CN114323849B - 铸造铝合金333z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，属于金属材料技术领域，本发明通过成分设计、选料、称量、熔炼、精炼、铸造制备得到标准样品，均匀检查初检及成品均匀性检查、定值并按GB8170《数据修约规则》修约得到最后的成分组成数据，解决了现在没有适用于铸造铝合金333Z.1的铝合金光谱标准样品的问题。本发明的制备方法用于制备适用于铸造铝合金333Z.1铝合金光谱标准样品，本发明方法得到的多元素铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品用于铸造铝合金333Z.1铝合金质量的准确控制、检测及仪器的校正。

Description

铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，铸造铝合金的研究与应用也得到飞速发展，不仅适用于汽车、机械等相关行业，也涉及航空、航天等领域。这就要求对铸造铝合金成分控制更加准确。

铸造铝合金成分的控制一般采用光电直读光谱仪进行。光谱分析是一种相对测量的方法，在分析过程中必须要有标准样品进行校准才能准确控制。众所周知光谱分析中主要受组织状态和第三元素影响，所以就更需要与分析样品成分含量一致、组织状态一致的标准样品，所以铸造铝合金333Z.1标准样品需要研制与其状态一致(铸态)、成分含量一致(单点)的标准样品。目前国内铸造铝合金分析用标准样品多为二次挤压状态；虽有部分为铸态(重力浇铸工艺)，与产品组织状态一致，但质量不稳定。在有色信息网站查询没有适用于铸造铝合金333Z.1产品的标准样品。所以在日常分析检测中需要几个标准样品才能完成对铸造铝合金333Z.1进行检测，不仅分析结果的准确性不能保证，降低工作效率，还提高了检测成本。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，该方法能够制备出成分均匀性良好、定值准确、稳定性良好，组织状态、成分含量与产品保持一致的标准样品，提高分析结果准确性，提高工作效率，降低检测成本，填补国内空白。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铸造铝合金锭333Z.1及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti加入到1000kg熔炼炉内进行熔炼，完全熔化后，向熔体上均匀撒入精炼剂，进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液，并取铝合金溶液化学成分进行分析；

(2)当所述铝合金溶液的化学成分分析合格(达到设计成分要求)，将铝液温度升至740℃±5℃时，开始倾翻至1000kg的静置炉，当静置炉内铝液温度达740℃±5℃时，加入精炼剂对熔体精炼，并彻底扒渣，然后用石墨转子精炼器采用氩气对熔体精炼、除气，在精炼、除气过程中加入Al-Ti-B杆细化晶粒，同时加入Al-10％Sr变质，精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到合格(所取样块无明显针孔)，再一次取化学成分试样分析，静置15min，成分合格后，开始准备铸造；

(3)对步骤(2)得到的铝液，按工艺参数如下：铸造温度为700℃～720℃、铸造速度250mm/min、冷却水强度水量在50m³/h～60m³/h进行铸造，得到

共八根铝合金铸棒。

得到铝合金铸棒后，进行检测，具体为：(4)将步骤(3)得到的铸棒两端各切除至少250mm之后，两端及中间、1/4、3/4处分别取20～30mm之试样共40个样品，进行低倍检查，而后按照YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》的要求进行成分均匀性初检，用极差法进行统计；

(5)对步骤(4)的低倍检查及均匀性初检合格的铸棒进行加工，共加工成

光谱标样800块，同时用有代表性(所铸铸棒任取两根的头、中、尾各取300mm)的铸棒加工化学样品(定值用)，对加工的光谱标样按顺序编号，然后随机抽取20块光谱标样，对抽取样品的截面上三个不同部位在光电直读光谱仪上进行均匀性检查，得到光谱标准样品成分均匀性数据，用方差法进行统计；

(6)对步骤(5)中加工的化学样品进行标准样品的定值，采用八家有资质的实验室用多种不同原理的国家标准方法进行联合定值，每个元素共得到八组数据，每组4个独立的数据，首先在技术上对每个元素进行可疑值的判定，汇总剔除可疑值后的原始数据用夏皮罗-威尔克法进行正态性检验，对服从正态或近似正态的各组数据用格拉布斯法进行检验，从数理统计上进行剔除可疑值，然后用科克伦法检验各组数据的等精度，通过以上检验最后确定标准值及扩展不确定度(定值产生的不确定度及均匀性产生的不确定度合成)，按GB8170《数据修约规则》进行修约。

进一步地，步骤(1)中所述熔炼温度为740℃±5℃。

进一步地，步骤(2)中所述精炼剂相对熔体质量的用量为1.5‰。

进一步地，步骤(2)中所述除气时间为10-20min。

进一步地，步骤(2)中Al-Ti-B杆细化晶粒相对于熔体质量的加入量为1.5‰；Al-10％Sr相对于熔体质量的加入量为0.0049％。

进一步地，步骤(3)采用双极过滤装置及φ65mm×8的结晶器的同水平热顶半连续铸造装置铸棒。

本发明还提供一种由所述铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法制备的铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品，其含有0.0049wt％的Sr。

进一步地，所述铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品，组分按质量百分比计为Si 9.21％，Fe 0.778％，Cu 2.53％，Mn 0.280％，Mg 0.250％，Cr 0.041％，Ni 0.053％，Zn 0.779％，Ti 0.106％，Pb 0.037％，Sn 0.0143％，Sr 0.0049％和余量的Al。

本发明用已有的铸造铝合金锭333Z.1为原材料，然后用下面辅助材料进行成分微调：Al99.7％纯铝铝锭，Mg可用工业纯镁、Zn可用工业纯锌、Pb使用纯铅、Sn使用纯锡，使用经过偏析检验的高质量的中间合金有：Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni、Al-3％Ti、Al-10％Sr。

本发明还提供所述铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金333Z.1铝合金质量的准确控制、检测及仪器的校正中的应用。

本发明铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法的工艺流程为：市场调研→成分设计→材料及工具准备→熔炼→调整化学成分→铸造成铸锭(φ65mm×5900mm)八根铸棒→取样进行金相检查及铸棒均匀性初检→车皮加工光谱标样(φ58mm×35mm)及化学样品(定值用)→均匀性检查→定值分析→确定标准值及扩展不确定度→与国内、外同类标准样品进行比对→生产考核。

本发明公开了以下技术效果：

本发明方法可用于制备铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品，通过本发明方法制备得到的333Z.1铸造铝合金光谱标准样品含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Ni、Zn、Ti、Pb、Sn、Sr、Al十三种元素，可适用于铸造铝合金333Z.1的准确分析，解决了国内外市场没有组织状态与成分含量都与铸造铝合金333Z.1一致的多元素铸造铝合金光谱标准样品和相应制备方法的问题。此成分还适合铸造铝合金380Y.1、380Y.2等牌号的铸造铝合金的成分控制，适用范围广。本发明方法得到的多元素铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品可用于铸造铝合金333Z.1铝合金质量的准确控制、检测及仪器的校正。本发明研制的标准样品满足GB/T15000《标准样品工作导则》和YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品组织状态金相图谱；

图2为333Z.1牌号产品组织状态金相图谱。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

本发明在成分设计时按照《GB/T8733-2016铸造铝合金锭》对333Z.1化学成分的要求范围内，并能满足企业产品成分的要求进行设计。由于此铸造铝合金用锶变质，所以在成分设计上增加了Sr的设计。GB/T8733-2016中333Z.1的成分见表1。

表1 GB/T 8733-2016中规定333Z.1铝合金化学成分(％)

本实施中铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品，不仅满足标准的范围，更要与产品成分接近，具体是由下述设计成分按照质量百分比的配比组成：Si:9.21％，Fe:0.778％，Cu:2.53％，Mn:0.280％，Mg:0.250％，Cr:0.041％，Ni:0.053％，Zn:0.779％，Ti:0.106％，Pb:0.037％，Sn:0.0143％，Sr:0.0049％和余量的Al。

步骤一：用已有的铸造铝合金锭333Z.1为原材料，然后用下面材料进行调节：Al用99.7％纯铝铝锭，Mg用工业纯镁、Zn用工业纯锌、Pb使用纯铅、Sn使用纯锡，使用经过偏析检验的高质量的中间合金有：Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni、Al-3％Ti、Al-10％Sr。

步骤二：按照设计成分的质量百分比换算成需称取的所选取的原料及辅助材料的质量，进行称量；

步骤三：将称取的铸造铝合金锭333Z.1及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti加入到1000kg熔炼炉内进行熔炼，熔炼铝液温度为740℃±5℃，当炉料完全熔化后向熔体上均匀撒入精炼剂进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液(铝液)，按熔体质量的1.5‰添加精炼剂，并取化学成分试样进行分析(使其达到设计成分要求)；

步骤四、当步骤三铝液的化学成分分析合格(使其达到设计成分要求)，将铝液温度升至740℃±5℃时，开始倾翻至进1000kg的静置炉。当静置炉内铝液温度达740℃±5℃时，用1.5‰精炼剂(按质量百分数计，由20％氟铝酸钾、10％氯化钠和70％氯化钾组成)对熔体精炼，并彻底扒渣，然后用石墨转子精炼器采用氩气对熔体精炼15min，在精炼过程中加1.5‰的Al-Ti-B杆细化晶粒，Al-10％Sr变质也在此时加入。精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到合格(所取样块检测无明显针孔)，再一次取化学成分试样送分析，静置15min。成分合格后，检查铸造***一切正常后开始准备铸造。

五、对步骤四得到的铝液用双极过滤装置及

的结晶器的同水平热顶半连续铸造装置，按工艺参数如下：铸造温度为700℃～720℃、铸造速度250mm/min、冷却水强度水量在50m³/h～60m³/h进行铸造，得到

共八根铝合金铸棒。

六、铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品成分均匀性检查：成分均匀性检查按照GB/T15000《标准样品工作导则》和YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》要求进行，将步骤五得到的铸棒两端各切除至少250mm之后，两端及中间、1/4、3/4处分别取20～30mm之试样共40个样品，进行低倍检查，而后按照YS/T409《有色金属产品分析用标准样品技术规范》的要求进行成分均匀性初检，用极差法进行统计。

七、对步骤六的低倍检查及均匀性初检合格的铸棒进行加工，共加工出φ58×35mm光谱标样800块，同时用有代表性(所铸铸棒任取两根的头、中、尾各取300mm)的铸棒加工化学样品(定值用)。对加工的光谱标样按顺序编号，然后随机抽取20块光谱标样，对抽取样品的截面上三个不同部位在光电直读光谱仪上进行检查，得到光谱标准样品成分均匀性数据，用方差法进行统计。

八、对步骤七中加工的化学样品进行标准样品的定值，采用八家具有标准样品定值资质的实验室用多种不同原理的国家标准方法进行联合定值，按照GB/T 20975《铝及铝合金化学分析方法》选用其中所述方法中的一种或多种准确可靠的分析方法进行协作定值分析与数据处理各分析单位报来的数据。共得到八组数据，每组4个独立的数据。首先在技术上进行可疑值的判定。其极差按GB/T 20975《铝及铝合金化学分析方法》的允许差进行检查其组内是否有异常值，如有异常值出现则要求原实验室对可疑值进行复查，汇总剔除可疑值后的原始数据用夏皮罗-威尔克法进行正态性检验。将服从正态分布的数据的平均值作为单次测定值，构成一组新的数据用格拉布斯法检验，然后用科克伦法检验各组数据间是否等精度。通过以上检验最后确定标准值及扩展不确定度(定值产生的不确定度及均匀性产生的不确定度)，按G8170《数据修约规则》规则进行修约。本实施例铸造铝合金333Z.1铸态单点标准样品标准值及扩展不确定度见表2。

表2铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品标准值(％)及扩展不确定度(％)

定值结果完全达到设计要求，满足产品分析要求。

本实施例的铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品与同类国内外标准样品比对数据见表3。

表3与国内外同类标准样品扩展不确定度比对

通过对不确定度数据的比较，完全达到国家标准样品及国外标准样品水平。

本实施例铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品组织状态金相图谱见图1，333Z.1牌号产品组织状态金相图谱见图2。

从图1和图2可知，所研制单点标准样品组织状态与产品组织状态接近。

稳定性检测：在一年内进行三次检测，每次尽可能控制各种条件，使其条件一致，使测量结果着重反映物质变化引起的那一部分误差。测量结果的精密度小于分析方法精密度，则认为该标准样品在该时间间隔内是稳定的，检测结果见表4。

表4

通过以上检测：本发明的成分含量更接近产品的含量，均匀性良好、定值准确。经金相图谱证明组织状态与产品更接近。众所周知，由于铝合金都有一层致密的氧化层表明稳定性良好。满足标准样品的研制要求。经与国内外标准样品的不确定度比对已达到国标及国外先进水平，填补国内空白，达到了本发明的目的。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将铸造铝合金锭333Z.1及99.7％纯铝铝锭、工业纯镁、工业纯锌、纯铅、纯锡，Al-40％Cu、Al-10％Mn、Al-20％Si、Al-10％Fe、Al-3％Cr、Al-20％Ni和Al-3％Ti入到熔炼炉内，熔炼，完全熔化后，撒入精炼剂，进行精炼、扒渣、搅拌，得到铝合金溶液，并取铝合金溶液化学成分进行分析；

(2)当所述铝合金溶液的化学成分分析合格，将铝液温度升至740℃±5℃时，开始倾翻至静置炉，当静置炉内铝液温度达740℃±5℃时，加入精炼剂对熔体精炼，并彻底扒渣，然后对熔体精炼、除气，在精炼、除气过程中加入Al-Ti-B杆细化晶粒，同时加入Al-10％Sr变质，精炼后再次扒渣，并调整熔体温度至740℃，采用减压密度法测氢，直到合格，再一次取化学成分试样分析，静置15min，成分合格后，开始准备铸造；

(3)对步骤(2)得到的铝液，按工艺参数如下：铸造温度为700℃～720℃、铸造速度250mm/min、冷却水强度水量在50m³/h-60m³/h进行铸造，得到

铝合金铸棒；

所述铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品，组分按质量百分比计为Si 9.21％，Fe0.778％，Cu 2.53％，Mn 0.280％，Mg 0.250％，Cr 0.041％，Ni0.053％，Zn 0.779％，Ti0.106％，Pb 0.037％，Sn 0.0143％，Sr 0.0049％和余量的Al。

2.根据权利要求1所述一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述熔炼温度为740℃±5℃。

3.根据权利要求1所述一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述精炼剂相对熔体质量的用量为1.5‰。

4.根据权利要求1所述一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述除气时间为10-20min。

5.根据权利要求1所述一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(2)中Al-Ti-B杆细化晶粒相对于熔体质量的加入量为1.5‰；Al-10％Sr相对于熔体质量的加入量为0.0049％。

6.根据权利要求1所述一种铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用双极过滤装置及φ65mm×8的结晶器的同水平热顶半连续铸造装置铸棒。

7.权利要求1-6任一项所述制备方法制备的铸造铝合金333Z.1铸态光谱单点标准样品在铸造铝合金333Z.1铝合金质量的准确控制、检测及仪器的校正中的应用。

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