一種超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁合金圓鑄錠的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金具有密度小、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。鋁鋅鎂銅系鋁合金具有較強(qiáng)度，通過后續(xù)加工處理能夠有優(yōu)良的韌性，是航空、航天用鋁合金發(fā)展的重點(diǎn)，并且國內(nèi)超高強(qiáng)鋁合金的需求高。然而現(xiàn)有的方法制備超高強(qiáng)鋁合金過程中存在鑄造拉裂傾向大、熔體質(zhì)量難以控制，鑄錠合格率低等多個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠制造方法存在鑄造拉裂傾向大、熔體質(zhì)量難以控制，鑄錠合格率低的問題。
[0004]本發(fā)明所述的超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠的制造方法按以下步驟進(jìn)行:
[0005]一、按質(zhì)量百分比為 Zn:8.5%?9.6%、Mg:1.8%?2.6%、Cu:2.0%?2.6%、Zr:0.1%~ 1.5%、Fe:小于 1.2%、S1:小于 1.0%、Μη 小于 0.02%、Ti 小于 0.05%和余量為Al，稱取高純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠；其中元素Fe、S1、Mn和Ti為雜質(zhì)；所述的高純鋁錠為Si小于0.03%, Fe小于0.03%的高純Al錠；
[0006]二、依次將步驟一稱取的高純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠裝入電阻反射爐熔煉至純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠熔化，得到熔體，在熔體溫度為720°C?740°C時向熔體中加入Al-Be中間合金，并不斷攪拌，在Al-Be中間合金熔化后，得到鋁合金溶液，從鋁合金溶液中取樣測試，根據(jù)取樣測試結(jié)果調(diào)整鋁合金溶液中Zn元素質(zhì)量百分比至8.5%?9.6%、Mg元素質(zhì)量百分比至1.8%?2.6%、Cu元素質(zhì)量百分比至2.0%?2.6%和Zr質(zhì)量百分比元素至0.1 %?0.15% ;所述的加入的Al-Be中間合金與熔體的質(zhì)量比為9X 13: (I?3);所述的取樣測試為在Al-Be中間合金熔化后，在熔體中心位置g取待測試樣；所述的鋁合金溶液熔體所用材料為Zn錠、Mg錠、純Cu和Al-Zr中間合金;
[0007]三、將步驟二得到的鋁合金熔液導(dǎo)入靜置爐中，在725°C?735°C的溫度下，通入氬氯混合氣體精煉5?lOmin，然后在725°C?735°C的溫度下，通入氬氣精煉10?15min，然后靜置25?35min，得到鑄造熔體；
[0008]所述的氬氯混合氣體中按體積比包含氬氣90%?94%和氯氣6%?10%，并且氬氯混合氣體中H2、02、隊(duì)或H 20的體積濃度不大于2ppm，014體積濃度不大于Ippm ；
[0009]四、采用熱頂半連續(xù)鑄造法，將步驟三得到的鑄造熔體在溫度為725°C?735 °C、鑄造速度為120mm/min?200mm/min、冷卻水強(qiáng)度為0.06MPa?0.15MPa、冷卻水溫度為10°C?30°C和爐外在線除氣的條件下制成超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠。
[0010]本發(fā)明所述方法具備以下有益效果:
[0011]1、本發(fā)明選擇合理的熔鑄工藝流程，通過電阻反射爐、靜置爐兩種爐子的不同作用，電阻反射爐可以利用爐膛結(jié)構(gòu)的兩側(cè)爐門實(shí)現(xiàn)熔體對流攪拌，鋁熔體通過在電阻反射爐導(dǎo)入靜置爐加再次加強(qiáng)溶質(zhì)元素的均勻性，從而向鑄造提供最佳的化學(xué)成分使鋁合金熔體成分更加均勻穩(wěn)定，熔體質(zhì)量得到有效控制；
[0012]2、本發(fā)明通過使用熱頂半連續(xù)鑄造法，鑄造速度快，由于石墨環(huán)作用，使得鑄錠在石墨表面開始結(jié)晶，石墨環(huán)的表面光使得鑄錠獲得較高的表面質(zhì)量，因此獲得的鑄錠表面質(zhì)量好，無拉裂產(chǎn)生；
[0013]3、本發(fā)明方法通過對鑄造過程中速度、溫度和水流量三大參數(shù)的合理控制，生產(chǎn)出了無拉裂、內(nèi)部質(zhì)量合格的超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠，鑄錠合格率可以達(dá)到92%以上，并且制備獲得的鑄錠在溫度為450°C、應(yīng)變速率為1s 1條件下進(jìn)行50%變形量的壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)后的壓縮鑄錠無開裂現(xiàn)象發(fā)生；
[0014]4、本發(fā)明方法通過加入Be元素，因Be元素的金屬活潑性，首先與熔煉氣氛中的氧形成一層致密的BeO，進(jìn)而阻止了熔體與爐氣的接觸避免熔體污染，營造了一種類似真空熔煉的氣氛，進(jìn)而可以減少M(fèi)g元素的燒損；
[0015]5、本發(fā)明方法通過先使用氬氯混合氣體精煉，再使用氬氣精煉，由于混合氣體中的氯可以與熔體中堿金屬反應(yīng)形成氯鹽，從而降低熔體中堿金屬含量，氬氣與氫的潤濕以及在氣體分壓作用下，使得熔體中的氫隨氬氣排除熔體；
[0016]6、本發(fā)明方法通過使用了爐外在線除氣、過濾的方法，該方法是一種先進(jìn)的熔體保證措施，通過在線除氣箱轉(zhuǎn)子將氬氣通入即將正鑄造的熔體，再通過一定泡沫陶瓷片目數(shù)的過濾裝置將熔體中的渣和雜分離出來，可以有效的減少熔體中的氣體和夾雜物，避免鑄錠內(nèi)部組織缺陷的產(chǎn)生；
[0017]7、本發(fā)明方法在鑄造開始時不使用純鋁鋪底，而是通過鑄造開頭小水冷、慢鑄速的工藝，降低鑄造開頭工人操作難度。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例1中制備的試樣在壓縮試驗(yàn)前后的對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意合理組合。
[0020]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠的制造方法，按以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0021]一、按質(zhì)量百分比為 Zn:8.5%?9.6%、Mg:1.8%?2.6%、Cu:2.0%?2.6%、Zr:0.1%~ 1.5%、Fe:小于 1.2%、S1:小于 1.0%、Μη 小于 0.02%、Ti 小于 0.05%和余量為Al，稱取高純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠；其中元素Fe、S1、Mn和Ti為雜質(zhì)；
[0022]二、依次將步驟一稱取的高純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠裝入電阻反射爐熔煉至純鋁錠、Al-Zr中間合金、純Cu、Zn錠和Mg錠熔化，得到熔體，在熔體溫度為720°C?740°C時向熔體中加入Al-Be中間合金，并不斷攪拌，在Al-Be中間合金熔化后，得到鋁合金溶液，從鋁合金溶液中取樣測試，根據(jù)取樣測試結(jié)果調(diào)整鋁合金溶液中Zn元素質(zhì)量百分比至8.5%?9.6%、Mg元素質(zhì)量百分比至1.8%?2.6%、Cu元素質(zhì)量百分比至2.0%?2.6%和Zr質(zhì)量百分比元素至0.1 %?0.15% ;所述的加入的Al-Be中間合金與熔體的質(zhì)量比為9 X 13: (I?3)；
[0023]三、將步驟二得到的鋁合金熔液導(dǎo)入靜置爐中，在725°C?735°C的溫度下，通入氬氯混合氣體精煉5?lOmin，然后在725°C?735°C的溫度下，通入氬氣精煉10?15min，然后靜置25?35min，得到鑄造熔體；
[0024]四、采用熱頂半連續(xù)鑄造法，將步驟三得到的鑄造熔體在溫度為725°C?735 °C、鑄造速度為120mm/min?200mm/min、冷卻水強(qiáng)度為0.06MPa?0.15MPa、冷卻水溫度為10°C?30°C和爐外在線除氣的條件下制成超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠。
[0025]本實(shí)施方式包含以下有益效果:
[0026]1、本實(shí)施方式選擇合理的熔鑄工藝流程，通過電阻反射爐、靜置爐兩種爐子的不同作用，電阻反射爐可以利用爐膛結(jié)構(gòu)的兩側(cè)爐門實(shí)現(xiàn)熔體對流攪拌，鋁熔體通過在電阻反射爐導(dǎo)入靜置爐加再次加強(qiáng)溶質(zhì)元素的均勻性，從而向鑄造提供最佳的化學(xué)成分使鋁合金熔體成分更加均勻穩(wěn)定，熔體質(zhì)量得到有效控制；
[0027]2、本實(shí)施方式通過使用熱頂半連續(xù)鑄造法，鑄造速度快，由于石墨環(huán)作用，使得鑄錠在石墨表面開始結(jié)晶，石墨環(huán)的表面光使得鑄錠獲得較高的表面質(zhì)量，因此獲得的鑄錠表面質(zhì)量好，無拉裂產(chǎn)生；
[0028]3、本實(shí)施方式方法通過對鑄造過程中速度、溫度和水流量三大參數(shù)的合理控制，生產(chǎn)出了無拉裂、內(nèi)部質(zhì)量合格的超高強(qiáng)鋁合金圓鑄錠，鑄錠合格率可以達(dá)到92%以上，并且制備獲得的鑄錠在溫度為450°C、應(yīng)變速率為1s 1條件下進(jìn)行50%變形量的壓縮試驗(yàn)，試驗(yàn)后的壓縮鑄錠無開裂現(xiàn)象發(fā)生；
[0029]4、本實(shí)施方式方法通過加入Be元素，因Be元素的金屬活潑性，首先與熔煉氣氛中的氧形成一層致密的BeO，進(jìn)而阻止了熔體與爐氣的接觸避免熔體污染，營造了一種類似真空熔煉的氣氛，進(jìn)而可以減少M(fèi)g元素的燒損；
[0030]5、本實(shí)施方式方法通過先使用氬氯混合氣體精煉，再使用氬氣精煉，由于混合氣體中的氯可以與熔體中堿金屬反應(yīng)形成氯鹽，從而降低熔體中堿金屬含量，氬氣與氫的潤濕以及在氣體分壓作用下，使得熔體中的氫隨氬氣排除熔體；
[0031]6、本實(shí)施方式方法通過使用了爐外在線除氣、過濾的方法，該方法是一種先進(jìn)的熔體保證措施，通過在線除氣箱轉(zhuǎn)子將氬氣通入即將正鑄造的熔體，再通過一定泡沫陶瓷片目數(shù)的過濾裝置將熔體中的渣和雜分離出來，可以有效的減少熔體中的氣體和夾雜物，避免鑄錠內(nèi)部組織缺陷的產(chǎn)生；
[0032]7、本實(shí)施方式方法在鑄造開始時不使用純鋁鋪底，而是通過鑄造開頭小水冷、慢鑄速的工藝，降低鑄造開頭工人操作難度。
[0033]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟一中所述的高純鋁錠為Si小于0.03%，F(xiàn)e小于0.03%的高純Al錠。其它步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:步驟二中所述的加入的Al-Be中間合金與熔體的質(zhì)量比為9 X 13:2。其它步驟和參數(shù)與【具體實(shí)施方式】