專利名稱：：一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋁合金制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠及其制備方法。
背景技術(shù)：
：7005鋁合金屬于Al-Zn-Mg系可焊和熱處理可強化合金，近年來國內(nèi)外各工業(yè)部門，如建筑、自行車、汽車、火箭制造業(yè)等大量使用該合金。鋁合金圓鑄錠的氣幕鑄造工藝是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的技術(shù)之一，以其具有生產(chǎn)效率高、勞動強度低、鑄4走質(zhì)量好、成品率高等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，但是用現(xiàn)有的氣幕鑄造工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品仍存在合金錠裂紋傾向高、成分偏析嚴(yán)重、氫含量高、渣含量高、溫度高等問題。另外，采用電解鋁液直接鑄造生產(chǎn)鋁加工用的鑄錠，是一項短流程、低能耗、綠色環(huán)保的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，它避免了傳統(tǒng)鋁加工廠二次重熔鋁錠帶來的能源消耗和金屬燒:徵目前國內(nèi)生產(chǎn)7005鋁合金鑄錠均采用重熔鋁錠，且鑄錠尺寸規(guī)格較小，滿足不了國家對7005鋁合金大型型材的需恭而電解原鋁直接氣幕鑄造大直徑7005鋁合金圓4走的生產(chǎn)在國內(nèi)處于空白。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有鑄4定存在的裂紋傾向高、成分偏析嚴(yán)重、尺寸規(guī)格較小的缺陷，而提供一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，滿足國家對7005鋁合金大型型材的需求。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，以克服現(xiàn)有鋁合金鑄錠的制備工藝中氫含量高、渣含量高、溫度高的缺陷。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠，接重量百分比由0~0.30%Fe、0~0.300/0Si、0~0.10o/oCu、0.20~0.40o/oMn、1.3~1.80/oMg、4.0~4.50o/oZn、0.08~0.20%Cr、0~0.06%Ti、0.10~0.20%Zr和余量Al制成。上述大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法為下述生產(chǎn)工藝流程(1)熔體處理工藝在高濕度環(huán)境下，將電解原鋁與冷材、中間合金在熔煉爐內(nèi)通過熔煉、添加變質(zhì)劑、永磁攪拌處理，在保溫爐經(jīng)過氮氣噴粉精煉+保溫爐爐底吹氣進(jìn)行精煉，然后通過過濾裝置進(jìn)行過濾，最后通過在線保護(hù)澆鑄裝置，得到高質(zhì)量的7005鋁合金熔體；(2)氣幕鑄造工藝澆鑄過程中，在保溫爐出口離除氣爐2~3m處向鋁合金熔體中喂入Al--5Ti-lB合金線，保證熔體Ti含量在0.006Q/。以下，控制澆鑄溫度690士10。C，澆鑄速度46~52mm/min,冷卻水量17001/min,油量為220ml/min,運用不鋪底工藝進(jìn)行直接氣幕鑄造，得到鋁合金鑄坯；(3)均勻化退火工藝在均熱溫度465±5°C、保溫時間16h、冷卻速度》00。C/h的均熱制度下得到380mm直徑的7005鋁合金圓鑄錠。上述步驟(1)中熔體由70~75%的電解原鋁、20~30%的冷材和中加合金組成。上述步驟(1)中永磁攪拌熔煉中變質(zhì)劑用量為0.7kg/t,永磁攪拌頻率為46Hz，攪拌電流為30A,攪拌時間為20min。上述步驟(1)中保溫爐爐底吹氣和氮氣噴粉精煉，爐底吹氣10min，氮氣量為25L/min,氮氣噴粉量為每噸爐料lkg,精煉時間為15min，爐底靜置時間為10min，氮氣純度為99.99%,精煉過程中的鋁液溫度為740~750°C。上述步驟(1)中的陶瓷過濾裝置包括在初級過濾處:&置的15目陶瓷過濾板和在過濾箱內(nèi)"i殳置的30目陶瓷過濾板。上述步驟(1)中的在線保護(hù)澆鑄裝置內(nèi)通入氮氣，氣壓保持在0.01~0.02MPa。上述步驟(1)中氮氣噴粉精煉使用的精煉劑為無鈉精煉劑。上述步驟(2)中喂入Al-5Ti-lB合金線的送絲速度為220cm/min,即在一分鐘之內(nèi)向鋁合金熔體中勻速添力口直徑為9.5mm,長度為220cm的Al-5Ti-lB合金線。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果本發(fā)明研究了氣幕鑄造工藝制度對鑄錠成型性能的影響規(guī)律，并研究了電解鋁液直接鑄造熔體處理技術(shù)對H含量、Na含量、夾雜物含量及尺寸的影響，同時采取先進(jìn)的晶粒細(xì)化措施，控制晶粒的尺寸和形狀，提高了合金的綜合性能，解決了電解原鋁直接鑄造高性能鋁合金帶來的氫含量高、渣含量高、溫度高問題，成功開發(fā)了電解原鋁直接氣幕鑄造大直徑7005合金圓錠熔鑄技術(shù)，可滿足我國工業(yè)部門的重大需求，為國家節(jié)約大量的7005鋁合金錠坯釆購?fù)鈪R。同時，采用電解鋁液直接鑄造鋁加工用鑄錠，是一項短流程、低能耗、綠色環(huán)保的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。該技術(shù)的成功運用，不但可以提高電解鋁液直接鑄造鋁加工用鑄錠的質(zhì)量，而且可以節(jié)約能耗，減少污染物的排放，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益。圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為7005鑄態(tài)顯孩么組織。圖3為7005鑄態(tài)顯^f效組織。圖4為7005鋁合金47(TC/12h均勻化后顯《敬組織。圖5為7005合金鑄態(tài)能譜分析。圖6為7005鋁合金470。C/12h均勻化后能譜分析。具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的4支術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種大直徑7005鋁合金圓鑄4定及其制備方法詳細(xì)說明。一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠，按重量百分比由0~0.30%Fe、0~0.30%Si、0~0.10%Cu、0.20~0.40%Mn、1.3~l,8%Mg、4.0~4.50%Zn、0.08~0.20%Cr、0~0.06°/。Ti、0.10~0.20%Zr和余量Al制成。詳細(xì)見下表大直徑7005鋁合金圓鑄錠化學(xué)成分FeSiCuMnMgZnCrTiZrAl0-0.300-0.300-0.100.20-0.401.3-1.84.0-4.500.08-0.200-0.060.10-0.20余量在美國標(biāo)準(zhǔn)中Zn的重量百分?jǐn)?shù)為4.0~5.1，通過理i侖研究，并結(jié)合多次試驗進(jìn)行的金相分析可知對于Zn含量為中限、Zn/Mg值較小的時候，鑄錠的冶金質(zhì)量較好；而當(dāng)Zn含量接近上限時，鑄錠內(nèi)部疏松，孔數(shù)量較多，晶粒較粗大，鑄錠的冶金質(zhì)量較差。為降低鋁合金鑄造和焊接的裂紋傾向性，提高合金塑，必須嚴(yán)格控制Si和Fe的含量。對于元素Mn和Cr，試驗表明適中的含量對形成細(xì)密晶粒有好處。一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法的生產(chǎn)工藝流程為(1)熔體處理工藝在高濕度環(huán)境下，將原料永磁攪拌熔煉，經(jīng)過爐底透氣和氮氣噴粉精煉進(jìn)行精煉處理，然后通過除氣爐和過濾裝置進(jìn)行除氣除渣，最后通過在線保護(hù)澆鑄裝置，得到高質(zhì)量鋁合金熔體，在線精煉中使用無鈉精煉劑，以降低熔體氫含量、鈉含量。使用引進(jìn)的法國彼施涅TS35在線除氫成套裝備，通過控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、氮氣流量、氮氣壓力等關(guān)^t參數(shù)，進(jìn)行了熔體的在線除氣凈化處理。除氣效率達(dá)到了50%。熔體處理工藝相關(guān)參數(shù)見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(2)氣幕鑄造工藝7005合金的液相線溫度為643°C,固相線溫度為604°C,冷卻過程中凝固溫度區(qū)間不大，因此具有較好的鑄造性能；但由于其合金含量比較高，凝固過程中析出相的比例較其它系列的鋁合金要高些，因此，為實現(xiàn)析出相的均勻分布，須保證在鑄錠截面上凝固的相對均勻性，以防止由于析出不均勻而產(chǎn)生裂紋。在鑄造工藝方面，要求鑄造速度較小，而且配合合理的冷卻強度變化，并采用不鋪底工藝，實現(xiàn)鑄錠半連續(xù)鑄造過程中的氣幕鑄造。由于鑄錠直徑大，鑄錠芯部和表層的溫差大，冷卻過程中應(yīng)力增大，裂紋傾向增加。因此我們通過適當(dāng)降低鑄造速度，并增加Al-5Ti-1B線桿用量以細(xì)化晶粒，防止鑄錠裂紋。根據(jù)氣幕鑄造結(jié)晶器的特點，鑄造速度控制在4652mm/min，油量控制在220ml/min,氣壓控制在1600~2100Pa,水流量控制在17001/min，冷卻水溫低于30°C,進(jìn)入結(jié)晶器時的鋁液溫度控制在690±10。C;在氣幕鑄造過程中，要確?？諝饬髁?、空氣壓力、潤滑油流量供應(yīng)的穩(wěn)定性。綜合工藝參數(shù)如下表所示。氣幕鑄造在線細(xì)化細(xì)化劑類型Al-5Ti-lB送絲速度220cm/min澆鑄溫度690±10°C鑄造速度46~52mm/min冷卻水量17001/min冷卻水溫，。C油量220ml/min空氣流量20~301/min空氣壓力1600—2100Pa(3)均勻化退火工藝對于大規(guī)格鑄錠，由于鑄錠結(jié)晶過程的不均勻性，造成鑄錠內(nèi)部殘余應(yīng)力較大，同時存在成分偏析的情況，會對后續(xù)加工過程帶來不利的影響。因此通過均勻化退火消除鑄造應(yīng)力，提高鑄錠塑性，減小變形抗力，改善加工產(chǎn)品組織和性能。選取四組不同的最高保持溫度和保持時間，進(jìn)行試驗。如圖2、圖3所示，通過金相觀察，7005鑄態(tài)組織為均勻的等軸晶組織，并有大量的非平衡結(jié)晶相形l經(jīng)均勻化退火處理后，7005合金鑄態(tài)組織發(fā)生演變，非平衡相開始溶解，且隨著均勻化溫度升高，有更多的非平衡相溶入基體。但當(dāng)進(jìn)行485°C/12h均勻化退火時，有局部部位出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，500°C/12h均勻化退火時，有明顯過燒現(xiàn)象。DSC研究結(jié)果表明，7005合金鑄錠均勻化的過燒溫度為491°C，所以一般均勻化溫度上限在過燒溫度以下l(TC左右，即溫度上限為480。C。因此，本試驗中485°C、50(TC均勻化退火出現(xiàn)了不同程度的過燒現(xiàn)象，由圖4可知470T〕/12h均勻化退火后沒有發(fā)現(xiàn)過燒。圖5、圖6所示為鑄態(tài)7005合金及經(jīng)過470。C/12h均勻化之后的SEM能譜分析及元素分布圖。從圖5和圖6中可以看出，7005合金鑄態(tài)組織中存在非平衡MgZn2相，而在470°C/12h均勻化之后并沒有發(fā)現(xiàn)ti(MgZn2)相和T(A12Mg3Zn3)相等非平衡結(jié)晶相，均勻化之后的過剩相為AlFeMnSi相，AlFeMnSi相為難溶相，一般均勻化后難以消除，說明這種制度下均勻化效果較好。通過進(jìn)行金相組織觀察及掃描電鏡分析，鑄錠晶粒大小均勻，均為等軸晶組織，未見羽毛狀晶、裂紋、氣孔、夾渣、光亮等鑄造組織缺陷。圓錠的晶粒較細(xì)小，平均晶粒尺寸在150160prn之間，且高倍組織中無明顯夾雜物存在。因此得出7005鋁合金鑄錠適宜的均勻化制度見下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1、一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠，其特征在于按重量百分比由0～0.30％Fe、0～0.30％Si、0～0.10％Cu、0.20～0.40％Mn、1.3～1.8％Mg、4.0～4.50％Zn、0.08～0.20％Cr、0～0.06％Ti、0.10～0.20％Zr和余量Al制成。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于大直徑7005鋁合金圓鑄錠的生產(chǎn)工藝步驟如下(1)熔體處理工藝在高濕度環(huán)境下，將電解原鋁與冷材、中間合金在熔煉爐內(nèi)通過熔煉、添加變質(zhì)劑、永磁攪拌處理，在保溫爐經(jīng)過保溫爐爐底吹氣和氮氣噴賴嚇煉進(jìn)行精煉處理，然后通過過濾裝置進(jìn)行過濾，最后通過在線保護(hù)澆鑄裝置，得到高質(zhì)量的7005鋁合金熔體；(2)氣幕鑄造工藝澆鑄過程中，在保溫爐出口離除氣爐2~3m處向鋁合金熔體中喂入Al--5Ti-lB合金線，保證熔體Ti含量在0.006。/。以下，控制澆鑄溫度690±10°C,澆鑄速度4652mm/min，冷卻水量17001/min,油量為220ml/min,運用不鋪底工藝進(jìn)行直接氣幕鑄造，得到鋁合金鑄坯；(3)均勻化退火工藝在均熱溫度465±5°C、保溫時間16h、冷卻速度〉200。C/h的均熱制度下得到380mm直徑的7005鋁合金圓鑄錠。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(l)中的鋁合金熔體是由70~75%的電解原鋁、20~30%的冷材和中加合金組成。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(l)中永磁攪拌熔煉中變質(zhì)劑用量為0.7kg/t,永磁攪拌頻率為46Hz,攪拌電流為30A,攪拌時間為20min。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中保溫爐爐底吹氣和氮氣噴賴"晴煉，爐底吹氣10min,氮氣量為25L/min，氮氣噴粉量為每噸爐料lkg,精煉時間為15min,爐底靜置時間為10min，氮氣純度為99.99%，精煉過程中的鋁液溫度為740~750°C。6、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的過濾裝置包括在初級過濾處設(shè)置的15目陶瓷過濾板和在過濾箱內(nèi)設(shè)置的30目陶瓷過濾板。7、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中的保護(hù)澆鑄裝置內(nèi)通入氮氣，氣壓保持在0.01~0.02MPa。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(l)中氮氣噴粉精煉使用的精煉劑為無鈉精煉劑。9、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中喂入Al-5Ti-lB合金線的送絲速度為220cm/min，即在一分鐘之內(nèi)向鋁合金熔體中勻速添加直徑為9.5mm，長度為220cm的Al--5Ti-1B合金線。全文摘要本發(fā)明涉及鋁合金制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠及其制備方法。本發(fā)明為克服現(xiàn)有鑄錠存在的裂紋傾向高、成分偏析嚴(yán)重、尺寸規(guī)格較小的缺陷，提供一種大直徑7005鋁合金圓鑄錠及其制備方法。本發(fā)明制備鋁合金圓鑄錠的方法包括熔體處理工藝、氣幕鑄造工藝、均勻化退火工藝。本發(fā)明提高了鋁合金的綜合性能，可以節(jié)約能耗，減少污染物的排放，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，具有顯著的社會效益和環(huán)境效益；同時可滿足我國工業(yè)部門的重大需求，為國家節(jié)約大量的7005鋁合金圓鑄錠采購?fù)鈪R。文檔編號C22C21/10GK101624671SQ20081011652公開日2010年1月13日申請日期2008年7月11日優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日發(fā)明者健崔,文東輝,萍曾,楊孟剛,楊通信,畢昌武,王順輝,田維紅,立舒,謝青松,云黎,龔春雷申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司