CN114985686A - 一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法，包括：将金属液进行铸造，得到高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭；所述金属液包括：铝液和合金液；所述铸造过程中先采用铝液铺底再浇注合金液。本发明成功的研发出直径为

Description

一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法
技术领域
本发明属于铝合金铸锭技术领域，尤其涉及一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法。
背景技术
世界上各种军民用飞机刹车轮轮毂普遍采用未加入贵重金属的铝合金，但常规铝合金耐热性能较差。为满足飞机机轮的高承载能力、高使用温度、长使用寿命、安全性、可靠性等苛刻的应用要求，急需开展新型高强耐热铝合金的成分优化设计、熔铸技术。与传统的飞机轮毂用铝合金相比，新型高强耐热铝合金除了在强度、高温性能、断裂韧性、疲劳和应力腐蚀方面具有更优越的综合性能外，在综合耐蚀性能和刚度方面也与现有铝合金相近。目前，新型高强耐热铝合金制造的飞机轮毂已应用于大型军民用飞机上，取得了很好的使用效果，但由于其此类合金生产时具有极大的形成热裂纹和冷裂纹的倾向性，且对于工具直径为φ630mm的大规格的加入贵金属的高强高耐热的变形铝合金圆铸锭，成型非常困难，随着贵重金属Ag的增加，成型难度呈几何倍数增加。因此，如何更好的制备高强耐热铝合金铸锭成为本领域研究的热点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法，本发明提供的方法制备得到的高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭具有较好的性能。
本发明提供了一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法，包括：
将金属液进行铸造，得到高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭；
所述金属液包括：铝液和合金液；
所述铸造过程中先采用铝液铺底再浇注合金液。
优选的，所述铝液铺底过程中的填充时间为180～210s。
优选的，所述浇注合金液过程中的填充时间为180～210s。
优选的，所述合金液填充加保持时间为500～600s。
优选的，所述铸造的速度为17～22mm/min。
优选的，所述铸造过程中的冷却水流量为7～14m3/h。
优选的，所述铸造过程中的冷却水温度为18～28℃。
优选的，所述铸造过程中结晶器末端金属液温度为690～705℃。
优选的，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的成分为Al-Cu-Mg-Ag系铝合金。
优选的，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的直径为600～650mm。
本发明成功的研发出直径为
Figure BDA0003702438760000021
规格加入贵金属的2系高强高热变形铝合金的圆铸锭工艺，填补了该项空白，为今后生产这种大规格圆铸锭打下了坚实的基础。本发明采用纯铝铺底，控制纯铝铺底时间、本体金属填充时间及保持时间，合理匹配铸造速度、冷却水流量、冷却水水温及铝液温度等工艺参数，获得了性能较好的高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铸锭图片；
图2为本发明实施例2制备的铸锭图片。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法，包括：
将金属液进行铸造，得到高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭；
所述金属液包括：铝液和合金液；
所述铸造过程中先采用铝液铺底再浇注合金液。
在本发明中，所述铝液的成分优选为Al。
在本发明中，所述铝液的制备方法优选包括：
将铝锭熔化，将得到的铝液保温，在使用之前打净铝液的表面浮渣。
在本发明中，所述铝锭的纯度优选为99.7％甚至更高；所述保温的温度优选为740～770℃，更优选为750～760℃，最优选为755℃。
在本发明中，所述铸造过程中先采用铝液(纯铝)铺底，所述铺底的高度优选为50～80mm，更优选为60～70mm，最优选为65mm。
在本发明中，所述铝液铺底过程中的铝液填充时间优选为180～210s，更优选为190～200s，最优选为195s，所述浇注合金液填充过程中的时间优选为180～210s，更优选为190～200s，最优选为195s，所述合金液填充加保持时间优选为500～600s，更优选为550s；保持时间优选为300～400s，更优选为355s。
在本发明中，所述铝液铺底后再进行合金液的浇注，所述合金液的成分优选为Al-Cu-Mg-Ag系铝合金，更优选为：
Si：≤0.08wt％；
Fe：≤0.10wt％；
Cu：4.80～5.40wt％；
Mn：0.45～0.80wt％；
Mg：0.70～1.00wt％；
Zn：≤0.25wt％；
Ag：0.40～0.70wt％；
Ti：≤0.06wt％；
Zr：0.08～0.15wt％；
Be：≤0.0001wt％；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选≤0.05wt％；所述Fe的质量含量优选≤0.08wt％；所述Cu的质量含量优选为4.9～5.3％，更优选为5.0～5.2％，最优选为5.1％；所述Mn的质量含量优选为0.5～0.7％，更优选为0.6％；所述Mg的质量含量优选为0.8～1.0％，更优选为0.9％；所述Zn的质量含量优选≤0.20％；所述Ag的质量含量优选为0.45～0.65％，更优选为0.5～0.6％，最优选为0.55％；所述Ti的质量含量优选≤0.05％；所述Zr的质量含量优选为0.10～0.13％，更优选为0.12％。
在本发明中，所述合金液的制备方法优选包括：
将铝锭、AlSi中间合金、AlMn中间合金、镁、AlTi中间合金、AlZr中间合金进行熔化，待金属熔化1/3以上加入铜，然后进行成分确认和熔体净化，银进行烫化，得到合金液。
在本发明中，所述铝锭优选为重熔用精铝锭；所述AlSi中间合金中Si的质量含量优选为15～25％，更优选为20％；所述AlMn中间合金中Mn的质量含量优选为10～20％，更优选为15％；所述镁的纯度优选为99.9％；所述AlTi中间合金中Ti的质量含量优选为2～6％，更优选为3～5％，最优选为4％；所述AlZr中间合金中Zr的质量含量优选为2～6％，更优选为3～5％，最优选为4％；所述Cu的纯度优选为99.95％；所述Ag的纯度优选为99.99％。
在本发明中，所述熔化优选采用天然气熔炼炉进行熔化；所述成分确认和熔体净化优选在天然气静置炉中进行；所述烫化优选在天然气静置炉中进行。
在本发明中，所述浇注合金液过程中合金液的填充时间优选为180～210s，更优选为190～200s，最优选为195s。
在本发明中，所述铸造包括铝液铺底和合金液浇注，所述铸造的时间包括铝液和合金液的填充时间以及金属液的保持时间，所述铸造的时间优选为500～600s，更优选为520～580s，最优选为540～560s。
在本发明中，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法优选包括：铝液铺底过程中缓慢先浇注在模具中，根据铺底高度停止纯铝液的供给，然后使用小型工具对浇注工具中的铺底铝液进行打渣并探摸半凝固金属状态，如果存在半凝固金属立即将合金铝液引入浇注工具中根据填充时间，进行填充，填充完毕进入保持时间，最后启动铸造。
在本发明中，所述铸造过程中的工艺参数指的是合金液浇注以及后续铸造过程中的工艺参数，包括铸造速度、冷却水流量、冷却水温度、结晶器末端金属液温度。
在本发明中，所述铸造过程中的铸造速度优选为17～22mm/min，更优选为18～20mm/min，最优选为18～19mm/min。
在本发明中，所述铸造过程中的冷却水流量优选为7～14m3/h，更优选为7～12m3/h，更优选为8～10m3/h，最优选为8～9m3/h；所述冷却水流量指的是单根冷却水流量。
在本发明中，所述铸造过程中的冷却水温度优选为18～28℃，更优选为20～26℃，最优选为22～24℃。
在本发明中，所述铸造过程中结晶器末端金属液(合金液)的温度优选为690～705℃，更优选为695～700℃。
在本发明中，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的工具直径优选为600～650mm，更优选为620～640mm，最优选为630mm。
本发明成功的研发出直径为
Figure BDA0003702438760000051
规格加入贵金属的2系高强高热变形铝合金的圆铸锭工艺，填补了该项空白，为今后生产这种大规格圆铸锭打下了坚实的基础。本发明采用纯铝铺底，控制纯铝铺底时间、本体金属填充时间及保持时间，合理匹配铸造速度、冷却水流量、冷却水水温及铝液温度等工艺参数，获得了性能较好的高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭。
实施例1
使用原材料Al99.7％的铝锭投入至纯铝炉熔化，并将铝液温度保持在740℃～770℃之间，使用前打净铝液表面浮渣，得到铝液。
合金液通过使用合格原辅材料，Al使用重熔用精铝锭，Si使用AlSi20(后数字为百分含量)中间合金，Mn使用AlMn15中间合金，Mg使用99.9％，Ag使用99.99％，Ti使用AlTi4杆中间合金，Zr使用AlZr4杆中间合金等原材料加入天然气熔炼炉进行熔化，Cu使用Cu99.95％，待金属熔化1/3以上加入，待熔化取样成分合格后转炉至静置炉天然气炉进行成分确认以及熔体净化，Ag金属为提高实收率在天然气静置炉进行烫化，烫化完毕进行熔体净化，得到待铸造的合金铝液。
将铝液铺底，先将铺底液缓慢先浇注在模具中，铺底高度为65mm，然后使用小型工具对浇注工具中的铺底铝液进行打渣并探摸半凝固金属状态，如果存在半凝固金属立即将合金铝液引入浇注工具中进行填充，填充完毕进入保持时间，最后启动铸造，得到铸锭；
所述铝液铺底过程中的填充时间为198s；所述浇注合金铝液过程中的填充时间为190s；所述合金铝液填充加保持时间为545s；所述铸造的速度为18mm/min；所述铸造过程中的冷却水流量为8.5m3/h；所述铸造过程中的冷却水温度为23℃；所述铸造过程中结晶器末端金属液温度为697～700℃。
对本发明实施例1制备的铸锭进行成分检测，检测方法为ASTM E34《铝和铝基合金化学分析的标准试验方法》、ASTM E3061《用电感耦合等离子体原子发射光谱仪分析铝及铝合金的标准试验方法(基于性能的方法)》、ASTM E1251《铝及铝合金发射光谱分析标准方法》、BS EN 14242《铝及铝合金-化学分析-电感耦合等离子体光学发射光谱分析》、ASTMB985《铝锭、坯料、铸件和成品或半成品锻造铝产品的成分分析取样标准规程》、ASTM E716《铝及铝合金光谱化学分分析取样和制样标准规程》，检测结果为：Si 0.033wt％；Fe：0.065wt％；Cu：5.16wt％；Mn：0.57wt％；Mg：0.94wt％；Zn：0.07wt％；Ag：0.56wt％；Ti：0.031wt％；Zr：0.12wt％；Be：0.00007wt％，余量为Al。
实施例1制备的铸锭图片如图1所示，铸锭直径为676mm(实际尺寸)。
实施例2
按照实施例1的方法制备得到铸锭，与实施例1的区别在于，铝液铺底过程中的填充时间为195s；浇注合金铝液过程中的填充时间为191s；合金铝液填充加保持时间为555s；铸造的速度为18mm/min；铸造过程中的冷却水流量为8.5m3/h；铸造过程中的冷却水温度为23℃；铸造过程中结晶器末端金属液温度为696～700℃。
按照实施例1的方法对本发明实施例2制备的铸锭进行成分检测，检测结果为：Si0.030wt％；Fe：0.07wt％；Cu：5.10wt％；Mn：0.55wt％；Mg：0.92wt％；Zn：0.07wt％；Ag：0.66wt％；Ti：0.028wt％；Zr：0.12wt％；Be：0.00007wt％，余量为Al。
本发明实施例2制备的铸锭图片如图2所示，由于Ag成分含量偏高，获得的铸锭具有裂纹，铸锭直径为676mm(实际尺寸)。
实施例3
按照实施例1的方法制备得到铸锭，与实施例1的区别在于，铝液铺底过程中的填充时间为196s；浇注合金铝液过程中的填充时间为196s；合金铝液填充加保持时间为550s；铸造的速度为21mm/min；铸造过程中的冷却水流量为8.5m3/h；铸造过程中的冷却水温度为23℃；铸造过程中结晶器末端金属液温度为698～701℃。
按照实施例1的方法对本发明实施例3制备的铸锭进行成分检测，检测结果为：Si0.020wt％；Fe：0.04wt％；Cu：5.13wt％；Mn：0.56wt％；Mg：0.88wt％；Zn：0.06wt％；Ag：0.58wt％；Ti：0.03wt％；Zr：0.12wt％；Be：0.0001wt％，余量为Al。
实施例3制备的铸锭直径为676mm(实际尺寸)。
因铸造速度较快，对实施例1和实施例3制备的铸锭进行显微组织判定，按ASTM E3《显微组织试样制备方法》、ASTM E407《显微组织试样侵蚀方法》、GB/T 3246.1《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法》标准进行检测，检测结果为，实施例1制备的铸锭显微组织最大显微疏松为170*90μm，实施例3制备的铸锭显微组织的最大显微疏松280*250μm。
性能检测
对本发明实施例1和实施例3制备的铸锭进行抗拉轻度，屈服强度，延伸率等性能检测，检测方法为ASTM B 557《变形和铸造铝及镁合金产品拉伸试验标准试验方法》、ASTME 10《金属材料布氏硬度标准试验方法》，检测结果如下：
抗拉强度,MPa 屈服强度,MPa 延伸率,％
实施例1 510.5±4.7 464.3±6.7 12.1±0.4
实施例3 505.2±4.4 457.0±3.3 9.62±0.3
本发明成功的研发出直径为
Figure BDA0003702438760000071
规格加入贵金属的2系高强高热变形铝合金的圆铸锭工艺，填补了该项空白，为今后生产这种大规格圆铸锭打下了坚实的基础。本发明采用纯铝铺底，控制纯铝铺底时间、本体金属填充时间及保持时间，合理匹配铸造速度、冷却水流量、冷却水水温及铝液温度等工艺参数，获得了性能较好的高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。

Claims (10)

1.一种高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的制备方法，包括：
将金属液进行铸造，得到高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭；
所述金属液包括：铝液和合金液；
所述铸造过程中先采用铝液铺底再浇注合金液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝液铺底过程中的填充时间为180～210s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浇注合金液过程中的填充时间为180～210s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造的时间为500～600s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造的速度为17～22mm/min。
6.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7～14m3/h。
7.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18～28℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铸造过程中结晶器末端金属液的温度为690～705℃。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的成分为Al-Cu-Mg-Ag系铝合金。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高强耐热高铜变形铝合金大规格圆铸锭的直径为600～680mm。
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