專利名稱：一種6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6系鋁合金的制備方法。
背景技術(shù)：
大型特種鋁合金型材具有斷面尺寸大、寬厚比大、壁厚差異明顯、長度大和形狀復(fù)雜等特點(diǎn)，長度在IOm以上甚至可達(dá)30m，形狀一般為多孔異型空心型材。6系鋁合金(又稱6XXX系鋁合金)由于具有適中的強(qiáng)韌性配合、良好的變形能力，非常適宜于生產(chǎn)大型特種鋁合金型材，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地鐵、輕軌和高速列車車廂材料的地板、頂板、側(cè)板等。 6系鋁合金的擠壓型材寬度超過640mm，交貨長度達(dá)到25m 28m，相應(yīng)的擠壓錠坯尺寸達(dá)到 Φ 785mmX 2000mmo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(dòng),迫切需求國內(nèi)低成本地生產(chǎn)出高品質(zhì)6xxx系超大規(guī)格鋁合金擠壓材。其中，保證超大規(guī)格6xxx系招合金擠壓材具有聞性能的關(guān)鍵在于獲得聞品質(zhì)大尺寸鋁合金鑄錠以滿足擠壓比的要求。國內(nèi)東北輕合金有限責(zé)任公司及吉林邁達(dá)斯有限公司采用鋁錠重熔方法已經(jīng)生產(chǎn)出6xxx系鋁合金擠壓材，但是合成的鋁合金鑄錠尺寸普遍較小，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6XXX系鋁合金擠壓材。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，是一種降低成本、綠色環(huán)保的鋁合金鑄錠制備方法，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。由于電解鋁液具有溫度高、夾雜多、含氣及含鈉多的特點(diǎn)，且電解鋁液組織對(duì)合金鑄錠顯微組織具有遺傳效應(yīng)，因此，由電解鋁液直接制備的合金顯微組織與由鋁錠重熔制備的合金組織不盡相同。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(duì)合金化程度較低且尺寸較小的鋁合金，采用電解鋁液半連續(xù)鑄造(DC)方法制備大規(guī)格6xxx系鋁合金擠壓材鮮有報(bào)道。盡管國內(nèi)已經(jīng)利用電解鋁液直接合金化制備得到6063和6201等合金鑄錠，但制備的合金鑄錠規(guī)格均較小，不超過310mm，不能滿足我國發(fā)展軌道列車用6系鋁合金大規(guī)格型材的需求。

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6系鋁合金的制備方法，該方法采用電解鋁液半連續(xù)鑄造得到大直徑6系鋁合金鑄錠。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種6系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Mg、Cu、Al_Mn中間合金和Al-Si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(duì)所述第二合金熔液鑄造，鑄造速度為15 35mm/min,鑄造溫度為710 730°C，得到6系鋁合金鑄錠。
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優(yōu)選的，所述第一合金熔液的溫度為740°C 770°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720 730°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，所述結(jié)晶器的直徑為817mm。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6系鋁合金鑄錠的直徑為815 820mm。優(yōu)選的，所述6系招合金鑄錠的直徑為817mm。本發(fā)明提供一種6系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Mg、Cu、 Al-Mn中間合金和Al-Si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精煉、除氣、除渣、攪拌和扒渣處理后，在線加入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(duì)所述第二合金熔液鑄造，得到6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，控制鑄造溫度與鑄造速度，利用半連續(xù)鑄造法制備得到6系鋁合金鑄錠。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的6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和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，可以滿足我國發(fā)展軌道列車用6 系鋁合金大規(guī)格型材的需求。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)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(dòng)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6系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Mg、Cu、 Al-Mn中間合金和Al-Si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(duì)所述第二合金熔液鑄造，鑄造速度為15 35mm/min，鑄造溫度為710 730°C，得到6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740 770°C，更優(yōu)選為 750 770°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、Mg、Cu、Al-Mn中間合金和Al-Si中間合金與制備的 6系鋁合金的具體型號(hào)相關(guān)；所述加入的鋁合金鑄錠多少不僅與制備的6系鋁合金的具體型號(hào)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、Mg、Cu、Al-Mn中間合金、Al-Si中間合金和鋁鑄錠的用量，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(duì)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(duì)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中間合金優(yōu)選為Al-Ti-B絲，該Al-Ti-B絲的加入對(duì)制備的鋁合金鑄錠的微觀組織和力學(xué)性能均有明顯的影響。本發(fā)明對(duì)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。最后，本發(fā)明利用半連續(xù)鑄造法對(duì)所述第二合金熔液鑄造，鑄造溫度為710 730°C，優(yōu)選為720 730°C ;鑄造速度為15 35mm/min，優(yōu)選為20 30mm/min。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817mm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(duì)所述立式半連續(xù)鑄造機(jī)的鑄造速度、 鑄造溫度以及冷卻水量進(jìn)行控制，達(dá)到避免鋁合金鑄錠裂紋出現(xiàn)的目的。所述半連續(xù)鑄造法中冷卻水量優(yōu)選為7m3/t 10m3/t,更優(yōu)選為8m3/t 10m3/t,更優(yōu)選為9m3/t 10m3/t。 其中，鑄造速度過大或過小、冷卻水量過多或過少均會(huì)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(shí)，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6系鋁合金，制備的6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817mm，鑄錠長度超過
6.5m，可滿足擠壓生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)件的要求。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(duì)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(duì)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、Al-MruAl-Si中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時(shí)添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740°C 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710 720°C，鑄造時(shí)在線添加Al-Ti-B絲對(duì)熔體進(jìn)行細(xì)化處理，
5結(jié)合采用擋水板進(jìn)行油滑鑄造，鑄造速度控制在15mm/min 35mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的6XXX系鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好。對(duì)本實(shí)施例制備的該鋁合金鑄錠進(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、Al-MruAl-Si中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時(shí)添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740°C 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710 720°C，鑄造時(shí)在線添加Al-Ti-B絲對(duì)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15mm/min 35mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的6XXX系鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好。對(duì)本實(shí)施例制備的該鋁合金鑄錠進(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、Al-MruAl-Si中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時(shí)添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740°C 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710 720°C，鑄造時(shí)在線添加Al-Ti-B絲對(duì)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15mm/min 35mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的6XXX系鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好。對(duì)本實(shí)施例制備的該鋁合金鑄錠進(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、Al-MruAl-Si中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時(shí)添加少量純鋁錠以控制鋁熔體溫度為740°C 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710 720°C，鑄造時(shí)在線添加Al-Ti-B絲對(duì)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15mm/min 35mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的6XXX系鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好。對(duì)本實(shí)施例制備的該鋁合金鑄錠進(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、Al-MruAl-Si中間合金于熔煉爐中直接合金化，同時(shí)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(shí)在線添加Al-Ti-B絲對(duì)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15mm/min 35mm/min、冷卻水量控制在 7m3/t 10m3/t，鑄造得到直徑為817mm的6XXX系鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠表面質(zhì)量良好、鑄錠顯微組織均勻致密、熱加工性能良好。對(duì)本實(shí)施例制備的該鋁合金鑄錠進(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6系鋁合金鑄錠的化學(xué)成分百分比
權(quán)利要求
1.一種6系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Mg、Cu、Al-Mn中間合金和Al-Si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(duì)所述第二合金熔液鑄造，鑄造速度為15 35mm/min,鑄造溫度為 710 730°C，得到6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740V 770。。。
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720 730°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6所述的制備方法，其特征在于，所述結(jié)晶器的直徑為817mm。
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 10m3/t。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述6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6系鋁合金鑄錠的直徑為 817mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種6系鋁合金的制備方法，包括以下步驟將電解鋁液、Mg、Cu、Al-Mn中間合金和Al-Si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(duì)所述第二合金熔液鑄造，得到6系鋁合金鑄錠。本發(fā)明以電解鋁液為原料，控制鑄造溫度與鑄造速度，利用半連續(xù)鑄造法制備得到6系鋁合金鑄錠，制備的6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和熱加工性能良好等特點(diǎn)，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，可以滿足我國發(fā)展軌道列車用6系鋁合金大規(guī)格型材的需求。
文檔編號(hào)C22C21/00GK102605203SQ20121008891
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:山東兗礦輕合金有限公司