CN115747544B - 一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，包括炉体和炉盖，所述炉盖与炉体的顶部通过铰链转动连接，所述炉体靠近底部的外壁上设有出液阀口，所述炉体的靠近顶部的内壁上固定连接有固定环板，所述固定环板上同轴开设有环形滑槽，所述环形滑槽内转动连接有转动环。本发明熔体中加入纳米级La可以细化晶粒尺寸，控制枝晶生产等，在后续挤压过程中，不对铸锭进行均质处理依旧可以保证型材的表面质量和生产速度，降低了合金生产成本，在熔炉熔炼过程中投入加强材料或扒渣剂时，采用二段式加入方法，并利用高温热气将凹槽内的空气排走，在投料加料过程中避免炉体内的铝液大面积接触到空气，保证铝合金材料的纯度和质量。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金制备技术领域，尤其涉及一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法。
背景技术
随着新能源汽车的发展，传统的6061、6082等铝合金因为只有中等强度，已经不能满足高端汽车产品需求，各铝加工厂都在加快研发具有高强度的6系铝合金材料，高强6系铝合金的性能强度明显高于6082铝合金，但随着6系铝合金的强度增加，挤压难度系数也随之增加，对于原本就复杂的汽车动力电池托盘的底板或者边梁截面，必然导致模具成本的增加，为降低挤压难度系数，通常需要对铸锭进行均质处理，且均质过程中的保温时间将延长，变相的提高了生产成本。
现有的高强铝合金所用熔炉，为了加强铝合金材料的强度和导热性能，在熔炉熔炼过程会投放不同的加强材料，还需要多次对熔炼产生的铝渣进行扒除工作，而现有的熔炉在投料和扒渣时都需要打开炉盖，导致熔炼炉内的铝液大面积接触到空气，会将影响铝合金材料的纯度，为此提出一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，包括以下步骤：
S1、照质量分数配比，熔炼铝合金：将铝锭、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、锌锭等依次加入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度设置在720℃-760℃，待配料完全熔化后，撒入扒渣剂进行扒渣，并进行2次以上搅拌。当温度升到730-750℃时，向熔体压入镁锭，并进行搅拌；
S2、导炉、精炼：将经步骤1得到的熔体经导炉槽将熔体导入静置炉，使用氩气将2#精炼剂及纳米La通入熔体进行精炼，其后进行扒渣，完成熔体净化处理；
S3、升温、静置：将经步骤2得到的熔体加热至750℃-770℃，然后静置30min，然后将熔体通过流槽导入过滤箱、除气箱，进一步完成熔体净化，同时在过滤箱前端，通过喂丝机将铝钛硼丝均匀熔入铝熔体中；
S4、铸造：将经步骤3得到的熔体进行铸造，铸造速度120-130mm/min，冷却水流量控制在90-120L/min；
S5、型材挤压：将经步骤4得到的铸锭进行加热470-510℃，挤压筒温度控制在400-420℃，采用动力电池箱体横梁模具，型材速度5-8m/min，进行在线淬火挤压生产，在线冷却强度≥7℃/s；
S6、型材时效：将经过步骤5得到的型材进行时效处理，加热温度为160-180℃，保温时间为8-9h，出炉后风冷。
一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中，所述步骤1中使用的熔炼炉包括炉体和炉盖，所述炉盖与炉体的顶部通过铰链转动连接，所述炉体靠近底部的外壁上设有出液阀口，所述炉体的靠近顶部的内壁上固定连接有固定环板，所述固定环板上同轴开设有环形滑槽，所述环形滑槽内转动连接有转动环，所述转动环的底部固定连接有连接杆，所述连接杆的下端固定连接有搅动板。
进一步，所述炉盖远离铰链的一端安装固定有第一电机，所述炉盖上贯穿转动连接有主轴，所述主轴的上端与电机的输出轴同轴固定，所述主轴的下端同轴固定连接有齿轮，所述转动环的上端面同轴固定连接有环形齿轮，所述环形齿轮与齿轮相啮合。
进一步，所述炉盖的底部中心位置开设有圆柱型的凹槽，所述凹槽的顶部开设有投料口且投料口处设置有投料盖，所述凹槽的内密封滑动连接有承载板，所述炉盖的顶部安装固定有液压缸，所述承载板上固定连接有滑杆，所述滑杆的上端贯穿延伸至炉盖外侧且与液压缸固定连接。
进一步，所述炉盖的底部且远离齿轮的一侧开设有排气槽，所述排气槽的顶部槽壁密封连接有排气管，所述炉盖内开设有滑腔与排气槽连通，所述滑腔内密封滑动连接有控制杆，所述控制杆远离凹槽的一端延伸至炉盖外侧，所述控制杆上开设有第一导气槽和L型的第二导气槽，所述凹槽的槽壁内开设有环形腔，所述环形腔与滑腔连通，所述凹槽的槽壁上开设有多个导气孔与环形腔连通。
进一步，所述控制杆上的第二导气槽位于控制杆靠近环形腔一端。
进一步，所述炉体的外壁上密封固定连接有副炉，所述副炉与炉体内部连通，所述副炉的内炉壁上滑动连接有渣篮，所述渣篮的底部中心位置固定连接有连接柱，副炉的顶部炉壁转动连接有螺纹轴，所述连接柱的顶部开设有螺纹槽，所述螺纹轴与连接柱的螺纹槽通过螺纹连接，所述副炉的顶部外壁上安装有第二电机，所述螺纹轴的上端贯穿副炉的顶部炉壁与第二电机的输出轴同轴固定。
进一步，所述承载板的顶部为圆锥状结构，所述凹槽槽壁上的导气孔位于承载板的上方位置。
本发明具有以下优点：
1、本发明熔体中加入纳米级La可以细化晶粒尺寸，控制枝晶生产等，在后续挤压过程中，不对铸锭进行均质处理依旧可以保证型材的表面质量和生产速度，降低了合金生产成本；
2、本发明在熔炉熔炼过程中投入加强材料或扒渣剂时，采用二段式加入方法，并利用高温热气将凹槽内的空气排走，在投料加料过程中避免炉体内的铝液大面积接触到空气，保证铝合金材料的纯度和质量；
3、本发明利用搅动板的转动使铝渣受离心作用分布在炉壁附近，并将铝渣推入副炉内，通过螺纹控制渣篮上升，将副炉内的聚集的铝渣捞出，在不开炉盖的情况下实现扒渣工作，提升了扒渣效率的同时进一步保证铝合金材料的熔炼质量。
附图说明
图1为本发明提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中熔炼炉的结构示意图；
图2为本发明提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中熔炼炉的结构侧视剖面图；
图3为本发明提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中熔炼炉炉体部分的结构俯视图；
图4为本发明提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中熔炼炉的A处放大示意图；
图5为本发明提出的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法中熔炼炉的B处放大示意图。
图中：1炉体、2炉盖、3副炉、4固定环板、5环形滑槽、6转动环、7连接杆、8搅动板、9第一电机、10主轴、11齿轮、12环形齿轮、13凹槽、14液压缸、15滑杆、16承载板、17投料盖、18排气槽、19排气管、20滑腔、21控制杆、22第一导气槽、23第二导气槽、24环形腔、25导气孔、26渣篮、27连接柱、28螺纹轴、29第二电机、30螺纹槽、31出液阀口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，包括以下步骤：
S1、照质量分数配比，熔炼铝合金：将铝锭、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、锌锭等依次加入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度设置在720℃-760℃，待配料完全熔化后，撒入扒渣剂进行扒渣，并进行2次以上搅拌。当温度升到730-750℃时，向熔体压入镁锭，并进行搅拌；
S2、导炉、精炼：将经步骤1得到的熔体经导炉槽将熔体导入静置炉，使用氩气将2#精炼剂及纳米La通入熔体进行精炼，其后进行扒渣，完成熔体净化处理；
S3、升温、静置：将经步骤2得到的熔体加热至750℃-770℃，然后静置30min，然后将熔体通过流槽导入过滤箱、除气箱，进一步完成熔体净化，同时在过滤箱前端，通过喂丝机将铝钛硼丝均匀熔入铝熔体中；
S4、铸造：将经步骤3得到的熔体进行铸造，铸造速度120-130mm/min，冷却水流量控制在90-120L/min；
S5、型材挤压：将经步骤4得到的铸锭进行加热470-510℃，挤压筒温度控制在400-420℃，采用动力电池箱体横梁模具，型材速度5-8m/min，进行在线淬火挤压生产，在线冷却强度≥7℃/s；
S6、型材时效：将经过步骤5得到的型材进行时效处理，加热温度为160-180℃，保温时间为8-9h，出炉后风冷。
参照图1-5，步骤1中所使用的熔炼炉包括炉体1和炉盖2，炉盖2与炉体1的顶部通过铰链转动连接，炉体1靠近底部的外壁上设有出液阀口31，炉体1的靠近顶部的内壁上固定连接有固定环板4，固定环板4上同轴开设有环形滑槽5，环形滑槽5内转动连接有转动环6，转动环6的底部固定连接有连接杆7，连接杆7的下端固定连接有搅动板8，炉盖2远离铰链的一端安装固定有第一电机9，炉盖2上贯穿转动连接有主轴10，主轴10的上端与第一电机9的输出轴同轴固定，主轴10的下端同轴固定连接有齿轮11，转动环6的上端面同轴固定连接有环形齿轮12，环形齿轮12与齿轮11相啮合。
炉盖2的底部中心位置开设有圆柱型的凹槽13，凹槽13的顶部开设有投料口且投料口处设置有投料盖17，凹槽13的内密封滑动连接有承载板16，炉盖2的顶部安装固定有液压缸14，承载板16上固定连接有滑杆15，滑杆15的上端贯穿延伸至炉盖2外侧且与液压缸14固定连接。
炉盖2的底部且远离齿轮11的一侧开设有排气槽18，排气槽18的顶部槽壁密封连接有排气管19，炉盖2内开设有滑腔20与排气槽18连通，滑腔20内密封滑动连接有控制杆21，控制杆21远离凹槽13的一端延伸至炉盖2外侧，控制杆21上开设有第一导气槽22和L型的第二导气槽23，凹槽13的槽壁内开设有环形腔24，环形腔24与滑腔20连通，凹槽13的槽壁上开设有多个导气孔25与环形腔24连通，控制杆21上的第二导气槽23位于控制杆21靠近环形腔24一端，承载板16的顶部为圆锥状结构，凹槽13槽壁上的导气孔25位于承载板16的上方位置，当从投料口处往凹槽13内加料时，由于承载板16圆锥状结构，材料向四周滑动分布，使得从导气孔25吹出的热气能够直接与材料接触。
炉体1的外壁上密封固定连接有副炉3，副炉3与炉体1内部连通，副炉3的内炉壁上滑动连接有渣篮26，渣篮26的底部中心位置固定连接有连接柱27，副炉3的顶部炉壁转动连接有螺纹轴28，连接柱27的顶部开设有螺纹槽30，螺纹轴28与连接柱27的螺纹槽30通过螺纹连接，副炉3的顶部外壁上安装有第二电机29，螺纹轴28的上端贯穿副炉3的顶部炉壁与第二电机29的输出轴同轴固定。
本发明设备在使用时，在熔炼前，可打开炉盖2将铝锭等合金投入炉体1内，此时副炉3内的渣篮26处于高处，待铝锭等合金添加完成后盖上炉盖2，将熔炉熔炼温度设置在720℃-760℃，在熔炼过程中需要投入加强材料时，可打开投料盖17将加强材料投入凹槽13内，在关闭投料盖17后箱拉动控制杆21，使得第二导气槽23向左移动与排气槽18相连通，原本从排气管19排出的高温的热气将通过第二导气槽23进入环形腔24内，从多个导气孔25喷出与凹槽13内的加强材料接触，一方面对加强材料起到预热干燥的作用，另一方面，高温热气可将凹槽13内的空气从投料盖17与投料口的缝隙推挤出去，待加强材料预热一段时间后，启动液压缸14控制承载板16下降，当承载板16与凹槽13的槽壁脱离后，加强材料沿承载板16顶部的斜面滑落至炉体1内，后续的扒渣剂也用相同方法加入，可以在投料加料过程中避免炉体1内的铝液大面积接触到空气，保证铝合金材料的纯度和质量。
待配料完全熔化后，往炉体1加入扒渣剂，并开启第一电机9带动主轴10转动，通过齿轮11与环形齿轮12的啮合传动带动搅动板8旋转对炉体1内的熔液进行搅拌，同时开启第二电机29正转，利用螺纹控制连接柱27和渣篮26的下降，使渣篮26浸入熔液中，位于熔液中的铝渣因搅动板8的转动受离心作用分布在炉壁附近，而转动搅动板8将炉壁附近的铝渣推入副炉3内，之后可再次开启第二电机29反转，控制渣篮26上升，将副炉3内的聚集的铝渣捞出，在不开炉盖2的情况下实现扒渣工作，提升了扒渣效率的同时进一步保证铝合金材料的熔炼质量。
本发明使用6系型材化学成分及其质量百分比含量：Si：1.3~1.5%，Cu：0.15-0.5%，Zn：0.2%~0.5%，Mg：0.7%~1.1%，Fe≤0.5%，Ti≤0.1%，Mn：0.5~0.8%，La：0.03~0.05%，其它元素单个≤0.05%、总和≤0.15%，La采用纳米级尺寸粉末，本发明中加入纳米La的合金，经过型材时效强化后，抗拉强度≥330MPa,屈服强度≥290MPa，延伸率≥10%，比不加纳米La的合金强度高10MPa以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、照质量分数配比，熔炼铝合金：将铝锭、铝硅中间合金、铝铜中间合金、铝锰中间合金、锌锭依次加入熔炼炉进行熔炼，熔炼温度设置在720℃-760℃，待配料完全熔化后，撒入扒渣剂进行扒渣，并进行2次以上搅拌，当温度升到730-750℃时，向熔体压入镁锭，并进行搅拌；
S2、导炉、精炼：将经步骤1得到的熔体经导炉槽将熔体导入静置炉，使用氩气将2#精炼剂及纳米La通入熔体进行精炼，其后进行扒渣，完成熔体净化处理；
S3、升温、静置：将经步骤2得到的熔体加热至750℃-770℃，然后静置30min，然后将熔体通过流槽导入过滤箱、除气箱，进一步完成熔体净化,同时在过滤箱前端，通过喂丝机将铝钛硼丝均匀熔入铝熔体中；
S4、铸造：将经步骤3得到的熔体进行铸造，铸造速度120-130mm/min，冷却水流量控制在90-120L/min；
S5、型材挤压：将经步骤4得到的铸锭进行加热470-510℃，挤压筒温度控制在400-420℃，采用动力电池箱体横梁模具，型材速度5-8m/min，进行在线淬火挤压生产，在线冷却强度≥7℃/s；
S6、型材时效：将经过步骤5得到的型材进行时效处理，加热温度为160-180℃，保温时间为8-9h，出炉后风冷；
所述步骤S1中所使用的熔炼炉包括炉体(1)和炉盖(2)，所述炉盖(2)与炉体(1)的顶部通过铰链转动连接，所述炉体(1)靠近底部的外壁上设有出液阀口(31)，所述炉体(1)的靠近顶部的内壁上固定连接有固定环板(4)，所述固定环板(4)上同轴开设有环形滑槽(5)，所述环形滑槽(5)内转动连接有转动环(6)，所述转动环(6)的底部固定连接有连接杆(7)，所述连接杆(7)的下端固定连接有搅动板(8)；
所述炉体(1)的外壁上密封固定连接有副炉(3)，所述副炉(3)与炉体(1)内部连通，所述副炉(3)的内炉壁上滑动连接有渣篮(26)，所述渣篮(26)的底部中心位置固定连接有连接柱(27)，副炉(3)的顶部炉壁转动连接有螺纹轴(28)，所述连接柱(27)的顶部开设有螺纹槽(30)，所述螺纹轴(28)与连接柱(27)的螺纹槽(30)通过螺纹连接，所述副炉(3)的顶部外壁上安装有第二电机(29)，所述螺纹轴(28)的上端贯穿副炉(3)的顶部炉壁与第二电机(29)的输出轴同轴固定。
2.根据权利要求1所述的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，所述炉盖(2)远离铰链的一端安装固定有第一电机(9)，所述炉盖(2)上贯穿转动连接有主轴(10)，所述主轴(10)的上端与第一电机(9)的输出轴同轴固定，所述主轴(10)的下端同轴固定连接有齿轮(11)，所述转动环(6)的上端面同轴固定连接有环形齿轮(12)，所述环形齿轮(12)与齿轮(11)相啮合。
3.根据权利要求2所述的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，所述炉盖(2)的底部中心位置开设有圆柱型的凹槽(13)，所述凹槽(13)的顶部开设有投料口且投料口处设置有投料盖(17)，所述凹槽(13)的内密封滑动连接有承载板(16)，所述炉盖(2)的顶部安装固定有液压缸(14)，所述承载板(16)上固定连接有滑杆(15)，所述滑杆(15)的上端贯穿延伸至炉盖(2)外侧且与液压缸(14)固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，所述炉盖(2)的底部且远离齿轮(11)的一侧开设有排气槽(18)，所述排气槽(18)的顶部槽壁密封连接有排气管(19)，所述炉盖(2)内开设有滑腔(20)与排气槽(18)连通，所述滑腔(20)内密封滑动连接有控制杆(21)，所述控制杆(21)远离凹槽(13)的一端延伸至炉盖(2)外侧，所述控制杆(21)上开设有第一导气槽(22)和L型的第二导气槽(23)，所述凹槽(13)的槽壁内开设有环形腔(24)，所述环形腔(24)与滑腔(20)连通，所述凹槽(13)的槽壁上开设有多个导气孔(25)与环形腔(24)连通。
5.根据权利要求4所述的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，所述控制杆(21)上的第二导气槽(23)位于控制杆(21)靠近环形腔(24)一端。
6.根据权利要求4所述的一种加纳米La的免均火高强铝合金制备方法，其特征在于，所述承载板(16)的顶部为圆锥状结构，所述凹槽(13)槽壁上的导气孔(25)位于承载板(16)的上方位置。
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