CN109022956B - 5a12铝合金铸锭及其生产方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用,涉及合金加工技术领域。所述5A12铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素:Si≤0.15%,Fe 0.1‑0.2%,Cu≤0.05%,Mn 0.5‑0.6%,Mg 8.8‑9.3%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.07‑0.09%,Be 0.001‑0.002%,Sb 0.01‑0.02%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al。其生产方法包括铝合金废料和重熔用铝锭的熔炼、配料、精炼、静置和铸造,铸造后得到宽度为1200‑1700mm的大规格5A12铝合金铸锭。通过本发明改善了现有技术中生产大规格5A12铝合金铸锭对设备技术要求高、宽幅铸造技术复杂,且仅能生产圆形铸棒的技术难题。
Description
一、技术领域:
本发明涉及合金加工技术领域,具体而言,涉及一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用。
二、背景技术:
近年来中国铝工业发展迅猛,随着合金材料应用的大型化以及采用整体加工成型技术的日益成熟,高性能铝合金厚板、超厚板的重要性越来越突出,对加工用铸锭坯料的尺寸要求也越来越大。生产高镁、大规格扁锭对设备、技术要求很高,铸造成的铸锭毛坯质量直接影响铝板带箔产品质量。镁元素含量越高,Al-Mg合金熔体粘度越大,流动性越差,使铸造过程中除气、除渣效果差,同时由于其粘稠性大,铸造过程中熔体流动缓慢,易堵塞过滤板、产生褶皱,极易出现热裂,特别是大规格、宽厚比大的铝镁合金扁锭。
在铝加工行业,高强度铝合金锻造、轧制铝制品上,国内熔铸、铸造装备和技术普遍落后,导致每年需要高额资金购买国外大规格扁锭。目前国内生产5系高镁合金牌号为5A06产品(Mg含量5.8~6.8%),但生产更高Mg含量产品的厂家少之又少。此外对于更高Mg含量的5A12铝合金(Mg含量8.8-9.3%)的生产也仅能生产铝合金圆形铸棒,无法完全满足军工、航空航天、交通运输铝合金板带材生产。
三、发明内容:
本发明要解决的技术问题是:提供一种5A12铝合金铸锭及其生产方法与应用。利用本发明技术方案生产的5A12铝合金铸锭,能够有效改善现有技术中生产大规格5A12铝合金铸锭对设备、技术要求高、宽幅铸造技术复杂等技术问题,并且能够解决仅能生产铝合金圆棒的技术问题。
为了解决上述问题,本发明采取的技术方案是:
本发明提供一种5A12铝合金铸锭,所述5A12铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素:Si≤0.15%,Fe 0.1-0.2%,Cu≤0.05%,Mn 0.5-0.6%,Mg 8.8-9.3%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.07-0.09%,Be 0.001-0.002%,Sb 0.01-0.02%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al。
另外,提供一种上述5A12铝合金铸锭的生产方法,包括熔炼、配料、精炼、静置和铸造,其中:
a、熔炼过程中以铝合金废料和重熔用铝锭为原料,铝合金废料和重熔用铝锭二者之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到720-740℃时开始进行配料,配料完成后搅拌5-10min,扒净表面浮渣;
b、将步骤a配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为705-730℃,精炼时间为40-50min;
c、精炼完成后,扒净表面浮渣并静置30-40min,熔体温度控制在710-720℃;
d、将步骤c静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造,得到5A12铝合金铸锭;
所述一级过滤***采用20PPi的陶瓷过滤板,二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板;四转子连续除气装置中的转子转速为400-500转/min;铸造结晶器采用液面自动控制***,液面控制在40-60mm,铸造温度为685-695℃,铸造速度控制在45-55mm/min,冷却水流量控制在50-80m3/h,水温为25-35℃。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,步骤a中所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,步骤b中进行精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,步骤d中采用送丝机对熔体进行连续晶粒细化,所述连续晶粒细化过程中采用的晶粒细化剂是铝钛碳晶粒细化剂。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,所述铝钛碳晶粒细化剂为Al-5Ti-0.2C丝,通过控制Al-5Ti-0.2C的加入量,使熔体中的Ti质量百分含量控制在0.07-0.09%。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,所述得到的铝合金铸锭的宽度为1200-1700mm。
根据上述的5A12铝合金铸锭生产方法,所述得到的铝合金铸锭的宽度为1300-1700mm。
上述5A12铝合金铸锭在铝合金加工中的应用。
本发明的积极有益效果:
1、本发明技术方案将铝合金废料和重熔用铝锭进行熔炼、配料、精炼、静置和铸造,得到宽度为1200-1700mm的超大规格5A12铝合金铸锭。镁元素熔点低密度轻(金属镁密度:1.738g/cm3;金属镁熔点:650℃)且加入至铝中极其困难,其中针对5A12合金当中Mg含量高达8.8-9.3%,铸造过程铝业流动缓慢、易堵塞过滤板、铸造过程中稍有偏差就会造成铸造失败。另外5A12开裂倾向性大,结晶器液面高低、水压、温度都会造成铸锭开裂。针对高镁铝合金成型困难,本发明加入金属元素Be、Sb,同时严格控制杂质元素Fe、Si元素质量含量,提高铸锭成型,同时能优化其中结构组织,得到表面质量优良、内部组织结构良好的铸锭产品。
2、本发明铸造过程中采用双级过滤***,一方面能够有效过滤大量杂质,完全避免了来自炉内的二次污染,且在铸造除气过程中采用四转子连续除气装置,此装置具有通过流量大、除气效果好等优势,四转子除气装置的除气率较常规的双转子除气装置的除气率提高50%。采用送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续加到熔体中,Al-5Ti-0.2C中的碳在熔体内不产生有害物质,不但能得到良好的≤1级的晶粒组织,且铝合金板带材成品塑性良好,利于冲压、折弯等用途。而目前国内厂家采用的铝钛硼丝进行在线细化,只能生成较为粗大的TiB2相,从而导致晶粒粗化,影响成品塑性。
3、通过本发明技术方案得到的产品5A12铝合金铸锭其宽度可高达1700mm,从而有效改善了现有技术中生产超大规格5A12铝合金铸锭对设备、技术要求高、宽幅铸造技术复杂,且仅能生产铝合金圆锭的技术问题。表1为本发明产品5A12铝合金铸锭的相关性能参数。
表1本发明产品5A12铝合金铸锭的相关技术性能指标
4、通过本发明技术方案所得到的产品5A12铝合金铸锭的宽度可达1200-1700mm,该超大规格的5A12铝合金铸锭一方面能够满足航空航天、交通运输用铝板带铝合金使用需求;另一方面采用大规格宽幅变形作为毛坯,可降低生产成本、提高生产效率和成品率,减少能源消耗,具有显著的经济效益和社会效益。
5、鉴于本发明所具有的多种优势,使其在铝合金加工技术领域具有良好的应用,为大规格5A12铝合金铸锭的工业化生产提供依据。
四、具体实施方式:
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。
实施例1:
本发明5A12铝合金铸锭,该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为:Si≤0.15%,Fe 0.15%,Cu≤0.05%,Mn 0.55%,Mg 9.0%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.08%,Be 0.0015%,Sb 0.02%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al;
实施例2:
本发明5A12铝合金铸锭,该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为:Si≤0.15%,Fe 0.2%,Cu≤0.05%,Mn 0.6%,Mg 9.3%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.07%,Be 0.002%,Sb 0.015%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al;
实施例3:
本发明5A12铝合金铸锭,该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为:Si≤0.15%,Fe 0.1%,Cu≤0.05%,Mn 0.5%,Mg 8.8%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.09%,Be 0.001%,Sb 0.01%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al;
实施例4:
本发明5A12铝合金铸锭,该5A12铝合金铸锭中各合金元素的质量百分含量为:Si≤0.15%,Fe 0.13%,Cu≤0.05%,Mn 0.5%,Mg 8.9%,Cr≤0.1%,Ni≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti 0.09%,Be 0.0015%,Sb 0.015%,其他杂质元素<0.05%,余量为Al;
实施例5:
本发明实施例1所述的5A12铝合金铸锭的生产方法,详细步骤如下:
a、熔炼:将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业,两种原料之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到720℃时开始进行配料;
所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%;
b、配料:将金属Mn(Mn的质量含量为75%)、纯Mg(Mg纯度为99.99%)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5%,余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5%,余为Al)加入熔体中进行配料,使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例1所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入),配料完成后搅拌5min,扒净表面浮渣;
c、精炼:将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为705℃,精炼时间为50min;精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气;
d、静置:精炼完成后,扒净表面浮渣并静置30min,熔体温度控制在710℃;
e、铸造:将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造;
所述一级过滤***采用20PPi的陶瓷过滤板,采用流量为40吨/h箱式过滤装置;二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板,采用流量为35吨/h箱式过滤装置;所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化,控制熔体中的Ti质量百分含量在0.08%;四转子连续除气装置中的转子转速为450转/min;铸造结晶器为多功能数控结晶器,采用液面自动控制***,液面控制在50mm,铸造温度为690℃,铸造速度控制在50mm/min,冷却水流量控制在60m3/h,水温为30℃;
通过上述生产方法制备出宽幅为1700mm的5A12铝合金铸锭,5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1700mm×6200mm。
实施例6:
本发明实施例2所述5A12铝合金铸锭的生产方法,详细步骤如下:
a、熔炼:将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业,两种原料之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到740℃时开始进行配料;
所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%;
b、配料:将金属Mn(Mn的质量含量为75%)、纯Mg(Mg纯度为99.99%)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5%,余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb质量含量为5%,余为Al)加入熔体中进行配料,使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例2所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入),配料完成后搅拌10min,扒净表面浮渣;
c、精炼:将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为730℃,精炼时间为40min;精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气;
d、静置:精炼完成后,扒净表面浮渣并静置40min,熔体温度控制在720℃;
e、铸造:将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造;
所述一级过滤***采用20PPi的陶瓷过滤板,采用流量为40吨/h箱式过滤装置,二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板,采用流量为35吨/h箱式过滤装置;所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化,控制熔体中的Ti质量百分含量在0.07%;四转子连续除气装置中的转子转速为500转/min;铸造结晶器为多功能数控结晶器,采用液面自动控制***,液面控制在60mm,铸造温度为695℃,铸造速度控制在55mm/min,冷却水流量控制在80m3/h,水温为35℃;
通过上述生产方法制备出宽幅为1300mm的5A12铝合金铸锭,5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1300mm×6200mm。
实施例7:
本发明实施例3所述5A12铝合金铸锭的生产方法,详细步骤如下:
a、熔炼:将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业,两种原料之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到730℃时开始进行配料;
所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%;
b、配料:将金属Mn(Mn的质量含量为75%)、纯Mg(Mg的纯度为99.99%)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5%,余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5%,余为Al)加入熔体中进行配料,使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例3所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入),配料完成后搅拌7min,扒净表面浮渣;
c、精炼:将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为720℃,精炼时间为45min;精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气;
d、静置:精炼完成后,扒净表面浮渣并静置35min,熔体温度控制在715℃;
e、铸造:将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造;
所述一级过滤***采用20PPi的陶瓷过滤板,采用流量为40吨/h箱式过滤装置,二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板,采用流量为35吨/h箱式过滤装置;所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化,控制熔体中的Ti质量百分含量在0.09%;四转子连续除气装置中的转子转速为400转/min;铸造结晶器为多功能数控结晶器,采用液面自动控制***,液面控制在40mm,铸造温度为685℃,铸造速度控制在45mm/min,冷却水流量控制在50m3/h,水温为25℃;
通过上述生产方法制备出宽幅为1200mm的5A12铝合金铸锭,5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1200mm×6200mm。
实施例8:
本发明实施例4所述5A12铝合金铸锭的生产方法,详细步骤如下:
a、熔炼:将铝合金废料和重熔用铝锭原料装入熔炼炉进行熔炼作业,两种原料之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到725℃时开始进行配料;
所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%;
b、配料:将金属Mn(Mn的质量含量为75%)、纯Mg(Mg的纯度为99.99%)、Al-Be合金(合金中Be的质量含量为5%,余为Al)和Al-Sb合金(合金中Sb的质量含量为5%,余为Al)加入熔体中进行配料,使所得熔体中除Ti质量百分含量以外各种化学成分的含量要求符合实施例4所述5A12铝合金铸锭中各化学元素的质量百分含量要求(Ti以Al-5Ti-0.2C的形式在铸造过程中加入),配料完成后搅拌8min,扒净表面浮渣;
c、精炼:将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为725℃,精炼时间为45min;精炼过程中对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气;
d、静置:精炼完成后,扒净表面浮渣并静置35min,熔体温度控制在720℃;
e、铸造:将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造;
所述一级过滤***采用20PPi的陶瓷过滤板,采用流量为40吨/h箱式过滤装置,二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板,采用流量为35吨/h箱式过滤装置;所述送丝机将晶粒细化剂Al-5Ti-0.2C丝连续送入熔体进行晶粒细化,控制熔体中的Ti质量百分含量在0.09%;四转子连续除气装置中的转子转速为420转/min;铸造结晶器为多功能数控结晶器,采用液面自动控制***,液面控制在40mm,铸造温度为685℃,铸造速度控制在45mm/min,冷却水流量控制在50m3/h,水温为25℃;
通过上述生产方法制备出宽幅为1500mm的5A12铝合金铸锭,5A12铝合金铸锭的尺寸(厚度×宽度×长度)为670mm×1500mm×6200mm。
Claims (5)
1.一种5A12 铝合金铸锭的生产方法,包括熔炼、配料、精炼、静置和铸造,其特征在于:
a、所述5A12 铝合金铸锭包含以下质量百分含量的合金元素:Si ≤0.15%,Fe 0.1-0.2%,Cu ≤0.05%,Mn 0.5-0.6%,Mg 8.8-9.3%,Cr ≤0.1%,Ni ≤0.1%,Zn ≤0.1%,Ti0.07-0.09%,Be 0.001-0.002%,Sb 0.01-0.02%,其它杂质元素<0.05%,余量为Al;
b、熔炼过程中以铝合金废料和重熔用铝锭为原料,铝合金废料和重熔用铝锭二者之间的重量比例为1:1,熔炼过程中控制熔体温度达到720-740℃时开始进行配料,配料完成后搅拌5-10min,扒净表面浮渣;
c、将步骤b配料后的熔体置于倾翻炉中进行精炼,控制精炼温度为705-730℃,精炼时间为40-50min;
d、精炼完成后,扒净表面浮渣并静置30-40min,熔体温度控制在710-720℃;
e、将步骤d静置后的熔体依次通过一级过滤***、送丝机、四转子连续除气装置和二级过滤***进行处理,处理后浇注至铸造结晶器进行铸造,得到5A12 铝合金铸锭,得到的铝合金铸锭的宽度为1200-1700mm;
采用送丝机对熔体进行连续晶粒细化,所述连续晶粒细化过程中采用的晶粒细化剂是Al-5Ti-0.2C 丝,通过控制Al-5Ti-0.2C 的加入量,使熔体中的Ti 质量百分含量控制在0.07-0.09%;
所述一级过滤***采用20PPi 的陶瓷过滤板,二级过滤***采用30PPi的陶瓷过滤板;四转子连续除气装置中的转子转速为400-500 转/min;铸造结晶器采用液面自动控制***,液面控制在40-60mm,铸造温度为685-695℃,铸造速度控制在45-55mm/min,冷却水流量控制在 50-80m3/h,水温为25-35℃。
2.根据权利要求1所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法,其特征在于,步骤b 中所述铝合金废料中各化学成分质量百分含量为:Si<0.15%,Fe<0.15%,Cu<0.05%,Mn≤0.8%,Mg≤6.8%,Cr≤0.1%,Zn≤0.1%,Ti≤0.05%,其它杂质元素≤0.001%,余量为Al;
所述重熔用铝锭中铝的质量百分含量≥99.92%。
3.根据权利要求1 所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法,其特征在于,步骤c 中进行精炼过程中采用炉内自动精炼的方式对熔体进行除气、除渣作业,精炼所用气体为99.99%纯氩气。
4.根据权利要求 1 所述的5A12 铝合金铸锭的生产方法,其特征在于,所述得到的铝合金铸锭的宽度为1300-1700mm。
5.一种权利要求1 所述的生产方法生产的5A12 铝合金铸锭在铝合金加工中的应用。
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