CN115679170B - 一种高品质大规格7085铝合金铸锭制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，包括：配料、熔炼、一次精炼、二次精炼、三次精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火，得到高品质大规格7085铝合金铸锭。本发明克服现有7085铝合金铸锭生产存在的裂纹倾向大、晶粒粗大、成分偏析严重、铸锭规格较小等缺陷或不足，提供一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，本发明提供的方法可获得直径830mm的7085铝合金铸锭，且其铸态组织晶粒细小，无夹渣夹杂物、无缩孔缩松，晶粒度≤2级，成分偏析率≤6％，满足国家对大型整体构件材料制备的需求，填补了国内空白。
Description
技术领域
本发明属于铝合金铸锭制备技术领域，尤其涉及一种高品质大规格7085铝合金铸锭制备方法。
背景技术
7085铝合金是美国Alcoa公司2002年开发出具有高强度、高损伤容限、高耐腐蚀性等优点的新型7xxx系铝合金，目前该合金成功应用于波音787飞机和空客A380飞机的翼梁、起落架等重要承力构件，并在航空航天领域具有重大的应用背景。但7085铝合金铸锭总合金元素含量超过10％、凝固区间宽、铸造应力大、成分偏析严重等导致其室温成形性能较低。
随着航空航天器尺寸规格也越做越大，所需的铸锭尺寸也越来越大，但大规格铸锭伴随而来的是成分偏析大、成型困难、成品率偏低等问题日益突出。而航天级7085铝合金大型整体构件的制备离不开高品质大规格铸锭，现有技术生产的7085铝合金铸锭存在尺寸偏小(直径不超过700mm)、成型困难(内部组织粗大、成分偏析)等现状，限制了其在整体构件材料成型上的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高品质大规格7085铝合金铸锭制备方法，本发明提供的方法制备得到的铸锭产品规格尺寸大、成型容易、性能好。
本发明提供了一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，包括：
配料、熔炼、一次精炼、二次精炼、三次精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火，得到高品质大规格7085铝合金铸锭。
优选的，所述高品质大规格7085铝合金铸锭的成分为：
0～0.06wt％的Si；
0～0.08wt％的Fe；
1.3～2.0wt％的Cu；
0～0.04wt％的Mn；
1.2～1.8wt％的Mg；
0～0.04wt％的Cr；
7.0～8.0wt％的Zn；
0～0.06wt％的Ti；
0.08～0.15wt％的Zr；
单个杂质≤0.05wt％；
合计杂质≤0.15wt％；
余量为Al。
优选的，所述熔炼的方法包括：
将干燥无水分的重熔铝锭装入熔炼炉中，待炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌，当熔池表面看不到固体料后，辅以机械搅拌，并及时扒净熔体表面浮渣；当表面已化平，炉料部分或全部熔化且能完全淹没物料时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，当铝液温度达到720℃～750℃，机械搅拌，并使用叉车将镁锭均匀烫化至铝液内部。
优选的，所述一次精炼的方法包括：
使用氩气为载体，将精炼剂均匀喷入炉内熔体，同时开启熔炼炉炉底透气砖***，进行一次精炼；
所述氩气的纯度≥99.996％；所述氩气的压力为0.08～0.11MPa；所述精炼剂的用量为0.8～1.2kg/吨铝；
所述一次精炼的温度为740～760℃，时间为15～30min；
所述一次精炼后进行扒渣静置，所述静置的时间为20～40min。
优选的，所述铸造前准备包括：
预热铸盘及流槽、在线喂丝、在线除气、双级过滤、调控铸造温度。
优选的，所述在线喂丝通过在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材；所述在线喂丝的总速率为900～1200mm/min。
优选的，所述在线除气采用真空吹氩气双级石墨转子Hycast除气箱；所述除气箱的氩气流量为70～75L/min；所述除气箱的氩气压力为7.0～7.5barg；所述除气箱的转子转速为650～700rpm。
优选的，所述双级过滤采用双级过滤箱，所述双级过滤箱装有陶瓷过滤板；所述陶瓷过滤板为30～60ppi。
优选的，所述铸造的速度为12～18mm/min；水流量为36～48m3/h；铸盘盘尾温度为690～710℃。
优选的，所述均匀化退火的方法包括：
先加热至第一温度并保温第一时间，再升温至第二温度并保温第二时间，出炉后自然冷却至室温；
所述第一温度为400～410℃；所述第一时间为14～15h；
所述第二温度为470～475℃；所述第二时间为53～55h。
现有技术生产的7085铝合金铸锭规格尺寸较小，一般铸锭直径不超过700mm，铸锭裂纹倾向大，成分偏析严重，内部组织粗大等缺陷，无法实现工业化生产，难以满足国家航天工业领域大型整体构件制造材料的需求。
本发明克服现有7085铝合金铸锭生产存在的裂纹倾向大、晶粒粗大、成分偏析严重、铸锭规格较小等缺陷或不足，提供一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，本发明提供的方法可获得直径830mm的7085铝合金铸锭，且其铸态组织晶粒细小，无夹渣夹杂物、无缩孔缩松，晶粒度≤2级，成分偏析率≤6％，可以实现工厂产业化生产，满足国家对大型整体构件材料制备的需求，填补了国内空白。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铝合金铸锭的铸造现场图；
图2为本发明实施例1制备的铝合金铸锭的实物图；
图3为本发明实施例2制备的铝合金铸锭中心位置的显微组织形貌图；
图4为本发明实施例2制备的铝合金铸锭1/2半径位置的显微组织形貌图；
图5为本发明实施例2制备的铝合金铸锭边部位置的显微组织形貌图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，包括：
配料、熔炼、一次精炼、二次精炼、三次精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火，得到高品质大规格7085铝合金铸锭。
在本发明中，所述配料的方法优选包括：
根据投料量及合金成分含量计算原辅材料投入量，其中使用Al含量≥99.90％及以上的重熔铝锭，Cu、Mg、Zn采用纯度≥99.90％及以上的纯铜板、镁锭、锌锭，Ti以铝钛中间合金、Zr以铝锆中间合金配入。
在本发明中，所述熔炼的方法优选包括：
将干燥无水分的重熔铝锭装入熔炼炉中，待炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌，当熔池表面看不到固体料后，辅以机械搅拌，并及时扒净熔体表面浮渣；当表面已化平，炉料部分或全部熔化且能完全淹没物料时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，当铝液温度达到720℃以上，机械搅拌，并使用叉车将镁锭均匀烫化至铝液内部。
在本发明中，所述电磁搅拌的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min；所述机械搅拌的时间优选为3～8min，更优选为4～7min，最优选为5～6min。
在本发明中，所述铝液温度优选达到720～750℃，更优选为730～740℃，最优选为735℃。
在本发明中，所述熔炼过程中优选熔体温度达到740～760℃，则在炉前取两个成分试样进行光谱成分分析，并根据分析结果调整成分至合格。
在本发明中，所述一次精炼的温度优选为740～760℃，更优选为745～755℃，最优选为750℃。在本发明中，所述一次精炼的方法优选包括：
使用氩气为载体，将精炼剂均匀喷入炉内熔体，同时开启熔炼炉透气砖***，精炼。
在本发明中，所述氩气的纯度优选≥99.996％；所述氩气的压力优选为0.08～0.11MPa，更优选为0.09～0.10MPa；所述精炼剂的用量优选为0.8～1.2kg/吨铝，更优选为1.0kg/吨铝；所述一次精炼的时间优选为15～30min，更优选为20～25min。
在本发明中，所述一次精炼后优选扒取表面浮渣并静置；所述静置的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。
在本发明中，所述二次精炼的方法与一次精炼的方法一致，在此不再赘述；所述二次精炼后优选扒渣并静置，所述静置的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。
在本发明中，所述二次精炼后优选将成分合格的熔体由熔炼炉转入至保温静置炉，倒炉过程中开启保温炉电磁搅拌，倒炉过程中随流槽加入铝钛中间合金，加入量按0.02wt.％计算，起到晶粒细化作用，倒炉结束后取样进行成分分析，微调成分；倒炉完成后随后进行第三次精炼。
在本发明中，所述三次精炼的方法优选包括：
使用氩气为载体，将精炼剂均匀喷入炉内熔体，进行精炼。
在本发明中，所述氩气的纯度优选≥99.996％；所述氩气的压力优选为0.08～0.11MPa，更优选为0.09～0.10MPa；所述精炼剂的加入量优选为0.4～0.6kg/吨铝，更优选为0.5kg/吨铝；所述三次精炼的时间优选为15～30min，更优选为20～25min。
在本发明中，所述三次精炼后优选进行扒渣并静置，并调节熔体温度至起铸温度，待铸造；所述静置的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min；所述起铸温度优选为755～765℃，更优选为758～762℃，最优选为760℃。
在本发明中，所述铸造前准备优选包括：
预热铸盘及流槽、在线喂丝、在线除气、过滤，调控铸造温度。
在本发明中，优选对清理干净的铸盘及流槽进行烘烤预热到位，时间不少于1h。
在本发明中，所述在线喂丝优选通过在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材；所述在线喂丝的总速率优选为900～1200mm/min，更优选为1000～1100mm/min，最优选为1050mm/min。
在本发明中，所述在线除气优选采用真空吹氩气双级石墨转子Hycast除气箱；所述除气箱的氩气流量优选为70～75L/min，更优选为71～74L/min，最优选为72～73L/min；所述除气箱的氩气压力优选为7.0～7.5barg，更优选为7.1～7.4barg，最优选为7.2～7.3barg；所述除气箱的转子转速优选为650～700rpm，更优选为660～690rpm，最优选为670～680rpm。
在本发明中，所述过滤优选采用双级过滤箱，所述双级过滤箱优选装有陶瓷过滤板；所述陶瓷过滤板优选为30～60ppi。
在本发明中，所述调控铸造温度优选在铸造前用本体铝液灌满并调控温度在730～750℃，更优选为730～740℃。
在本发明中，所述铸造的方法优选包括：
先进行铺底再接入本体铝液，并开启在线喂丝机。
在本发明中，所述铺底的方法优选包括：
使用装有纯铝液的抬包使纯铝液转入到过滤箱之后的流槽中，并流经铸盘在结晶器中开始铺底铸造。
在本发明中，所述纯铝液的重量优选为0.8～1.0t，更优选为0.9t；所述纯铝液的温度优选为760～770℃，更优选为762～768℃，最优选为764～766℃。
在本发明中，所述铸造的速度优选为12～18mm/min，更优选为14～16mm/min，最优选为15mm/min；水流量优选为36～48m3/h，更优选为40～45m3/h，最优选为42～43m3/h；铸盘盘尾温度优选为690～710℃，更优选为695～705℃，最优选为700℃。
在本发明中，所述铸造过程中优选采用刮水器，压力设置优选为0.06～0.10MPa，更优选为0.07～0.09MPa，最优选为0.08MPa；确保铸锭表面水刮干净，优选当铸造长度约200mm左右开启除气箱，当铸造进入稳态后，在结晶器上方开启超声辅助装置；铸造收尾时优选采用回火工艺，当铝液凝固至半径2/3处，先停水再停机，并保证浇口处干燥无水分。
在本发明中，所述铸造完成后优选立即将铸锭转运至均热炉进行均匀化退火，转运时间优选不超过30min。在本发明中，所述均匀化退火的方法优选包括：
先加热至第一温度并保温第一时间，再升温至第二温度并保温第二时间，出炉后自然冷却至室温。
在本发明中，所述第一温度优选为400～410℃，更优选为402～408℃，最优选为404～406℃；所述第一时间优选为14～15h，更优选为14.5h；所述第二温度优选为470～475℃，更优选为471～474℃，最优选为472～473℃；所述第二时间优选为53～55h，更优选为54h。
在本发明中，所述铸造完成后优选还包括锯切铸锭引锭头端和浇口端；所述锯切引锭头端400～600mm，更优选为450～550mm，最优选为500mm；锯切浇口端300～400mm，更优选为320～380mm，最优选为340～360mm。
在本发明中，所述高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法优选包括：
步骤一：根据投料量及合金成分含量计算原辅材料投入量，其中使用Al含量≥99.90％及以上的重熔铝锭，Cu、Mg、Zn采用纯度≥99.90％及以上的纯铜板、镁锭、锌锭，Ti以铝钛中间合金、Zr以铝锆中间合金配入。
步骤二：将干燥无水分的重熔铝锭装入熔炼炉中，待炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌30min，当熔池表面看不到固体料后，辅以机械搅拌3～8min，并及时扒净熔体表面浮渣；当表面已化平，炉料部分或全部熔化且能完全淹没物料时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，当铝液温度达到720℃以上，机械搅拌3～8min，并使用叉车将镁锭均匀烫化至铝液内部。
步骤三：当温度达到740～760℃，熔炼炉进行第一次精炼，使用以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力设置为0.08～0.11MPa，将用量为0.8～1.2kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，同时开启熔炼炉透气砖***，精炼时间15～30min；第一次精炼后扒取表面浮渣并静置30min，随后熔炼炉进行第二次精炼，精炼工艺及方法同第一次，结束后进行扒渣并静置30min。
步骤四：将成分合格的熔体由熔炼炉转入至保温静置炉，转炉过程中随流槽加入铝钛中间合金；转炉完成后随后进行第三次精炼，使用以纯度≥99.996％的氩气为载体，压力设置为0.08～0.11MPa，将用量为0.4～0.6kg/吨铝的颗粒状精炼剂均匀喷入炉内熔体，精炼时间15～30min，精炼结束后进行扒渣并静置30min，并调节熔体温度至起铸温度755～765℃，待铸造。
步骤五：铸造前准备工作，提前对清理干净的铸盘及流槽进行烘烤预热到位，时间不少于1h，在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材，喂丝总速率为900～1200mm/min，除气箱设置氩气流量为70～75L/min、氩气压力为7.0～7.5barg、转子转速为650～700rpm，双级过滤箱装有孔隙率为40ppi+60ppi陶瓷过滤板，并在铸造前用本体铝液灌满并调控温度在730～740℃。
步骤六：使用装有约0.8～1.0t纯铝液(铝液温度760～770℃)的抬包将铝液转入到过滤箱之后的流槽中，并流经铸盘在直径830mm的结晶器中开始铺底铸造，铺底结束后即刻接入7085本体铝液，并开启在线喂丝机，铸造速度为12～18mm/min，水流量36～48m3/h，铸盘盘尾温度690～710℃；铸造过程中使用刮水器，压力设置为0.06～0.10MPa，确保铸锭表面水刮干净，当铸造长度约200mm左右开启除气箱，当铸造进入稳态后，在结晶器上方开启超声辅助装置。铸造收尾时采用回火工艺，当铝液凝固至半径2/3处，先停机再停水，并保证浇口处干燥无水分。
步骤七：铸造完成后立即将铸锭转运至均热炉进行均匀化退火，转运时间不超过30min，均匀化退火工艺：先将铸锭加热至400～410℃并保温14～15h，随后再将铸锭升温至470～475℃并保温53～55h，出炉后自然冷却至室温，并锯切铸锭引锭头端400～600mm，浇口端300～400mm。
在本发明中，所述步骤三中，熔炼炉精炼结束后，熔体在炉内停留时间优选不超过3h，否则补充氩气精炼15～30min，并取样分析重新调整成分，熔炼炉透气砖压力优选为350～900KPa，更优选为400～800KPa，更优选为500～700KPa，最优选为600KPa；吹气载体为氩气，氩气流量优选为55～70L/min，以减轻熔体在高温下长时间停留的吸氢倾向。
在本发明中，所述步骤四中，保温静置炉精炼结束后，优选在2h之内起铸，否则补充氩气精炼15～30min，优选在起铸前10min扒净表面浮渣，以减轻熔体在高温下长时间停留的吸氢倾向。
在本发明中，所述步骤五中，优选起铸前提前在过滤箱中灌满本体铝液，并调控温度730～740℃，确保铸盘的铸造温度；在线喂丝机为双路送丝，晶粒细化剂使用Al-5Ti-1B合金线材；在线除气装置使用真空吹氩气双级转子除气箱，氩气流量为70～75L/min、氩气压力为7.0～7.5barg、转子转速为650～700rpm；过滤装置使用双级过滤箱，陶瓷过滤板使用40ppi+60ppi。
在本发明中，所述步骤六中，优选使用纯铝液进行铺底铸造，以防止起铸底部产生裂纹；优选在铸造长度约200mm左右开启除气箱，调控起铸温度达最佳状态；铸造过程中优选使用刮水器，铸造收尾采用回火工艺，以避免铸锭产生裂纹；铸造进入稳态后优选在结晶器上方开启超声辅助装置，起细化晶粒和减少成分偏析作用。
在本发明中，所述步骤七中，铸锭均匀化退火工艺优选为先将铸锭加热至400～410℃并保温14～15h，随后再将铸锭升温至470～475℃并保温53～55h，出炉后自然冷却至室温，以便最大程度的消除铸锭内应力和偏析。
在本发明中，所述高品质大规格7085铝合金铸锭的成分优选为：
0～0.06wt％的Si；
0～0.08wt％的Fe；
1.3～2.0wt％的Cu；
0～0.04wt％的Mn；
1.2～1.8wt％的Mg；
0～0.04wt％的Cr；
7.0～8.0wt％的Zn；
0～0.06wt％的Ti；
0.08～0.15wt％的Zr；
单个杂质≤0.05wt％；
合计杂质≤0.15wt％；
余量为Al。
在本发明中，所述Si的质量含量优选≤0.05％，更优选≤0.03％；所述Fe的质量含量优选≤0.08％，更优选≤0.07％；所述Cu的质量含量优选为1.4～1.9％，更优选为1.4～1.8％，更优选为1.4～1.6％，最优选为1.5％；所述Mn的质量含量优选≤0.03％，更优选≤0.02％；所述Mg的质量含量优选为1.4～1.8％，更优选为1.5～1.8％，最优选为1.7％；所述Cr的质量含量优选≤0.03％，更优选≤0.02％；所述Zn的质量含量优选为7.2～7.8％，更优选为7.3～7.8％，最优选为7.5％；所述Ti的质量含量优选为≤0.04％，更优选为0.02～0.04％，最优选为0.03％；所述Zr的质量含量优选为0.09～0.14％，更优选为0.10～0.14％，最优选为0.12％。
通过本发明提供的方法铸造出来的铸锭直径达到830mm，超过一般7085铝合金铸锭直径700mm规格，满足国家对大规格7085铝合金铸锭的需求。
本发明中熔体经过多级除气除渣净化，铸造流槽在线氢含量≤0.08mL/100g Al，极大的提高熔体纯净化程度，并通过施加超声辅助技术细化晶粒，减轻铸锭成分偏析，最后再通过本发明的均匀化工艺，消除了铸锭内应力和充分偏析；最终铸锭晶粒细小均匀，晶粒度不超过二级，无夹渣夹杂物、无缩孔缩松，成分偏析率≤6％，满足国家对大型整体构件材料制备的需求。
实施例1
按照下述方法制备高品质大规格7085铝合金铸锭：
依次包括配料、熔炼、精炼、铸造前准备与铸造、均匀化退火。
配料：
使用Al含量纯度99.90％及以上的精纯铝锭，主合金元素Cu、Mg、Zn使用纯度≥99.90％的纯金属，Ti、Zr使用铝钛中间合金、铝锆中间合金，其他元素不添加，配料成分控制如下：
熔炼：
熔炼炉先装入铝锭，点火升温，炉料熔化约40％后，开启电磁搅拌30min，当熔池表面已化平，炉料部分熔化但能完全淹没物料时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，并机械搅拌5min；继续升温至铝液温度达到740℃～750℃，加入镁锭均匀烫化至铝液内部；所有物料(除铝钛中间合金)均已加入炉内，熔体温度达到740℃～750℃，则在炉前取两个成分试样进行光谱成分分析，并根据分析结果调整成分至合格。
精炼：
熔炼炉精炼：精炼次数为两次，精炼温度740℃～750℃，使用颗粒状精炼剂每次用量0.8kg/t Al，精炼时间20±2min，通过纯度≥99.996％的氩气为载体将精炼剂通过精炼机均匀地吹入熔体中，氩气压力为0.08MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果，每次精炼结束后扒净熔体表面浮渣并静置30～35min，并调整倒炉熔体温度至755～760℃，倒炉过程中，开启保温炉电磁搅拌，并在倒炉流槽中加入铝钛中间合金，加入量按0.02wt.％计算，起晶粒细化作用，倒炉结束后取样进行成分分析，微调成分。
保温炉精炼：精炼次数为一次，精炼温度740℃～750℃，使用颗粒状精炼剂，用量0.4kg/t Al，以纯度≥99.996％的氩气为载体将精炼剂通过精炼机均匀地吹入熔体中，精炼时间20±2min，氩气压力为0.08MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果；精炼结束后扒渣并静置30～35min，并调整起铸温度至755～760℃，准备铸造。
铸造前准备：
提前对清理干净的铸盘、流槽及工器具进行烘烤预热到位，时间不少于1h；双级过滤箱装有孔隙率为30ppi+50ppi陶瓷过滤板，并在铸造前用7085铝合金本体铝液提前填充过滤箱并调控过滤箱铝液温度在740～750℃；在线除气使用Hycast除气箱，氩气流量为70L/min、氩气压力为7.5barg、转子转速为700rpm，在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材，总送丝速度1100mm/min。
铸造过程：
先使用铝纯液(铝液温度760～770℃)铺底，防止底部产生裂纹，铺底结束后即刻打开过滤箱出口闸板接入本体铝液，同时开启在线喂丝机，铸造长度约200mm开启除气箱；起铸速度为12mm/min，起铸水流量30m3/h，进入稳态后铸造速度调整为18mm/min，水流量调整为42m3/h，铸盘盘尾温度控制在690～710℃，并在结晶器上方开启超声辅助装置；铸造过程中使用刮水器，压力设置为0.08MPa，确保铸锭表面水刮干净；铸造结束时，采用回火工艺，即铸造机先停止下移，待结晶器中的铝液凝固至半径2/3处再关停冷却水，并保证浇口处干燥无水分。
均匀化过程：
铸锭回火结束后立即将铸锭转运至均热炉进行均匀化退火，转运时间不超过30min；均匀化退火工艺：先将铸锭加热至405℃并保温15h，随后再将铸锭升温至475℃并保温55h；出炉后自然冷却至室温，并锯切铸锭引锭头端600mm，浇口端400mm；
本发明实施例1制备的铝合金铸锭的铸造现场如图1所示，制备得到的铸锭如图2所示，为7085铝合金直径Φ830规格圆铸锭。
实施例2
按照下述方法制备得到高品质大规格7085铝合金铸锭：
依次包括配料、熔炼、精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火。
配料方法与实施例1相同，与实施例1的区别在于，配料成分如下：
熔炼：
熔炼炉先装入铝锭，点火升温，炉料熔化约50％后，开启电磁搅拌35min，当熔池表面已化平，炉料全部熔化时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，并机械搅拌8min；继续升温至铝液温度达到740℃～750℃，加入镁锭均匀烫化至铝液内部。所有物料(除铝钛中间合金)均已加入炉内，熔体温度达到750℃～760℃，则在炉前取两个成分试样进行光谱成分分析，并根据分析结果调整成分至合格。
精炼：
熔炼炉精炼：精炼次数为两次，精炼温度750℃～760℃，使用颗粒状精炼剂每次用量1.2kg/t Al，精炼时间20±2min，通过纯度≥99.996％的氩气为载体将精炼剂通过精炼机均匀地吹入熔体中，氩气压力为0.11MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果，每次精炼结束后扒净熔体表面浮渣并静置30～35min，并调整倒炉熔体温度至760～765℃，倒炉过程中，开启保温炉电磁搅拌，并在倒炉流槽中加入铝钛中间合金，加入量按0.02wt.％计算，起晶粒细化作用，倒炉结束后取样进行成分分析，微调成分。
保温炉精炼：精炼次数为一次，精炼温度750～760℃，使用颗粒状精炼剂，用量为0.6kg/t Al，以纯度≥99.996％的氩气为载体将精炼剂通过精炼机均匀地吹入熔体中，精炼时间20±2min，氩气压力为0.11MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果；精炼结束后扒渣并静置30～35min，并调整起铸温度至760～765℃，准备铸造。
铸造前准备：
提前对清理干净的铸盘、流槽及工器具进行烘烤预热到位，时间不少于1h；双极过滤箱装有孔隙率为40ppi+60ppi陶瓷过滤板，并在铸造前用7085铝合金本体铝液提前填充过滤箱并调控过滤箱铝液温度在730～740℃；在线除气使用Hycast除气箱，氩气流量为70L/min、氩气压力为7.5barg、转子转速为650rpm，在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材，总送丝速度1200mm/min。
铸造过程：
先使用铝纯液(铝液温度760～770℃)铺底，防止底部产生裂纹，铺底结束后即刻打开过滤箱出口闸板接入本体铝液，同时开启在线喂丝机，铸造长度约200mm开启除气箱；起铸速度为12mm/min，起铸水流量36m3/h，进入稳态后铸造速度调整为18mm/min，水流量调整为48m3/h，铸盘盘尾温度控制在690～710℃，并在结晶器上方开启超声辅助装置；铸造过程中使用刮水器，压力设置为0.08MPa，确保铸锭表面水刮干净；铸造结束时，采用回火工艺，即铸造机先停止下移，待结晶器中的铝液凝固至半径2/3处再关停冷却水，并保证浇口处干燥无水分。
均匀化过程：
铸锭回火结束后立即将铸锭转运至均热炉进行均匀化退火，转运时间不超过30min；均匀化退火工艺：先将铸锭加热至410℃并保温14h，随后再将铸锭升温至470℃并保温54h；出炉后自然冷却至室温，并锯切铸锭引锭头端600mm，浇口端400mm。
实施例3
按照下述方法制备得到高品质大规格7085铝合金铸锭：
依次包括配料、熔炼、精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火。
配料：按照实施例1的方法进行配料，与实施例1的区别在于，配料成分如下：
熔炼：
熔炼炉先装入铝锭，点火升温，炉料熔化约50％后，开启电磁搅拌40min，当熔池表面已化平，炉料全部熔化时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，并机械搅拌8min；继续升温至铝液温度达到740℃～750℃，加入镁锭均匀烫化至铝液内部。所有物料(除铝钛中间合金)均已加入炉内，熔体温度达到750℃～760℃，则在炉前取两个成分试样进行光谱成分分析，并根据分析结果调整成分至合格。
精炼：
熔炼炉精炼：精炼次数为两次，精炼温度750℃～760℃，使用颗粒状精炼剂每次用量1.1kg/t Al，精炼时间20±2min，通过纯度≥99.996％的氩气为载体将精炼剂通过精炼机均匀地吹入熔体中，氩气压力为0.10MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果，每次精炼结束后扒净熔体表面浮渣并静置30～35min，并调整倒炉熔体温度至760～765℃，倒炉过程中，开启保温炉电磁搅拌，并在倒炉流槽中加入铝钛中间合金，加入量按0.02wt.％计算，起晶粒细化作用，倒炉结束后取样进行成分分析，微调成分。
保温炉精炼：精炼次数为一次，精炼温度750～760℃，以纯度≥99.996％的氩气吹入熔体中，精炼时间20±2min，氩气压力为0.11MPa，精炼过程中同时开启炉底透气砖***，强化精炼效果；精炼结束后扒渣并静置30～35min，并调整起铸温度至760～765℃，准备铸造。
铸造前准备：
提前对清理干净的铸盘、流槽及工器具进行烘烤预热到位，时间不少于1h；双极过滤箱装有孔隙率为40ppi+60ppi陶瓷过滤板，并在铸造前用7085铝合金本体铝液提前填充过滤箱并调控过滤箱铝液温度在730～740℃；在线除气使用Hycast除气箱，氩气流量为75L/min、氩气压力为7.5barg、转子转速为700rpm，在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材，总送丝速度1050mm/min。
铸造过程：
先使用铝纯液(铝液温度760～770℃)铺底，防止底部产生裂纹，铺底结束后即刻打开过滤箱出口闸板接入本体铝液，同时开启在线喂丝机，铸造长度约200mm开启除气箱；起铸速度为12mm/min，起铸水流量36m3/h，进入稳态后铸造速度调整为18mm/min，水流量调整为48m3/h，铸盘盘尾温度控制在690～710℃，并在结晶器上方开启超声辅助装置；铸造过程中使用刮水器，压力设置为0.08MPa，确保铸锭表面水刮干净；铸造结束时，采用回火工艺，即铸造机先停止下移，待结晶器中的铝液凝固至半径2/3处再关停冷却水，并保证浇口处干燥无水分。
均匀化过程：
铸锭回火结束后立即将铸锭转运至均热炉进行均匀化退火，转运时间不超过30min；均匀化退火工艺：先将铸锭加热至410℃并保温15h，随后再将铸锭升温至475℃并保温55h；出炉后自然冷却至室温，并锯切铸锭引锭头端600mm，浇口端400mm。
性能检测
对本发明实施例1～3制备的大规格铝合金铸锭进行检测，检测方法以及检测结果如下：
表1实施例1～3制备的铝合金铸锭成分(余量为Al)
表2实施例1～3制备的铝合金铸锭氢含量及主合金元素成分偏析率
表3实施例1～3制备得到的铝合金铸锭低倍组织检测结果
对实施例2制备的铸锭中心位置、1/2半径位置和边部位置进行显微组织检测，得到的检测结果如下：
表4实施例2制备的铸锭中心位置、1/2半径、边部处的显微组织
本发明中熔体经过多级除气除渣净化，铸造流槽在线氢含量≤0.08mL/100g Al，极大的提高熔体纯净化程度，并通过施加超声辅助技术细化晶粒，减轻铸锭成分偏析，最后再通过本发明的均匀化工艺，消除了铸锭内应力和成分偏析；最终铸锭晶粒细小均匀，晶粒度不超过二级，无夹渣夹杂物、无缩孔缩松，成分偏析率≤6％，满足国家对大型整体构件材料制备的需求。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。
Claims (4)
1.一种高品质大规格7085铝合金铸锭的制备方法，包括：
配料、熔炼、一次精炼、二次精炼、三次精炼、铸造前准备、铸造、均匀化退火，得到高品质大规格7085铝合金铸锭；所述高品质大规格7085铝合金铸锭的直径为830mm；
所述熔炼的方法包括：
将干燥无水分的重熔铝锭装入熔炼炉中，待炉料熔化40%后，开启电磁搅拌，当熔池表面看不到固体料后，辅以机械搅拌，并及时扒净熔体表面浮渣；当表面已化平，炉料部分或全部熔化且能完全淹没物料时，加入铜板、锌锭和铝锆中间合金，当铝液温度达到720℃~750℃，机械搅拌，并使用叉车将镁锭均匀烫化至铝液内部；
所述一次精炼的方法包括：
使用氩气为载体，将精炼剂均匀喷入炉内熔体，同时开启熔炼炉炉底透气砖***，进行一次精炼；氩气的纯度≥99.996%；氩气的压力为0.08~0.11MPa；精炼剂的用量为0.8~1.2kg/吨铝；所述一次精炼的温度为740~760℃；
所述二次精炼的方法与一次精炼的方法一致；
所述三次精炼的方法包括：
使用氩气为载体，将精炼剂均匀喷入炉内熔体，进行精炼；氩气的纯度≥99.996%；氩气的压力为0.08~0.11MPa；精炼剂的加入量为0.4~0.6kg/吨铝；
所述铸造前准备包括：
预热铸盘及流槽、在线喂丝、在线除气、双级过滤、调控铸造温度；
所述在线喂丝通过在线喂丝机设置双路喂丝方式，晶粒细化剂为Al5Ti1B合金线材；所述在线喂丝的总速率为900~1200mm/min；
所述在线除气的除气箱氩气流量为70~75L/min；所述除气箱氩气压力为7.0~7.5barg；所述除气箱转子转速为650~700rpm；
所述双级过滤采用双级过滤箱，所述双级过滤箱装有陶瓷过滤板；所述陶瓷过滤板的孔隙率为30~60ppi；
所述调控铸造温度为在铸造前用本体铝液灌满过滤箱并调控温度在730~750℃；
所述铸造的方法包括：
使用装有纯铝液的抬包将纯铝液转入到过滤箱之后的流槽中，并流经铸盘在结晶器中开始铺底铸造，铺底结束后即刻接入7085本体铝液，并开启在线喂丝机，铸造速度为12~18mm/min，水流量36~48m3/h，铸盘盘尾温度690~710℃；当铸造进入稳态后，在结晶器上方开启超声辅助装置；
所述均匀化退火的方法包括：
先加热至第一温度并保温第一时间，再升温至第二温度并保温第二时间，出炉后自然冷却至室温；
所述第一温度为400~410℃；所述第一时间为14~15h；
所述第二温度为470~475℃；所述第二时间为53~55h。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高品质大规格7085铝合金铸锭的成分为：
0~0.06wt%的Si；
0~0.08wt%的Fe；
1.3~2.0wt%的Cu；
0~0.04wt%的Mn；
1.2~1.8wt%的Mg；
0~0.04wt%的Cr；
7.0~8.0wt%的Zn；
0~0.06wt%的Ti；
0.08~0.15wt%的Zr；
单个杂质≤0.05wt%；
合计杂质≤0.15wt%；
余量为Al。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述一次精炼的时间为15~30min；
所述一次精炼后进行扒渣静置，所述静置的时间为20~40min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在线除气采用真空吹氩气双级石墨转子Hycast除气箱。
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