CN114323848A

CN114323848A - 铸造铝合金360z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法

Info

Publication number: CN114323848A
Application number: CN202111577075.2A
Authority: CN
Inventors: 臧立根; 董晓林; 葛素静; 毛怡国; 苑高利; 孙芳芳
Original assignee: Hebei Xinlizhong Nonferrous Metals Group Co ltd
Current assignee: Hebei Xinlizhong Nonferrous Metals Group Co ltd
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN114323848B

Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法，属于金属材料技术领域，本发明通过成分设计、选料、称量、熔炼、精炼、铸造制备得到，经均匀检查初检及成品均匀性检查、定值并按GB8170《数据修约规则》修约得到最后的成分组成数据，经与国内外标准样品比对，解决了现在没有适用于铸造铝合金360Z.3的铝合金光谱标准样品的问题，填补了国内空白，达到了国际水平。

Description

铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，铸造铝合金的研究与应用也得到飞速发展，不仅适用于汽车、机械等相关行业，也涉及航空、航天等领域。这就要求对铸造铝合金成分控制更加准确。

铸造铝合金成分的控制一般采用光电直读光谱仪进行。光谱分析是一种相对测量的方法，在分析过程中必须要有标准样品进行校准才能准确控制。众所周知光谱分析中主要受组织状态和第三元素影响，所以就更需要与分析样品成分含量一致、组织状态一致的标准样品，所以铸造铝合金360Z.3标准样品需要研制与其组织状态一致(铸态)、成分含量一致(单点)的标准样品。目前国内铸造铝合金分析用标准样品多为二次挤压状态；虽有部分为铸态(重力浇铸工艺)，与产品组织状态一致，但研制数量与均匀性都不能能满足需求。均匀性及研制数量都不能满足需求。在有色信息网站查询没有适用于铸造铝合金360Z.3产品的标准样品，所以在日常分析检测中往往需要使用多个标准样品才能对铸造铝合金360Z.3成分进行校准，不仅分析结果的准确性不能保证，降低了工作效率，还提高了检测成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法，该方法能够制备出成分均匀性良好、定值准确、稳定性好，组织状态、成分含量与产品保持一致的标准样品，提高分析结果准确性，提高工作效率，降低检测成本。且能够填补国内空白，达到国际水平。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，按照质量百分比计，组分包含0.0199％的Sr。

进一步地，为了研制铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，本发明提供的铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，不仅满足标准的范围，更要与产品成分接近。所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，按照质量百分比计，组分包含Si 9.76％，Fe0.450％，Cu 0.196％，Mn 0.289％，Mg 0.380％，Cr 0.020％，Ni 0.048％，Zn 0.131％，Ti0.039％，Pb 0.0113％，Sn 0.0093％，Sr 0.0199％和余量的Al。

为了满足对360Z.3铸造铝合金产品成分的准确控制。本发明在成分设计时按照《GB/T8733-2016铸造铝合金锭》对360Z.3化学成分的要求范围内，并能满足企业产品成分的要求进行设计。由于此铸造铝合金用锶变质，所以在成分设计上增加了Sr的设计。GB/T8733-2016中360Z.3的成分见表1。

表1 GB/T8733-2016中规定360Z.3铝合金化学成分(％)

本发明还提供一种所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法，包括如下步骤：

(1)将设计成分的质量百分比换算成所需原材料及辅助材料的质量进行称量；

(2)将称取的铸造铝合金锭360Z.3及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti加入到1000kg熔炼炉内进行熔炼，当炉料完全熔化后向熔体上均匀撒入精炼剂进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液，并取铝合金溶液进行化学成分分析；

(3)当所述铝合金溶液的化学成分分析合格(达到设计成分要求)，将铝液温度升至750℃±5℃时，开始倾翻至1000kg的静置炉，当静置炉内铝液温度达750℃±5℃时，添加精炼剂(按照质量百分比计，由20％氟铝酸钾、10％氯化钠和70％氯化钾组成)对熔体精炼，并彻底扒渣，然后用石墨转子精炼器采用氩气对熔体精炼15min，在精炼过程中加Al-Ti-B杆细化晶粒和和Al-10％Sr，精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到所取样块表面无明显针孔，再一次取铝合金溶液进行化学成分分析，静置15min，成分合格后，铸造。

进一步地，步骤(1)所述原材料为已有的铸造铝合金锭360Z.3，所述辅助材料包括铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡以及中间合金。本发明用已有的铸造铝合金锭360Z.3为原材料，然后用下面辅助材料进行成分微调：Al用99.7％普通铝锭，Mg用工业纯镁、Zn用工业纯锌、Pb使用纯铅、Sn使用纯锡，使用经过偏析检验的高质量的中间合金有：Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni、Al-3％Ti、Al-10％Sr。

进一步地，步骤(2)熔炼铝液温度为750℃±5℃。

进一步地，步骤(2)精炼剂相对于熔体质量的添加量为1.5‰。

进一步地，步骤(3)所述精炼剂相对于熔体质量的添加量为1.5‰，Al-Ti-B杆相对于熔体质量的添加量为1.5‰，Al-Sr相对于熔体质量的添加量为0.0199％。

进一步地，步骤(3)所述铸造温度为700℃～720℃，铸造速度260mm/min，冷却水强度水量为50m³/h～60m³/h，得到

铝合金铸棒。

本发明还提供所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金360Z.3铝合金质量控制、检测及仪器校正中的应用。

本发明还提供所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金360Z.2、360Z.4的成分控制中的应用。

本发明制备方法的工艺流程为：市场调研→成分设计→材料及工具准备→熔炼→调整化学成分→铸造成铸锭(φ65mm×5800mm)八根铸棒→取样进行金相检查及铸棒均匀性初检→车皮加工光谱标样(φ58mm×35mm)及化学样品(定值用)→均匀性检查→定值分析→确定标准值及扩展不确定度→稳定性检验→与国内、外同类标准样品进行比对。

本发明公开了以下技术效果：

本发明方法可用于制备适用于铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，通过本发明方法制备得到的360Z.3铸造铝合金光谱标准样品含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Ni、Zn、Ti、Pb、Sn、Sr、Al十三种元素，可适用于铸造铝合金360Z.3的准确分析，解决了国内外市场没有组织状态与成分含量都与铸造铝合金360Z.3一致的多元素铸造铝合金光谱标准样品和相应制备方法的问题。此成分还适合铸造铝合金360Z.2、360Z.4等牌号的铸造铝合金的成分控制，适用范围广。本发明研制的标准样品满足GB/T15000《标准样品工作导则》和YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1的铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品组织状态金相图谱；

图2为铸造铝合金360Z.3牌号产品组织状态金相图谱。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

一、本实施例中铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，具体是由下述设计成分按照质量百分比的配比组成：Si 9.76％，Fe 0.450％，Cu 0.196％，Mn 0.289％，Mg0.380％，Cr 0.020％，Ni 0.048％，Zn 0.131％，Ti 0.039％，Pb 0.0113％，Sn 0.0093％，Sr 0.0199％和余量的Al。

二、用已有的铸造铝合金锭360Z.3为原材料，然后用下面辅助材料进行调节：Al用99.7％纯铝铝锭，Mg用工业纯镁、Zn用工业纯锌、Pb使用纯铅、Sn使用纯锡，使用经过偏析检验的高质量的中间合金有：Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni、Al-3％Ti、Al-10％Sr，按照步骤一中的成分设计的质量百分比换算成所选取的原材料及辅助材料的质量，进行称量。

三、将步骤二称取铸造铝合金锭360Z.3及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti加入到1000kg熔炼炉内进行熔炼，熔炼铝液温度为750℃±5℃，当炉料完全熔化后向熔体上均匀撒入熔体质量1.5‰的精炼剂进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液(铝液)，并取铝合金溶液进行化学成分分析。

四、当步骤三铝液的化学成分分析合格，将铝液温度升至750℃±5℃时，开始倒入进1000kg的静置炉。当静置炉内铝液温度达750℃±5℃时，用1.5‰精炼剂(按照质量百分比计，由20％氟铝酸钾、10％氯化钠和70％氯化钾组成)对熔体精炼，并彻底扒渣，然后用石墨转子精炼器采用氮气对熔体精炼15min，在精炼过程中加1.5‰的Al-Ti-B杆细化晶粒，同时加入0.0199％的Al-10％Sr。精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到所取样块表面无明显针孔，，再一次取铝合金溶液进行化学成分分析，静置15min。成分合格后，检查铸造系统一切正常后开始准备铸造。

五、对步骤四得到的铝液用双极过滤装置及φ65mm×8的结晶器的同水平热顶半连续铸造装置，按工艺参数如下：铸造温度为700℃～720℃、铸造速度260mm/min、冷却水强度水量在50m³/h～60m³/h进行铸造，得到φ65mm×5800mm共八根铝合金铸棒。

六、铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品成分均匀性检查：成分均匀性检查按照GB/T15000《标准样品工作导则》和YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》要求进行：将步骤五得到的铸棒两端各切除至少250mm之后，两端及中间、1/4、3/4处分别取20～30mm之试样共40个样品，进行低倍检查，而后按照YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》的要求进行成分均匀性初检，用极差法进行统计。

七、对步骤六的低倍检查及均匀性初检合格的铸棒进行加工，共加工出φ58×35mm光谱标样800块，同时用加工出铸棒任意两根的头、中、尾取各取300mm的铸棒加工化学样品(定值用)。对加工的光谱标样按顺序编号，然后随机抽取20块光谱标样，对抽取样品的截面上三个不同部位在光电直读光谱仪上进行检查，得到光谱标准样品成分均匀性数据，用方差法进行统计。

八、对步骤七中加工的化学样品进行标准样品的定值，采用八家具有标准样品定值资质的实验室，用多种不同原理的国家标准方法进行联合定值，按照GB/T20975《铝及铝合金化学分析方法》选用其中方法中的一种或多种准确可靠的分析方法，进行协作定值分析与数据处理各分析单位报来的数据。每个元素共得到八组数据，每组4个独立的数据。首先在技术上进行可疑值的判定，其极差按GB/T20975《铝及铝合金化学分析方法》的允许差进行检查其组内是否有异常值，如有异常值出现则要求原实验室对可疑值进行复查，汇总剔除可疑值后的原始数据用夏皮罗-威尔克法进行正态性检验。将服从正态分布的数据的平均值作为单次测定值，构成一组新的数据用格拉布斯法检验，然后用科克伦法检验各组数据间是否等精度，对各组数据处理后，通过以上检验最后确定标准值及扩展不确定度(定值产生的不确定度及均匀性产生的不确定度)，按G8170《数据修约规则》进行修约。本实施例铸造铝合金360Z.3铸态单点标准样品标准值及扩展不确定度见表2。

表2铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品标准值及扩展不确定度

由表2可知，定值结果完全达到设计要求，满足产品分析要求。

本实施例铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品与同类国内外标准样品比对数据见表3。

表3

通过对不确定度数据的比较，完全达到国家标准样品及国外标准样品水平。

本实施例的铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品组织状态金相图谱见图1，由图1可知，α铝枝晶组织均匀，共晶硅变质正常，呈点状和蠕虫状。

铸造铝合金360Z.3牌号产品组织状态金相图谱见图2，由图2可知，所研制单点标准样品组织状态与产品组织状态接近。

稳定性检测：在一年内进行三次检测，每次尽可能控制各种条件，使其条件一致，使测量结果着重反映物质变化引起的那一部分误差。测量结果的精密度小于分析方法精密度，则认为该标准样品在该时间间隔内是稳定的，结果见表4。

表4

通过以上检测可知，本发明的铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品成分含量更接近产品的含量，均匀性良好、定值准确，由于铝合金都有一层致密的氧化层，本发明的铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品经多年考证，稳定性良好；标准样品经金相图谱证明，组织状态与产品更接近；本发明的标准样品与国内外标准样品比对及生产实践考核，完全达到设计要求，填补了国内空白，达到国际水平。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，其特征在于，按照质量百分比计，组分包含0.0199％的Sr。

2.根据权利要求1所述的一种铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品，其特征在于，按照质量百分比计，组分包含Si 9.76％，Fe 0.450％，Cu 0.196％，Mn 0.289％，Mg0.380％，Cr 0.020％，Ni 0.048％，Zn 0.131％，Ti 0.039％，Pb 0.0113％，Sn 0.0093％，Sr 0.0199％和余量的Al。

3.一种权利要求1～2任一项所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(2)将称取的铸造铝合金锭360Z.3及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti加入到熔炼炉内进行熔炼，当炉料完全熔化后向熔体上均匀撒入精炼剂进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液，并取铝合金溶液进行化学成分分析；

(3)当所述铝合金溶液的化学成分分析合格，将铝液温度升至750℃±5℃时，开始倾翻至静置炉，当静置炉内铝液温度达750℃±5℃时，添加精炼剂对熔体精炼，并彻底扒渣，然后用石墨转子精炼器采用氩气对熔体精炼15min，在精炼过程中加Al-Ti-B杆细化晶粒和Al-10％Sr，精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到所取样块表面无明显针孔，再一次取铝合金溶液进行化学成分分析，静置，成分合格后，铸造。

4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述原材料为已有的铸造铝合金锭360Z.3，所述辅助材料包括铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡以及中间合金。

5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(2)熔炼铝液温度为750℃±5℃。

6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(2)精炼剂相对于熔体质量的添加量为1.5‰。

7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述精炼剂相对于熔体质量的添加量为1.5‰，Al-Ti-B杆相对于熔体质量的添加量为1.5‰，Al-10％Sr相对于熔体质量的添加量为0.0199％。

8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铸造温度为700℃～720℃，铸造速度260mm/min，冷却水强度水量为50m³/h～60m³/h，得到

铝合金铸棒。

9.权利要求1～2任一项所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金360Z.3铝合金质量控制、检测及仪器校正中的应用。

10.权利要求1～2任一项所述铸造铝合金360Z.3铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金360Z.2、360Z.4的成分控制中的应用。