系数，提高铸件的耐磨性能；且随着硅含量的增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏，故硅的含量也需要严格控制。本发明控制硅的含量为10.5-11.8%，镁得含量为0.10-0.25%，能在国标范围内尽量大的提高铝合金的铸造性能、热处理强化效果和抗拉强度。

铜是重要的合金元素，有一定的固溶强化效果，此外时效析出的CuAl2有着明显的时效强化效果，本发明控制铜的含量为2.80-3.25%，能在国标范围内尽量大的提高铝合金的时效强化效果。

在共晶温度658时，锰在固溶体中的最大溶解度为1.82%。合金强度随溶解度增加不断增加，锰含量为0.8%时，延伸率达最大值。Al-Mn合金是非时效硬化合金，即不可热处理强化。锰能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，并能显著细化再结晶品粒。再结晶晶粒的细化主要是通过MnAl6化合物弥散质点对再结晶晶粒长大起阻碍作用，MnAl6的另一作用是能溶解杂质铁，形成(Fe、Mn) Al6，减小铁的有害影响，所以铝合金中通常都会加入适量锰，不仅使合金具有较高的强度，还会具有良好的塑性和耐蚀性，但是锰含量过多会引起粗大的金属间化合物的生成，会严重影响合金的塑性和使用性能，本发明锰的含量在国标的基础上进一步细化降低，能更好的展现合金性能。

在铝中同时加入锌和镁，形成强化相Mg/Zn2，对合金产生明显的强化作用。Mg/Zn2含量从0.5%提高到12%时，可明显增加抗拉强度和屈服强度，故更精确的锌和镁的含量能更加准确的判断出铝合金的抗拉强度和屈服强度。

优选地，所述各组分的质量百分比为：硅：11.0-11.6%，铁：0-0.28%，镁：0.16-0.23%，锰：0.12-0.23%，铜：2.95-3.10%，锌：0.1-0.25%，铅：0-0.2%，余量为铝和不可避免的杂质。在生产中进一步优化各组分的质量百分比，能进一步优化铝合金的各种机械性能。

一种铝合金材料的生产工艺，包括如下步骤：

S1：配料：按质量百分比称取各组分原料后备用。

各类产品原材料配比原则：

1)再生铝系列：杂铝屑25-30%，生铝屑15-20%，铝件类10-15%，熟铝类20-30%，其他为各金属元素；

2)半纯铝系列：杂铝屑20-30%，生铝屑5-10%，铝件类3-7%，熟铝类50%以上，其他为各金属元素；

3)纯铝系列：杂铝屑5-10%，熟铝类75-85%以上，其他为各金属元素。

另外，在配料过程中，对于在冶炼过程中可能含量增加的元素，如Fe、Zn、Mn等元素，要考虑到其可能增加的量，保证最终合金满足各组分质量百分比。

S2：投料熔化：投料前先检测炉体是否正常，然后点火烘炉，将炉内温度升至600-700℃并保温2-5小时后方可投料；在投料前先将炉膛内的灰渣清理干净，然后将复合锭、无铁杂铝等烧损小材料首批投入炉内，待熔化后加入合金压块、铝屑压块等纯铝材料，后续材料（铝屑）待炉内铝液升温至660—700℃分批加入，同时进行搅拌，直到搅拌成糊状开始升温至710±20℃并保持，根据炉内灰量适时加入打渣剂，进行扒灰操作；确保铝屑、压块等材料浸泡熔化以降低烧损。

特别要注意的是铝屑加入后必须彻底搅拌；散铝屑加入时，炉内铝液温度不得大于720度，出水率低于75%的材料必须扒灰后清汤投入；在扒灰前将打渣剂均匀撒到铝灰表面，搅拌3-5分钟。

S3：取样检测：对步骤S2熔化的铝液进行预分析，先将熔化的铝液在炉内搅拌均匀，然后取样冷却，利用光谱仪进行检验，输出成分检验单进而输出预分析单，检测结果合格后，进入下一道工序，不合格进行调整。

S4：合金化：根据预分析单和所述铝合金材料各组分质量百分比，计算需要添加的金属的重量和数量，添加完金属后将炉内温度升高至650-760℃进行合金化，合金化的时间需控制在100-150分钟，然后进行扒渣。

S5：成分调整：对合金化后并经过扒渣的铝液再进行取样检测，输出检测单，根据各组分的配比再计算出经过合金化后缺少的金属的种类和数量并添加入炉并迅速搅拌。

S6：温度调整：成分调整完成后对铝液温度进行调整，使铝液温度调整到735-745℃。

S7：除渣精炼：首先按照炉内铝液的0.3%的比例加入精炼剂，然后控制精炼和变质温度控制在735-745℃搅拌铝液3-5分钟并静置3-5分钟使铝渣分离，然后进行扒渣直至目视铝液表面无明显浮渣。

S8：除气精炼：利用氮气除气，先将除气温度控制在730-740℃，氮气压力控制在0.25-0.3MPa，除气管口保持在距炉底10-15厘米处，0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动保持20-30厘米间距，确保覆盖炉内整个熔池，不能留有死角，除气时间控制在10-40分钟直至合格。

除渣精炼和除气精炼通常同步进行，先准备氮气装置，确保氮气压力值满足0.2-0.3MPa，喷粉机内装入足量精炼剂，喷粉前将喷粉管放置在炉内铝液上方10-15cm，预热1-2min；喷粉时打开氮气（氩气）阀门、喷粉机送电运转，待精炼剂喷出后，立即将喷粉管插入铝液中；喷粉过程中，喷粉管口保持在距炉底10c-15cm处，做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动保持20-30cm间距，确保覆盖炉内整个熔池，不能留有死角；喷粉时，操作者应以约0.3米/秒的速度匀速移动；喷粉时间18-25min/次，2次操作。喷粉完成后，使用搅拌耙对铝液进行充分搅拌，时间控制在3-5分钟，以使合金液与精炼剂充分反应；搅拌应平稳进行，不能激起太大的波浪，防止氧化膜卷入熔体；搅拌完成之后静置3～5min，使铝渣分离。铝渣分离后进行扒渣，经铝灰斗放在炉前指定位置，并确定干燥、无杂物；扒渣前将扒渣耙放置在炉内铝液上方10-15cm，预热1min；扒渣过程中，先将铝渣扒至炉口，等的二次铝渣扒过来后，再将第一批铝渣扒入铝灰斗内，以减少铝液带出炉内；扒渣过程要平稳，防止卷入熔体或带出过多铝液；扒渣要求：目视铝液表面无明显浮渣。

S9：炉前检测：先取样检测，根据炉前检测结果，用电脑配料计算相应重量的中间合金及纯金属或调整材料加入炉内，中间合金及纯金属投炉后，迅速用搅拌耙搅拌使其快速熔化，减少烧损；原料投入后首先对铝液表面进行搅拌，防止中间合金及纯金属烧损。然后对铝液底部进行搅拌，最后对铝液中层进行搅拌。使炉内铝液上中下三层都得到充分的搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟，待铝液搅拌均匀后再取样检验，逐步进行调整直到成分和针孔合格；成分合格后取样冷却，对冷却后的铝样利用拉伸试验机进行机械性能检测；炉前检测每炉一次。

S10：静置：静置时间控制在针孔合格后10分钟，待多余气体溢出。

S11：浇铸：浇铸前先安插过滤网，过滤网要平放封严，然后控制炉内温度在725-735℃，控制浇铸时间为2.2-3秒每锭，然后对铸造完成的铝锭进行刮脸，刮去表面氧化皮。

S12：炉后检测：检查产品质量，确保满足要求。

S13：码锭包装和检斤入库：利用外部设备将铝锭码成垛，称重入库。

优选地，在配料时，一级回炉料（洗炉锭、样品锭、浇铸未成型锭）加入量不超过50%，质量较差的二级回炉料（铝渣回收锭、铝屑及放水锭）加入量不超过30%。

优选地，取样检测前，先对铝液表面进行搅拌，然后对铝液底层进行搅拌，最后对铝液中层进行搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟；搅拌完成后用取样勺伸至炉内中间液面以下15-25厘米进行取样；每炉所述铝合金材料在生产过程中需至少取样三次，分别在合金化前、合金化后以及浇铸前。

优选地，合金化步骤中涉及熔硅操作，熔硅时间需控制在60-120分钟，以表面无未熔化的块状硅为准，熔硅温度控制在750-800℃。

优选地，铸造完成后还需进行清炉作业，先用清炉铲将炉壁、炉脚积灰铲松动，然后将清渣剂均匀撒入炉池，，用扒灰耙将松动铝灰进行搅拌，使铝灰温度升至700—800℃后，用扒灰耙将铝灰扒入铝灰斗内，清炉完成。

优选地，在刮脸操作中，表面氧化皮面积小于等于2平方厘米，且小于等于2平方厘米的块数不超过2块。

由上所述，本发明的一种铝合金材料及其生产工艺，将ZLD113铝合金的各组分质量比在国标的基础上进一步优化精细，能更加准确地限定判断出铝合金的抗拉强度、延伸和硬度等机械性能，便于实际生产生活中的应用，降低了使用中的安全隐患，采用本发明的生产工艺生产的铝合金，含杂率低，铝合金纯度高，经过多次取样检验，各组分质量百分比精确，针孔少，产品合格率高。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种铝合金材料的生产工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1：配料：按质量百分比称取各组分原料后备用；具体原料包括如下组分：铝、硅、铁、镁、锰、铜、锌和铅，其中，所述各组分的质量百分比为：硅：10.5-11.8%，铁：0-0.30%，镁：0.10-0.25%，锰：0.10-0.25%，铜：2.80-3.25%，锌：0.10-0.25%，铅：0-0.20%，余量为铝和不可避免的杂质；

S2：投料熔化：投料前先检测炉体是否正常，然后点火烘炉，将炉内温度升至600-700℃并保温2-5小时后方可投料；在投料前先将炉膛内的灰渣清理干净，然后将复合锭、无铁杂铝首批投入炉内，待熔化后加入合金压块、铝屑压块及纯铝材料，后续材料待炉内铝液升温至660—700℃分批加入，同时进行搅拌，直到搅拌成糊状开始升温至710±20℃并保持，根据炉内灰量适时加入打渣剂，进行扒灰操作；确保铝屑和压块浸泡熔化以降低烧损；

S3：取样检测：对步骤S2熔化的铝液进行预分析，先将熔化的铝液在炉内搅拌均匀，然后取样冷却，利用光谱仪进行检验，输出成分检验单进而输出预分析单，检测结果合格后，进入下一道工序，不合格进行调整；

S4：合金化：根据预分析单和所述铝合金材料各组分质量百分比，计算需要添加的金属的重量和数量，添加完金属后将炉内温度升高至650-760℃进行合金化，合金化的时间需控制在100-150分钟，然后进行扒渣；

S5：成分调整：对合金化后并经过扒渣的铝液再进行取样检测，输出检测单，根据各组分的配比再计算出经过合金化后缺少的金属的种类和数量并添加入炉并迅速搅拌；

S6：温度调整：成分调整完成后对铝液温度进行调整，使铝液温度调整到735-745℃；

S7：除渣精炼：首先按照炉内铝液的0.3%的比例加入精炼剂，然后控制精炼和变质温度控制在735-745℃搅拌铝液3-5分钟并静置3-5分钟使铝渣分离，然后进行扒渣直至目视铝液表面无明显浮渣；

S8：除气精炼：利用氮气除气，先将除气温度控制在730-740℃，氮气压力控制在0.25-0.3MPa，除气管口保持在距炉底10-15厘米处，0.3米/秒的速度匀速做纵向或横向移动，保证到达熔池的最边缘部位，移动保持20-30厘米间距，确保覆盖炉内整个熔池，不能留有死角，除气时间控制在10-40分钟直至合格；

S9：炉前检测：先取样检测，根据炉前检测结果，用电脑配料计算相应重量的中间合金及纯金属或调整材料加入炉内，中间合金及纯金属投炉后，迅速用搅拌耙搅拌使其快速熔化，减少烧损；待铝液搅拌均匀后再取样检验，逐步进行调整直到成分和针孔合格；成分合格后取样冷却，对冷却后的铝样利用拉伸试验机进行机械性能检测；炉前检测每炉一次；

S10：静置：静置时间控制在针孔合格后10分钟；

S11：浇铸：浇铸前先安插过滤网，过滤网要平放封严，然后控制炉内温度在725-735℃，控制浇铸时间为2.2-3秒每锭，然后对铸造完成的铝锭进行刮脸，刮去表面氧化皮；

S12：炉后检测：检查产品质量，确保满足要求；

S13：码锭包装和检斤入库：利用外部设备将铝锭码成垛，称重入库。

2.如权利要求1所述的铝合金材料的生产工艺，其特征在于：在配料时，一级回炉料加入量不超过50%，质量较差的二级回炉料加入量不超过30%。

3.如权利要求1所述的铝合金材料的生产工艺，其特征在于：取样检测前，先对铝液表面进行搅拌，然后对铝液底层进行搅拌，最后对铝液中层进行搅拌，搅拌时间控制在5-10分钟；搅拌完成后用取样勺伸至炉内中间液面以下15-25厘米进行取样；每炉所述铝合金材料在生产过程中需至少取样三次，分别在合金化前、合金化后以及浇铸前。

4.如权利要求1所述的铝合金材料的生产工艺，其特征在于：合金化步骤中涉及熔硅操作，熔硅时间需控制在60-120分钟，以表面无未熔化的块状硅为准，熔硅温度控制在750-800℃。

5.如权利要求1所述的铝合金材料的生产工艺，其特征在于：在刮脸操作中，表面氧化皮面积小于等于2平方厘米，且小于等于2平方厘米的块数不超过2块。

6.如权利要求1所述的铝合金材料的生产工艺，其特征在于：所述原料的各组分的质量百分比为：硅：11.0-11.6%，铁：0-0.28%，镁：0.16-0.23%，锰：0.12-0.23%，铜：2.95-3.10%，锌：0.1-0.25%，铅：0-0.2%，余量为铝和不可避免的杂质。