CN102925755B - 高铁***铝材的熔炼铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高铁***铝材的熔炼铸造方法，方法为在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火，排气精炼，排气精炼完后加铝钛硼块，然后取样分析，放水引铸时铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90～130mm/min；在流槽的铝水中***铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为0.08～0.4MPa，温度为690～730℃，分流盘盘尾温度为680～720℃，最后再均质，冷却。本发明熔炼时间短，并采用铝钛硼块、铝钛硼丝作为细化剂细化产品的晶粒组织，按照GB/T3246.2-2000进行检测达到二级以上。
Description
技术领域
本发明属于铝材生产工艺领域，具体涉及一种铝材的熔炼铸造方法，特别涉及一种高铁***铝材的熔炼铸造方法。
背景技术
高铁电气化铁路接触网中，需要一种高强度、高韧性、密度小，低电阻率的结构零件为动车组动态提供电力。高安全系数，恶劣的自然条件变化要求结构零件的组织结构，力学性能符合产品要求，且不能够存在内部组织损伤，要求加工部位的抗拉强度320Mpa以上，规定非比例延伸强度310Mpa以上，断后伸长率13％以上。与标准Physical Date per National Standard En 755-2：2008相比较，力学性能大幅度提升，对零件的加工技术，检测方法，提出了更严格的要求，急需一种新的加工工艺，来满足零件的特殊要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种高铁***铝材的熔炼铸造方法，可满足高速电气化铁路运行对***材料高力学性能的要求。所述的高铁***是高铁电气化铁路接触网中用到的一种定位装置，其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平张力传给支柱。所述的高铁***铝材是用于制备高铁***的铝合金材料，由以下按质量百分比计的组分组成：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
高铁***铝材的熔炼铸造方法，包括以下操作步骤：
(1)熔化：在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735～755℃时加入锰剂和铬剂，搅拌均匀，放置10～20min，扒渣，铝水温度在690～740℃时添加镁锭，搅拌均匀，扒渣，注意铝水温度不能过高而造成烧损，以致影响镁在合金成份中的稳定性；
(2)排气精炼：将步骤(1)最终得到的铝水推扒10～25min，然后加入精炼剂精炼10～25min，温度控制在700～750℃，然后用高纯氮气(纯度为99.99％)排气；
(3)在步骤(2)得到的铝水中加入铝钛硼块，静置15～30min；
(4)取样分析：在步骤(3)得到的铝水中取样进行光谱分析，保证合金元素质量百分比符合标准及铝水温度在730～760℃；
(5)放水引铸：打开熔炼炉开水口，步骤(3)得到的铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒引铸速度为90～130mm/min；在流槽铝水中***铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为0.08～0.4MPa，温度为690～730℃，确保水压及流量，避免裂纹、冷隔缺陷，分流盘盘尾温度为680～720℃，若分流盘入水口处铝水温度在上限时，可适当调慢引铸速度，若铝水温度在下限时，可适当调快引铸速度；
(6)将步骤(5)得到的铝棒均质，冷却得到高铁***铝材。
步骤(1)中所述的铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为(70～80)∶1。
步骤(1)中所述的锰剂的加入量为每吨铝水加入7.0～9.0kg，铬剂的加入量为每吨铝水加入2.0～3.5kg，镁锭的加入量为每吨铝水加入7.5～10kg。
步骤(2)中所述的精炼剂为RJ-1号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》，精炼剂用量为每吨铝水加入1.5～3.5kg。
步骤(3)中所述的铝钛硼块用量为每吨铝水加入1.5～2.5kg。
步骤(4)中所述的合金元素质量百分比符合的标准为：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量。
步骤(5)中所述的铝钛硼丝用量为每吨铝水加入1.5～2.5kg。
步骤(5)中所述的泡沫陶瓷过滤板孔密度为50ppi；所述的流槽用玻璃水涂料涂覆，防止流槽有脱块、杂物等流入铸模盘，放水引铸过程中，每隔10min检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于690℃时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在690～720℃之间。
步骤(6)中所述的均质方法为在550～570℃下保温10～12小时，所述的冷却方法为采取循环冷却水冷却，冷却速度200～250℃/h，控制循环冷却水温在10～48℃。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：
(1)本发明熔炼时间短；
(2)本发明采用铝钛硼块、铝钛硼丝作为细化剂细化铝材的晶粒组织，得到的铝材按照《GB/T3246.2-2000》进行低倍组织检测达到二级以上；
(3)合金成分均匀，经测试物理性能稳定，具有较高的力学性能，使用此铝棒加工的产品抗拉强度同比欧标高3％～31％，屈服强度(即规定非比例延伸强度)同比国标高8％～36％，伸长率同比国标高28％～100％；
(4)采用精炼剂除渣、精炼，效果明显；
(5)采用孔密度为50PPi陶瓷过滤板过滤及在线除氢，铝棒无细微渣粒；
(6)温度控制准确，铸造流速稳定，水压标准，铸锭无开裂倾向。
附图说明
图1是实施例1制得铝棒的金相组织图(放大倍数为×100)。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
原料
铝锭：采用牌号为A199.7的铝锭，铝锭中Al的质量百分比为99.70％以上，符合标准GB/T1196-2008《重熔用铝锭》；
镁锭：采用牌号为Mg-2的镁锭，镁锭中镁的质量百分比符合标准GB/T3499-2003《原生镁锭》；
硅锭：采用牌号为AlSi12的铝硅合金，铝硅合金中硅的质量百分比为12±1％，符合标准YS/T282-2000《铝中间合金锭》；
Mn添加剂：采用牌号为75#的锰剂，锰剂中锰的质量百分比为75％，符合标准YS/T492-2005《铝及铝合金成分添加剂》；
Cr添加剂：采用牌号为75#的铬剂，铬剂中铬的质量百分比为75％，符合标准YS/T492-2005《铝及铝合金成分添加剂》；
具体步骤如下：
(1)熔化：在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为70∶1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735℃时每吨铝水加入7.0kg锰剂和2.0kg铬剂，并用高纯氮气(纯度即体积百分数为99.99％)搅拌均匀，放置10min，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)，铝水温度在690℃时每吨铝水添加7.5kg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)；
(2)排气精炼：先推扒10min，再在每吨铝水加入1.5kg精炼剂精炼10min，温度控制在700℃，然后用高纯氮气(纯度为99.99％)排气，精炼剂为RJ-1号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》；
(3)排气精炼完后每吨铝水加1.5kg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)，铝水静置15min；
(4)取样分析：在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为730℃时，再进行步骤(5)的放水引铸；合金元素质量百分比符合的标准为：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量；
(5)放水引铸：打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90mm/min；流槽用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)直接***流槽铝水中间，用量为每吨铝水1.5kg，铝水在分流盘入水口处的水压为0.08MPa，温度为690℃，盘尾温度为680℃；
(6)均质，冷却：均质方法为在550℃下保温10小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度200℃/h，控制循环冷却水温在10℃，得到高铁***铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。
实施例2
原料同实施例1，具体步骤如下：
(1)熔化：在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为80∶1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在755℃时每吨铝水加入9.0kg锰剂和3.5kg铬剂，并用高纯氮气(纯度为99.99％)搅拌均匀，放置20min，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)，铝水温度在740℃时每吨铝水添加10kg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)；
(2)排气精炼：先推扒25min，再每吨铝水加入3.5kg精炼剂精炼25min，温度控制在750℃，然后用高纯氮气(纯度为99.99％)排气，精炼剂为RJ-1号精炼剂；
(3)排气精炼完后每吨铝水加2.5kg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)，铝水静置30min；
(4)取样分析：在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为760℃时，再进行步骤(5)的放水引铸，合金元素质量百分比符合的标准为：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量；
(5)放水引铸：打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为130mm/min；流槽用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)直接***流槽铝水中间，用量为每吨铝水为2.5kg，铝水在分流盘入水口处的水压为0.4MPa，温度为730℃，盘尾温度为720℃，每隔10min检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于730℃时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在730℃；
(6)均质，冷却：均质方法为在570℃下保温12小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度250℃/h，控制循环冷却水温在48℃，得到高铁***铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。
实施例3
原料同实施例1，具体步骤如下：
(1)熔化：在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为75∶1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在740℃时每吨铝水加入7.9kg锰剂和3.0kg铬剂，并用高纯氮气(纯度为99.99％)搅拌均匀，放置12min，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)，铝水温度在710℃时每吨铝水添加9.0kg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次10min，除渣20min)；
(2)排气精炼：先推扒17min，再每吨铝水加入2.3kg精炼剂精炼17min，温度控制在740℃，然后用高纯氮气(纯度为99.99％)排气，精炼剂为RJ-1号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》；
(3)排气精炼完后每吨铝水加2.0kg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)，铝水静置17min；
(4)取样分析：在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为750℃时，再进行步骤(5)的放水引铸，合金元素质量百分比符合的标准为：Si：0.8～1.0％，Mg：0.75～0.95％，Cu：0.01～0.09％，Mn：0.45～0.85％，Cr：0.10～0.24％，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15％，Al：余量；
(5)放水引铸：打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为107mm/min，再经过流槽进入铸模盘，流槽用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5.0％，硼的质量百分比为1.0％)直接***流槽铝水中间，用量为每吨铝水为2.0kg，铝水在分流盘入水口处的水压为0.2MPa，温度为710℃，盘尾温度为710℃，放水引铸过程中，每隔10min检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于710℃时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在710℃；
(6)均质，冷却：均质方法为在560℃下保温11小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度220℃/h，控制循环冷却水温在40℃，得到高铁***铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。
实施例4
将实施例1制得的铝棒按照GB/T 3246.1-2000《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法》检验，检验结果如下：
(1)采用GB/T 3246.1-2000中的3号浸蚀液剂，铝棒的金相组织如图1所示，金相组织图中无第二相积聚点，无过烧状态。
(2)采用标准中比较法测定晶粒度，显微晶粒度级数为4级。
将实施例1～3得到的铝棒按照GB/T3246.2-2000《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》检验，检测结果为：无裂纹，无气孔，无夹渣，无光亮晶粒，无羽毛状晶，晶粒度二级，疏松度一级。
从实施例1～3制得的铝棒中分别选取13根按照标准GB/T6519-2000《变形铝合金产品超声波检测方法》进行超声波探伤检测，对所选铝棒头部及尾部直径进行检测，检测结果如表2所述，检测结果显示铝棒头部及尾部直径均超过150mm，说明铝棒没有裂纹，检测合格。
表1合金元素质量百分比
| Al | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Ni | Zn | |
| 实施例1 | 97.16 | 0.892 | 0.15 | 0.0602 | 0.55 | 0.821 | 0.22 | 0.0058 | 0.0291 |
| 实施例2 | 97.45 | 1 | 0.18 | 0.01 | 0.45 | 0.75 | 0.1 | ＜0.0050 | 0.0291 |
| 实施例3 | 97.15 | 0.8 | 0.15 | 0.09 | 0.85 | 0.95 | 0.24 | ＜0.0050 | 0.0291 |
| Ti | Pb | Sn | Be | Ca | Sr | V | Zr | Cd | |
| 实施例1 | ＜0.0050 | ＜0.030 | ＜0.050 | 0.0003 | 0.0014 | ＜0.0005 | 0.0101 | 0.0247 | 0.0002 |
| 实施例2 | ＜0.0050 | ＜0.030 | ＜0.050 | 0.0003 | 0.0017 | ＜0.0005 | 0.0110 | 0.0240 | ＜0.0001 |
| 实施例3 | ＜0.0050 | ＜0.030 | ＜0.050 | 0.0003 | 0.0013 | ＜0.0005 | 0.0123 | 0.0260 | ＜0.0001 |
表2超声波探伤检测结果
将实施例1～3得到的铝棒按常规方法挤压成方管(长是41mm，宽是21mm，壁厚是3mm)，热处理状态为T6，然后进行力学性能标准测试，抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率均采用德国EN755-2：2008方法测量，表3给出了力学性能标准测试结果，表4给出了德国EN755-2：200力学性能标准，表5给出了中国GB/T6892-2006力学性能标准，将表3与表4及表5对比发现本发明生产的铝材挤压成的方管力学性能都明显高于德国EN755-2：200和中国GB/T6892-2006力学性能标准。
表3力学性能标准测试结果
表4德国EN755-2：200力学性能标准
表5中国GB/T6892-2006力学性能标准
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.高铁***铝材的熔炼铸造方法，其特征在于包括以下操作步骤：
（1）熔化：在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735℃时加入锰剂和铬剂，搅拌均匀，放置10min，扒渣，铝水温度在690℃时添加镁锭，搅拌均匀，扒渣；
（2）排气精炼：将步骤（1）最终得到的铝水推扒10min，然后加入精炼剂精炼10min，温度控制在700℃，然后用高纯氮气排气；
（3）在步骤（2）得到的铝水中加入铝钛硼块，静置15min；
（4）取样分析：在步骤（3）得到的铝水中取样进行光谱分析，保证合金元素质量百分比符合标准及铝水温度在730℃；
（5）放水引铸：打开熔炼炉开水口，步骤（3）得到的铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90mm/min；在流槽的铝水中***铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为0.08MPa，温度为690℃，分流盘盘尾温度为680℃；
（6）将步骤（5）得到的铝棒均质，冷却得到高铁***铝材；
步骤（3）中所述的铝钛硼块用量为每吨铝水加入1.5kg；
步骤（2）中所述的精炼剂为RJ-1号精炼剂；精炼剂用量为每吨铝水加入1.5kg；
步骤（4）中所述的合金元素质量百分比符合的标准为：Si：0.8～1.0%，Mg：0.75～0.95%，Cu：0.01～0.09%，Mn：0.45～0.85%，Cr：0.10～0.24%，Fe：＜0.25，其他杂质总量：＜0.15%，Al：余量；
步骤（5）中所述的铝钛硼丝用量为每吨铝水加入1.5kg；
步骤（6）中所述的均质方法为在550℃下保温10小时，所述的冷却方法为采取循环冷却水冷却，冷却速度200℃/h，控制循环冷却水温在10℃。
2.根据权利要求1所述的高铁***铝材的熔炼铸造方法，其特征在于：步骤（1）中所述的铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为（70～80）:1。
3.根据权利要求1所述的高铁***铝材的熔炼铸造方法，其特征在于：步骤（1）中所述的锰剂的加入量为每吨铝水加入7.0kg，铬剂的加入量为每吨铝水加入2.0kg，镁锭的加入量为每吨铝水加入7.5kg。
4.根据权利要求1所述的高铁***铝材的熔炼铸造方法，其特征在于：步骤（5）中所述的泡沫陶瓷过滤板孔密度为50ppi；所述的流槽用玻璃水涂料涂覆。
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