CN108823438A - 制备zld102低铁铝合金的方法 - Google Patents

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李顺华
孙海艳
袁峰
孙荣亮
季鹏辉
龙文再
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Abstract

本发明公开了制备ZLD102低铁铝合金的方法，包括：向电解原铝液中直接加入金属硅并进行熔炼，以便得到铝合金熔融液；将所述铝合金熔融液进行精炼，以便得到铝合金精炼熔融液；将所述铝合金精炼熔融液进行成分调整，以便得到铝合金铸造前液；将所述铝合金铸造前液进行铸造，以便得到ZLD102低铁铝合金，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10‑13wt％，铁元素含量不大于0.25wt％，钙元素含量不大于0.015wt％。该方法不仅操作简单，还可以通过控制铝合金铸造前液中的硅含量和钙含量获得所需表面质量、断口组织和塑性的ZLD102低铁铝合金。

Description

制备ZLD102低铁铝合金的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体而言，本发明涉及制备ZLD102低铁铝合金的方法。
背景技术
随着电解原铝液直接合金化的不断创新研发，采用优质的电解高温原铝液加入其它金属或中间合金，配置成合金液并铸造成初加工产品，而在ZLD102铸造铝合金生产过程中，需要严格控制铸造铝合金液中的化学成分，其直接影响产品外观质量，而表面质量是最为关注的理化指标之一。因此，制备ZLD102铝合金产品的方法有待进一步改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本发明的一个目的在于提出制备ZLD102低铁铝合金的方法。该方法不仅操作简单，还可以通过控制铝合金铸造前液中的硅含量和钙含量获得所需表面质量、断口组织和塑性的ZLD102低铁铝合金。
根据本发明的一个方面，本发明提出了制备ZLD102低铁铝合金的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：
向电解原铝液中直接加入金属硅并进行熔炼，以便得到铝合金熔融液；
将所述铝合金熔融液进行精炼，以便得到铝合金精炼熔融液；
将所述铝合金精炼熔融液进行成分调整，以便得到；
将所述铝合金铸造前液进行铸造，以便得到ZLD102低铁铝合金，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％，铁元素含量不大于0.25wt％，钙元素含量不大于0.015wt％。
在铸造铝合金生产过程中，同一牌号成品表面质量通常会用固体成品检测，而难以通过铸造铝合金液进行检验，但发明人经大量的生产实践发现，同一牌号的铸造用铝合金其成品的表面质量会随着铸造铝合金液的化学成分的改变而改变，特别是对于较纯净、杂质较少的原铝液直接合金化生产的铝合金成品来说，其表面质量随着化学成分的改变尤为明显，另外，通过控制铸造铝合金液中的硅含量，可以获得不同的铸造铝合金成品表面质量，通过控制铸造铝合金液中的钙含量，可以获得不同的断口组织和塑性的铸造铝合金成品。为此，根据本发明上述实施例的制备ZLD102低铁铝合金的方法，通过向电解原铝液中直接加入金属硅进行熔炼、精炼并对铝合金精炼熔融液进行成分调整，不仅操作简单，还可以通过控制铝合金铸造前液中的硅含量和钙含量获得所需表面质量、断口组织和塑性的ZLD102低铁铝合金。
另外，根据本发明上述实施例的制备ZLD102低铁铝合金的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述精炼是在所述铝合金熔融液温度达到700-750℃时，将氮气伴随铝合金精炼剂一起吹入所述铝合金熔融液内进行的。由此，可以进一步提高最终获得的ZLD102低铁铝合金的品质。
在本发明的一些实施例中，所述成分调整包括：测定并获得所述铝合金精炼熔融液中的实际硅含量；若所述实际硅含量高于目标硅含量至少0.3wt％时，向所述铝合金精炼熔融液中添加适量所述电解原铝液；若所述实际硅含量低于目标硅含量至少0.3wt％时，向所述铝合金精炼熔融液中添加适量金属硅，其中，所述目标硅含量为10-13wt％。由此，可以进一步提高铝合金铸造前液中硅含量和钙含量的精准度。
在本发明的一些实施例中，所述金属硅的牌号为553、551、5505和441中的至少一种。由此，可以进一步提高最终获得的ZLD102低铁铝合金的品质。
在本发明的一些实施例中，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量不高于0.015wt％。
在本发明的一些实施例中，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量为0.005-0.015wt％。由此，可以获得塑性更好的ZLD102低铁铝合金产品。
在本发明的一些实施例中，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量小于0.005wt％。由此，可以获得更好表面和内部质量的ZLD102低铁铝合金产品。
在本发明的一些实施例中，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-15wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％。
在本发明的一些实施例中，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-13.5wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-11.7wt％。由此，可以获得表面相变收缩规整的ZLD102低铁铝合金产品。
在本发明的一些实施例中，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的13.5-14.0wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为11.7-12.1wt％。由此，可以获得表面平整的ZLD102低铁铝合金产品。
在本发明的一些实施例中，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的14.0-15wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为12.1-13wt％。由此，可以获得表面光滑细腻、光泽好的ZLD102低铁铝合金产品。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的钙元素含量小于0.005wt％的ZLD102低铁铝合金的断口外观图。
图2是根据本发明一个实施例的钙元素含量为0.005-0.015wt％的ZLD102低铁铝合金的断口外观图。
图3是根据本发明一个实施例的硅元素含量为10-11.7wt％的ZLD102低铁铝合金的表面外观图。
图4是根据本发明一个实施例的硅元素含量为11.7-12.1wt％的ZLD102低铁铝合金的表面外观图。
图5是根据本发明一个实施例的硅元素含量为12.1-13wt％的ZLD102低铁铝合金的表面外观图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面，本发明提出了制备ZLD102低铁铝合金的方法。根据本发明的实施例，方法包括：向电解原铝液中直接加入金属硅并进行熔炼，以便得到铝合金熔融液；将铝合金熔融液进行精炼，以便得到铝合金精炼熔融液；将铝合金精炼熔融液进行成分调整，以便得到铝合金铸造前液；将铝合金铸造前液进行铸造，以便得到ZLD102低铁铝合金，ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％，铁元素含量不大于0.25wt％，钙元素含量不大于0.015wt％。
在铸造铝合金生产过程中，同一牌号成品表面质量通常会用固体成品检测，而难以通过铸造铝合金液进行检验，但发明人经大量的生产实践发现，同一牌号的铸造用铝合金其成品的表面质量会随着铸造铝合金液的化学成分的改变而改变，特别是对于较纯净、杂质较少的原铝液直接合金化生产的铝合金成品来说，其表面质量随着化学成分的改变尤为明显，另外，通过控制铸造铝合金液中的硅含量，可以获得不同的铸造铝合金成品表面质量，通过控制铸造铝合金液中的钙含量，可以获得不同的断口组织和塑性的铸造铝合金成品。为此，根据本发明上述实施例的制备ZLD102低铁铝合金的方法，通过向电解原铝液中直接加入金属硅进行熔炼、精炼并对铝合金精炼熔融液进行成分调整，不仅操作简单，还可以通过控制铝合金铸造前液中的硅含量和钙含量获得所需表面质量、断口组织和塑性的ZLD102低铁铝合金。
下面对本发明上述实施例的制备ZLD102低铁铝合金的方法进行详细描述。
根据本发明的具体实施例，精炼是在铝合金熔融液温度达到700-750℃时，将氮气伴随铝合金精炼剂一起吹入铝合金熔融液内进行的。由此，不仅可以显著提高对铝合金熔融液的除渣除气效果，进而显著提高最终制备得到的ZLD102低铁铝合金的物理性能，还能减少ZLD102低铁铝合金的边缘裂纹，改善低铁铝合金的断口组织。
根据本发明的具体实施例，成分调整包括：测定并获得铝合金精炼熔融液中的实际硅含量；若实际硅含量高于目标硅含量至少0.3wt％时，向铝合金精炼熔融液中添加适量电解原铝液；若实际硅含量低于目标硅含量至少0.3wt％时，向铝合金精炼熔融液中添加适量金属硅，其中，所述目标硅含量为10-13wt％。由此，可以进一步提高铝合金铸造前液中硅含量和钙含量的精准度，进而能够进一步有利于获得所需表面质量、断口组织和塑性的ZLD102低铁铝合金。
根据本发明的具体实施例，金属硅的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，金属硅可以采用牌号为553、551、5505和441中的至少一种的金属硅，纯度随杂质含量的不同会发生变化，并且发明人发现，若金属硅的纯度低于553牌号金属硅时，很难通过精炼和成分调整来控制铝合金铸造前液中杂质成分的含量，不仅处理工艺难度显著增加而且还严重影响最终获得的ZLD102低铁铝合金产品的品质，例如产品的断口组织和塑性，本发明中通过选择金属硅采用553及更优质牌号金属硅时，不仅可以通过控制金属硅的加入量来控制铝合金铸造前液中的硅含量，还进一步有利于控制铝合金铸造前液中的杂质含量和钙含量，进而能够进一步提高最终获得的ZLD102低铁铝合金的品质。
根据本发明的具体实施例，ZLD102低铁铝合金中钙含量不高于0.015wt％。发明人发现，ZLD102低铁铝合金中钙含量不同，所形成的断口组织和塑性也不相同，并且当ZLD102低铁铝合金中钙含量过高时，会导致产品的表面和内部质量过差进而限制其应用。由此，本发明中通过控制制备ZLD102低铁铝合金过程中的工艺条件以及金属硅的加入量和纯度，可以使铝合金铸造前液中的钙含量小于0.015wt％，进而获得具有较好表面和内部质量的ZLD102低铁铝合金。此外，发明人还发现，当ZLD102低铁铝合金中钙含量小于0.005wt％时，低铁铝合金的断口组织较为致密细腻(如图1所示)，适于用于作为中间合金添加、冲击性能小的零部件铸造，而当ZLD102低铁铝合金中钙含量为0.005-0.015wt％时，低铁铝合金的断口组织相对粗糙(如图2所示)，但塑性增强，适于用于有一定塑性变形能力，交通运输用的小型复杂铸件等。由此，本发明中通过进一步制备ZLD102低铁铝合金过程中的工艺条件以及金属硅的加入量和纯度，可以根据实际需要选择性地获得钙含量小于0.005wt％的ZLD102低铁铝合金或钙含量为0.005-0.015wt％的ZLD102低铁铝合金。
根据本发明的具体实施例，发明人发现，通过控制金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-15wt％，可以使ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％，由此，可以使ZLD102低铁铝合金具有较好的综合性能。此外，发明人还发现，ZLD102低铁铝合金中硅元素含量会影响产品的表面质量，当硅元素含量为10-11.7wt％时，ZLD102低铁铝合金产品表面沿中线向内部凹陷，表面相变收缩规整(如图3所示)，适于用于交通运输类复杂零部件铸造；当硅元素含量为11.7-12.1wt％时，ZLD102低铁铝合金产品表面平整，中部未向下凹陷，但表面不光滑，出现部分区域因相变体积收缩出现较大的空洞(如图4所示)，适于用于添加作为中间合金添加，成分便于控制；当硅元素含量为12.1-13wt％时，ZLD102低铁铝合金产品表面凹陷不规则，但凹陷面较为光滑细腻、光泽好(如图5所示)，适于用于建筑装修类铸件生产。由此，本发明中可以根据实际需要，可以通过控制熔炼过程中金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-13.5wt％，直接获得硅元素含量为10-11.7wt％的ZLD102低铁铝合金；或通过控制熔炼过程中金属硅的加入量为进炉电解原铝液的13.5-14.0wt％，直接获得硅元素含量为12.1-13wt％的ZLD102低铁铝合金；或通过控制熔炼过程中金属硅的加入量为进炉电解原铝液的14.0-15wt％，直接获得硅元素含量为12.1-13wt％的ZLD102低铁铝合金。
根据本发明的具体实施例，ZLD102低铁铝合金中铁元素含量为小于0.25wt％。在本发明的一些实施例中，由于铁含量较低，因铁元素形成的大的原子集团较少，降低了因铁含量升高带来的危害。由此，可以进一步提高ZLD102低铁铝合金的力学性能，如塑性和韧性等。
根据本发明的具体实施例，ZLD102低铁铝合金可以为铁元素含量小于0.25wt％、钙元素含量小于0.015wt％、硅元素含量为10-13wt％、镁元素含量小于0.01wt％、钛元素含量小于0.01wt％、铜元素含量小于0.005wt％、锌元素含量小于0.03wt％、锰元素含量小于0.01wt％的产品。
综上所述，通过采用本发明上述实施例的制备ZLD102低铁铝合金的方法，还可以通过控制金属硅的加入量和纯度来选择性地获得所需的ZLD102低铁铝合金产品，此外还可以通过控制熔炼以及铝合金铸造前液中的化学成分有效预测最终ZLD102低铁铝合金成品的外观质量及物理性能，提高最终产品合格率，大幅降低能耗和金属烧损，能够广泛应用于铸造铝合金生产过程中的质量控制领域。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种制备ZLD102低铁铝合金的方法，其特征在于，包括：
向电解原铝液中直接加入金属硅并进行熔炼，以便得到铝合金熔融液；
将所述铝合金熔融液进行精炼，以便得到铝合金精炼熔融液；
将所述铝合金精炼熔融液进行成分调整，以便得到铝合金铸造前液；
将所述铝合金铸造前液进行铸造，以便得到ZLD102低铁铝合金，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％，铁元素含量不大于0.25wt％，钙元素含量不大于0.015wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精炼是在所述铝合金熔融液温度达到700-750℃时，将氮气伴随铝合金精炼剂一起吹入所述铝合金熔融液内进行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成分调整包括：
测定并获得所述铝合金精炼熔融液中的实际硅含量；
若所述实际硅含量高于目标硅含量至少0.3wt％时，向所述铝合金精炼熔融液中添加适量所述电解原铝液；
若所述实际硅含量低于目标硅含量至少0.3wt％时，向所所述铝合金精炼熔融液中添加适量金属硅，
其中，所述目标硅含量为10-13wt％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述金属硅的牌号为553、551、5505和441中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量不高于0.015wt％，
任选地，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量为0.005-0.015wt％，
任选地，所述ZLD102低铁铝合金中钙含量小于0.005wt％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-15wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-13wt％。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的12-13.5wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为10-11.7wt％。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的13.5-14.0wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为11.7-12.1wt％。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述金属硅的加入量为进炉电解原铝液的14.0-15wt％，所述ZLD102低铁铝合金中硅元素含量为12.1-13wt％。
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