CN115232996B - 一种zl105a铝合金熔炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明铝合金铸造技术领域，公开了一种ZL105A铝合金熔炼方法，按照ZL105A铝合金中的各元素含量准备纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、纯镁和铝钛中间合金；将2/3纯铝放入坩埚中，待全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、一部分铝硅中间合金、1/4铝钛中间合金加入至已熔化的纯铝熔液中；待合金全部熔化后进行匀速搅拌，得到合金初步熔池；将合金熔液升温至760～770℃，加入铝钛中间合金F和铝硅中间合金D；待合金全部熔化后进行匀速搅拌，将剩余纯铝放入至合金熔液中，将合金熔液降温至720～730℃；待合金全部熔化后进行匀速搅拌，将合金熔液降温至680～690℃，将全部的纯镁压入至合金熔液中；待纯镁全部熔化后进行匀速搅拌并升温至720～730℃；经过精炼和静置后，得到ZL105A合金液。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸造技术领域，提供了一种ZL105A铝合金熔炼方法。
背景技术
ZL105A铝合金是在ZL105铝合金的基础上通过调整合金成分而发展出的一种优质合金，其通过添加Ti、B等元素以达到细化合金组织的目的。经过热处理强化后，ZL105A合金具有较高强度，其高温力学性能优于ZL101和ZL104等铸造铝合金，并且具有良好的气密性和切削加工性能。ZL105A铝合金多适用于飞机发动机中形状复杂、尺寸较大，且对高温性能和气密性有较高要求的铸造零部件，如油泵壳体、增压器壳体、气缸盖等。
ZL105A合金由Al、Si、Cu、Mg和Ti等多种元素组成，合金成分中有多种难熔元素，在现有的传统熔炼工艺下，极易导致ZL105A合金熔液中元素的不均匀，导致浇注的铸件出现偏析缺陷，极大影响了铸件的质量，致使铸件最终被报废处理，降低了铸件的合格率。
发明内容
发明目的：本发明针对ZL105A铝合金的熔炼过程，提供一种ZL105A铝合金熔炼方法,通过调控各种中间合金的添加顺序及添加量，提高金属液中各项元素的均匀性，从而提高ZL105A合金铸件的质量，防止铸件内部发生偏析，提高铸件的合格率，降低废品的损失。
本发明的技术方案是：
一种ZL105A铝合金熔炼方法，包括以下步骤：
步骤一：按照ZL105A铝合金中的各元素含量准备纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、纯镁和铝钛中间合金；
将纯铝分为纯铝A和纯铝B两份；铝硅中间合金分为铝硅中间合金C和铝硅中间合金D两份，铝钛中间合金分为铝钛中间合金E和铝钛中间合金F两份；
步骤二：将纯铝A放入坩埚中，待纯铝A全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、铝硅中间合金C、铝钛中间合金E加入至已熔化的纯铝熔液中；
步骤三：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，得到合金初步熔池；将合金熔液升温至760～770℃，加入铝钛中间合金F和铝硅中间合金D；
步骤四：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，将纯铝B放入至合金熔液中，并将合金熔液降温至720～730℃；
步骤五：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，并将合金熔液降温至680～690℃，将全部的纯镁压入至合金熔液中；
步骤六：待纯镁全部熔化后进行匀速搅拌，将熔液升温至720～730℃；
步骤七：经过精炼和静置后，得到ZL105A合金液。
进一步，纯铝A与纯铝B的质量比为2:1。
进一步，纯铝硅中间合金C和铝硅中间合金D的质量比为1：1。
进一步，纯铝硅中间合金C的牌号为AlSi7A；铝硅中间合金D的牌号为AlSi12A。
进一步，纯铝钛中间合金E和铝钛中间合金F的质量比为1:3。
进一步，纯所述步骤二中的坩埚为石墨坩埚，熔炼前预热至暗红色。
进一步，纯所述步骤三、步骤四、步骤六中的搅拌时间为3～5分钟；所述步骤五中的熔炼时间为4～6分钟。
进一步，纯所述步骤七中，精炼时间为15～30分钟。
进一步，纯所述步骤七中，静置时间为15～30分钟。
进一步，纯所述步骤七中还需对静置后的ZL105A合金液进行搅拌除渣处理。
本发明具有以下有益效果：
为了得到高质量的ZL105A合金铸件，本发明在ZL105A合金熔炼过程基础上，通过控制纯铝、纯镁和中间合金的加入量、加入顺序以及加入温度，并配合相应时间的匀速搅拌过程，使合金熔液成分更加均匀，降低了合金的偏析缺陷，从而提高了合金铸件的质量，提升了铸件生产合格率。
通过本发明的熔炼方法，可以显著降低ZL105A合金在熔炼过程中出现的Ti和Si元素偏析现象，提高了铸件的质量，减少废品的损失问题，此熔炼技术方法简单，易于操作。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种ZL105A铝合金熔炼方法，包括以下步骤：
步骤一：按照表1所示的ZL105A铝合金中的各元素含量进行备料；准备纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、纯镁以及铝钛中间合金。
表1：ZL105A铝合金元素含量表
将纯铝分为两份，其中一份为纯铝总量的2/3，另一份为纯铝总量的1/3；
将铝硅中间合金分为两份，且分别为2种牌号，两种牌号的铝硅中间合金比例为1：1；两种铝硅中间合金牌号分别为AlSi7A中间合金和AlSi12A中间合金；除铝硅中间合金的两个组份使用两种不同的牌号外，其他金属或中间合金的多个组分均使用相同的牌号。
将铝钛中间合金分成两份，其中一份为全部铝钛中间合金的1/4，另一份为全部铝钛中间合金的3/4。以上所有金属或中间合金的比例均为质量比。
步骤二：将2/3的纯铝放入至经过预热的坩埚中，待全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、全部的AlSi7A中间合金以及1/4的铝钛中间合金加入至已熔化的纯铝熔液中。由于钛和硅元素的特殊性，此步骤中，先加入较大量的铝，再加入相对少量硅和少量钛，以保证初始熔池中各合金元素含量百分比不能超过ZL105A合金所规定的成分范围。这样得到的合金初始熔池便于加快后续熔化过程，且可以避免初始熔池中的元素发生偏聚，因此该步骤中合金、中间合金的加入种类、加入顺序和加入量均不可替换。
步骤三：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，得到合金初步的熔池，此时初步熔池中的元素分布均匀，可以降低元素之间的结合。随后将合金熔液升温至760～770℃，加入3/4铝钛中间合金和全部的AlSi12A中间合金。此步骤中，先将温度升高后再加入剩余的铝钛和铝硅中间合金，因为高温条件下可以尽可能减少铝和钛的结合，且最大程度避免硅相长大。
步骤四：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，并将1/3的纯铝放入至合金熔液中，并将合金熔液温度降至720～730℃。在铝钛和铝硅中间合金全部熔化后，再加入剩余的纯铝，并且在加入剩余的纯铝后，随着剩余纯铝熔化的同时将合金溶液降温至720～730℃，可以减少铝合金溶液的吸氢倾向。
步骤五：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，并将合金熔液温度降至680～690℃，使用钟罩将全部的纯镁压入至合金熔液中。此步骤中，在合金溶液降温后再加入纯镁，以尽可能减少温度较高导致镁在熔化过程中发生的烧损。
步骤六：待纯镁全部熔化后进行匀速搅拌，并将熔液温度升至720～730℃。此步骤中，再次升温，为后续的精炼做好准备。
步骤七：经过充分精炼和静置后，得到ZL105A合金液。
优选地，所述第二步中的坩埚为石墨坩埚，熔炼前预热至暗红色。
优选地，所述第三步、第四步以及第六步中的搅拌时间为3～5分钟。充分搅拌，使得熔池中的合金元素分布更加均匀，预防元素偏聚。
优选地，所述第五步中的搅拌时间为4～6分钟。步骤五中，搅拌时间适当加长，以使得步骤四中加入的剩余纯铝充分混合，避免因为步骤四中加入的剩余纯铝导致合金溶液中元素均匀的分布环境被破坏。
优选地，所述第七步中的精炼时间为15～30分钟。可根据合金的熔炼重量选取适当的精炼时间，合金熔炼重量越大，精炼时间也越长。
优选地，所述第七步中的静置时间为10～15分钟。可根据合金的熔炼重量选取适当的静置时间，合金熔炼重量越大，静置时间也越长。
优选地，所述第七步中合金液经过精炼和静置后仍需要搅拌并除渣。
优选地，还包括合金液在浇注时的温度为710～720℃。
原理：
由于ZL105A合金成分中含有Ti元素，在熔炼过程中Ti元素易与Al元素结合形成TiAl3，而TiAl3的比重较大，极易在熔炼过程中发生沉淀以及聚集长大，此外，ZL105A合金成分中还存在大量Si元素，在熔炼过程中极易出现搅拌不到位现象，导致熔池中的合金成分不均匀，使得浇注的铸件易产生偏析缺陷，严重影响合金铸件的质量。因此，本发明在熔炼ZL105A合金时，首先熔化2/3的纯铝、全部的铝铜中间合金、全部的AlSi7中间合金和1/4的铝钛中间合金，通过匀速搅拌，使坩埚中形成元素分布均匀的初始熔池，以达到后续下料的快速熔化和减少烧损的目的，然后升高温度加入3/4铝钛中间合金和全部的AlSi12中间合金，并配合匀速搅拌，使得合金熔液成分保持均匀性，防止Ti和Si元素偏析现象的发生，最后依次加入1/3的纯铝和纯镁，并配合相应时间的匀速搅拌，从而得到成分标准、元素分布均匀的ZL105A合金熔液。
实施例1
某直升机上的机匣铸件，材料为ZL105A合金，浇注重量为180kg，提高此铸件质量的熔炼方法具体过程为：
1)将已刷涂料并经过干燥的坩埚预热至暗红色(约780℃)；
2)根据合金总量为180kg进行炉料准备，并按照下表进行配料。
表2实施例1机匣铸件ZL105A铝合金元素含量表
其中，纯铝牌号为Al99.99以上，纯镁牌号为Mg99.8以上，铝铜中间合金为AlCu50，铝硅中间合金为AlSi7A和AlSi12A，铝钛中间合金为AlTi5A；
3)其中纯铝、铝硅中间合金和铝钛中间合金按照下列方式进行配比：
将纯铝分为两份，其中一份为纯铝总量的2/3，另一份为纯铝总量的1/3；
AlSi7A中间合金与AlSi12A中间合金之间的比例为1:1；
将铝钛中间合金分成两份，其中一份为全部铝钛中间合金的1/4，另一份为全部铝钛中间合金的3/4；
4)将2/3的纯铝放入至经过预热的坩埚中；
5)待纯铝全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、全部的AlSi7A中间合金以及1/4的铝钛中间合金加入至已熔化的纯铝熔液中；
6)待合金全部熔化后匀速搅拌3分钟，得到合金初步的熔池；
7)将合金熔液升温至760℃，加入3/4铝钛中间合金和全部的AlSi12A中间合金；
8)待合金全部熔化后，匀速搅拌3分钟；
9)将1/3的纯铝放入至合金熔液中，待合金全部熔化后匀速搅拌4分钟，并将合金熔液温度降至720℃；
10)将合金熔液温度降至680℃，使用钟罩将全部的纯镁压入至合金熔液中；
11)待纯镁全部熔化后，匀速搅拌3分钟，并将熔液温度升至720℃；
12)将熔液温度保持在720℃，并通入氩气进行精炼16分钟；
13)静置10分钟后除渣，得到ZL105A合金熔液；
14)熔液温度为710℃下，打去浮杂，搅拌，进行浇注，最终得到ZL105A合金铸件。
实施例2
某直升机上的机匣铸件，材料为ZL105A合金，浇注重量为220kg，提高此铸件质量的熔炼方法具体过程为：
1)将已刷涂料并经过干燥的坩埚预热至暗红色(约780℃)；
2)根据合金总量为220kg进行炉料准备，并按照下表进行配料。
表3实施例2机匣铸件ZL105A铝合金元素含量表
其中，纯铝牌号为Al99.99以上，纯镁牌号为Mg99.8以上，铝铜中间合金为AlCu50，铝硅中间合金为AlSi7A和AlSi12A，铝钛中间合金为AlTi5A；
3)其中纯铝、铝硅中间合金和铝钛中间合金按照下列方式进行配比：
将纯铝分为两份，其中一份为纯铝总量的2/3，另一份为纯铝总量的1/3；
AlSi7A中间合金与AlSi12A中间合金之间的比例为1:1；
将铝钛中间合金分成两份，其中一份为全部铝钛中间合金的1/4，另一份为全部铝钛中间合金的3/4；
4)将2/3的纯铝放入至经过预热的坩埚中；
5)待纯铝全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、全部的AlSi7A中间合金以及1/4的铝钛中间合金加入至已熔化的纯铝熔液中；
6)待合金全部熔化后匀速搅拌4分钟，得到合金初步的熔池；
7)将合金熔液升温至760℃，加入3/4铝钛中间合金和全部的AlSi12A中间合金；
8)待合金全部熔化后，匀速搅拌4分钟；
9)将1/3的纯铝放入至合金熔液中，待合金全部熔化后匀速搅拌5分钟，并将合金熔液温度降至730℃；
10)将合金熔液温度降至690℃，使用钟罩将全部的纯镁压入至合金熔液中；
11)待纯镁全部熔化后，匀速搅拌4分钟，并将熔液温度升至720℃；
12)将熔液温度保持在720℃，并通入氩气进行精炼20分钟；
13)静置12分钟后除渣，得到ZL105A合金熔液；
14)熔液温度为715℃下，打去浮杂，搅拌，进行浇注，最终得到ZL105A合金铸件。
实施例3
某直升机上的机匣铸件，材料为ZL105A合金，浇注重量为300kg，提高此铸件质量的熔炼方法具体过程为：
1)将已刷涂料并经过干燥的坩埚预热至暗红色(约780℃)；
2)根据合金总量为300kg进行炉料准备，并按照下表进行配料。
表4实施例3机匣铸件ZL105A铝合金元素含量表
其中，纯铝牌号为Al99.99以上，纯镁牌号为Mg99.8以上，铝铜中间合金为AlCu50，铝硅中间合金为AlSi7A和AlSi12A，铝钛中间合金为AlTi5A；
3)其中纯铝、铝硅中间合金和铝钛中间合金按照下列方式进行配比：
将纯铝分为两份，其中一份为纯铝总量的2/3，另一份为纯铝总量的1/3；
AlSi7A中间合金与AlSi12A中间合金之间的比例为1:1；
将铝钛中间合金分成两份，其中一份为全部铝钛中间合金的1/4，另一份为全部铝钛中间合金的3/4；
4)将2/3的纯铝放入至经过预热的坩埚中；
5)待纯铝全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、全部的AlSi7A中间合金以及1/4的铝钛中间合金加入至已熔化的纯铝熔液中；
6)待合金全部熔化后匀速搅拌5分钟，得到合金初步的熔池；
7)将合金熔液升温至770℃，加入3/4铝钛中间合金和全部的AlSi12A中间合金；
8)待合金全部熔化后，匀速搅拌5分钟；
9)将1/3的纯铝放入至合金熔液中，待合金全部熔化后匀速搅拌6分钟，并将合金熔液温度降至730℃；
10)将合金熔液温度降至690℃，使用钟罩将全部的纯镁压入至合金熔液中；
11)待纯镁全部熔化后，匀速搅拌5分钟，并将熔液温度升至730℃；
12)将熔液温度保持在730℃，并通入氩气进行精炼25分钟；
13)静置15分钟后除渣，得到ZL105A合金熔液；
14)熔液温度为720℃下，打去浮杂，搅拌，进行浇注，最终得到ZL105A合金铸件。
改进效果
通过对改进前及改进后的合金铸件进行力学性能测试，其抗拉强度及延伸率如下表5所示，从测试结果来看，通过本发明的方法改进ZL105A合金的熔炼过程，其力学性能均高于改进前，因此，说明本发明提出的方法可以使ZL105A合金元素在熔炼过程中更为均匀的分布，降低了和合金元素的偏析现象，提高了合金的力学性能。
表5改进前和改进后合金铸件抗拉强度和延伸率数据
| 改进前铸件 | 实施例1铸件 | 实施例2铸件 | 实施例3铸件 | |
| 抗拉强度(MPa) | 322 | 340 | 335 | 338 |
| 延伸率(％) | 3.89 | 4.23 | 4.35 | 4.18 |
Claims (6)
1.一种ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：按照ZL105A铝合金中的各元素含量准备纯铝、铝硅中间合金、铝铜中间合金、纯镁和铝钛中间合金；
将纯铝分为纯铝A和纯铝B两份，纯铝A与纯铝B的质量比为2:1；铝硅中间合金分为铝硅中间合金C和铝硅中间合金D两份，铝硅中间合金C和铝硅中间合金D的质量比为1：1，铝硅中间合金C的牌号为AlSi7A；铝硅中间合金D的牌号为AlSi12A；铝钛中间合金分为铝钛中间合金E和铝钛中间合金F两份，铝钛中间合金E和铝钛中间合金F的质量比为1:3；
步骤二：将纯铝A放入坩埚中，待纯铝A全部熔化后，将全部的铝铜中间合金、铝硅中间合金C、铝钛中间合金E加入至已熔化的纯铝熔液中；
步骤三：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，得到合金初步熔池；将合金熔液升温至760～770℃，加入铝钛中间合金F和铝硅中间合金D；
步骤四：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，将纯铝B放入至合金熔液中，并将合金熔液降温至720～730℃；
步骤五：待合金全部熔化后进行匀速搅拌，并将合金熔液降温至680～690℃，将全部的纯镁压入至合金熔液中；
步骤六：待纯镁全部熔化后进行匀速搅拌，将熔液升温至720～730℃；
步骤七：经过精炼和静置后，得到ZL105A合金液。
2.根据权利要求1所述的ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述步骤二中的坩埚为石墨坩埚，熔炼前预热至暗红色。
3.根据权利要求1所述的ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述步骤三、步骤四、步骤六中的搅拌时间为3～5分钟；所述步骤五中的熔炼时间为4～6分钟。
4.根据权利要求1所述的ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述步骤七中，精炼时间为15～30分钟。
5.根据权利要求1所述的ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述步骤七中，静置时间为15～30分钟。
6.根据权利要求1所述的ZL105A铝合金熔炼方法，其特征在于：所述步骤七中还需对静置后的ZL105A合金液进行搅拌除渣处理。
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