專利名稱：去除針孔的鑄鋁合金及其熔煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄鋁合金，還涉及其熔煉方法。
背景技術(shù)：
鑄鋁合金中針孔是常見缺陷。當(dāng)鋁合金在熔煉和澆注過程中，合金液可溶解較多的氫，在常壓下氫的溶解度隨著合金液溫度的升高而增大，隨著溫度的下降而減少。當(dāng)鋁由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)，氫在鋁中的溶解度驟然降低。因此，有較多的氫析出形成氫氣泡，又來不及上浮排出，就形成了大量細(xì)小、分散的氣孔，稱為針孔。在一般生產(chǎn)條件下，特別是厚大的砂型鑄件中很難避免針孔的產(chǎn)生。在相對(duì)濕度大的環(huán)境中熔煉和澆注時(shí)，鑄件中的針孔更為嚴(yán)重。鋁合金鑄件中的針孔直徑通常小于或等于Imm左右，能使合金致密性降低，力學(xué)性能下降。根據(jù)針孔分布和形態(tài)可分為以下三種類型(1)點(diǎn)狀針孔在浸蝕后的低倍試片上呈細(xì)小的圓點(diǎn)形和橢圓形針孔，輪廓清晰，內(nèi)壁光滑，互不連通，由液體金屬凝固析出的氣體形成。多數(shù)在結(jié)晶溫度范圍小、補(bǔ)縮良好的鑄件(如 ZL102 = ZAlSil2)中出現(xiàn)，在斷口上呈圓形凹坑或片狀白斑。而結(jié)晶間隔大的亞共晶或固溶體型合金(溶質(zhì)元素全部溶解在基體溶劑中)是以糊狀的方式凝固，合金液中的氫在糊狀層中析出，在其成長為氣泡的過程中受到了固態(tài)的樹枝晶體的阻礙，只能在樹枝狀晶體之間成長，成為鏈狀或枝叉狀的孔洞，凝固后的針孔成為沿晶界或枝晶間分布的多角形的長針孔和分散性的顯微疏松。所以，是以針孔為主的針孔與分散疏松的混合體。在冷卻凝固速度快、離共晶成分較遠(yuǎn)的鋁合金(如ZL105 = ZAlSi5CulMg)中，也會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)狀針孔，這種針孔很容易和疏松相區(qū)別。(2)網(wǎng)狀針孔針孔呈密集相連成網(wǎng)狀。有的針孔呈所謂“蒼蠅腳”形的不規(guī)則形狀，也可能出現(xiàn)少量較大的針孔，但孔徑難以測量。(3)綜合型針孔它是點(diǎn)狀和網(wǎng)絡(luò)狀針孔的中間型，既有點(diǎn)狀針孔又有網(wǎng)狀針孔的特征。經(jīng)氫氧化鈉水溶液浸蝕后的試片上呈不規(guī)則的大針孔較多的特征，容易和疏松相混淆。針孔的特征是孔穴小，數(shù)量多，均勻而呈連串或不連串的分布在晶界和枝晶之間， 割裂了組織之間的聯(lián)系，可不同程度地降低抗拉強(qiáng)度、塑性和抗疲勞性能。隨著針孔級(jí)別的增加，力學(xué)性能迅速下降，尤其是網(wǎng)狀分布的針孔連續(xù)地分布在晶界與枝晶間，較嚴(yán)重地割裂組織間的聯(lián)系，降低組織的連續(xù)性，對(duì)力學(xué)性能的影響尤為顯著，網(wǎng)狀型針孔比綜合型針孔的抗拉強(qiáng)度降低20%左右。而點(diǎn)狀針孔小，互不連續(xù)，對(duì)力學(xué)性能影響較小。另外，針孔對(duì)鑄件的耐蝕性也有較大的影響。鋁的耐蝕性主要依賴表面有一層致密的氧化膜 (Al2O3)，針孔使氧化膜組織呈不同程度的疏松狀態(tài)，使氧化膜的化學(xué)穩(wěn)定性有所下降，成為腐蝕根源，甚至喪失保護(hù)作用。所以，針孔等級(jí)超高，對(duì)耐蝕性產(chǎn)生的不良影響越大。按JB/ T7946. 3-1999《鑄造鋁合金針孔》針孔分為五級(jí)，一般控制在三級(jí)以下。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種鑄鋁合金，能夠克服現(xiàn)有鋁合金性能的不足，有效控制氣泡的形成，為高效深加工提供高端基材。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種鑄鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括 0. 7 1. 的 Si，小于等于 0. 4% 的 Fe，0. 1 0. 4% 的 Cu，0. 1 0. 3% 的 Μη，0. 4 0. 8% 的 Mg，小于等于 0. 15% 的 Zn，0. 01 0. 04% 的 Ti，0. 8 1. 4% 的 Μο，0· 09 0. 16% 的Β、0. 06 0. 的Li，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05 %，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 1 %。本發(fā)明還提供所述鑄鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入MoB、LiAlH4，包括以下步驟步驟一按照所述鑄鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 7 1. 的 Si，小于等于0.4%的Fe，0. 1 0.4%的Cu，0. 1 0. 3%的Mn，0. 4 0. 8%的Mg，小于等于 0. 15%的 Zn，0. 01 0. 04%的 Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)鈱?duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時(shí)將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 89 1. 56%的ΜοΒ、0. 32 0. 55%的LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB和LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，進(jìn)行鑄造。所述的鑄造可以沿以下兩種流程進(jìn)行流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使用純液態(tài)氮?dú)?99.99% )，將氮?dú)獯等脘X熔液，并通過攪拌頭的快速攪拌，使氮?dú)馀菁?xì)小而分散，氮?dú)馍仙莩龅倪^程中，吸收了鋁液中的氫氣并攜帶上升至鋁液表面逸出。除氣完畢可以作一個(gè)真空試樣，將鋁熔液放置在1. 真空度的環(huán)境中凝固， 如果表面繼續(xù)凹陷，表示除氣有效，否則必須再次除氣?；蛲ㄟ^測定密度來檢驗(yàn)，密度必須大于2. 6。本發(fā)明在冷卻后的鋁基體中造成了穩(wěn)定性極高的間隙原子和間隙相，成為新的高效強(qiáng)化相，使材料的強(qiáng)度和硬度得到提高。本發(fā)明在變形鋁合金中加入0.8 1.4%的Mo， 0. 8 2. 8%的B以及0. 8 1. 4%的Li元素，可以在合金凝固過程中有效增加異質(zhì)形核核心，從而達(dá)到晶粒細(xì)化的效果，增強(qiáng)合金強(qiáng)度；并且加入的元素可以促進(jìn)形成間隙原子和間隙相，高溫時(shí)在α (Al)固溶體中溶解度大，而在室溫時(shí)很小，從而使合金具有較高的可熱處理性質(zhì)，熱處理后，其強(qiáng)度和硬度都有很大程度的提高。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種鑄鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0.7%的Si，0.4%的Fe，0. 的 Cu, 0. 1 % 的 Mn, 0. 4 % 的 Mg, 0. 15 % 的 Zn, 0. 01 % 的 Ti，0. 8 % 的 Mo，0. 09 % 的 Β、0· 06 % 的 Li，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 1%。本發(fā)明還提供所述鑄鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入MoB和LiAlH4，包括以下步驟步驟一按照所述鑄鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 7 1. 的 Si，小于等于0.4%的Fe，0. 1 0.4%的Cu，0. 1 0. 3%的Mn，0. 4 0. 8%的Mg，小于等于 0. 15%的 Zn，0. 01 0. 04%的 Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用純液態(tài)氮?dú)鈱?duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時(shí)將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 89%的ΜοΒ、0. 32%的LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB和LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄
造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。實(shí)施例2 —種鑄鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0. 91%&Si，0. 3%的 ^，0. 3%的 Cu，0. 2% 的 Μη，0. 6% 的 Mg，0. 的 Ζη，0. 03% 的 Ti，1. 的Mo，0. 12% 的 B、0. 08% 的 Li， 余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 1%。本發(fā)明還提供所述鑄鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入MoB和LiAlH4，包括以下步驟步驟一按照所述鑄鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0.91%的Si， 0. 3%的 Fe，0. 3%的 Cu，0. 2%的 Μη，0· 6%的 Mg，0. 的 Ζη,Ο. 03%的 Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)鈱?duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同
5時(shí)將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1. 22%的ΜοΒ、0. 44%的LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB和LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。實(shí)施例3 —種鑄鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括1. 1 %的Si，0. 29 %的狗，0. 4%的 Cu，0. 3% 的 Μη，0· 8% 的 Mg，0. 08% 的 Ζη，0. 04% 的 Ti，1. 4% 的Μο，0· 16% 的 Β、0. 的 Li， 余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 1%。本發(fā)明還提供所述鑄鋁合金的制備方法，以復(fù)合處理方式加入MoB和LiAlH4，包括以下步驟步驟一按照所述鑄鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1. 的Si， 0. 29%的 Fe，0. 4%的 Cu，0. 3%的 Μη，0· 8%的 Mg，0. 08%的 Ζη,Ο. 04%的 Ti ；步驟二 先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)鈱?duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時(shí)將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比1. 56%的ΜοΒ、0. 55%的LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB和LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，沿以下兩種流程分別進(jìn)行不同制品的鑄造生產(chǎn)。流程一沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。流程二 轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、 壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。
權(quán)利要求
1.一種去除針孔的鑄鋁合金，其特征在于以質(zhì)量百分比計(jì)，包括0.7 1. 的Si， 小于等于0. 4%的Fe，0. 1 0.4%的Cu，0. 1 0. 3 %的Mn，0. 4 0. 8 %的Mg，小于等于 0. 15%的 Zn，0.01 0. 04%的 Ti，0.8 1.4%的] 0，0. 09 0. 16%的 B、0. 06 0. 的 Li，余量為Al和不可避免的雜質(zhì)，每種雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 05%，所有雜質(zhì)的含量不超過總質(zhì)量百分比的0. 1%。
2.—種權(quán)利要求1所述去除針孔的鑄鋁合金的熔煉方法，其特征在于包括下述步驟 步驟一按照所述鑄鋁合金的組分備料，包括占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 7 1. 的Si，小于等于0. 4%的Fe，0. 1 0.4%的Cu，0. 1 0. 3 %的Mn，0. 4 0. 8 %的Mg，小于等于 0. 15%的 Zn，0. 01 0. 04%的 Ti ；步驟二先往熔煉爐中加入鋁錠或熔融鋁液，加熱使之完全熔化，按配方比例先加入步驟一的備料，使之完全溶解和熔化，精煉后在700 1000°C下保溫，得到合金熔體；熔化過程在封閉環(huán)境內(nèi)完成；步驟三使用氮?dú)鈱?duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時(shí)將占總產(chǎn)品質(zhì)量百分比0. 89 1. 56%的ΜοΒ、0. 32 0. 55%的LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB和LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680 730°C，合金液出爐，進(jìn)行鑄造。
3.—種權(quán)利要求2所述去除針孔的鑄鋁合金的熔煉方法，其特征在于所述的鑄造流程是將合金液沿流槽傾倒出爐，至立式水冷鑄造機(jī)系統(tǒng)，鑄造加工用錠坯，特別是鑄造厚度 500mm以上的大型扁錠和直徑500mm以上的圓棒。
4.一種權(quán)利要求2所述去除針孔的鑄鋁合金的熔煉方法，其特征在于所述的鑄造流程是將合金液轉(zhuǎn)注入鑄件的鑄模中，使用金屬型、砂型或混合型鑄方式，采用重力鑄造、壓力鑄造或差壓鑄造工藝，鑄造鋁合金鑄件，特別是鑄造大型、薄壁或復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋁合金鑄件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除針孔的鑄鋁合金及其熔煉方法，先加熱鋁錠或熔融鋁液使之完全熔化；加入Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zn和Ti，使之完全溶解和熔化；精煉后在700～1000℃下保溫，得到合金熔體；使用氮?dú)饣蚨栊詺怏w或氮?dú)馀c惰性氣體任意比例的混合氣體對(duì)合金熔體進(jìn)行除氣凈化作業(yè)，并持續(xù)通氣直至反應(yīng)完畢；同時(shí)將MoB、LiAlH4粉末以流態(tài)化方式隨上述氣體加入到合金熔體中；進(jìn)行攪拌，使MoB、LiAlH4在合金熔體中分布均勻，并與合金熔體充分反應(yīng)；靜置、調(diào)溫至680～730℃，合金液出爐，進(jìn)行鑄造生產(chǎn)。本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有鋁合金性能的不足，提高其強(qiáng)韌性、成形性和淬透性，為高效深加工提供高端基材。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102418010SQ201110420878
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者張中可, 車云, 門三泉 申請(qǐng)人:貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司