專利名稱：一種7系鋁合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種7系鋁合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鋅鎂總含量在5. 0% 6. 5%之間且基本不含Cu的7系鋁合金在鋁加工領(lǐng)域通常稱為中強(qiáng)可焊7系鋁合金，又稱7XXX系鋁合金，其具有超強(qiáng)的自然強(qiáng)化能力和中等強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度在294. O 441. OMPa之間，且焊接過程導(dǎo)致的軟化經(jīng)充分自然時效后可自行恢復(fù)，適合于制造焊接后不便進(jìn)行熱處理的焊接構(gòu)件，是地面車輛和裝備、航空航天器以及軍用艦艇和民用船舶的主要輕質(zhì)焊接結(jié)構(gòu)材料。中強(qiáng)可焊7系鋁合金的起源可追溯于20世紀(jì)二十年代德國科學(xué)家K. L. Meissner 和W. Sander發(fā)現(xiàn)的Al-Zn-Mg合金。直到20世紀(jì)六十年代，美國才通過向Al-Zn-Mg合金中加入微量的Cr、Mn和Zr，開發(fā)出具有良好焊接性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的7005和 7004(Al-4. 5Zn-1.5Mg)鋁合金，使該類合金廣泛應(yīng)用于焊接結(jié)構(gòu)。與此同時，為獲得更好的工藝性能，日本通過降低鎂含量和提高鋅鎂比研制出ZK60(Al-6. OZn-O. 75Mg)和 ZK61 (Al-6. OZn-O. 35Mg)合金，這類合金具有優(yōu)良的擠壓性能和焊接性能，但由于合金中的鎂含量偏低，造成合金的強(qiáng)度下降較多。此外，前蘇聯(lián)的1933、1915合金，意大利的 Carpenial30合金和加拿大的7104合金,這些合金也存在強(qiáng)度偏低的問題,不能用于重要的承載結(jié)構(gòu)件中。20世紀(jì)七十年代出現(xiàn)了強(qiáng)度更高的可焊7020合金，廣泛應(yīng)用于火箭箱體材料和運(yùn)輸工具支架材料中。目前，7N01和7005板材及擠壓材已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高速列車車架、枕梁等關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件以及坦克的履帶、防彈性；焊接性優(yōu)良的7037和7039合金板材主要用于裝甲車；7449及7040鋁合金廣泛應(yīng)用于空客A340-500/600型飛機(jī)的機(jī)翼。隨著我國航天航空工業(yè)、軌道交通、軍用車輛以及艦船制造裝備業(yè)的快速發(fā)展，尤其是我國大飛機(jī)項(xiàng)目的啟動，迫切需求國內(nèi)能生產(chǎn)出高品質(zhì)大規(guī)格中強(qiáng)及高強(qiáng)可焊7xxx 系鋁合金材料以擺脫國外的控制和降低成本。國內(nèi)東北輕合金有限責(zé)任公司、山東叢林集團(tuán)有限公司及吉林邁達(dá)斯有限公司采用鋁錠重熔方法已經(jīng)生產(chǎn)出中強(qiáng)可焊7XXX系鋁合金鑄錠，但目前的合金鑄錠尺寸普遍較小均未能突破700mm，更重要的是，國內(nèi)甚至國際基本上均采用鋁錠重熔方法制造可焊7XXX系鋁合金。采用電解鋁液直接生產(chǎn)鋁合金鑄錠具有顯著的節(jié)能降耗減排放的作用，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于歐美等發(fā)達(dá)國家。近十年來，我國也開始采用高溫電解鋁液直接生產(chǎn)鋁合金鑄錠。然而，目前國內(nèi)外采用電解鋁液直接生產(chǎn)的鑄錠主要是針對合金化程度較低的鋁合金，一般合金元素含量不超過5%，采用電解鋁液半連續(xù)鑄造(DC)方法制備大規(guī)格可焊7XXX系鋁合金鮮有報道。本發(fā)明人考慮，提供一種7系鋁合金的制備方法，采用電解鋁液半連續(xù)鑄造7 系招合金。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種7系鋁合金的制備方法，該方法采用電解鋁液半連續(xù)鑄造得到7系鋁合金。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種7系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Zn、Mg和Al-Mn中間合金在熔煉爐中合金化，得到第一合金熔液；將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，加入Al-Ti-B中間合金進(jìn)行細(xì)化處理，得到第二合金熔液；利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，得到7系鋁合金鑄錠。優(yōu)選的，所述第一合金熔液的溫度為740 760°C。優(yōu)選的，還包括向所述第一合金熔液中加入鋁錠控制所述第一合金熔液的溫度。優(yōu)選的，所述鑄造溫度為710 730°C。優(yōu)選的，所述半連續(xù)鑄造法采用立式半連續(xù)鑄造機(jī)。優(yōu)選的，所述立式半連續(xù)鑄造機(jī)包括直徑為815 820mm的結(jié)晶器。優(yōu)選的，所述半連續(xù)鑄造法中鑄造速度為10 20mm/min。優(yōu)選的，所述半連續(xù)鑄造法中冷卻水量為7m3/t 10m3/t。優(yōu)選的，所述7系鋁合金鑄錠的直徑為815 820mm。優(yōu)選的,所述7系招合金鑄錠的直徑為817_。本發(fā)明提供一種7系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Zn、Mg和 Al-Mn中間合金在熔煉爐中合金化，得到第一合金熔液；將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，加入Al-Ti-B中間合金進(jìn)行細(xì)化處理， 得到第二合金熔液；利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，得到7系鋁合金鑄錠。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以電解鋁液為原料，利用半連續(xù)鑄造法制備得到7系鋁合金鑄錠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的7系鋁合金鑄錠具有化學(xué)成分穩(wěn)定好、鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好等特點(diǎn)，更重要的是，本發(fā)明制備的合金鑄錠直徑可達(dá)到817_，鑄錠長度為6. 5 7m，對我國大型構(gòu)件的生產(chǎn)具有重要意義。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種7系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Zn、Mg和 Al-Mn中間合金在熔煉爐中合金化，得到第一合金熔液；將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，加入Al-Ti-B中間合金進(jìn)行細(xì)化處理， 得到第二合金熔液；利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，得到7系鋁合金鑄錠。在上述制備過程中，所述第一合金熔液的溫度優(yōu)選為740 760°C，更優(yōu)選為 740 750°C。由于電解鋁液的溫度較高，本發(fā)明優(yōu)選利用加入冷料的方法控制第一合金熔液的溫度，具體的，本發(fā)明還優(yōu)選包括向所述第一合金熔液中加入鋁錠控制所述第一合金熔液的溫度。本發(fā)明采用的電解鋁液、Zn、Mg、Al-Mn中間合金與制備的7系鋁合金的具體型號相關(guān)；所述加入的鋁合金鑄錠多少不僅與制備的7系鋁合金的具體型號相關(guān)、與電解鋁液的用量相關(guān)，且與所述第一合金熔液的溫度相關(guān)。本發(fā)明采用的電解鋁液、Zn、Mg、Al-Mn 中間合金、鋁鑄錠的用量，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制。在制備得到第一合金熔液后，將所述第一合金熔液充分?jǐn)嚢?，扒渣，取樣化?yàn)成分，從而達(dá)到控制所述第一合金熔液成分的目的。本發(fā)明對于所述將第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理的步驟并無特別要求，可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法進(jìn)行。具體的，將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，還優(yōu)選包括將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣進(jìn)行除氣除渣，利用陶瓷過濾板過濾。 分別進(jìn)行上述保溫爐內(nèi)和保溫爐外的處理后，實(shí)現(xiàn)了對第一鋁合金熔液的除氣除渣，保證了制備的鋁合金鑄錠的良好的性能。由于在鋁合金制備過程中，不添加細(xì)化劑的鋁合金鑄錠的晶粒粗大、柱狀晶發(fā)達(dá)， 深沖性能差，因此，本發(fā)明加入Ti、B元素使鋁合金鑄錠細(xì)化，提高鋁合金鑄錠的力學(xué)性能， 改善鋁合金鑄錠的表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品的成品率。本發(fā)明采用的用于細(xì)化處理的Al-Ti-B 中間合金優(yōu)選為Al-Ti-B絲，該Al-Ti-B絲的加入對制備的鋁合金鑄錠的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能均有明顯的影響。本發(fā)明對于所述Al-Ti-B絲的添加方式與添加速度并無特別要求，可以根據(jù)制備的鋁合金鑄錠的具體成分與大小調(diào)節(jié)的Al-Ti-B絲的添加量與添加速度。另外，該Al-Ti-B絲優(yōu)選采用在線添加的方式。最后，本發(fā)明利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，鑄造溫度優(yōu)選為 710 730°C，更優(yōu)選為720 730°C。其中，所述半連續(xù)鑄造法優(yōu)選采用立式半連續(xù)鑄造機(jī)，更優(yōu)選的，所述立式半連續(xù)鑄造機(jī)包括直徑為815 820mm的結(jié)晶器，更優(yōu)選采用直徑為817_的結(jié)晶器。采用上述直徑的結(jié)晶器進(jìn)行鑄造過程中，由于所述結(jié)晶器的直徑較大， 因此制備的鋁合金鑄錠易出現(xiàn)裂紋的現(xiàn)象，影響制備的鋁合金鑄錠的品質(zhì)。有鑒于此，本發(fā)明優(yōu)選通過對所述立式半連續(xù)鑄造機(jī)的鑄造速度以及冷卻水量進(jìn)行控制，達(dá)到避免鋁合金鑄錠裂紋出現(xiàn)的目的。本發(fā)明采用的所述半連續(xù)鑄造法中鑄造速度優(yōu)選為10 20mm/min， 更優(yōu)選為12 18mm/min,更優(yōu)選為15 18mm/min ;所述半連續(xù)鑄造法中冷卻水量優(yōu)選為 7m3/1 10m3/t,更優(yōu)選為8m3/t 10m3/t,最優(yōu)選為9m3/t IOmVt。其中，鑄造速度過大或過小、冷卻水量過多或過少均會影響制備的鋁合金鑄錠的品質(zhì)，易導(dǎo)致該鋁合金鑄錠出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象。同時，在利用立式鑄造機(jī)進(jìn)行鋁合金鑄錠的鑄造過程中，優(yōu)選采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造。綜上所述，本發(fā)明采用電解鋁液半連續(xù)鑄造得到7系鋁合金，制備的7系鋁合金具有化學(xué)成分穩(wěn)定、鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好等特點(diǎn)。更重要的是，利用本發(fā)明工藝技術(shù)可制備出的合金鑄錠直徑可達(dá)到817_，鑄錠長度超過6. 5m，約為6. 5 7m，可以滿足我國發(fā)展大運(yùn)輸機(jī)、航空航天工業(yè)及軌道交通用中強(qiáng)可焊 7xxx系鋁合金大規(guī)格型材的需求。此外，本發(fā)明利用電解鋁液直接合金化制備鋁合金鑄錠具有顯著的節(jié)能減排作用。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實(shí)施例采用的化學(xué)試劑均為市購。
實(shí)施例I向高溫電解原鋁液中加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn以及Al-IOMn中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740°C 750°C，充分?jǐn)嚢琛窃?，取樣化?yàn)成分，再轉(zhuǎn)注入可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置；將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣除氣除渣、陶瓷過濾板過濾后， 利用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄造，步驟為控制熔體溫度為710 720°C，鑄造時在線添加Al-Ti-B絲對熔體進(jìn)行細(xì)化處理， 結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在10mm/min 20mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的7N01合金鑄錠，該7N01合金鑄錠表面質(zhì)量良好、 鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好。對本實(shí)施例制備的7N01合金鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例2向高溫電解原鋁液中加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn以及Al-IOMn中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為750°C 760°C，充分?jǐn)嚢?、扒渣，取樣化?yàn)成分，再轉(zhuǎn)注入可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置；將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣除氣除渣，陶瓷過濾板過濾后， 利用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄造，步驟為控制熔體溫度為710°C 715°C，鑄造時在線添加Al-Ti-B絲對熔體進(jìn)行細(xì)化處理，結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在10mm/min 25mm/min、冷卻水量控制在7m3/t 10m3/t，鑄造出直徑為817mm的7005合金鑄錠，該7005合金鑄錠表面質(zhì)量良好、 鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好。對本實(shí)施例制備的7005合金鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例3向高溫電解原鋁液中加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn以及Al-Mn中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740V 750°C，充分?jǐn)嚢?、扒渣，取樣化?yàn)成分，再轉(zhuǎn)注入可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置；將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣除氣除渣，陶瓷過濾板過濾后， 利用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄造，步驟為控制熔體溫度為710°C 720°C，鑄造時在線添加Al-Ti-B絲對熔體進(jìn)行細(xì)化處理，結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在10mm/min 20mm/min、冷卻水量控制在7m3/t 10m3/t，鑄造出直徑為817mm的7N01合金鑄錠，該7N01合金鑄錠表面質(zhì)量良好、 鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好。對本實(shí)施例制備的7N01合金鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例4向高溫電解原鋁液中加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn以及Al-Mn中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740V 750°C，充分?jǐn)嚢?、扒渣，取樣化?yàn)成分，再轉(zhuǎn)注入可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置；將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣除氣除渣，陶瓷過濾板過濾后， 利用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄造，步驟為
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控制熔體溫度為710°C 720°C，鑄造時在線添加Al-Ti-B絲對熔體進(jìn)行細(xì)化處理，結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在10mm/min 20mm/min、冷卻水量控制在7m3/t 10m3/t，鑄造出直徑為817mm的7N01合金鑄錠，該7N01合金鑄錠表面質(zhì)量良好、 鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好。對本實(shí)施例制備的7N01合金鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表I所示。實(shí)施例5向高溫電解原鋁液中加入工業(yè)純Mg、工業(yè)純Zn以及Al-Mn中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740V 750°C，充分?jǐn)嚢琛窃?，取樣化?yàn)成分，再轉(zhuǎn)注入可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置；將上述處理后的合金熔液進(jìn)行在線旋轉(zhuǎn)噴吹氬氣除氣除渣，陶瓷過濾板過濾后， 利用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄造，步驟為控制熔體溫度為710°C 720°C，鑄造時在線添加Al-Ti-B絲對熔體進(jìn)行細(xì)化處理，結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在10mm/min 20mm/min、冷卻水量控制在7m3/t 10m3/t，鑄造出直徑為817mm的7N01合金鑄錠，該7N01合金鑄錠表面質(zhì)量良好、 鑄錠顯微組織結(jié)構(gòu)均勻致密、熱加工性能良好。對本實(shí)施例制備的7N01合金鑄錠進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表I所示。表I本發(fā)明實(shí)施例制備的7系鋁合金鑄錠的化學(xué)成分百分比
權(quán)利要求
1.一種7系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Zn、Mg和Al-Mn中間合金在熔煉爐中合金化，得到第一合金熔液；將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后， 加入Al-Ti-B中間合金進(jìn)行細(xì)化處理，得到第二合金熔液；利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，得到7系鋁合金鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述第一合金熔液的溫度為740 760。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，還包括向所述第一合金熔液中加入鋁錠控制所述第一合金熔液的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述鑄造溫度為710 730°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述半連續(xù)鑄造法采用立式半連續(xù)鑄造機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述立式半連續(xù)鑄造機(jī)包括直徑為 815 820臟的結(jié)晶器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述半連續(xù)鑄造法中鑄造速度為 10 20mm/mino
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述半連續(xù)鑄造法中冷卻水量為 7m3/1 IOmVt0
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述7系鋁合金鑄錠的直徑為815 820mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述7系鋁合金鑄錠的直徑為 817mm0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種7系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Zn、Mg和Al-Mn中間合金在熔煉爐中合金化，得到第一合金熔液；將所述第一合金熔液在可傾翻式保溫爐中進(jìn)行精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，加入Al-Ti-B中間合金進(jìn)行細(xì)化處理，得到第二合金熔液；利用半連續(xù)鑄造法對所述第二合金熔液鑄造，得到7系鋁合金鑄錠。本發(fā)明以電解鋁液為原料，利用半連續(xù)鑄造法制備得到7系鋁合金鑄錠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的7系鋁合金鑄錠具有化學(xué)成分穩(wěn)定性好、鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好等特點(diǎn)，更重要的是，本發(fā)明制備的合金鑄錠直徑可達(dá)到817mm，鑄錠長度為6.5～7m，對我國大型構(gòu)件的生產(chǎn)具有重要意義。
文檔編號B22D11/04GK102586638SQ20121008812
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者馮彥波, 周慶波, 孔令均, 孫振宇, 楊富波, 田妮, 聶波, 英衛(wèi)東, 趙榮濤, 韓正乾 申請人:山東兗礦輕合金有限公司