CN109811156A - 一种高强韧铝合金的熔铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：S1：按比例配料，快速升温熔炼；按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，放入熔炼炉中，快速升温到700～750℃；S2：控温熔炼，加入一次变质剂；控制熔炼温度在720～740℃，加入变质剂，搅拌熔炼；S3：匀质处理，对熔炼合金液进行半固态匀质处理获得匀质后的铝合金半固态浆料；S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，重新进行二次升温熔炼，控制熔炼温度在720～740℃；本发明中对熔炼合金液进行半固态匀质处理，使得铝合金中各元素分布均匀，各元素相互配合，大大提高铝合金的强度和韧性；本发明中创造性地在铝合金半固态浆液匀质处理采用高频电流处理，提高铝合金的强度和韧性。

Description

一种高强韧铝合金的熔铸方法

技术领域

本发明属于铝合金的熔铸技术领域，具体为一种高强韧铝合金的熔铸方法。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能、物理性能和抗腐蚀性能；

然而铸造铝合金因强度和韧性稍逊，使其应用范围受到不小的限制，许多重要用途如特种重载负重轮、航空用铝合金等多采用变形铝合金，而不是铸造铝合金，变形铝合金通过挤压轧制、锻造等手段减少了缺陷，细化了晶粒，提高了致密度，因而具有很高的强度和优良的韧性，但是对设备和工装模具要求高，工序多，因此变形铝合金生产周期长、成本高，因此研究高强韧铝合金的熔铸方法，具有重大积极的科学和经济意义。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决传统铸造铝合金，力学性能较差，尤其是强度和韧性不理想的技术问题，提供一种高强韧铝合金的熔铸方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按比例配料，快速升温熔炼；按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，放入熔炼炉中，快速升温到700～750℃；

S2：控温熔炼，加入一次变质剂；控制熔炼温度在720～740℃，加入变质剂，搅拌熔炼；

S3：匀质处理，对熔炼合金液进行半固态匀质处理获得匀质后的铝合金半固态浆料；

S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，重新进行二次升温熔炼，控制熔炼温度在720～740℃，得到二次熔炼合金液；

S5：浇筑，利用二次熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；

S6：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；

S7：机械表面加工，对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S8：熔铸后处理，对铝合金坯料进行熔铸后的热处理，包括淬火和回火以及时效处理。

作为本发明的进一步技术方案，所述变质剂为铝锶变质剂，一次变质剂为熔炼铝合金液的0.01～0.03％(重量)的铝锶变质剂。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S1-S4中均在氩气保护状态下进行熔炼。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S3中匀质处理具体包括如下步骤：

S301：线性降温形成半固态浆料；对熔炼合金液进行线性降温，并搅拌；形成温度为580～610℃的铝合金半固态浆料；

S302：高频电流处理；在铝合金半固态浆料中通入高频电流，对浆料进行电流匀质处理；

S303：超声波处理；对铝合金半固态浆料进行超声波处理，进一步匀质。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S302中高频电流的频率为5K-10KHz，间隔30s处理5min。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S303中超声波功率500W，间隔10s处理30min。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S4中二次精炼包括如下步骤：

S401、升温熔炼，对铝合金半固态浆料进行快速升温熔炼，并控制温度在750℃以下。

S402、加入二次变质剂，搅拌熔炼；

S403、控温静置、打渣；控制温度在720～740℃。

作为本发明的再进一步技术方案，所述二次变质剂为熔炼铝合金液的0.02～0.06％(重量)的铝锶变质剂。

作为本发明的再进一步技术方案，所述S8中熔铸后处理包括如下步骤：

S801、固溶淬火；将铝合金坯料在500～550℃下进行盐浴固溶处理，随后进行水冷淬火；

S802、两级时效处理；经过固溶淬火的铝合金坯料在80～90℃的条件下盐浴保温3.5～4h，随后再将铝合金板材在40～45℃的条件下盐浴保温100～110h。

S803、回火；对经过固溶淬火和时效处理后的铝合金坯料进行回火，控制温度300～400℃下烘干3～4小时，随后自然冷却得到高强韧铝合金坯料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中对熔炼合金液进行半固态匀质处理，使得铝合金中各元素分布均匀，各元素相互配合，细化晶粒，大大提高铝合金的强度和韧性，本发明创造性地在熔炼合金液半固态下进行匀质，一方面熔炼合金液经高温液态向半固态再向高温液态转换，熔炼合金液中各元素的均匀性大大提高，进而提高铝合金的强度和韧性，另一方面由于熔炼合金液半固态时，温度较低且流动性较好，匀质方便且安全。

2、本发明中创造性地在铝合金半固态浆液匀质处理采用高频电流处理；在铝合金半固态浆料中通入高频电流，铝合金半固态浆液在高频电流的作用下，铝合金离子分布均匀且方向一致，使得熔炼合金液中各元素的趋于均匀，细化晶粒，提高铝合金的强度和韧性。

3、本发明中在初步熔炼和二次精炼中分别添加变质剂，这样分步添加变质剂进而多次变质处理，提高熔炼合金液的变质效果，有助于改善合金晶粒的成形，达到更加优良的力学性能，提高铝合金的强度和韧性。

4、本发明中熔铸后处理，包括淬火和回火以及时效处理，有效消除铝合金坯料的残余热应力，改善铝合金坯料力学性能，进一步提高铝合金的强度和韧性。

附图说明

图1为本发明的流程简图；

图2为本发明中匀质处理的流程简图；

图3为本发明中二次精炼的流程简图；

图4为本发明中熔铸后处理的流程简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一，请参阅图1～3；一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，获得相应的硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、钒源、锑源、镱源，其中铝源以5kg的块状铝锭为基准；放入熔炼炉中，快速升温到730℃；

S2：控制熔炼温度在730℃，加入一次变质剂，一次变质剂为熔炼铝合金液的0.02％(重量)的铝锶变质剂，搅拌熔炼；

S3：对熔炼合金液进行线性降温，降温至580℃，降温过程中进行搅拌形成铝合金半固态浆料；对上述铝合金半固态浆料中通入频率为10KHz的高频电流，间隔30s处理5min；随后接入功率500W的超声波，间隔10s处理30min进一步匀质；

S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，升温熔炼，对铝合金半固态浆料进行快速升温熔炼，并控制温度在750℃以下；随后加入二次变质剂，所述二次变质剂为熔炼铝合金液的0.05％(重量)的铝锶变质剂；并且搅拌熔炼，控温静置、打渣；控制温度在730℃。

其中，所述S1-S4中均在氩气保护状态下进行熔炼。

S5：浇筑，利用二次熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；浇筑过程中采用氩气保护。

S6：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；S7：机械表面加工，利用打磨机对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S8：熔铸后处理，将上述铝合金坯料升温至530℃，随后进行水冷淬火；水冷淬火后对铝合金坯料进行升温回火，控制温度300℃下烘干3小时，随后自然冷却得到高强韧铝合金坯料，随后测试所得到的高强韧铝合金坯料。

实施例二，请参阅图1～4；一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，获得相应的硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、钒源、锑源、镱源，其中铝源以5kg的块状铝锭为基准；放入熔炼炉中，快速升温到720℃；

S2：控制熔炼温度在720℃，加入一次变质剂，一次变质剂为熔炼铝合金液的0.01％(重量)的铝锶变质剂，搅拌熔炼；

S3：对熔炼合金液进行线性降温，降温至600℃，降温过程中进行搅拌形成铝合金半固态浆料；对上述铝合金半固态浆料中通入频率为5KHz的高频电流，间隔30s处理5min；随后接入功率500W的超声波，间隔10s处理30min进一步匀质；

S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，升温熔炼，对铝合金半固态浆料进行快速升温熔炼，并控制温度在750℃以下；随后加入二次变质剂，所述二次变质剂为熔炼铝合金液的0.03％(重量)的铝锶变质剂；并且搅拌熔炼，控温静置、打渣；控制温度在720℃。

S5：浇筑，利用二次熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；

S6：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；S7：机械表面加工，利用打磨机对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S8：熔铸后处理，将铝合金坯料在500℃下进行盐浴固溶处理，随后进行水冷淬火；随后进行两级时效处理；经过固溶淬火的铝合金坯料在80℃的条件下盐浴保温3.5h，随后再将铝合金板材在40℃的条件下盐浴保温100h，最后回火；对经过固溶淬火和时效处理后的铝合金坯料进行回火，控制温度300℃下烘干3小时，随后自然冷却得到高强韧铝合金坯料，随后测试所得到的高强韧铝合金坯料。

实施例三，请参阅图1～4；一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，获得相应的硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、钒源、锑源、镱源，其中铝源以5kg的块状铝锭为基准；放入熔炼炉中，快速升温到740℃；

S2：控制熔炼温度在740℃，加入一次变质剂，一次变质剂为熔炼铝合金液的0.03％(重量)的铝锶变质剂，搅拌熔炼；

S3：对熔炼合金液进行线性降温，降温至600℃，降温过程中进行搅拌形成铝合金半固态浆料；对上述铝合金半固态浆料中通入频率为10KHz的高频电流，间隔30s处理5min；随后接入功率500W的超声波，间隔10s处理30min进一步匀质；

S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，升温熔炼，对铝合金半固态浆料进行快速升温熔炼，并控制温度在750℃以下；随后加入二次变质剂，所述二次变质剂为熔炼铝合金液的0.02％(重量)的铝锶变质剂；并且搅拌熔炼，控温静置、打渣；控制温度在730℃。

其中，所述S1-S4中均在氩气保护状态下进行熔炼。

S5：浇筑，利用二次熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；浇筑过程中采用氩气保护；

S6：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；S7：机械表面加工，利用打磨机对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S8：熔铸后处理，将铝合金坯料在550℃下进行盐浴固溶处理，随后进行水冷淬火；随后进行两级时效处理；经过固溶淬火的铝合金坯料在90℃的条件下盐浴保温4h，随后再将铝合金板材在40℃的条件下盐浴保温110h，最后回火；对经过固溶淬火和时效处理后的铝合金坯料进行回火，控制温度300℃下烘干3小时，随后自然冷却得到高强韧铝合金坯料，随后测试所得到的高强韧铝合金坯料。

实施例四，一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，获得相应的硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、钒源、锑源、镱源，其中铝源以5kg的块状铝锭为基准；放入熔炼炉中，快速升温到740℃，随后控制温度在750℃以下；随后加入变质剂，所述变质剂为熔炼铝合金液的0.05％(重量)的铝锶变质剂；并且搅拌熔炼，控温静置、打渣；控制温度在730℃。

S2：浇筑，利用上述熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；

S3：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；S7：机械表面加工，利用打磨机对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S4：熔铸后处理，将铝合金坯料在500℃下进行盐浴固溶处理，随后进行水冷淬火；随后进行两级时效处理；经过固溶淬火的铝合金坯料在80℃的条件下盐浴保温3.5h，随后再将铝合金板材在40℃的条件下盐浴保温100h，最后回火；对经过固溶淬火和时效处理后的铝合金坯料进行回火，控制温度300℃下烘干3小时，随后自然冷却得到铝合金坯料，随后测试所得到的铝合金坯料。

实施例五，一种高强韧铝合金的熔铸方法，包括如下步骤：

S1：按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，获得相应的硅源、镁源、铜源、铝源、钛源、钒源、锑源、镱源，其中铝源以5kg的块状铝锭为基准；放入熔炼炉中，快速升温到740℃，随后控制温度在750℃以下；随后加入变质剂，所述变质剂为熔炼铝合金液的0.05％(重量)的铝锶变质剂；并且搅拌熔炼，控温静置、打渣；控制温度在730℃。

S2：浇筑，利用上述熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；

S3：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；S7：机械表面加工，利用打磨机对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S4：熔铸后处理，将上述铝合金坯料升温至500℃，随后进行水冷淬火；水冷淬火后对铝合金坯料进行升温回火，控制温度300℃下烘干3小时，随后自然冷却得到铝合金坯料，随后测试所得到的铝合金坯料。

综合各实施例结果，实施例三所述的铝合金坯料的强度最高且韧性最好，因此选用实施例三为最优实施例。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：按比例配料，快速升温熔炼；按照高强韧铝合金的组成成分精确配料，放入熔炼炉中，快速升温到700～750℃；

S2：控温熔炼，加入一次变质剂；控制熔炼温度在720～740℃，加入变质剂，搅拌熔炼；

S3：匀质处理，对熔炼合金液进行半固态匀质处理获得匀质后的铝合金半固态浆料；

S4：二次精炼，将经过匀质处理的铝合金半固态浆料，重新进行二次升温熔炼，控制熔炼温度在720～740℃,得到二次熔炼合金液；

S5：浇筑，利用二次熔炼合金液浇筑到模具上进行浇筑铸造作业；

S6：冷却成型，脱模；将浇筑完成的模具进行冷却成型，并脱模取出铝合金坯料；

S7：机械表面加工，对铝合金坯料进行表面打磨加工；

S8：熔铸后处理，对铝合金坯料进行熔铸后的热处理，包括淬火和回火以及时效处理。

2.如权利要求1所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述一次变质剂为熔炼铝合金液的0.01～0.03％(重量)的铝锶变质剂。

3.如权利要求1所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述S1-S4中均在氩气保护状态下进行熔炼。

4.如权利要求1所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述S3中匀质处理具体包括如下步骤：

S301：线性降温形成半固态浆料；对熔炼合金液进行线性降温，并搅拌；形成温度为580～610℃的铝合金半固态浆料；

S302：高频电流处理；在铝合金半固态浆料中通入高频电流，对浆料进行电流匀质处理；

S303：超声波处理；对铝合金半固态浆料进行超声波处理，进一步匀质。

5.如权利要求4所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述S302中高频电流的频率为5K-10KHz，间隔30s处理5min。

6.如权利要求4所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述S303中超声波功率500W，间隔10s处理30min。

7.如权利要求1-6任一所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述S4中二次精炼包括如下步骤：

S401、升温熔炼，对铝合金半固态浆料进行快速升温熔炼，并控制温度在750℃以下。

S402、加入二次变质剂，搅拌熔炼，

S403、控温静置、打渣；控制温度在720～740℃。

8.如权利要求7所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：所述二次变质剂为熔炼铝合金液的0.02～0.06％(重量)的铝锶变质剂。

9.如权利要求7所述的一种高强韧铝合金的熔铸方法，其特征在于：S8中熔铸后处理包括如下步骤：

S801、固溶淬火；将铝合金坯料在500～550℃下进行盐浴固溶处理，随后进行水冷淬火；

S802、两级时效处理；经过固溶淬火的铝合金坯料在80～90℃的条件下盐浴保温3.5～4h，随后再将铝合金板材在40～45℃的条件下盐浴保温100～110h。

S803、回火；对经过固溶淬火和时效处理后的铝合金坯料进行回火，控制温度300～400℃下烘干3～4小时，随后自然冷却得到高强韧铝合金坯料。