CN116043044A - 一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝合金铸造板的加工领域，涉及一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺；包括如下步骤：配料、熔炼铸造、均匀化热处理、三级拉伸、二次热处理、锯切铣面，其中，熔炼铸造中使用除气装置进行除气作业；本发明通过设有安装在中心轴上的喷气管组件，喷气管组件包括移动导流罩、固定导流罩、弹簧伸缩杆、喷气管，在中心轴转动带动喷气管组件做圆周运动时，液态原料通过推动移动导流罩向喷气管组件转动的反方向移动，进而使得喷气管上的喷气孔与液态原料接触进行惰性气体注入，在中心轴停止转动后，在弹簧伸缩杆的作用下，移动导流罩贴合在喷气管开设有喷气孔一侧的侧壁上对喷气孔进行密封。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金铸造板的加工领域，更具体地说，涉及一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺。
背景技术
在铝合金精密铸造板的铸造过程中，需要在熔炼铸造工序中需要进行除气作业，由于铝本身的性质，铝合金有产生气孔的倾向，使得铝熔融液容易发生氧化，因此通过注入惰性气体排出氢气和氧气。
传统的除气装置通过在熔炼炉底部设置喷气管进行注气，但是，喷气管遇到熔融液态铝合金容易发生气孔堵塞，造成部分气孔在使用后发生堵塞，造成布气不均匀，降低了除气效率。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，可以实现在进行除气作业时对喷气孔进行密封，在除气时开启喷气孔，避免喷气孔在使用过程中或者使用后发生堵塞。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一，按以下质量份数进行配料：铝8900份、锌600份、镁220份、铜250份、硅15份、铁20份、锰10份、铬15份、钛2份、锆3份，然后进行向熔炼炉中投料；
步骤二，进行熔炼铸造，在熔炼铸造过程中进行除气，并过滤杂质，得到合金铝锭；
步骤三，进行均匀化热处理，在500度温度保温10小时；
步骤四，三级拉伸，进行三次不同拉伸率的拉伸，一到三级拉伸率分别为0.5％、1％、2％；
步骤五，二次热处理，第一次效温度为100℃，升温速率为20℃/h，保温时间为5h；第二次进一步升温至180℃，升温速率为60℃/h，保温时间25h。
步骤六，对铝锭进行锯切和铣面；
其中，在熔炼过程中，使用了除气装置对熔炼过程中的液态原料进行除气；除气装置包括：
熔炼炉、转动连接在在熔炼炉内并与外部惰性气体供气装置连通的中心轴、设置在熔炼炉内并与中心轴固定连接的喷气管组件、与中心轴通过传动齿轮组连接并安装在熔炼炉顶部的驱动电机；
喷气管组件包括圆周侧壁上部开设有喷气孔的喷气管、安装在喷气管圆周侧壁上部远离喷气孔一侧且截面呈四分之一扇形状的固定导流罩、与喷气管位于喷气孔处的圆周侧壁贴合并通过弹簧伸缩杆与固定导流罩弹性连接的移动导流罩、移动导流罩与固定导流罩在喷气管下部之间形成有呈扇形腔的液态原料进入通道。
作为本发明进一步的方案：中心轴固定连接有从上到下呈螺旋状分布的多组喷气管组件。
作为本发明进一步的方案：喷气管侧壁开设有多组与喷气管内腔切向连通且竖直设置的喷气孔。
作为本发明进一步的方案：固定导流罩包括安装在喷气管两端且与喷气管固定连接的环形板、与环形板内壁固定连接且呈弧形的弧形板、封闭弧形板、喷气管、环形板之间形成的腔体的水平板和竖直板。
作为本发明进一步的方案：弹簧伸缩杆安装在竖直板位于弧形板一侧的侧壁上，弹簧伸缩杆为套筒式弹簧伸缩杆。
作为本发明进一步的方案：移动导流罩为下部设有与喷气管相切斜面的半圆环，移动导流罩内壁贴合在喷气管位于喷气孔的圆周侧壁上对喷气孔进行密封。
作为本发明进一步的方案：熔炼炉包括开设在其上部的投料管以及开设在其底部的排料管，投料管端部铰接有密封窗，排料管设有阀门。
作为本发明进一步的方案：中心轴为空心管，中心轴上端通过旋转接头与外部惰性气体供气装置连通。
作为本发明进一步的方案：外部惰性气体供气装置包括通过管道与旋转接头连通的气泵、通过管道与气泵连通的惰性气体存储罐。
作为本发明进一步的方案：多组喷气管组件在水平面的竖直投影之间的夹角相等。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明通过设有安装在中心轴上的喷气管组件，喷气管组件包括移动导流罩、固定导流罩、弹簧伸缩杆、喷气管，在中心轴转动带动喷气管组件做圆周运动时，液态原料通过推动移动导流罩向喷气管组件转动的反方向移动，进而使得喷气管上的喷气孔与液态原料接触进行惰性气体注入，在中心轴停止转动后，在弹簧伸缩杆的作用下，移动导流罩贴合在喷气管开设有喷气孔一侧的侧壁上对喷气孔进行密封，进而避免喷气孔发生堵塞，保证喷气管喷气的均匀性。
(2)本发明通过设有截面呈四分之一扇形状的固定导流罩、下部设有与喷气管相切斜面且环状的移动导流罩，在移动导流罩和固定导流罩之间形成有供液态原料进入的扇形腔，使得液态原料推动移动导流罩移动，液态原料通过移动导流罩和喷气管之间的腔体与从喷气管喷出的惰性气体进行高效的接触混合，混合后的还有气泡的液态原料从移动导流罩上部排出，提高气体与液态原料的混合效果。
(3)本发明通过设有从上到下呈螺旋状分布的喷气管组件，且喷气管组件在水平面的竖直投影之间的夹角相等，进行气体的快速均匀注入，同时，喷气管组件不断将下方的液态原料向上抬升，使得各个高度的液态原料均能与气体混合，保证混合速度和混合的均匀性。
(4)本发明通过设有开设在喷气管上与喷气管内腔切向连通且竖直设置的喷气孔，使得气流与在喷气管组件中流动的液态流体同向快速的混合，同时推动含有气体的液态原料向上流动的速度，加速混合的进行。
附图说明
图1为本发明工艺流程模块图；
图2为本发明中熔炼炉的立体结构示意图；
图3为本发明中熔炼炉内部的结构示意图；
图4为本发明中熔炼炉的横向剖面的结构示意图；
图5为本发明中喷气管组件和中心轴的装配结构示意图；
图6为本发明中喷气管组件的俯视视角的立体结构示意图；
图7为本发明中喷气管组件的仰视视角的立体结构示意图；
图8为本发明中移动导流罩和固定导流罩的配合结构示意图；
图9为本发明中喷气管组件的爆炸结构示意图；
图10为本发明中喷气管组件的剖面结构示意图；
图11为本发明中液态原料和惰性气体的混合示意图。
图中标号说明：1、熔炼炉；2、投料管；3、排料管；4、中心轴；5、喷气管组件；501、喷气管；5011、喷气孔；502、固定导流罩；5021、弧形板；5022、竖直板；5023、水平板；5024、环形板；503、移动导流罩；504、弹簧伸缩杆；6、传动齿轮组；7、驱动电机；8、旋转接头。
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；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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-11，在本发明的一个实施例中，一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，包括如下步骤：
步骤一，按以下质量份数进行配料：铝8900份、锌600份、镁220份、铜250份、硅15份、铁20份、锰10份、铬15份、钛2份、锆3份，然后进行向熔炼炉中投料；
步骤二，进行熔炼铸造，在熔炼铸造过程中进行除气，并过滤杂质，得到合金铝锭；
步骤三，进行均匀化热处理，在500度温度保温10小时；
步骤四，三级拉伸，进行三次不同拉伸率的拉伸，一到三级拉伸率分别为0.5％、1％、2％；
步骤五，二次热处理，第一次效温度为100℃，升温速率为20℃/h，保温时间为5h；第二次进一步升温至180℃，升温速率为60℃/h，保温时间25h。
步骤六，对铝锭进行锯切和铣面；
其中，在熔炼过程中，使用了除气装置对熔炼过程中的液态原料进行除气；除气装置包括：
熔炼炉1、转动连接在在熔炼炉1内并与外部惰性气体供气装置连通的中心轴4、设置在熔炼炉1内并与中心轴4固定连接的喷气管组件5、与中心轴4通过传动齿轮组6连接并安装在熔炼炉1顶部的驱动电机7；
喷气管组件5包括圆周侧壁上部开设有喷气孔5011的喷气管501、安装在喷气管501圆周侧壁上部远离喷气孔5011一侧且截面呈四分之一扇形状的固定导流罩502、与喷气管501位于喷气孔5011处的圆周侧壁贴合并通过弹簧伸缩杆504与固定导流罩502弹性连接的移动导流罩503、移动导流罩403与固定导流罩502在喷气管501下部之间形成有呈扇形腔的液态原料进入通道。
具体的，在除气过程中，开启驱动电机7和外部惰性气体供气装置，外部气体供气装置将惰性气体注入到转动的中心轴4中，同时，转动的中心轴带动喷气管组件5在熔炼炉1中做圆周运动，移动导流罩503受到液态原料的挤压发生移动，液态原料通过移动导流罩503下部的腔体进入到移动导流罩503与喷气管501之间的腔体中与从喷气孔5011喷出的惰性气体进行混合，混合后的还有气体的液态原料从上部排出，当停止除气时，中心轴4停止转动，移动导流罩503在弹簧伸缩杆504的作用下回到初始位置，移动导流罩503对喷气孔5011进行贴合密封，进而避免液态流体进入到喷气孔5011中，实现了喷气孔5011在除气时开启，在停止时闭合密封，保证喷气孔5011的通畅。
在本实施例中，喷气管501侧壁开设有多组与喷气管501内腔切向连通且竖直设置的喷气孔5011。
具体的，使得惰性气体切向进入到移动导流罩503和喷气管501之间的腔体与液态原料同向流动混合，提高了混合效率，同时减小液态原料对喷气孔5011的冲击，避免堵塞喷气孔5011。
在本实施例中，固定导流罩502包括安装在喷气管501两端且与喷气管501固定连接的环形板5024、与环形板5024内壁固定连接且呈弧形的弧形板5021、封闭弧形板5021、喷气管501、环形板5024之间形成的腔体的水平板5023和竖直板5022。
具体的，通过设有上部呈弧形的固定导流罩502，使得喷气管组件5上部的液态原料的流动速度大于喷气管组件5下部的流动速度，其上部压强小于下部压强，便于液态原料在惰性气体的加压下向上流动，提高混合速度。
在本实施例中，弹簧伸缩杆504安装在竖直板5022位于弧形板5021一侧的侧壁上，弹簧伸缩杆504为套筒式弹簧伸缩杆。
在本实施例中，移动导流罩503为下部设有与喷气管501相切斜面的半圆环，移动导流罩503内壁贴合在喷气管501位于喷气孔5011的圆周侧壁上对喷气孔5011进行密封。
具体的，使得移动导流罩503与喷气管501之间形成环形混合腔，便于气体与液态原料的混合。
在本实施例中，熔炼炉1包括开设在其上部的投料管2以及开设在其底部的排料管3，投料管2端部铰接有密封窗，排料管3设有阀门。
具体的，便于投料和排料。
在本实施例中，中心轴4为空心管，中心轴4上端通过旋转接头8与外部惰性气体供气装置连通。
在本实施例中，外部惰性气体供气装置包括通过管道与旋转接头8连通的气泵、通过管道与气泵连通的惰性气体存储罐。
具体的，气泵将惰性气体注入到中心轴中。
在本发明的另一个实施例中，中心轴4固定连接有从上到下呈螺旋状分布的多组喷气管组件5。
具体的，多组呈螺旋状分布的喷气管组件5提高气泡分布的均匀性和分布的密度。
在本实施例中，多组喷气管组件5在水平面的竖直投影之间的夹角相等。
具体的，提高气泡的均匀性，使得熔炼炉1中不同高度的液态原料进行上下循环流动，提高混合的速度和混合均匀性。
以上，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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，按以下质量份数进行配料：铝8900份、锌600份、镁220份、铜250份、硅15份、铁20份、锰10份、铬15份、钛2份、锆3份，然后进行向熔炼炉中投料；
步骤二，进行熔炼铸造，在熔炼铸造过程中进行除气，并过滤杂质，得到合金铝锭；
步骤三，进行均匀化热处理，在500度温度保温10小时；
步骤四，三级拉伸，进行三次不同拉伸率的拉伸，一到三级拉伸率分别为0.5％、1％、2％；
步骤五，二次热处理，第一次效温度为100℃，升温速率为20℃/h，保温时间为5h；第二次进一步升温至180℃，升温速率为60℃/h，保温时间25h。
步骤六，对铝锭进行锯切和铣面；
其中，在熔炼过程中，使用了除气装置对熔炼过程中的液态原料进行除气；除气装置包括：
熔炼炉(1)、转动连接在在熔炼炉(1)内并与外部惰性气体供气装置连通的中心轴(4)、设置在熔炼炉(1)内并与中心轴(4)固定连接的喷气管组件(5)、与中心轴(4)通过传动齿轮组(6)连接并安装在熔炼炉(1)顶部的驱动电机(7)；
喷气管组件(5)包括圆周侧壁上部开设有喷气孔(5011)的喷气管(501)、安装在喷气管(501)圆周侧壁上部远离喷气孔(5011)一侧且截面呈四分之一扇形状的固定导流罩(502)、与喷气管(501)位于喷气孔(5011)处的圆周侧壁贴合并通过弹簧伸缩杆(504)与固定导流罩(502)弹性连接的移动导流罩(503)、移动导流罩(403)与固定导流罩(502)在喷气管(501)下部之间形成有呈扇形腔的液态原料进入通道。
2.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，中心轴(4)固定连接有从上到下呈螺旋状分布的多组喷气管组件(5)。
3.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，喷气管(501)侧壁开设有多组与喷气管(501)内腔切向连通且竖直设置的喷气孔(5011)。
4.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，固定导流罩(502)包括安装在喷气管(501)两端且与喷气管(501)固定连接的环形板(5024)、与环形板(5024)内壁固定连接且呈弧形的弧形板(5021)、封闭弧形板(5021)、喷气管(501)、环形板(5024)之间形成的腔体的水平板(5023)和竖直板(5022)。
5.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，弹簧伸缩杆(504)安装在竖直板(5022)位于弧形板(5021)一侧的侧壁上，弹簧伸缩杆(504)为套筒式弹簧伸缩杆。
6.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，移动导流罩(503)为下部设有与喷气管(501)相切斜面的半圆环，移动导流罩(503)内壁贴合在喷气管(501)位于喷气孔(5011)的圆周侧壁上对喷气孔(5011)进行密封。
7.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，熔炼炉(1)包括开设在其上部的投料管(2)以及开设在其底部的排料管(3)，投料管(2)端部铰接有密封窗，排料管(3)设有阀门。
8.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，中心轴(4)为空心管，中心轴(4)上端通过旋转接头(8)与外部惰性气体供气装置连通。
9.根据权利要求1的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，外部惰性气体供气装置包括通过管道与旋转接头(8)连通的气泵、通过管道与气泵连通的惰性气体存储罐。
10.根据权利要求2的一种高强铝合金精密铸造板的制备工艺,其特征在于，多组喷气管组件(5)在水平面的竖直投影之间的夹角相等。
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