CN115323209B - 一种zl101a结构件的铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种ZL101A结构件的铸造工艺，属于铸造技术领域。该工艺包括：(1)制备CXZLD101A预制铝，其氢含量＜0.15cm3H2/100g，长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜5mm2/断面；(2)预制铝锭重熔：熔化炉加入预制铝锭，升温熔化；(3)细化、变质、精炼：在铝液温度为720‑730℃时，加入Al‑5Ti‑B杆和Al10Sr杆，在690‑700℃加入Mg锭，同时氩气旋转喷吹精炼除气15分钟后，密闭静置；(4)精炼后进行浇铸。所制备的ZL101A铸造结构件氢含量＜0.10cm3H2/100g，长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜4.5mm2/断面。

Description

一种ZL101A结构件的铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种ZL101A结构件的铸造工艺。
背景技术
ZL101A具有较高的抗拉强度和较优的延伸率，在汽车、高压输变电、医疗机械、高铁、检测仪器、军工装备等的零部件制造中被广泛采用。目前ZL101A或A356(ZL101A的美标牌号)金属锭在供应市场上已经非常成熟，普遍提供给轮毂制造厂，合金锭质量可靠稳定。
但是，在高压输变电、医疗机械、高铁、检测仪器和军工装备的零部件制造领域，铝合金铸造厂目前还没有符合质量要求的ZL101A金属锭市场化，因为在上述领域，高压输变电零部件普遍要求的产品密封性和抗压力破坏性都高于轮毂的两倍以上，医疗机械等其它领域对零部件的要求更为严格，基本都要100％探伤检测，即要求产品具有高的纯净度，夹渣含量低，但目前并没有对产品夹渣含量提出具体要求。因此，目前在市场上直接采购ZL101A或A356(ZL101A的美标牌号)金属锭仅符合国标要求，并无夹渣含量的定量要求，因此很难达到在上述领域使用时的纯净度要求(H含量、夹渣含量)。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种ZL101A结构件的铸造工艺，该工艺针对高压输变电、医疗机械、高铁、检测仪器和军工装备的零部件对产品结构强度、密封性和内部质量要求的情况，通过成分及工艺控制，获得具有低H含量、低夹渣含量的铸造零件，能达到上述领域的使用要求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种ZL101A结构件的铸造工艺，包括如下步骤(1)-(5)：
(1)原料准备：
CXZLD101A预制铝锭；Al5TiB杆、Al10Sr杆、Mg锭；
(2)预制铝锭重熔：
熔化炉开通，预热坩埚，同时加入预制铝锭，升温熔化，待预制铝锭熔化后，温度控制在720-730℃；
(3)细化、变质：在铝液温度为720-730℃时，加入Al-5Ti-B杆和Al10Sr杆，搅拌使成分均匀；
(4)除气精炼：将铝液温度调整至690-700℃后，加入Mg锭，同时氩气旋转喷吹精炼除气15分钟后，密闭静置10分钟；
(5)精炼后测试铝液氢含量及密度，符合要求后进行浇铸，获得所述ZL101A铸造零件。
上述步骤(1)中，按重量百分比计，所述预制铝锭的化学成分如下：
Si 6.70-7.30％，Mg 0.33～0.40％，Ti 0.07～0.10％，Fe＜0.10％，Cu＜0.08％，Zn＜0.08％，Mn/Fe＝1/2-2/3，Sn＜0.01％，P＜0.0012％，Zr＜0.15％，Bi＜0.001％，Na＜0.0015％，Pb＜0.003％，Cr＜0.012％，Al余量。
上述步骤(1)中，所述预制铝锭中氢含量＜0.15cm3H2/100g，密度当量＜1.5％；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜5mm2/断面。
上述步骤(1)中，所述预制铝锭的制备过程包括如下步骤(a)-(d)：
(a)反射熔化炉点火后，倒入电解纯铝液，或加入纯铝锭并熔化为铝液；所述电解纯铝液和纯铝锭的纯度大于等于99.75％；
(b)铝液升温至720-730℃，加入金属硅；待金属硅熔解后，在720-730℃，再加入Al5Ti锭；分析铝液的成分，根据Fe的分析值，计算加入Mn含量为Fe含量的1/2-2/3的AlMn锭，加入温度为720-730℃；再将铝液温度调整至690-700℃后，加入Mg锭；调整温度在690-700℃时，投入精炼剂，并且通氮气至铝液内部进行除气30-40分钟；
(c)检测铝液密度和氢含量满足要求后，分析铝液成分，分析成分后补镁至要求的中限；
(d)在铝液表面投入打渣剂，捞清铝液表面的浮渣；在690-700℃开始浇注铝锭，即得到所述预制铝锭。
上述步骤(3)中，所述Al-5Ti-B杆的加入量为铝液重量的0.05-0.08％，Al10Sr杆的加入量占铝液重量的0.006-0.009％，Mg锭的加入量占铝液重量0.1％。
上述步骤(4)中，所述浇注温度为720-730℃。
所制备的ZL101A铸造结构件按重量百分比计的化学成分如下：
Si 6.50-7.50％，Mg 0.25～0.45％，Ti 0.12～0.16％，Fe＜0.12％，Cu＜0.10％，Zn＜0.10％，Mn/Fe＝1/2-2/3，Sn＜0.01％，P＜0.0015％，Zr＜0.20％，Bi＜0.0015％，Na＜0.002％，Pb＜0.03％，Cr＜0.015％，Al余量。
所制备的ZL101A铸造结构件中，氢含量＜0.10cm3H2/100g，密度当量＜1.5％。
所制备的ZL101A铸造结构件中，其铸锭断口组织均匀、晶粒细小；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜4.5mm2/断面。
本发明有益效果如下：
1、本发明针对高压输变电、医疗机械、高铁、检测仪器和军工装备的零部件对铝合金锭材料高要求的特性，通过特定的CXZLD101A预制铝锭制备工艺和ZL101A铸造零件的制备工艺，使生产出的ZL101A零部件(如，高压壳体、法兰等)完全满足质量要求。
2、本发明首先制备CXZLD101A预制铝锭，通过成分与工艺控制使所得预制锭中氢含量＜0.15cm3H2/100g，密度当量＜1.5％；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜5mm2/断面。再以预制锭为原料进一步浇注为铸造零件件产品，通过成分与工艺控制使最终的ZL101A铸造零件产品的氢含量＜0.10cm3H2/100g，密度当量＜1.5％，长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜4.5mm2/断面。能够达到高压输变电、医疗机械、高铁、检测仪器和军工装备的零部件使用要求。
附图说明
图1为实施例1制备零件结构。
图2为实施例1制备的CXZLD101A预制铝锭断口照片及不合格预制铝锭断口照片；其中：(a)实施例1；(b)不合格断口。
图3为实施例2制备零件结构。
图4为实施例3制备零件结构。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，以下结合实例对本发明进行描述，但实例仅为对本发明的特点和优点做进一步阐述，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供一种ZL101A铸造零件的铸造工艺，首先制备CXZLD101A预制铝锭，再采用该CXZLD101A预制铝锭制备ZL101A铸造零件。以下各实施例的具体制备过程如下：
1、制备CXZLD101A预制铝锭，过程如下：
(1)按照预制铝锭的化学成分准备原料：电解铝溶液或纯铝锭(纯度≥99.75％)、金属硅、Al5Ti合金锭、铝锰合金锭等。所述预制铝锭的化学成分如下(wt.％)：
Si 6.70-7.30％，Mg 0.33～0.40％，Ti 0.07～0.10％，Fe＜0.10％，Cu＜0.08％，Zn＜0.08％，Mn/Fe＝1/2-2/3，Sn＜0.01％，P＜0.0012％，Zr＜0.15％，Bi＜0.001％，Na＜0.0015％，Pb＜0.003％，Cr＜0.012％，Al余量。其他杂质(Hg,Cd,Ni,B,Li,Be,V,Ga等)含量总和小于0.09％。
(2)反射熔化炉点火后，倒入电解纯铝液，或加入纯铝锭(00纯铝锭)并熔化为铝液；
(3)铝液升温至725℃，加入金属硅；待金属硅熔解后，在725℃再加入Al5Ti合金锭；分析合金液的成分，根据Fe的分析值，计算加入Mn含量为Fe含量的1/2-2/3的AlMn合金，加入温度为725℃；
(4)将铝液温度调整至695℃后，加入Mg锭；然后在695℃时投入适量的常规铝合金精炼剂，并且通纯度99.99％的氮气至铝液内部进行除气30-40分钟；
(5)在密度当量仪上测试密度；用测氢仪测试铝液氢含量；取成分试样，分析成分后补镁至要求的中限；然后在铝液表面投入打渣剂，捞清铝液表面的浮渣；
(6)打开炉体的放液口，开始浇注铝锭，浇注温度控制在695℃；浇注前合金液经过过滤后，再成型为预制铝锭。
在制备过程中，要在前中后期监控材料的成分、密度当量和断口氧化物的面积。
所制备的预制铝锭要求：氢含量＜0.15cm3H2/100g，密度当量＜1.5％；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜5mm2/断面。
2、制备ZL101A铸造零件：
(1)原料准备：
CXZLD101A预制铝锭；Al5TiB合金杆、Al10Sr合金杆、Mg锭；除渣剂；使用前CXZLD101A预制锭和Al5TiB合金杆，Al10Sr合金杆，Mg锭，除渣剂放在炉边预热，轻拿轻放，严禁抛掷炉料。
(2)预制铝锭重熔：
熔化炉开通，预热坩埚，同时加入CXZLD101A预制铝锭，铝锭要沿着坩埚壁滑入坩埚底部；升温熔化，熔化过程中，不断将熔液表面的浮渣撇净；待合金锭熔化后，温度控制在725℃；
(3)细化、变质：在铝液温度为725℃时，加入Al-5Ti-B合金杆和Al10Sr合金杆，搅拌使成分均匀；其中：Al-5Ti-B合金杆的加入量为铝液重量的0.05-0.08％，Al10Sr合金杆的加入量占铝液重量的0.006-0.009％；
(4)除气精炼：将铝液温度调整至695℃后，加入占铝液重量0.1％的Mg锭，同时氩气旋转喷吹精炼除气15分钟，之后，盖上盖子静置10分钟，盖子的内表面应刷涂氧化锌涂料，若长时间静置，可将盖子内通入少许氩气；
(5)精炼后测试铝液氢含量及密度，符合要求后在725℃进行浇注，获得所述ZL101A铸造铝合金结构件。
(6)热处理，热处理制度为：固溶处理：535±5℃、10h，60-90℃水中淬火；时效处理：175±5℃，2-10小时。
所制备ZL101A铸造结构件的化学成分如下：
Si 6.50-7.50％，Mg 0.25～0.45％，Ti 0.12～0.16％，Fe＜0.12％，Cu＜0.10％，Zn＜0.10％，Mn/Fe＝1/2-2/3，Sn＜0.01％，P＜0.0015％，Zr＜0.20％，Bi＜0.0015％，Na＜0.002％，Pb＜0.03％，Cr＜0.015％，Al余量。其他杂质(Hg,Cd,Ni,B,Li,Be,V,Ga等)含量总和小于0.1％。
所制备的ZL101A铸造零件要求：氢含量＜0.10cm3H2/100g，密度当量＜1.5％，长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜4.5mm2/断面。
实施例1：
本实施例先制备CXZLD101A预制铝锭(成分如表1)，再用预制铝锭制备某种高压壳体零件，零件结构如图1所示。
预制铝锭浇铸前、中、后期各取5条成品锭，在每条锭的1/3、2/3处，各取一断口检查，检查结果为：
(1)断口组织均匀、晶粒细小；
(2)收缩区疏松组织无白层(氢氧化铝)组织；
(3)长度0.1mm以上的夹渣平均总面积：4.6mm2/断面；
(4)断口照片如图2所示。
浇铸前、中、后各取1条成品锭，检测金相组织结果：α铝细小均匀。
用预制铝锭生产出来的高压壳体零件化学成分技术要求及实测值如表1所示，其氢含量/密度当量如表2；铸件经热处理后测试其力学性能，热处理制度为：固溶处理：535±5℃、10h，75℃水中淬火；时效处理：175±5℃，5小时。产品力学性能见表3。
表1 ZL101A铸造铝合金零件化学成分
Figure BDA0003799851660000061
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Figure BDA0003799851660000071
表2 ZL101A铸造零件氢含量/密度当量
项目 氢含量 密度当量
技术要求 ＜0.10cm3H2/100g ＜1.5％
检测值 0.090cm3H2/100g 1.3％
表3 ZL101A铸造零件的力学性能
Figure BDA0003799851660000072
本实施例ZL101A铸造零件产品长度0.1mm以上的夹渣平均总面积4.3mm2/断面，经过1.44MPa气密性试验，历时5分钟不渗漏，不变形。
实施例2：
本实施例为采用CXZLD101A预制铝锭(成分如表1)制备某高压壳体ZL101A零件，零件结构如图3所示。
采用本发明工艺生产出来的该高压壳体零件化学成分技术要求及实测值如表4所示，其氢含量/密度当量如表5；，铸件经热处理后测试其力学性能，热处理制度为：固溶处理：535±5℃、10h，75℃水中淬火；时效处理：175±5℃，5小时。产品力学性能见表6。
表4 ZL101A铸造铝合金零件化学成分
Figure BDA0003799851660000081
表5 ZL101A铸造零件氢含量/密度当量
项目 氢含量 密度当量
技术要求 ＜0.10cm3H2/100g ＜1.5％
检测值 0.097cm3H2/100g 1.4％
表6 ZL101A铸造零件的力学性能
Figure BDA0003799851660000082
本实施例中，预制铝锭长度0.1mm以上的夹渣平均总面积为4.8mm2/断面；制备的ZL101A铸造零件产品长度0.1mm以上的夹渣平均总面积4.2mm2/断面，经过1.44MPa气密性试验，历时5分钟不渗漏，不变形。
实施例3：
本实施例为采用CXZLD101A预制铝锭(成分如表7)制备某种高压壳体零件，零件结构如图4所示。
采用本发明工艺生产出来的该高压壳体零件化学成分技术要求及实测值如表7所示，其氢含量/密度当量如表8；铸件经热处理后测试其力学性能，热处理制度为：固溶处理：535±5℃、10h，75℃水中淬火；时效处理：175±5℃，5小时；产品力学性能见表9。
表7 ZL101A铸造零件化学成分(wt.％)
Figure BDA0003799851660000091
表8 ZL101A铸造零件氢含量/密度当量
项目 氢含量 密度当量
技术要求 ＜0.10cm3H2/100g ＜1.5％
检测值 0.096cm3H2/100g 1.3％
表9 ZL101A铸造零件的力学性能
Figure BDA0003799851660000092
本实施例中，预制铝锭长度0.1mm以上的夹渣平均总面积为4.6mm2/断面；制备的ZL101A铸造零件产品长度0.1mm以上的夹渣平均总面积4.35mm2/断面，经过1.6MPa气密性试验，历时5分钟不渗漏，不变形。

Claims (6)

1.一种ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤（1）-（5）：
（1）原料准备：CXZLD101A预制铝锭、Al5TiB杆、Al10Sr杆、Mg锭；按重量百分比计，所述预制铝锭的化学成分为：Si 6.70-7.30%，Mg 0.33～0.40％，Ti 0.07～0.10％，Fe＜0.10%，Cu＜0.08%，Zn＜0.08%，Mn/Fe=1/2-2/3，Sn＜0.01%，P＜0.0012%，Zr＜0.15%，Bi＜0.001%，Na＜0.0015%，Pb＜0.003%，Cr＜0.012%，Al余量；
所述预制铝锭中氢含量＜0.15cm3H2/100g，密度当量＜1.5%；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜5mm2/断面；
所述预制铝锭的制备过程包括如下步骤（a）-（d）：
（a）反射熔化炉点火后，倒入电解纯铝液，或加入纯铝锭并熔化为铝液；所述电解纯铝液和纯铝锭的纯度大于等于99.75％；
（b）铝液升温至720-730℃，加入金属硅；待金属硅熔解后，在720-730℃，再加入Al5Ti锭；分析铝液的成分，根据Fe的分析值，计算加入Mn含量为Fe含量的1/2-2/3的AlMn锭，加入温度为720-730℃；再将铝液温度调整至690-700℃后，加入Mg锭；调整温度在690-700℃时，投入精炼剂，并且通氮气至铝液内部进行除气30-40分钟；
（c）检测铝液密度和氢含量满足要求后，分析铝液成分，分析成分后补镁至要求的中限；
（d）在铝液表面投入打渣剂，捞清铝液表面的浮渣；在690-700℃开始浇注铝锭，即得到所述预制铝锭；
（2）预制铝锭重熔：
熔化炉开通，预热坩埚，同时加入预制铝锭，升温熔化，待预制铝锭熔化后，温度控制在720-730℃；
（3）细化、变质：在铝液温度为720-730℃时，加入Al-5Ti-B杆和Al10Sr杆，搅拌使成分均匀；
（4）除气精炼：将铝液温度调整至690-700℃后，加入Mg锭，同时氩气旋转喷吹精炼除气15分钟后，密闭静置10分钟；
（5）精炼后测试铝液氢含量及密度，符合要求后进行浇铸，获得所述ZL101A结构件。
2.根据权利要求1所述的ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述Al-5Ti-B杆的加入量为铝液重量的0.05-0.08%，Al10Sr杆的加入量占铝液重量的0.006-0.009%，Mg锭的加入量占铝液重量0.1%。
3.根据权利要求1所述的ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：步骤（4）中，所述浇注温度为720-730℃。
4.根据权利要求1所述的ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：按重量百分比计，所制备的ZL101A铸造结构件的化学成分如下：
Si 6.50-7.50%，Mg 0.25～0.45％，Ti 0.12～0.16％，Fe＜0.12%，Cu＜0.10%，Zn＜0.10%，Mn/Fe=1/2-2/3，Sn＜0.01%，P＜0.0015%，Zr＜0.20%，Bi＜0.0015%，Na＜0.002%，Pb＜0.03%，Cr＜0.015%，Al余量。
5.根据权利要求1所述的ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：所制备的ZL101A铸造结构件中，氢含量＜0.10cm3H2/100g，密度当量＜1.5%。
6.根据权利要求1所述的ZL101A结构件的铸造工艺，其特征在于：所制备的ZL101A铸造结构件，其断口组织均匀、晶粒细小；长度0.1mm以上的夹渣平均总面积＜4.5mm2/断面。
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