CN111020318A - 一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制备方法 - Google Patents

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制备方法，涉及一种铝合金扁铸锭及其制造方法。本发明是要解决现有的产复合芯材铝合金裂纹倾向性大，在铸造过程中极易产生裂纹废品，甚至开头铸造漏铝造成铝液迸溅发生安全事故，铸造成品率低的技术问题。本发明按质量百分含量由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成。本发明方法制备的复合芯材铝合金扁铸锭无裂纹，而且铸锭表面平整，金相组织无疏松、夹渣等缺陷。铸锭成品率大于95％。

Description

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝合金扁铸锭及其制造方法。
背景技术
复合芯材铝合金具有强度高、抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力强、断裂韧性与抗疲劳性能优良等一系列突出优点，在汽车中具有重要的应用价值。现有生产复合芯材铝合金裂纹倾向性大，在铸造过程中极易产生裂纹废品，甚至开头铸造漏铝造成铝液迸溅发生安全事故，铸造成品率极低，其铸锭成品率仅为80％。为提高铸锭成品率与生产效率并满足复合型材加工的需求，研究一种新的复合芯材铝合金扁铸锭操作工艺是推动复合芯材铝合金应用的关键。
发明内容
本发明是要解决现有的产复合芯材铝合金裂纹倾向性大，在铸造过程中极易产生裂纹废品，甚至开头铸造漏铝造成铝液迸溅发生安全事故，铸造成品率低的技术问题，而提供一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制备方法。
本发明的复合芯材铝合金扁铸锭按质量百分含量由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成。
本发明的复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法是按以下步骤进行的：
一、按照复合芯材铝合金扁铸锭中各元素的质量百分含量称取铝锭、Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金作为原料；
所述的复合芯材铝合金扁铸锭按中各元素质量百分含量由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金和Al-Mn中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至温度为740℃～745℃，然后加入步骤一中称取的Al-Zr中间合金，在温度为740℃～745℃的条件下电磁搅拌25min～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二得到的铝合金熔液在温度为730℃～745℃条件下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气在温度为720℃～730℃精炼30min～35min，氩气是以在线精炼设备通入，气体流量为15nm3/hr～20nm3/hr，转数为275rpm/min～300rpm/min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、半连续铸造成型：将步骤三得到的铸造熔体流入在线除气装置进行除气，再流入过滤装置进行过滤，再向铸造熔体中加入Al-5Ti-0.2B丝，在铸造速度为40mm/min～50mm/min和铸造温度为700℃～720℃的条件下进入结晶器内，结晶器内的冷却水温度为18℃～26℃，先以单排水且流量为80t/h～90t/h进行冷却，当铸造长度达到240mm时采取双排水且流量为140t/h～150t/h进行冷却，得到复合芯材铝合金扁铸锭；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量为步骤一中称取原料总质量的0.005％～0.006％；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量分数为5％，B的质量分数为0.2％，余量为Al。
本发明的步骤四中加入的Al-5Ti-0.2B丝的质量与步骤一称取的原料总质量相比占比很少，所以Al-5Ti-0.2B丝中各个元素作为杂质，其质量不算在复合芯材铝合金扁铸锭中。
本发明在步骤二的熔炼过程中采用了电磁搅拌进行熔体的搅拌，保证了熔体成分与温度的均匀性；在步骤四的铸造过程中采用30ppi+50ppi双级陶瓷过滤片进行熔体过滤，有效的除掉熔体中的夹杂物确保净化效果；在步骤四的半连续铸造过程中采用低速铸造，有效的保证了铸锭稳态成型；在步骤四使用水冷控制系统为铸造提供了稳定的水流量，在步骤四半连续铸造采用单双排水冷却技术，减少冷却强度，降低应力，降低底部翘曲量，有效的解决了铸造开头漏铝、悬挂缺陷，保障了成型。
本发明方法制备的复合芯材铝合金扁铸锭的厚度为400mm、宽度为1350mm、长度为4000mm～7000mm，无裂纹，而且铸锭表面平整，金相组织无疏松、夹渣等缺陷。铸锭成品率大于95％。
本发明制备的复合芯材合金扁铸锭主要用于制造汽车零件铝合金板材。
本发明的步骤三中在线精炼设备购买自Pyrotek公司，型号为HD26A-WO2293。
附图说明
图1为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭边部的高倍组织照片；
图2为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭中部的高倍组织照片；
图3为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭的低倍组织照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种复合芯材铝合金扁铸锭，其按质量百分比是由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：复合芯材铝合金扁铸锭，其按质量百分比是由0.7％的Si、0.23％的Fe、1.55％的Mn、1.43％的Zn、0.115％的Zr、0.023％的Ti和余量的铝组成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一中复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、按照复合芯材铝合金扁铸锭中各元素的质量百分含量称取铝锭、Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金作为原料；
所述的复合芯材铝合金扁铸锭按中各元素质量百分含量由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金和Al-Mn中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至温度为740℃～745℃，然后加入步骤一中称取的Al-Zr中间合金，在温度为740℃～745℃的条件下电磁搅拌25min～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二得到的铝合金熔液在温度为730℃～745℃条件下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气在温度为720℃～730℃精炼30min～35min，氩气是以在线精炼设备通入，气体流量为15nm3/hr～20nm3/hr，转数为275rpm/min～300rpm/min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、半连续铸造成型：将步骤三得到的铸造熔体流入在线除气装置进行除气，再流入过滤装置进行过滤，再向铸造熔体中加入Al-5Ti-0.2B丝，在铸造速度为40mm/min～50mm/min和铸造温度为700℃～720℃的条件下进入结晶器内，结晶器内的冷却水温度为18℃～26℃，先以单排水且流量为80t/h～90t/h进行冷却，当铸造长度达到240mm时采取双排水且流量为140t/h～150t/h进行冷却，得到复合芯材铝合金扁铸锭；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量为步骤一中称取原料总质量的0.005％～0.006％；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量分数为5％，B的质量分数为0.2％，余量为Al。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一中所述的Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％；Al-Ti中间合金中Ti的质量含量为6％；Al-Fe中间合金中Fe的质量含量为10％；Al-Mn中间合金中Mn的质量含量为10％；Al-Zr中间合金中Zr的质量含量为5％。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的过滤装置采用30ppi陶瓷过滤片和50ppi陶瓷过滤片上下布置的方式，且两个陶瓷过滤片的间距为15～20cm。其他与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤四中所述的结晶器的长为400mm，宽为1350mm，高为175mm。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，具体是按以下步骤进行的：
一、按照复合芯材铝合金扁铸锭中各元素的质量百分含量称取铝锭、Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金作为原料；
所述的复合芯材铝合金扁铸锭按中各元素质量百分含量由0.7％的Si、0.23％的Fe、1.55％的Mn、1.43％的Zn、0.115％的Zr、0.023％的Ti和余量的铝组成；
步骤一中所述的Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％；Al-Ti中间合金中Ti的质量含量为6％；Al-Fe中间合金中Fe的质量含量为10％；Al-Mn中间合金中Mn的质量含量为10％；Al-Zr中间合金中Zr的质量含量为5％；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金和Al-Mn中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至温度为745℃，然后加入步骤一中称取的Al-Zr中间合金，在温度为745℃的条件下电磁搅拌30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二得到的铝合金熔液在温度为745℃条件下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气在温度为720℃精炼30min，氩气是以在线精炼设备通入，气体流量为15nm3/hr，转数为275rpm/min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、半连续铸造成型：将步骤三得到的铸造熔体流入在线除气装置进行除气，再流入过滤装置进行过滤，再向铸造熔体中加入Al-5Ti-0.2B丝，在铸造速度为40mm/min和铸造温度为715℃的条件下进入结晶器内，结晶器内的冷却水温度为24℃，先以单排水且流量为80t/h进行冷却，当铸造长度达到240mm时采取双排水且流量为140t/h进行冷却，得到复合芯材铝合金扁铸锭；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量为步骤一中称取原料总质量的0.005％；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量分数为5％，B的质量分数为0.2％，余量为Al。
步骤四中所述的过滤装置采用30ppi陶瓷过滤片和50ppi陶瓷过滤片上下布置的方式，且两个陶瓷过滤片的间距为15～20cm；
步骤四中所述的结晶器的长为400mm，宽为1350mm，高为175mm。
图1为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭边部的高倍组织照片，图2为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭中部的高倍组织照片，通过高倍组织分析可以看出试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭从边部到中心枝晶网络厚，但枝晶间距逐渐变小、较均匀，晶粒从小到大，符合铝合金熔炼过程中的结晶规律。
图3为试验一制备的复合芯材铝合金扁铸锭的低倍组织照片，图3中可见试样中无偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂等宏观缺陷。铸锭低倍检查符合标准要求。
试验一制备的铸锭表面成型良好，内部性能达标，铸锭的成品率为95％。

Claims (6)

1.一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于复合芯材铝合金扁铸锭按质量百分比是由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成。
2.根据权利要求1所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于复合芯材铝合金扁铸锭，其按质量百分比是由0.7％的Si、0.23％的Fe、1.55％的Mn、1.43％的Zn、0.115％的Zr、0.023％的Ti和余量的铝组成。
3.如权利要求1所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，其特征在于复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法是按以下步骤进行的：
一、按照复合芯材铝合金扁铸锭中各元素的质量百分含量称取铝锭、Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mn中间合金和Al-Zr中间合金作为原料；
所述的复合芯材铝合金扁铸锭按中各元素质量百分含量由0.65％～0.78％的Si、0.2％～0.3％的Fe、1.45％～1.65％的Mn、1.3％～1.55％的Zn、0.1％～0.15％的Zr、0.015％～0.03％的Ti和余量的铝组成；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、纯Zn锭、Al-Si中间合金、Al-Ti中间合金、Al-Fe中间合金和Al-Mn中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至温度为740℃～745℃，然后加入步骤一中称取的Al-Zr中间合金，在温度为740℃～745℃的条件下电磁搅拌25min～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二得到的铝合金熔液在温度为730℃～745℃条件下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气在温度为720℃～730℃精炼30min～35min，氩气是以在线精炼设备通入，气体流量为15nm3/hr～20nm3/hr，转数为275rpm/min～300rpm/min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、半连续铸造成型：将步骤三得到的铸造熔体流入在线除气装置进行除气，再流入过滤装置进行过滤，再向铸造熔体中加入Al-5Ti-0.2B丝，在铸造速度为40mm/min～50mm/min和铸造温度为700℃～720℃的条件下进入结晶器内，结晶器内的冷却水温度为18℃～26℃，先以单排水且流量为80t/h～90t/h进行冷却，当铸造长度达到240mm时采取双排水且流量为140t/h～150t/h进行冷却，得到复合芯材铝合金扁铸锭；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量为步骤一中称取原料总质量的0.005％～0.006％；
所述的Al-5Ti-0.2B丝中Ti的质量分数为5％，B的质量分数为0.2％，余量为Al。
4.根据权利要求3所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，其特征在于步骤一中所述的Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％；Al-Ti中间合金中Ti的质量含量为6％；Al-Fe中间合金中Fe的质量含量为10％；Al-Mn中间合金中Mn的质量含量为10％；Al-Zr中间合金中Zr的质量含量为5％。
5.根据权利要求3所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，其特征在于步骤四中所述的过滤装置采用30ppi陶瓷过滤片和50ppi陶瓷过滤片上下布置的方式，且两个陶瓷过滤片的间距为15cm～20cm。
6.根据权利要求3所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制备方法，其特征在于步骤四中所述的结晶器的长为400mm，宽为1350mm，高为175mm。
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