CN110484792B - 一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺 - Google Patents

一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及提供一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，解决现有技术铝型材抗压强度不足的问题，包括以下步骤：(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.18～0.25％Si、0.28～0.32％Fe、0.01～0.03％Be、0～0.1％Mn、0.03～0.06％Cr、0.05～0.09％Ti、0.15～0.25％稀土元素、0.1～0.3％Zn、1.8～3.6％Cu、2.2～2.8％Mg、余量为Al；(2)熔炼；(3)精炼；(4)静置、取样分析；(5)除渣；(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为695～710℃，铸造速度为35～65mm/min；(7)均火。

Description

一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺
技术领域
本发明涉及铝合金熔铸技术领域，尤其涉及一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺。
背景技术
铝型材是一种合金材料，具有质地轻、可塑性强、耐腐蚀、高导电、高导热、易表面着色、使用寿命长、可回收再生等优良特性，可广泛用于建筑装饰、航空航天、机械制造、电子通讯、石油化工、家电等行业。铝型材的生产流程主要包括熔铸、挤压和上色三个过程，熔铸是铝型材生产的第一道工序,它对铝型材生产的全过程起着非常重要的影响。当前不少铝型材厂将主要精力放在挤压模具制造和修理、氧化着色工艺及溶液配制方面,而对铝合金的熔铸质量重视不够,从而影响铝型材的最终质量。现有的铝型材存在抗压强度不足的缺陷，限制了其更大范围的推广应用，本发明通过改进铝型材的熔铸生产工艺来改进该问题。
发明内容
因此，针对以上内容，本发明提供一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，解决现有技术铝型材抗压强度不足的问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，包括以下步骤：
(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.18～0.25％Si、0.28～0.32％Fe、0.01～0.03％Be、0～0.1％Mn、0.03～0.06％Cr、0.05～0.09％Ti、0.15～0.25％稀土元素、0.1～0.3％Zn、1.8～3.6％Cu、2.2～2.8％Mg、余量为Al，其中Cu、Mg、Zn以纯金属形式加入，Fe、Be、Mn、Cr、Ti、稀土元素以金属添加剂的形式加入，Al以重熔用铝锭的形式加入；
(2)熔炼：将熔炼炉升温至720～750℃，然后加入原料使其熔融成均匀的熔体，加料的顺序为先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn，用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，启动电磁搅拌器进行搅拌；
(3)精炼：将熔炼炉内的熔体转移至保温炉内，保温炉内的温度控制在730～760℃，向保温炉内通入氩气和精炼剂进行精炼，每吨熔体中加入0.6～0.8kg的精炼剂，氩气流量为9～12m3/h，氩气的压力为0.25～0.35MPa，精炼的次数为两次，每次精炼时间为20～30min；
(4)静置、取样分析：精炼完成后进行扒渣，接着静置30min，然后对保温炉内熔体进行取样分析，当确认成分合格后，加入晶粒细化剂充分搅拌并利用超声波振荡熔体，然后静置15～25min，若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(5)除渣：上述步骤四成分合格的熔体流经过滤装置，去除熔体内的杂质；
(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为695～710℃，铸造速度为35～65mm/min；
(7)均火：将铸造后的铸棒进行均匀化退火处理。
进一步的改进是：所述晶粒细化剂为Al-Ti-C-Re，每吨熔体中加入0.5～1.0kg。
进一步的改进是：所述步骤(7)中均火温度为500～525℃，在该温度下保温时间9～12h，然后将铸棒进行强制冷却，冷却速率为200～300℃/h。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
1、Be金属添加剂能够在熔体表面生成致密的氧化膜，减少铝合金的烧损和污染，又不损害铝合金的抗蚀性；适量的Cu能提高铝合金的强度及抗应力腐蚀能力。Cr金属添加剂能提高材料的抗拉性能和断裂韧性，显著改善铝合金在铸造过程中的热裂倾向，同时Cr还具有细化合金晶粒组织的作用，而Mn金属添加剂则可以提高合金的再结晶温度，二者相互协同作用抑制合金晶粒增大，改善铝合金的力学性能。
2、熔炼过程中原料的添加顺序尤为重要，如果加入顺序不当，会造成低熔点元素严重氧化烧损、难熔或熔解速度慢的元素未充分溶解等情况，最终影响铝合金的性能。本申请先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn。合金中Mg、Cu、Zn元素容易氧化烧损，制备过程中若控制不当易造成合金中Mg含量不足，本发明最后加入Mg、Cu、Zn元素，降低了其烧损程度，进一步用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，不仅可以有效减少元素的烧损，而且避免纯Cu、纯Mg和纯Zn上浮至熔体表面而发生氧化，保证熔体各成分的比例和纯度，改善铝合金的抗压强度等力学性能。
3、制备过程中多次进行扒渣，是为了防止因炉内的渣子阻碍正常热辐射，引起熔体局部过热。
4、熔炼后的熔体吸气能力强，含有大量的氢气，同时熔体内还含有一些对铝合金性能起不良影响的杂质，精炼过程中通入氩气和精炼剂，可以去除熔体内的气体并吸附氧化夹渣，提高了熔体的纯净度和流动性，减少熔体铸造过程产生气孔、疏松等缺陷。
5、熔体内添加晶粒细化剂可以细化晶粒，使组织均匀，进而提高机械性能，减少铸造时出现裂纹等问题。利用超声振荡熔体，可以使晶粒细化的效果更加显著，单位面积上的晶粒越多，晶粒与晶粒之间犬牙交错，不利于裂纹的扩散发展，抗压强度和硬度好，塑性变形可以分散在更多的晶粒内进行，减少了内应力集中，同时超声波振荡还能够使熔体内溶解的气体逸出，进一步降低熔体内的含氢量。
6、均匀化退火处理过程中，将铸棒进行快速的强制冷却，可以使铸棒中粗大的晶粒变为细小颗粒均匀分布，提高铸棒的力学性能，保证后续经过挤压的铝型材具有优异的力学性能。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例一
一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.18％Si、0.3％Fe、0.03％Be、0.01％Mn、0.045％Cr、0.09％Ti、0.15％Y、0.2％Zn、3.6％Cu、2.2％Mg、余量为Al，其中Cu、Mg、Zn以纯金属形式加入，Fe、Be、Mn、Cr、Ti、Y以金属添加剂的形式加入，Al以重熔用铝锭的形式加入；
(2)熔炼：将熔炼炉升温至720℃，然后加入原料使其熔融成均匀的熔体，加料的顺序为先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn，用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，启动电磁搅拌器进行搅拌；
(3)精炼：将熔炼炉内的熔体转移至保温炉内，保温炉内的温度控制在730℃，向保温炉内通入氩气和精炼剂进行精炼，每吨熔体中加入0.6kg的精炼剂，氩气流量为9m3/h，氩气的压力为0.25MPa，精炼的次数为两次，每次精炼时间为20min；
(4)静置、取样分析：精炼完成后进行扒渣，接着静置30min，然后对保温炉内熔体进行取样分析，当确认成分合格后，加入晶粒细化剂Al-Ti-C-Re充分搅拌并利用超声波振荡熔体，每吨熔体中加入1kg，然后静置25min，若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(5)除渣：上述步骤四成分合格的熔体流经过滤装置，去除熔体内的杂质；
(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为695℃，铸造速度为35mm/min；
(7)均火：将铸造后的铸棒进行均匀化退火处理，均火温度为500℃，在该温度下保温时间12h，然后将铸棒进行强制冷却，冷却速率为200℃/h。
实施例二
一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.22％Si、0.32％Fe、0.01％Be、0.05％Mn、0.06％Cr、0.05％Ti、0.2％La、0.3％Zn、1.8％Cu、2.5％Mg、余量为Al，其中Cu、Mg、Zn以纯金属形式加入，Fe、Be、Mn、Cr、Ti、La以金属添加剂的形式加入，Al以重熔用铝锭的形式加入；
(2)熔炼：将熔炼炉升温至735℃，然后加入原料使其熔融成均匀的熔体，加料的顺序为先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn，用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，启动电磁搅拌器进行搅拌；
(3)精炼：将熔炼炉内的熔体转移至保温炉内，保温炉内的温度控制在745℃，向保温炉内通入氩气和精炼剂进行精炼，每吨熔体中加入0.7kg的精炼剂，氩气流量为10m3/h，氩气的压力为0.3MPa，精炼的次数为两次，每次精炼时间为25min；
(4)静置、取样分析：精炼完成后进行扒渣，接着静置30min，然后对保温炉内熔体进行取样分析，当确认成分合格后，加入晶粒细化剂Al-Ti-C-Re充分搅拌并利用超声波振荡熔体，每吨熔体中加入0.75kg，然后静置20min，若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(5)除渣：上述步骤四成分合格的熔体流经过滤装置，去除熔体内的杂质；
(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为700℃，铸造速度为50mm/min；
(7)均火：将铸造后的铸棒进行均匀化退火处理，均火温度为510℃，在该温度下保温时间10h，然后将铸棒进行强制冷却，冷却速率为250℃/h。
实施例三
一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.25％Si、0.28％Fe、0.02％Be、0.1％Mn、0.03％Cr、0.07％Ti、0.25％Ce、0.1％Zn、2.7％Cu、2.8％Mg、余量为Al，其中Cu、Mg、Zn以纯金属形式加入，Fe、Be、Mn、Cr、Ti、Ce以金属添加剂的形式加入，Al以重熔用铝锭的形式加入；
(2)熔炼：将熔炼炉升温至750℃，然后加入原料使其熔融成均匀的熔体，加料的顺序为先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn，用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，启动电磁搅拌器进行搅拌；
(3)精炼：将熔炼炉内的熔体转移至保温炉内，保温炉内的温度控制在760℃，向保温炉内通入氩气和精炼剂进行精炼，每吨熔体中加入0.8kg的精炼剂，氩气流量为12m3/h，氩气的压力为0.35MPa，精炼的次数为两次，每次精炼时间为30min；
(4)静置、取样分析：精炼完成后进行扒渣，接着静置30min，然后对保温炉内熔体进行取样分析，当确认成分合格后，加入晶粒细化剂Al-Ti-C-Re充分搅拌并利用超声波振荡熔体，每吨熔体中加入0.5kg，然后静置15min，若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(5)除渣：上述步骤四成分合格的熔体流经过滤装置，去除熔体内的杂质；
(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为710℃，铸造速度为65mm/min；
(7)均火：将铸造后的铸棒进行均匀化退火处理，均火温度为525℃，在该温度下保温时间9h，然后将铸棒进行强制冷却，冷却速率为300℃/h。
对实施例一至三制得的铸棒进行力学性能测试，测试结果见表1。
表1
抗压强度/MPa 硬度/HBW 塑性应变/％
实施例一 659.4 71.8 37.2
实施例二 697.1 74.5 39.8
实施例三 626.8 65.7 33.6
从表1可以看出，本发明制备出的铸棒具有优异的抗压强度和硬度，塑性应变30％以上，表现出良好的塑性。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (1)

1.一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)备料：所述铝型材中各元素的质量分数分别为：0.18～0.25％Si、0.28～0.32％Fe、0.01～0.03％Be、0～0.1％Mn、0.03～0.06％Cr、0.05～0.09％Ti、0.15～0.25％稀土元素、0.1～0.3％Zn、1.8～3.6％Cu、2.2～2.8％Mg、余量为Al，其中Cu、Mg、Zn以纯金属形式加入，Fe、Be、Mn、Cr、Ti、稀土元素以金属添加剂的形式加入，Al以重熔用铝锭的形式加入；
(2)熔炼：将熔炼炉升温至720～750℃，然后加入原料使其熔融成均匀的熔体，加料的顺序为先将重熔用铝锭投入熔炼炉内，待重熔用铝锭完全熔化后，再加入速熔Si和各种金属添加剂，待固体熔化后进行扒渣，用扒子推扒炉底、炉壁，将熔体中的浮渣上浮清除掉，最后加入纯Cu、纯Mg和纯Zn，用铝箔包裹纯Cu、纯Mg和纯Zn浸入熔体内，用扒子将铝箔按压住，防止其上浮至表面，启动电磁搅拌器进行搅拌；
(3)精炼：将熔炼炉内的熔体转移至保温炉内，保温炉内的温度控制在730～760℃，向保温炉内通入氩气和精炼剂进行精炼，每吨熔体中加入0.6～0.8kg的精炼剂，氩气流量为9～12m3/h，氩气的压力为0.25～0.35MPa，精炼的次数为两次，每次精炼时间为20～30min；
(4)静置、取样分析：精炼完成后进行扒渣，接着静置30min，然后对保温炉内熔体进行取样分析，当确认成分合格后，加入晶粒细化剂充分搅拌并利用超声波振荡熔体，所述晶粒细化剂为Al-Ti-C-Re，每吨熔体中加入0.5～1.0kg，然后静置15～25min，若成分不合格，继续调整成分并再次取样分析；
(5)除渣：上述步骤四成分合格的熔体流经过滤装置，去除熔体内的杂质；
(6)铸造：将除渣后的熔体进行铸造形成铸棒，铸造温度为695～710℃，铸造速度为35～65mm/min；
(7)均火：将铸造后的铸棒进行均匀化退火处理，均火温度为500～525℃，在该温度下保温时间9～12h，然后将铸棒进行强制冷却，冷却速率为200～300℃/h。
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