CN114318077A - 一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种Al‑Si‑Mn‑Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，涉及铝合金扁铸锭制备技术领域。本发明的目的是为了解决传统的Al‑Si‑Mn‑Zn多元合金普遍存在抗应力腐蚀性差和断裂韧性差的问题。方法：将铝锭、Al‑Si中间合金和Al‑Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，并均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀；将铝合金熔体导入静置炉中，向静置炉中通入Ar气精炼，然后静置，得到铸造熔体；将铸造熔体在炉外进行过滤后，再采用半连续铸造法进行铸造，得到Al‑Si‑Mn‑Zn系铝合金扁铸锭。本发明可获得一种Al‑Si‑Mn‑Zn系铝合金扁铸锭的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金扁铸锭制备技术领域，具体涉及一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法。
背景技术
传统的Al-Si-Mn-Zn多元合金，具有很高的抗拉强度、韧性和疲劳强度，良好的耐热性、加工性能好以及焊接性能优良等特点，具有非常广阔的应用前景。该铝合金的铸造利用再生铝和低品位的废铝为原材料进行生产，这就对熔炼工艺和熔体质量提出更高的要求。由于该铝合金属于高硅合金，因此保证硅充分合金化，并确保组织致密以及无气孔、夹渣成为内部质量控制的关键。但传统的Al-Si-Mn-Zn多元合金普遍存在抗应力腐蚀性差和断裂韧性差等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的Al-Si-Mn-Zn多元合金普遍存在抗应力腐蚀性差和断裂韧性差的问题，而提供一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法。
一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，含有的元素及质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％和Zr≤0.05％，余量为Al。
一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：
一、称取：按质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的铝锭、Al-Si中间合金和Al-Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，待熔炼温度至700℃～750℃时均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后在700℃～750℃下加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在700℃～750℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测，化学成分检测合格后，得到铝合金熔体；
三、精炼：将步骤二中得到的铝合金熔体导入静置炉中，在700℃～720℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气精炼10min～20min，然后静置20min～40min，得到铸造熔体；
四、铸造：将步骤三中得到的铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为700℃～720℃、铸造速度为50mm/min～55mm/min以及冷却水压为0.02MPa～0.07MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，首先，加入优化量的Zn元素，提高了合金抗应力腐蚀性及断裂韧性；加入优化量的Mn元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能。其次，选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉和静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定。通过使用炉外过滤器，减少熔体中的渣含量，避免铸锭内部组织缺陷的产生。最后，通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂且内部质量合格的铝合金扁铸锭。本发明通过上述元素、元素质量分数的优化以及各工艺步骤的优化设计，共同解决传统的Al-Si-Mn-Zn多元合金普遍存在抗应力腐蚀性差和断裂韧性差的问题。
(2)本发明通过加入熔剂覆盖，防止熔体氧化和吸气；通过使用氩气精炼，减少熔体氢含量。
本发明可获得一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法。
附图说明
图1为本发明制备的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的实物图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，含有的元素及质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％和Zr≤0.05％，余量为Al。
本实施方式一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭中的杂质含量为：Cu≤0.05％，Mg≤0.05％，Zr≤0.05％，其余单个杂质≤0.05％，全部杂质的范围为≤0.15％，此范围内的杂质对铝合金扁铸锭铸造成型和冶金质量不会产生任何不良影响。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭含有的元素及质量分数：Si为2.55～2.80％、Fe为0.17～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.28～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.35～1.50％、Ti为0.02～0.04％和Zr≤0.05％，余量为Al。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：
一、称取：按质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的铝锭、Al-Si中间合金和Al-Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，待熔炼温度至700℃～750℃时均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后在700℃～750℃下加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在700℃～750℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测，化学成分检测合格后，得到铝合金熔体；
三、精炼：将步骤二中得到的铝合金熔体导入静置炉中，在700℃～720℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气精炼10min～20min，然后静置20min～40min，得到铸造熔体；
四、铸造：将步骤三中得到的铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为700℃～720℃、铸造速度为50mm/min～55mm/min以及冷却水压为0.02MPa～0.07MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭。
本实施方式的有益效果：
(1)本实施方式一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，首先，加入优化量的Zn元素，提高了合金抗应力腐蚀性及断裂韧性；加入优化量的Mn元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能。其次，选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉和静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定。通过使用炉外过滤器，减少熔体中的渣含量，避免铸锭内部组织缺陷的产生。最后，通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂且内部质量合格的铝合金扁铸锭。本实施方式通过上述元素、元素质量分数的优化以及各工艺步骤的优化设计，共同解决传统的Al-Si-Mn-Zn多元合金普遍存在抗应力腐蚀性差和断裂韧性差的问题。
(2)本实施方式通过加入熔剂覆盖，防止熔体氧化和吸气；通过使用氩气精炼，减少熔体氢含量。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同点是：步骤一中按质量分数：Si为2.55～2.80％、Fe为0.17～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.28～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.35～1.50％、Ti为0.02～0.04％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金。
其他步骤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三或四不同点是：步骤二中在720～750℃下加入Fe剂和Mn剂。
其他步骤与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同点是：步骤二中所述的熔剂按质量百分数由35％KCl、40％MgCl2和7％BaCl2组成。
其他步骤与具体实施方式三至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同点是：步骤二中在730～750℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测。
其他步骤与具体实施方式三至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同点是：步骤三中将铝合金熔体导入静置炉中，在710～720℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气体精炼15～20min，然后静置30～40min，得到铸造熔体。
其他步骤与具体实施方式三至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同点是：步骤四中将铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为710～720℃、铸造速度为50～52mm/min以及冷却水压为0.05～0.07MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭。
其他步骤与具体实施方式三至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同点是：步骤四中所述的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm。
其他步骤与具体实施方式三至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：
一、称取：按质量分数：Si为2.55％、Fe为0.17％、Cu≤0.05％、Mn为1.28％、Mg≤0.05％、Zn为1.35％、Ti为0.02％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金。
二、熔炼：将步骤一中称取的铝锭、Al-Si中间合金和Al-Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，待熔炼温度至700℃～750℃时且炉料部分熔化后向熔体中均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后在720℃下加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在730℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测，调整化学成分至各元素满足Si：2.60％、Fe：0.18％、Mn：1.30％、Zn：1.38％和Ti：0.025％为止。化学成分检测合格后，得到铝合金熔体；所述熔剂按质量百分数由35％KCl、40％MgCl2和7％BaCl2组成。
三、精炼：将步骤二中得到的铝合金熔体导入静置炉中，在710℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、铸造：将步骤三中得到的铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为710℃、铸造速度为50mm/min以及冷却水压为0.05MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，所述的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm。
本实施例得到的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的成品率达到了90％，出现抗应力腐蚀性差和断裂韧性差产品的比例减少了75％左右。
实施例2：一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：
一、称取：按质量分数：Si为2.55％、Fe为0.17％、Cu≤0.05％、Mn为1.28％、Mg≤0.05％、Zn为1.35％、Ti为0.02％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金。
二、熔炼：将步骤一中称取的铝锭、Al-Si中间合金和Al-Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，待熔炼温度至700℃～750℃时且炉料部分熔化后向熔体中均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后在710℃下加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在720℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测，调整化学成分至各元素满足Si：2.60％、Fe：0.18％、Mn：1.30％、Zn：1.38％和Ti：0.025％为止。化学成分检测合格后，得到铝合金熔体；所述熔剂按质量百分数由35％KCl、40％MgCl2和7％BaCl2组成。
三、精炼：将步骤二中得到的铝合金熔体导入静置炉中，在705℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；
四、铸造：将步骤三中得到的铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为705℃、铸造速度为50mm/min以及冷却水压为0.06MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，所述的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm。
本实施例得到的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的成品率达到了90％，出现抗应力腐蚀性差和断裂韧性差产品的比例减少了75％左右。
Claims (10)
1.一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，其特征在于它含有的元素及质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％和Zr≤0.05％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭，其特征在于所述Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭含有的元素及质量分数：Si为2.55～2.80％、Fe为0.17～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.28～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.35～1.50％、Ti为0.02～0.04％和Zr≤0.05％，余量为Al。
3.如权利要求1至2任意一项所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于该制造方法按以下步骤进行：
一、称取：按质量分数：Si为2.30％～2.80％、Fe为0.10％～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.20％～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.20％～1.50％、Ti为0.02％～0.05％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金；
二、熔炼：将步骤一中称取的铝锭、Al-Si中间合金和Al-Ti中间合金依次装入电阻反射炉内熔炼，待熔炼温度至700℃～750℃时均匀加入Zn锭，待炉料全部熔化后除渣，除渣后在700℃～750℃下加入Fe剂和Mn剂，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在700℃～750℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测，化学成分检测合格后，得到铝合金熔体；
三、精炼：将步骤二中得到的铝合金熔体导入静置炉中，在700℃～720℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气精炼10min～20min，然后静置20min～40min，得到铸造熔体；
四、铸造：将步骤三中得到的铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为700℃～720℃、铸造速度为50mm/min～55mm/min以及冷却水压为0.02MPa～0.07MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭。
4.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中按质量分数：Si为2.55～2.80％、Fe为0.17～0.25％、Cu≤0.05％、Mn为1.28～1.40％、Mg≤0.05％、Zn为1.35～1.50％、Ti为0.02～0.04％、Zr≤0.05％和余量为Al称取铝锭、Al-Si中间合金、Fe剂、Mn剂、Zn锭和Al-Ti中间合金。
5.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中在720～750℃下加入Fe剂和Mn剂。
6.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中所述的熔剂按质量百分数由35％KCl、40％MgCl2和7％BaCl2组成。
7.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中在730～750℃的温度条件下，在熔体的一半深度处取样进行化学成分检测。
8.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中将铝合金熔体导入静置炉中，在710～720℃的温度条件下，向静置炉中通入Ar气体精炼15～20min，然后静置30～40min，得到铸造熔体。
9.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中将铸造熔体在炉外进行过滤后，再在铸造温度为710～720℃、铸造速度为50～52mm/min以及冷却水压为0.05～0.07MPa的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭。
10.根据权利要求3所述的一种Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中所述的Al-Si-Mn-Zn系铝合金扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm。
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