CN112921220A - 一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭及其制备方法 - Google Patents

一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种Al‑Zn‑Cu‑Mg铸锭的制备方法，包括：将合金原料进行熔炼，得到金属液；将所述金属液进行铸造，得到Al‑Zn‑Cu‑Mg铸锭；所述铸造过程中金属液的填充时间为50～60s。本发明在制备Al‑Zn‑Cu‑Mg铸锭时铸造过程中开头快速填充，降低了填充厚度，减少了开头内应力，降低了开头底部开裂风险；为继续生产更大尺寸的超硬合金积累经验和奠定基础。本发明还提供了一种Al‑Zn‑Cu‑Mg铸锭。

Description

一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭及其制备方法
技术领域
本发明属于合金技术领域，尤其涉及一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭及其制备方法。
背景技术
近年来，随着航空航天的快速发展，对高品质铝合金材料需求不断增加，大规格铸锭的需求也随之增加。Al-Zn-Cu-Mg合金由于合金化程度高，合金化元素总量超过10％，因此铸锭成型是目前要解决的主要问题，500*2000mm规格铸锭，宽厚比例大，铸锭应力大，采用传统的生产工艺铸锭成型困难，特别是开头出现大面裂纹或者底部开裂，导致目前改规格成品率低，保供困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭及其制备方法，本发明提供的方法制备Al-Zn-Cu-Mg铸锭成型质量较好。
本发明提供了一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭的制备方法，包括：
将合金原料进行熔炼，得到金属液；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中金属液的填充时间为50～60s。
优选的，所述铸造过程中的冷却水温度为20～26℃。
优选的，所述铸造过程中的冷却水流量为40～50m3/h。
优选的，所述铸造过程中的铸造速度为40～50mm/min。
优选的，所述熔炼包括：
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置；
所述合金原料包括Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭。
优选的，所述熔化的温度为730～760℃。
优选的，所述合金化包括：
向熔化后的合金液中加入Mg和Zr进行合金化。
优选的，所述Mg和Zr的加入温度为730～760℃；所述合金化的时间为40～60min。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的Al-Zn-Cu-Mg铸锭。
优选的，所述Al-Zn-Cu-Mg铸锭的成分为：
0.1～0.14wt％的Si；
0.13～0.17wt％的Fe；
2.0～2.6wt％的Cu；
0.08～0.12wt％的Mn；
1.9～2.6wt％的Mg；
0.03～0.05wt％的Cr；
2.7～6.7wt％的Zn；
0.04～0.08wt％的Ti；
0.08～0.15wt％的Zr；
余量为Al。
本发明提供的方法采用铺假底方式，待金属液接触结晶器大面时快速下车，金属液填充时间控制在50～60s；开头时使用大的冷却强度，防止铸锭悬挂，冷却水流量控制在40～50m3/h；开车时铸造速度快，减少漏铝或者冷隔造成裂废品，铸造速度在40～50mm/min范围内。本发明在制备Al-Zn-Cu-Mg铸锭时铸造过程中开头快速填充，降低了填充厚度，减少了开头内应力，降低了开头底部开裂风险；为继续生产更大尺寸的超硬合金积累经验和奠定基础。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。
本发明提供了一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭的制备方法，包括：
将合金原料进行熔炼，得到金属液；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中金属液的填充时间为50～60s。
在本发明中，所述熔炼优选包括：
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置。
本发明对所述合金原料没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际所需获得的铸锭成分选择合适成分的合金原料进行配比、熔炼即可。在本发明中，所述合金原料优选包括：
Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭。
在本发明中，所述合金原料优选还包括废料；优选严格控制废料等级和废料使用量，所述废料优选为制备过程中产生的自身废料；所述废料在合金原料中的质量分数优选≤60％。
在本发明中，所述熔化的温度优选为730～760℃，更优选为740～750℃，最优选为745℃。
在本发明中，所述合金化优选包括：
向熔化后的合金液中加入Mg和Zr进行合金化。
在本发明中，所述合金化的过程中优选严格控制Mg和Zr的加入温度和合金化时间，所述Mg和Zr的加入温度优选为730～760℃，更优选为740～750℃，最优选为745℃；所述合金化时间优选为40～60min，更优选为45～55min，最优选为50min。
在本发明中，所述精炼过程中优选采用熔剂和氩气进行精炼；所述熔剂优选为二号熔剂，即由光卤石和氯化镁加入少量的氯化钡灼烧而成的产品；所述熔剂的加入量优选为2.0～2.5kg/t金属液，更优选为2.1～2.4kg/t金属液，最优选为2.2～2.3kg/t金属液；所述精炼的温度优选为730～760℃，更优选为740～750℃，最优选为745℃。
在本发明中，所述静置的温度优选为730～760℃，更优选为740～750℃，最优选为745℃；所述静置的时间优选≥10min，更优选为10～30min，更优选为15～25min，最优选为20min。
在本发明中，所述金属液中Zn和Mg的质量比优选≥2.8，更优选为2.8～3.5，更优选为3～3.2。
在本发明中，所述铸造过程中优选金属液填充时间快，起铸条件采用铺假底的方式；所述铺假底指的是将金属液部分注入结晶器，使金属液填充结晶器底座，待底座周边的金属液凝固一部分后继续向结晶器中注入剩余的金属液。
在本发明中，所述铸造过程中优选金属快速填充，待填充金属液液面与结晶器大面相接触时立即下车，即当铸造开头时，注入结晶器底座内的金属液与结晶器大面相接触时立即使铸造机开始工作。
在本发明中，所述铸造过程中金属液的填充时间优选为50～60s，更优选为52～58s，更优选为54～56s，最优选为55s；本发明通过控制上述金属液填充时间降低填充厚度，减少开头铸锭应力。
在本发明中，所述铸造过程中优选进行快速冷却，所述铸造过程中冷却水的温度优选为20～26℃，更优选为21～25℃，更优选为22～24℃，最优选为23℃；所述铸造过程中冷却水的流量优选为40～50m3/h，更优选为42～48m3/h，更优选为44～46m3/h，最优选为45m3/h。
在本发明中，所述铸造过程中优选开车速度快，保证开头速度快，减少漏铝或冷隔造成的裂废品；所述铸造过程中的铸造速度优选为40～50mm/min，更优选为42～48mm/min，更优选为44～46mm/min，最优选为45mm/min。
本发明提供了一种上述技术方案所述的方法制备得到的Al-Zn-Cu-Mg铸锭。
在本发明中，所述Al-Zn-Cu-Mg铸锭的成分优选为：
0.1～0.14wt％的Si；
0.13～0.17wt％的Fe；
2.0～2.6wt％的Cu；
0.08～0.12wt％的Mn；
1.9～2.6wt％的Mg；
0.03～0.05wt％的Cr；
2.7～6.7wt％的Zn；
0.04～0.08wt％的Ti；
0.08～0.15wt％的Zr；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选为0.11～0.13％，更优选为0.2％；所述Fe的质量含量优选为0.14～0.16％，更优选为0.15％；所述Cu的质量含量优选为2.1～2.5％，更优选为2.2～2.4％，最优选为2.3％；所述Mn的质量含量优选为0.09～0.11％，更优选为0.10％；所述Mg的质量含量优选为2.0～2.5％，更优选为2.1～2.4％，最优选为2.2～2.3％；所述Cr的质量含量优选为0.04％；所述Zn的质量含量优选为6～6.5％，更优选为6.1～6.4％，最优选为6.2～6.3％；所述Ti的质量含量优选为0.05～0.07％，更优选为0.06％；所述Zr的质量含量优选为0.10～0.14％，更优选为0.11～0.13％，最优选为0.12％。
在本发明中，所述Al-Zn-Cu-Mg铸锭中单个杂质的质量含量优选为0.03～0.07％，更优选为0.04～0.06％，最优选为0.05％；杂质合计的质量含量优选为0.12～0.18％，更优选为0.13～0.17％，最优选为0.15％。
本发明提供的方法采用铺假底方式，待金属液接触结晶器大面时快速下车，金属液填充时间控制在50～60s；开头时使用大的冷却强度，防止铸锭悬挂，冷却水流量控制在40～50m3/h；开车时铸造速度快，减少漏铝或者冷隔造成裂废品，铸造速度在40～50mm/min范围内。本发明在制备Al-Zn-Cu-Mg铸锭时铸造过程中开头快速填充，降低了填充厚度，减少了开头内应力，降低了开头底部开裂风险；为继续生产更大尺寸的超硬合金积累经验和奠定基础。
实施例1
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置，得到金属液；
所述合金原料包括：Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭；
所述熔化的温度为730℃；
所述合金化为：向熔化后的金属液中加入Mg和Zr；所述Mg和Zr的加入温度为730℃；所述合金化的时间为40min；
所述精炼过程中采用二号熔剂(市售商品)和氩气精炼，所述二号熔剂的加入量为2kg/t金属液；所述精炼的温度为730℃；
所述静置的温度为730℃，所述静置的时间为10min；
所述金属液中Zn和Mg的质量比≥2.8；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中向结晶器中先注入部分金属液，使金属液填充结晶器底座，待底座周边的金属液凝固一部分后继续向结晶器中注入剩余的金属液进行铺假底；
所述铸造过程中注入结晶器底座内的金属液与结晶器大面相接触时立即下车，即使铸造机开始动作；
所述铸造过程中的金属液填充时间为50s，冷却水的温度为20℃，冷却水的流量为40m3/h，铸造速度为40mm/min。
采用光谱分析和化学法分析法，检测本发明实施例1制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭的成分，检测结果为：Si：0.021wt％，Fe：0.053wt％，Cu：2.16wt％，Mn：0.01wt％，Mg：2.08wt％，Cr：0.01wt％，Zn：6.26wt％，Ti：0.019wt％，Zr：0.11wt％，余量为Al。
采用国家标准GB/T 3246.2-2012《变形铝及铝合金制品组织检验方法第2部分：低倍组织检验方法》，对本发明实施例1制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭进行晶粒度检测，检测结果为：宏观晶粒度最大为3级。
实施例2
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置，得到金属液；
所述合金原料包括：Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭；
所述熔化的温度为745℃；
所述合金化为：向熔化后的金属液中加入Mg和Zr；所述Mg和Zr的加入温度为745℃；所述合金化的时间为50min；
所述精炼过程中采用二号熔剂(市售商品)和氩气精炼，所述二号熔剂的加入量为2.3kg/t金属液；所述精炼的温度为745℃；
所述静置的温度为745℃，所述静置的时间为15min；
所述金属液中Zn和Mg的质量比≥2.8；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中向结晶器中先注入部分金属液，使金属液填充结晶器底座，待底座周边的金属液凝固一部分后继续向结晶器中注入剩余的金属液进行铺假底；
所述铸造过程中注入结晶器底座内的金属液与结晶器大面相接触时立即下车，即使铸造机开始动作；
所述铸造过程中的金属液填充时间为55s，冷却水的温度为23℃，冷却水的流量为45m3/h，铸造速度为45mm/min。
按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭进行成分检测，检测结果为，Si：0.024wt％，Fe：0.056t％，Cu：2.15wt％，Mn：0.01wt％，Mg：2.14wt％，Cr：0.01wt％，Zn：6.20wt％，Ti：0.022wt％，Zr：0.10wt％，余量为Al。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭进行晶粒度检测，检测结果为：宏观晶粒度最大为2.5级。
实施例3
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置，得到金属液；
所述合金原料包括：Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭；
所述熔化的温度为760℃；
所述合金化为：向熔化后的金属液中加入Mg和Zr；所述Mg和Zr的加入温度为60℃；所述合金化的时间为60min；
所述精炼过程中采用二号熔剂(市售商品)和氩气精炼，所述二号熔剂的加入量为2.5kg/t金属液；所述精炼的温度为760℃；
所述静置的温度为760℃，所述静置的时间为20min；
所述金属液中Zn和Mg的质量比≥2.8；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中向结晶器中先注入部分金属液，使金属液填充结晶器底座，待底座周边的金属液凝固一部分后继续向结晶器中注入剩余的金属液进行铺假底；
所述铸造过程中注入结晶器底座内的金属液与结晶器大面相接触时立即下车，即使铸造机开始动作；
所述铸造过程中的金属液填充时间为60s，冷却水的温度为26℃，冷却水的流量为50m3/h，铸造速度为50mm/min。
按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭进行成分检测，检测结果为，Si：0.03wt％，Fe：0.06wt％，Cu：2.18wt％，Mn：0.01wt％，Mg：2.04wt％，Cr：0.01wt％，Zn：6.39wt％，Ti：0.03wt％，Zr：0.10wt％，余量为Al。
按照实施例1的方法对本发明实施例3制备的Al-Zn-Cu-Mg铸锭进行晶粒度检测，检测结果为：宏观晶粒度最大为2级。
本发明提供的方法采用铺假底方式，待金属液接触结晶器大面时快速下车，金属液填充时间控制在50～60s；开头时使用大的冷却强度，防止铸锭悬挂，冷却水流量控制在40～50m3/h；开车时铸造速度快，减少漏铝或者冷隔造成裂废品，铸造速度在40～50mm/min范围内。本发明在制备Al-Zn-Cu-Mg铸锭时铸造过程中开头快速填充，降低了填充厚度，减少了开头内应力，降低了开头底部开裂风险；为继续生产更大尺寸的超硬合金积累经验和奠定基础。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Al-Zn-Cu-Mg铸锭的制备方法，包括：
将合金原料进行熔炼，得到金属液；
将所述金属液进行铸造，得到Al-Zn-Cu-Mg铸锭；
所述铸造过程中金属液的填充时间为50～60s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中的冷却水温度为20～26℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中的冷却水流量为40～50m3/h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中的铸造速度为40～50mm/min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔炼包括：
将合金原料进行熔化、合金化、精炼和静置；
所述合金原料包括Cu板、Mg锭、Zn锭、Al-Zr中间合金、Al-Ti中间合金和Al锭。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述熔化的温度为730～760℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述合金化包括：
向熔化后的合金液中加入Mg和Zr进行合金化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述Mg和Zr的加入温度为730～760℃；所述合金化的时间为40～60min。
9.一种权利要求1所述的方法制备得到的Al-Zn-Cu-Mg铸锭。
10.根据权利要求9所述的Al-Zn-Cu-Mg铸锭，其特征在于，所述Al-Zn-Cu-Mg铸锭的成分为：
0.1～0.14wt％的Si；
0.13～0.17wt％的Fe；
2.0～2.6wt％的Cu；
0.08～0.12wt％的Mn；
1.9～2.6wt％的Mg；
0.03～0.05wt％的Cr；
2.7～6.7wt％的Zn；
0.04～0.08wt％的Ti；
0.08～0.15wt％的Zr；
余量为Al。
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