CN112593124A - 一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制造方法 - Google Patents

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制造方法，它属于合金铸锭制造领域。它解决了现有生产Ti含量较高的复合芯材铝合金存在裂纹倾向性大及铸造成品率低的问题。材料：组成Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Zr、Ti和余量的铝。方法：一、称料；二、熔炼后得到铝合金熔液；三、制备铸造熔体；四、成型。本发明有效的解决了现有技术中生产Ti含量较高的复合芯材铝合金，存在裂纹倾向性大，导致铸造开头漏铝、悬挂缺陷的问题，保障了成型。铸锭表面成型良好，表面无缺陷，表面无裂纹、无夹渣、无气孔，成品率达到了95％。本发明制造所得铸锭内部金相组织无疏松，整体均匀，无粗大晶粒缺陷，内部性能达标。本发明适用于制造复合芯材铝合金扁铸锭。

Description

一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制造方法
技术领域
本发明属于合金铸锭制造领域，具体涉及一种复合芯材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Ti含量较高的复合芯材铝合金，其裂纹倾向性大，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
本发明的目的是解决现有生产Ti含量较高的复合芯材铝合金存在裂纹倾向性大及铸造成品率低的问题，而提供一种复合芯材铝合金扁铸锭及其制造方法。
一种复合芯材铝合金扁铸锭，它按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝。
上述一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、称料：按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝，称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Fe元素添加剂、Al-Cu中间合金、Mn元素添加剂和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至730～745℃，加入Fe元素添加剂和Mn元素添加剂，电磁搅拌20～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二所得铝合金熔液在730～745℃下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气，精炼25～30min后静置25～30min，得到铸造熔体；
四、成型：将步骤三所得铸造熔体流入在线除气装置，再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为35mm/min，铸造温度为700～720℃，冷却水温度为18～26℃的条件下将铸造熔体注入结晶器中，同时以280mm/min的速度将Al-5Ti-0.2B丝播种到铸造熔体中，即完成复合芯材铝合金扁铸锭的制造。
本发明的优点：
本发明在熔炼的在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，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；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；半连续铸造过程中采用自动润滑系统为铸造铸锭提供稳定的供油，保证了润滑避免造成拉痕裂纹；使用先进的水冷控制系统为铸造提供了稳定的水流量，在半连续铸造前期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，有效的解决了现有技术中生产Ti含量较高的复合芯材铝合金，存在裂纹倾向性大，导致铸造开头漏铝、悬挂缺陷的问题，保障了成型。
本发明制造的复合芯材铝合金扁铸锭，尺寸为400mm×1350mm×(4000mm～70000)mm。制造的复合芯材铝合金扁铸锭，其化学成分合格；铸锭表面成型良好，表面无缺陷，表面无裂纹、无夹渣、无气孔，成品率达到了95％。铸锭内部金相组织无疏松，整体均匀，无粗大晶粒缺陷，内部性能达标。
本发明适用于制造复合芯材铝合金扁铸锭。
附图说明
图1为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的第一实物图；
图2为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的第一实物图；
图3为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的心部横截面的第一金相组织图；
图4为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的心部横截面的第二金相组织图；
图5为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的厚度1/4处横截面的金相组织图；
图6为实施例中制造的所得复合芯材铝合金扁铸锭的边部横截面的金相组织图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种复合芯材铝合金扁铸锭，它按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝。
本实施方式中Mg、Zn和Zr均为杂质元素，此范围内的杂质对铸锭的成型及冶金质量没有影响，实际生产中其含量越低越好。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为Si：0.79％、Fe：0.50％、Cu：0.57％、Mn：1.25％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.13％和余量的铝。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为Si：0.82％、Fe：0.52％、Cu：0.60％、Mn：1.27％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.15％和余量的铝。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、称料：按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝，称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Fe元素添加剂、Al-Cu中间合金、Mn元素添加剂和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至730～745℃，加入Fe元素添加剂和Mn元素添加剂，电磁搅拌20～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二所得铝合金熔液在730～745℃下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气，精炼25～30min后静置25～30min，得到铸造熔体；
四、成型：将步骤三所得铸造熔体流入在线除气装置，再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为35mm/min，铸造温度为700～720℃，冷却水温度为18～26℃的条件下将铸造熔体注入结晶器中，同时以280mm/min的速度将Al-5Ti-0.2B丝播种到铸造熔体中，即完成复合芯材铝合金扁铸锭的制造。
本实施方式步骤二中升温至730～745℃，采用电磁搅拌在炉底中间进行对流搅拌。
本实施方式步骤二中所得铝合金熔液，取样分析化学成分，化学成分合格后，获得合格的铝合金熔液。
本实施方式在制造过程中采用自动润滑系统为铸造铸锭提供稳定的供油，目的是保证润滑，避免造成拉痕裂纹。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，步骤一中所述称取的纯铝锭的质量纯度≥99.7％，Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％，Fe元素添加剂中Fe的质量含量为75％，Mn元素添加剂中Mn的质量含量为75％，Al-Cu中间合金中Cu的质量含量为40％，Al-Ti中间合金是中Ti的质量含量为6％。其它步骤及参数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或五不同的是，步骤二中升温至745℃，加入Fe元素添加剂和Mn元素添加剂，电磁搅拌30min。其它步骤及参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一同的是，步骤三中通入氩气：氩气纯度≥99.996％，气体流量为15nm3/hr，转数为275rpm/min。其它步骤及参数与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是，步骤三中铝合金熔液在745℃下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气，精炼30min后静置30min。其它步骤及参数与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是，步骤三及步骤四中的操作中所用的接触到铸造熔体的工具，其表面均喷涂一层氮化硼涂料。其它步骤及参数与具体实施方式四至八之一相同。
本实施方式中工具表面均喷涂一层氮化硼涂料，目的是防止工具中的铁元素对铸造熔体的污染。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是，步骤四中过滤装置采用双级陶瓷过滤片；所述双级陶瓷过滤片为进口30ppi+50ppi。其它步骤及参数与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是，步骤四中所述结晶器的形状为长方形，尺寸为400mm×1350mm。其它步骤及参数与具体实施方式四至十三之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至十一之一不同的是，步骤四中所得复合芯材铝合金扁铸锭的尺寸为400mm×1350mm×(4000mm～70000)mm。其它步骤及参数与具体实施方式四至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式四至十二之一不同的是，步骤四中所述铸造温度，采用自动控温系统进行控制，控制精度为3℃。其它步骤及参数与具体实施方式四至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式四至十三之一不同的是，步骤四中所述铸造的方式为半连续铸造。其它步骤及参数与具体实施方式四至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式四至十四之一不同的是，步骤四中所述在线除气装置为双除气装置。其它步骤及参数与具体实施方式四至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式四至十五之一不同的是，步骤四中铸造熔体注入结晶器中，铸造开始至铸造至350mm长度时使用单排水冷却，350mm以后使用双排水冷却。其它步骤及参数与具体实施方式四至十五之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十六不同的是，所述单排水冷却的流量为65t/h；所述双排水冷却的流量为150t/h。其它步骤及参数与具体实施方式十六相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、称料：按照重量百分比组成为Si：0.79％、Fe：0.50％、Cu：0.57％、Mn：1.25％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.13％和余量的铝，称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Fe元素添加剂、Al-Cu中间合金、Mn元素添加剂和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至745℃，加入Fe元素添加剂和Mn元素添加剂，电磁搅拌30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二所得铝合金熔液在745℃下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气，精炼30min后静置30min，得到铸造熔体；
四、成型：将步骤三所得铸造熔体流入在线除气装置，再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为35mm/min，铸造温度为715℃，冷却水温度为24℃的条件下将铸造熔体注入结晶器中，同时以280mm/min的速度将Al-5Ti-0.2B丝播种到铸造熔体中，即完成复合芯材铝合金扁铸锭的制造。
本实施例步骤二中升温至745℃，采用电磁搅拌在炉底中间进行对流搅拌。
本实施例步骤二中所得铝合金熔液，取样分析化学成分，化学成分合格后，获得合格的铝合金熔液。
本实施例在制造过程中采用自动润滑系统为铸造铸锭提供稳定的供油，目的是保证润滑，避免造成拉痕裂纹。
本实施例步骤一中所述称取的纯铝锭的质量纯度≥99.7％，Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％，Fe元素添加剂中Fe的质量含量为75％，Mn元素添加剂中Mn的质量含量为75％，Al-Cu中间合金中Cu的质量含量为40％，Al-Ti中间合金是中Ti的质量含量为6％。
本实施例步骤三中通入氩气：氩气纯度≥99.996％，气体流量为15nm3/hr，转数为275rpm/min。
本实施例步骤三及步骤四中的操作中所用的接触到铸造熔体的工具，其表面均喷涂一层氮化硼涂料。
本实施例步骤四中过滤装置采用双级陶瓷过滤片；所述双级陶瓷过滤片为进口30ppi+50ppi。
本实施例步骤四中所述结晶器的形状为长方形，尺寸为400mm×1350mm。
本实施例步骤四中所述铸造温度，采用自动控温系统进行控制，控制精度为3℃。
本实施例步骤四中所述铸造的方式为半连续铸造。
本实施例步骤四中所述在线除气装置为双除气装置。
本实施例步骤四中铸造熔体注入结晶器中，铸造开始至铸造至350mm长度时使用单排水冷却，350mm以后使用双排水冷却。
本实施例所述单排水冷却的流量为65t/h；所述双排水冷却的流量为150t/h。
本实施例制造的复合芯材铝合金扁铸锭的尺寸为400mm×1350mm×70000mm。
本实施例制造的复合芯材铝合金扁铸锭，经检测，化学成分合格；从图1和图2可见，铸锭表面成型良好，表面无缺陷，表面无裂纹、无夹渣、无气孔，成品率达到了95％。
从图3、图4、图5和图6中可见，金相组织无疏松，整体均匀，无粗大晶粒缺陷，内部性能达标。
由上述检测可知，本实施例中复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，有效的解决了现有技术中生产Ti含量较高的复合芯材铝合金，存在裂纹倾向性大，导致铸造开头漏铝、悬挂缺陷的问题，保障了成型。

Claims (10)

1.一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝。
2.根据权利要求1所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：0.79％、Fe：0.50％、Cu：0.57％、Mn：1.25％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.13％和余量的铝。
3.根据权利要求1所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：0.82％、Fe：0.52％、Cu：0.60％、Mn：1.27％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.15％和余量的铝。
4.制造如权利要求1中所述一种复合芯材铝合金扁铸锭，其特征在于它按以下步骤进行：
一、称料：按照重量百分比组成为Si：0.74％～0.84％、Fe：0.45％～0.55％、Cu：0.52％～0.62％、Mn：1.2％～1.3％、Mg：＜0.03％、Zn：＜0.05％、Zr：＜0.05％、Ti：0.12％～0.16％和余量的铝，称取纯铝锭、Al-Si中间合金、Fe元素添加剂、Al-Cu中间合金、Mn元素添加剂和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的纯铝锭、Al-Si中间合金、Al-Cu中间合金和Al-Ti中间合金加入到天然气熔化炉中，升温至730～745℃，加入Fe元素添加剂和Mn元素添加剂，电磁搅拌20～30min，得到铝合金熔液；
三、制备铸造熔体：将步骤二所得铝合金熔液在730～745℃下导入到保温炉中，向铝合金熔液中通入氩气，精炼25～30min后静置25～30min，得到铸造熔体；
四、成型：将步骤三所得铸造熔体流入在线除气装置，再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为35mm/min，铸造温度为700～720℃，冷却水温度为18～26℃的条件下将铸造熔体注入结晶器中，同时以280mm/min的速度将Al-5Ti-0.2B丝播种到铸造熔体中，即完成复合芯材铝合金扁铸锭的制造。
5.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述称取的纯铝锭的质量纯度≥99.7％，Al-Si中间合金中Si的质量含量为20％，Fe元素添加剂中Fe的质量含量为75％，Mn元素添加剂中Mn的质量含量为75％，Al-Cu中间合金中Cu的质量含量为40％，Al-Ti中间合金是中Ti的质量含量为6％。
6.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中通入氩气：氩气纯度≥99.996％，气体流量为15nm3/hr，转数为275rpm/min。
7.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤三及步骤四中的操作中所用的接触到铸造熔体的工具，其表面均喷涂一层氮化硼涂料。
8.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述在线除气装置为双除气装置；步骤四中过滤装置采用双级陶瓷过滤片；所述双级陶瓷过滤片为进口30ppi+50ppi。
9.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述结晶器的形状为长方形，尺寸为400mm×1350mm；步骤四中所得复合芯材铝合金扁铸锭的尺寸为400mm×1350mm×(4000mm～70000)mm。
10.根据权利要求4所述的一种复合芯材铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述铸造的方式为半连续铸造；所述铸造温度，采用自动控温系统进行控制，控制精度为3℃；步骤四中铸造熔体注入结晶器中，铸造开始至铸造至350mm长度时使用单排水冷却，350mm以后使用双排水冷却；所述单排水冷却的流量为65t/h；所述双排水冷却的流量为150t/h。
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