CN103831411A - 一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，涉及一种圆铸锭的制造方法。本发明是要解决现有大规格圆铸锭裂纹倾向性大，熔体质量控制难的技术问题。本发明的方法为：一、按各元素质量百分含量称取熔炼原料；二、将熔炼原料和Al-Be中间合金熔炼，得到铝合金熔液；三、将铝合金熔液在氩气保护下精炼后静置，得到铸造熔体；四、将铸造熔体进行成型处理，即制成。本发明采用炉外在线除气+双级过滤工艺，有效提高了熔体的纯净度；本发明解决了以往铸造时间长，造成成分不稳定的问题；本发明加入了Al-Be中间合金，降低了元素烧损的倾向性；本发明采用自动控温***为铸造温度提供了可靠的保证。本发明应用于大规格铝合金圆铸锭的制造领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种圆铸锭的制造方法。
背景技术
铝合金具有密度小、比强度高等优点，在很多领域具有重要的应用价值。铝镁系铝合金属与中高强度铝合金相比，疲劳性能和焊接性能良好，耐海洋大气腐蚀性好，被广泛用于航天航空、国防、焊接结构件和船舶等领域。大规格圆铸锭主要用于加工锻环，随着用户对锻环尺寸规格要求的不断增大，需要铸锭坯料规格也随之增大，但是随着铸锭规格的增大，铸锭内外层温差大，铸造速度慢，熔体停留时间长，铸锭成型及冶金质量都难以保证。因此，研究大规格铝合金圆铸锭的熔铸工艺，满足市场需求，迫在眉睫。
发明内容
本发明是要解决现有大规格圆铸锭裂纹倾向性大，熔体质量控制难的技术问题，从而提供了一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法。
本发明的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按各元素质量百分含量为Mn：0.4%～1.0%、Mg：4.0%～4.9%、Cr：0.05%～0.25%和余量Al，称取熔炼原料；
二、将步骤一称取的熔炼原料和Al-Be中间合金装入电阻反射炉内，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼至原料全部熔化，得到铝合金熔液；其中，所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为(1～3):105；
三、将步骤二制备的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为720℃～760℃、氩气保护下精炼10min～20min，静置20min～30min，得到铸造熔体；
四、采用半连续铸造法将步骤三得到的铸造熔体在温度为720℃～750℃、铸造速度为15mm/min～30mm/min、冷却水压为0.03MPa～0.08MPa、炉外在线除气和30ppi+50ppi的双级过滤的条件下进行成型处理，即制成高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭。
本发明包括以下有益效果：
本发明的高强、耐蚀大规格圆铸锭中的单个杂质≤0.05％，全部杂质的范围为≤0.15%，此范围内的杂质对大规格铝合金圆铸锭的铸造成型和冶金质量没有影响。
本发明方法确定了高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的生产方法，填补铝镁系大规格铝合金圆铸锭熔铸工艺的空白。本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；通过使用炉外在线除气+双级过滤，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；通过对铸造过程中速度、温度和水压三大参数的合理控制，生产出了无裂纹、内部质量合格的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭，可应用于航天航空、国防、焊接结构件和船舶等领域。
本发明制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭内部组织是由α(Al)固溶体与少量分散的β（Mg2Al3）相组成，β（Mg2Al3）相相对于α(Al)固溶体呈阳极区，在电化学介质中优先被腐蚀，本发明的合金中β（Mg2Al3）相分布弥散且数量很少，阳极区大大减少，抑制了电化学腐蚀的发生，故本发明制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的耐蚀性很高。
本发明制造的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的综合力学性能为：抗拉强度：245Mpa～260Mpa，屈服强度125Mpa～135Mpa，相对伸长率：15%～17%。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按各元素质量百分含量为Mn：0.4%～1.0%、Mg：4.0%～4.9%、Cr：0.05%～0.25%和余量Al，称取熔炼原料；
二、将步骤一称取的熔炼原料和Al-Be中间合金装入电阻反射炉内，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼至原料全部熔化，得到铝合金熔液；其中，所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为(1～3):105；
三、将步骤二制备的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为720℃～760℃、氩气保护下精炼10min～20min，静置20min～30min，得到铸造熔体；
四、采用半连续铸造法将步骤三得到的铸造熔体在温度为720℃～750℃、铸造速度为15mm/min～30mm/min、冷却水压为0.03MPa～0.08MPa、炉外在线除气和30ppi+50ppi的双级过滤的条件下进行成型处理，即制成高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭。
本实施方式包括以下有益效果：
本实施方式的高强、耐蚀大规格圆铸锭中的单个杂质≤0.05％，全部杂质的范围为≤0.15%，此范围内的杂质对大规格铝合金圆铸锭的铸造成型和冶金质量没有影响。
本实施方式方法确定了高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的生产方法，填补铝镁系大规格铝合金圆铸锭熔铸工艺的空白。本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；通过使用炉外在线除气+双级过滤，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；通过对铸造过程中速度、温度和水压三大参数的合理控制，生产出了无裂纹、内部质量合格的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭，可应用于航天航空、国防、焊接结构件和船舶等领域。
本实施方式制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭内部组织是由α(Al)固溶体与少量分散的β（Mg2Al3）相组成，β（Mg2Al3）相相对于α(Al)固溶体呈阳极区，在电化学介质中优先被腐蚀，本发明的合金中β（Mg2Al3）相分布弥散且数量很少，阳极区大大减少，抑制了电化学腐蚀的发生，故本发明制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的耐蚀性很高。
本实施方式制造的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的综合力学性能为：抗拉强度：245Mpa～260Mpa，屈服强度125Mpa～135Mpa，相对伸长率：15%～17%。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按各元素质量百分含量为Mn：0.45%～0.60%、Mg：4.1%～4.5%、Cr：0.05%～0.10%和余量Al，称取熔炼原料。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中按各元素质量百分含量为Mn：0.53%、Mg：4.4%、Cr：0.07%和余量Al，称取熔炼原料。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的熔炼温度为740℃～750℃。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的熔炼温度为745℃。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为2:105。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中精炼时间为10min～15min、静置时间为25min～30min。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中精炼时间为15min、静置时间为30min。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中铸造熔体成型处理的温度为735℃～750℃。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至就之一不同的是：步骤四中铸造熔体成型处理的温度为740℃。其它与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同的是：步骤四中铸造速度为20mm/min～30mm/min。其它与具体实施方式一至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同的是：步骤四中铸造速度为20mm/min～25mm/min。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同的是：步骤四中冷却水压为0.04MPa～0.06MPa。其它与具体实施方式一至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三之一不同的是：步骤四中冷却水压为0.05MPa。其它与具体实施方式一至十三之一相同。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
本试验的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按各元素质量百分含量为Mn：0.53%、Mg：4.4%、Cr：0.07%和余量Al，称取熔炼原料；
二、将步骤一称取的熔炼原料和Al-Be中间合金装入电阻反射炉内，在温度为745℃的条件下熔炼至原料全部熔化，得到铝合金熔液；其中，所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为2:105；
三、将步骤二制备的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为720℃～760℃、氩气保护下精炼15min，静置30min，得到铸造熔体；
四、采用半连续铸造法将步骤三得到的铸造熔体在温度为740℃、铸造速度为25mm/min、冷却水压为0.05MPa、炉外在线除气和30ppi+50ppi的双级过滤的条件下进行成型处理，即制成高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭。
本试验制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭内部组织是由α(Al)固溶体与少量分散的β（Mg2Al3）相组成，β（Mg2Al3）相相对于α(Al)固溶体呈阳极区，在电化学介质中优先被腐蚀，本发明的合金中β（Mg2Al3）相分布弥散且数量很少，阳极区大大减少，抑制了电化学腐蚀的发生，故本发明制备的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的耐蚀性很高。
本试验制造的高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭的综合力学性能：抗拉强度为255Mpa，屈服强度为130Mpa，相对伸长率为16%。
Claims (10)
1.一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法是按以下步骤进行：
一、按各元素质量百分含量为Mn：0.4%～1.0%、Mg：4.0%～4.9%、Cr：0.05%～0.25%和余量Al，称取熔炼原料；
二、将步骤一称取的熔炼原料和Al-Be中间合金装入电阻反射炉内，在温度为720℃～760℃的条件下熔炼至原料全部熔化，得到铝合金熔液；其中，所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为(1～3):105；
三、将步骤二制备的铝合金熔液导入静置炉中，在温度为720℃～760℃、氩气保护下精炼10min～20min，静置20min～30min，得到铸造熔体；
四、采用半连续铸造法将步骤三得到的铸造熔体在温度为720℃～750℃、铸造速度为15mm/min～30mm/min、冷却水压为0.03MPa～0.08MPa、炉外在线除气和30ppi+50ppi的双级过滤的条件下进行成型处理，即制成高强、耐蚀大规格铝合金圆铸锭。
2.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中按各元素质量百分含量为Mn：0.45%～0.60%、Mg：4.1%～4.5%、Cr：0.05%～0.10%和余量Al，称取熔炼原料。
3.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中按各元素质量百分含量为Mn：0.53%、Mg：4.4%、Cr：0.07%和余量Al，称取熔炼原料。
4.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中的熔炼温度为745℃。
5.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤二中所述的Al-Be中间合金质量与熔炼原料的总质量之比为2:105。
6.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中精炼时间为10min～15min、静置时间为25min～30min。
7.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤三中精炼时间为15min、静置时间为30min。
8.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中铸造熔体成型处理的温度为740℃。
9.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中铸造速度为20mm/min～25mm/min。
10.根据权利要求1所述的一种高强、耐蚀大规格圆铸锭的制造方法，其特征在于步骤四中冷却水压为0.05MPa。
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