CN111020305A - 一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法 - Google Patents

一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法，它属于合金铸锭制造领域。它解决了现有方法制造的铝合金复合材料皮材扁铸锭因气孔、夹渣及晶粒粗大的缺陷而导致铸锭成品率低的问题。材料：组成Si，Mg，Na，B，杂质和余量Al；杂质为Fe、Cu、Mn、Ni、Zn和Ti。方法：配料；熔炼后得到合金熔体；精炼变质合金熔体，铸造。本发明通过对铸锭规格的改变、原料成分的科学配比、变质工艺的改进及铸造工艺的改进等方面进行控制，从而降低铸锭气孔、夹渣及晶粒粗大等缺陷，进而提高该合金铸锭的成品率，成品率达到91％以上，解决了现有方法制备的铸锭成品率低的问题。本发明适用于制造铝合金复合材料皮材扁铸锭。

Description

一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法
技术领域
本发明属于合金铸锭制造领域，具体涉及一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法。
背景技术
铝合金复合材料皮材扁铸锭是Al-Si系合金中硅含量较高的铝合金，具有密度小、热膨胀系数低、体积稳定性好、熔点低、耐磨性能和高温性能好等特点，作为434复合铝带箔的包覆层，广泛应用于汽车、空调机、制氧机等散热器的制造。以往生产该铝合金复合材料皮材扁铸锭采用结晶器内壁糊制隔热膜的方式铸造，产品质量受隔热膜质量波动明显，同时由于铸锭规格较小，多数是300mm厚铸锭，而且铸锭气孔、夹渣及晶粒粗大等缺陷较多，严重的影响了综合成品率。
另外，由于该铝合金复合材料皮材扁铸锭中Si含量较高，Si相呈粗大的片状或针状，对基体产生严重的割裂作用，虽然通过变质的方式进行晶粒细化，但因变质反应的时间掌握不够精准，细化的效果并不明显，因此降低了铸锭成型率，成品率仅为75％。
发明内容
本发明的目的是解决现有方法制造的铝合金复合材料皮材扁铸锭因气孔、夹渣及晶粒粗大的缺陷而导致铸锭成品率低的问题，而提供一种铝合金复合材料皮材扁铸锭及其制造方法。
一种铝合金复合材料皮材扁铸锭，它按照重量百分比组成为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al；所述杂质按照重量百分比组成为Fe<0.40％、Cu<0.20％、Mn<0.10％、Ni<0.05％、Zn<0.10％和Ti<0.05％。
上述一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、配料：按照铝合金复合材料皮材扁铸锭中各元素重量百分比为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al，称取Al-20Si中间合金、金属Mg、Na变质剂、Al-3Be中间合金及重熔铝锭作为原料；
二、将步骤一称取的重熔铝锭加入到电阻反射炉内熔化，然后加入Al-20Si中间合金进行熔化，待熔体温度达到740～750℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在730～750℃的条件下搅拌10～15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
三、将步骤二所得合金熔体加热至740～760℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置10～30min，然后熔体在不低于740℃的条件下加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留30～60min后流入在线除气装置，除气后再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为50～55mm/min、铸造温度为690～720℃、铸造冷却水压为0.03～0.08MPa的条件下将熔体注入结晶器中，进行半连续铸造，即完成所述的铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造；
其中步骤一中所述Na变质剂是按质量百分数由40％的NaF、30％的NaCl和30％KCl组成；Na变质剂的加入量为步骤一中所称取原料总质量的0.4％。
本发明的优点：
1、本发明通过对铸锭规格的改变(300mm厚改成420mm厚)、原料成分的科学配比、变质工艺的改进及铸造工艺的改进等方面进行控制，从而降低铸锭气孔、夹渣及晶粒粗大等缺陷，得到较为纯净的熔体，进而提高该合金铸锭的成品率，采用本发明中的制造方法所得铸锭成品率显著提高，达到91％以上，解决了现有方法制备的铸锭成品率低的问题。
2、本发明针对不同合金的特性选择不同的加入时机，解决了各元素充分合金化的问题，减少了化学成分废品；加入Na变质剂进行变质处理，可以有效的细化晶粒，减少晶粒粗大；熔体通入氯气精炼及在线除气装置，可以有效减少熔体中的H2含量；流入过滤装置，可以有效除渣。
本发明适用于制造铝合金复合材料皮材扁铸锭。
附图说明
图1为实施例1中制备所得铝合金复合材料皮材扁铸锭的实物图；
图2为实施例1中制备所得铝合金复合材料皮材扁铸锭心部横截面的金相组织图；
图3为实施例1中制备所得铝合金复合材料皮材扁铸锭厚度1/4处横截面的金相组织图；
图4为实施例1中制备所得铝合金复合材料皮材扁铸锭边部横截面的金相组织图；
图5为实施例1中现有方法制造的铝合金复合材料皮材扁铸锭的存在夹渣缺陷的实物图；
图6为实施例1中现有方法制造的铝合金复合材料皮材扁铸锭的存在气孔缺陷的实物图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种铝合金复合材料皮材扁铸锭，它按照重量百分比组成为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al；所述杂质按照重量百分比组成为Fe<0.40％、Cu<0.20％、Mn<0.10％、Ni<0.05％、Zn<0.10％和Ti<0.05％。
本实施方式中Fe、Cu、Mn、Ni、Zn、Ti均为杂质元素，此范围内的杂质对铸锭的成型及冶金质量没有影响，实际生产中其含量越低越好。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，它按照重量百分比组成为Si：9.80％，Mg：1.50％，Na：0.01％，Be：0.001％，杂质和余量Al。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不同的是，它按照重量百分比组成为Si：10.0％，Mg：1.60％，Na：0.015％，Be：0.003％，杂质和余量Al。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、配料：按照铝合金复合材料皮材扁铸锭中各元素重量百分比为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al，称取Al-20Si中间合金、金属Mg、Na变质剂、Al-3Be中间合金及重熔铝锭作为原料；
二、将步骤一称取的重熔铝锭加入到电阻反射炉内熔化，然后加入Al-20Si中间合金进行熔化，待熔体温度达到740～750℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在730～750℃的条件下搅拌10～15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
三、将步骤二所得合金熔体加热至740～760℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置10～30min，然后熔体在不低于740℃的条件下加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留30～60min后流入在线除气装置，除气后再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为50～55mm/min、铸造温度为690～720℃、铸造冷却水压为0.03～0.08MPa的条件下将熔体注入结晶器中，进行半连续铸造，即完成所述的铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造；
其中步骤一中所述Na变质剂是按质量百分数由40％的NaF、30％的NaCl和30％KCl组成；Na变质剂的加入量为步骤一中所称取原料总质量的0.4％。
本实施方式中Si是该合金中的主要合金成分，Si在合金中主要以α+Si共晶体和β(Al5FeSi)形式存在，Si含量增加，其共晶体增加，合金熔体的流动性增加，同时合金的强度和耐磨性也随之提高；
添加的Mg元素可以生产Mg2Si，提高合金的强度；
添加少量的Be元素可以减少熔炼时铝液的烧损，并且减少在加热过程中熔体表面形成的氧化物；
添加Na变质剂可以有效的细化共晶硅，减少铸锭的裂纹倾向性。
本实施方式步骤二中所述在730～750℃的条件下搅拌10～15min，是从电阻反射炉的两侧炉门对流搅拌。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是，步骤一中所述重熔铝锭的纯度为99.70％。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是，步骤一中所述金属Mg的纯度为99.90％。其它步骤及参数与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一同的是，步骤一中所述Al-20Si中间合金中Si含量为20％，其余为Al；所述Al-3Be中间合金中Be含量为3％，其余为Al。其它步骤及参数与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是，步骤二中待熔体温度达到745℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在740℃的条件下搅拌12min。其它步骤及参数与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是，步骤二所述熔剂是按质量百分数由40％的KCl、45％的MgCl2、8％的BaCl2、7％的NaCl+CaCl2组成；熔剂的使用量为5千克/吨熔体。其它步骤及参数与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是，步骤三中合金熔体加热至750℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置20min，然后熔体在不低于740℃的条件下进行加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留50min后流入在线除气装置，再流入过滤装置，然后通过流盘在铸造速度为50.6mm/min、铸造温度为700℃、铸造冷却水压为0.04MPa的条件下将熔体注入结晶器中。其它步骤及参数与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是，步骤三通入氩气的纯度为99.99％；通入速率为0.30～0.40m3/min。其它步骤及参数与具体实施方式四至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至十一之一不同的是，步骤三所述除气装置中是气体纯度为99.99％的氩气。其它步骤及参数与具体实施方式四至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式四至十二之一不同的是，步骤三所述流入过滤装置中陶瓷片的精度为40目。其它步骤及参数与具体实施方式四至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式四至十三之一不同的是，步骤三中结晶器的形状为长方形，尺寸为420mm×1320mm。其它步骤及参数与具体实施方式四至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式四至十四之一不同的是，步骤三半连续铸造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm×4000mm～6500mm。其它步骤及参数与具体实施方式四至十四之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、配料：按照铝合金复合材料皮材扁铸锭中各元素重量百分比为Si：9.80％，Mg：1.50％，Na：0.01％，Be：0.001％，杂质和余量Al，称取Al-20Si中间合金、金属Mg、Na变质剂、Al-3Be中间合金及重熔铝锭作为原料；
二、将步骤一称取的重熔铝锭加入到电阻反射炉内熔化，然后加入Al-20Si中间合金进行熔化，待熔体温度达到740℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在740℃的条件下搅拌10min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
三、将步骤二所得合金熔体加热至750℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置30min，然后熔体在不低于740℃的条件下加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留30min后流入在线除气装置，除气后再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为50.6mm/min、铸造温度为700℃、铸造冷却水压为0.04MPa的条件下将熔体注入结晶器中，进行半连续铸造，即完成所述的铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造；
其中步骤一中所述Na变质剂是按质量百分数由40％的NaF、30％的NaCl和30％KCl组成；Na变质剂的加入量为步骤一中所称取原料总质量的0.4％。
本实施例制造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm×5400mm。
本实施例制造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭，经检测，化学成分合格；从图1可见，铸锭表面无缺陷，表面无裂纹、无夹渣、无气孔，成品率达到了91.2％；
从图2、图3和图4中可见，铸锭心部到边部枝晶臂逐渐变薄，晶粒越来越细小，符合结晶规律，无粗大晶粒缺陷。
现有方法制造的铝合金复合材料皮材扁铸锭，如图5中记号笔圈出为位置，可见铸锭存在夹渣缺陷；如图6中记号笔圈出为位置，可见铸锭存在气孔缺陷；铸锭成品率仅为75％。
实施例2：
一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，它按以下步骤进行：
一、配料：按照铝合金复合材料皮材扁铸锭中各元素重量百分比为Si：9.80％，Mg：1.50％，Na：0.01％，Be：0.001％，杂质和余量Al，称取Al-20Si中间合金、金属Mg、Na变质剂、Al-3Be中间合金及重熔铝锭作为原料；
二、将步骤一称取的重熔铝锭加入到电阻反射炉内熔化，然后加入Al-20Si中间合金进行熔化，待熔体温度达到750℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在750℃的条件下搅拌15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
三、将步骤二所得合金熔体加热至750℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置30min，然后熔体在不低于740℃的条件下加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留30min后流入在线除气装置，除气后再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为50.6mm/min、铸造温度为705℃、铸造冷却水压为0.045MPa的条件下将熔体注入结晶器中，进行半连续铸造，即完成所述的铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造；
其中步骤一中所述Na变质剂是按质量百分数由40％的NaF、30％的NaCl和30％KCl组成；Na变质剂的加入量为步骤一中所称取原料总质量的0.4％。
本实施例制造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm×6000mm。
本实施例制造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭，经检测，化学成分合格，表面无裂纹、夹渣、粗大晶粒等缺陷，成品率达到了91.5％。

Claims (10)

1.一种铝合金复合材料皮材扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al；所述杂质按照重量百分比组成为Fe<0.40％、Cu<0.20％、Mn<0.10％、Ni<0.05％、Zn<0.10％和Ti<0.05％。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：9.80％，Mg：1.50％，Na：0.01％，Be：0.001％，杂质和余量Al。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭，其特征在于它按照重量百分比组成为Si：10.0％，Mg：1.60％，Na：0.015％，Be：0.003％，杂质和余量Al。
4.制造如权利要求1中所述一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的方法，其特征在于，它按以下步骤进行：
一、配料：按照铝合金复合材料皮材扁铸锭中各元素重量百分比为Si：9.50％～10.10％，Mg：1.30％～1.70％，Na：0.008％～0.02％，Be<0.005％，杂质和余量Al，称取Al-20Si中间合金、金属Mg、Na变质剂、Al-3Be中间合金及重熔铝锭作为原料；
二、将步骤一称取的重熔铝锭加入到电阻反射炉内熔化，然后加入Al-20Si中间合金进行熔化，待熔体温度达到740～750℃时再加入金属Mg和Al-3Be中间合金进行熔化，然后在730～750℃的条件下搅拌10～15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
三、将步骤二所得合金熔体加热至740～760℃，然后导入电阻反射炉的静置炉中，通入氯气体精炼15min后静置10～30min，然后熔体在不低于740℃的条件下加入称取的Na变质剂，搅拌，得到精炼变质合金熔体，停留30～60min后流入在线除气装置，除气后再流入过滤装置，过滤后通过流盘在铸造速度为50～55mm/min、铸造温度为690～720℃、铸造冷却水压为0.03～0.08MPa的条件下将熔体注入结晶器中，进行半连续铸造，即完成所述的铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造；
其中步骤一中所述Na变质剂是按质量百分数由40％的NaF、30％的NaCl和30％KCl组成；Na变质剂的加入量为步骤一中所称取原料总质量的0.4％。
5.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述重熔铝锭的纯度为99.70％。
6.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述金属Mg的纯度为99.90％。
7.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤一中所述Al-20Si中间合金中Si含量为20％，其余为Al；所述Al-3Be中间合金中Be含量为3％，其余为Al。
8.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤二所述熔剂是按质量百分数由40％的KCl、45％的MgCl2、8％的BaCl2、7％的NaCl+CaCl2组成；熔剂的使用量为5千克/吨熔体。
9.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤三通入氩气的纯度为99.99％；通入速率为0.30～0.40m3/min。
10.根据权利要求4所述的一种铝合金复合材料皮材扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤三半连续铸造所得铝合金复合材料皮材扁铸锭的尺寸为420mm×1320mm×4000mm～6500mm。
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