一種7xxx鋁合金的熱頂鑄造工藝及其鋁合金的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種7xxx鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟：A)將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線細化、在線除氣和在線過濾，得到在線處理產(chǎn)物；C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7xxx鋁合金；所述鑄造的速度為15～25mm/min；所述7xxx鋁合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分：0～2.6％的Cu，0～0.6％的Mn，1.1～3.0％的Mg，0～0.3％的Cr元素，4.4～8％的Zn，0～0.06％的Ti、0-0.0009％的Be、0～0.25％的Zr和余量的Al。本發(fā)明提供一種7xxx鋁合金。
【專利說明】 一種7xxx紹合金的熱頂鑄造工藝及其紹合金

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝及其招合金。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是以鋁為基體元素的合金總成，主要包括的合金元素由銅、硅、鎂、鋅、錳，還包括鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等合金元素。鋁合金的密度低，但強度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，是在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬材料，其使用量僅次于鋼。
[0003]通常屈服強度500MPa以上的鋁合金被稱為超高強度鋁合金，他們是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg系為主的可熱處理強化的鋁合金，自上世紀中葉以來，為了提高Al-Zn-Mg系鋁合金的力學(xué)性能，并解決高鋅、高鎂鋁合金中嚴重存在的應(yīng)力腐蝕問題，國外在該類招合金中添加Cu、Cr、Mn等元素，由此產(chǎn)生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu超硬鋁合金。由于它具有高的比強度和硬度、良好的熱加工性、優(yōu)良的焊接性能、高斷裂韌度，以及高抗應(yīng)力腐蝕能力等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，并成為這個領(lǐng)域中重要的材料之
O
[0004]但是，現(xiàn)有的7xxx鋁合金普通鑄造錠坯的探傷合格率較低，僅為80%左右，致使整體的生產(chǎn)成本提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝及其鋁合金，本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝制造的7XXX鋁合金的鑄造錠坯的探傷合格率較高，能夠達到97?99%。
[0006]本發(fā)明提供一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟:
[0007]A)將Cu源，Mn源，Mg源，Cr源，Zn源，Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；
[0008]B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線除氣、在線過濾和在線細化，得到在線處理產(chǎn)物；
[0009]C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金；所述鑄造的速度為15?25mm/min ；
[0010]所述7XXX招合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分:0?2.6%的Cu,O?0.6%的Mn,
1.1 ?3.0%的]\%，0 ?0.3%的 Cr 元素，4.4 ?8%的 Zn，O ?0.06%的 T1、0_0.0009%的Be,O?0.25%的Zr和余量的Al。
[0011]優(yōu)選的，所述熔煉爐氣的溫度為800?1050°C。
[0012]優(yōu)選的，所述步驟A)具體包括以下步驟:
[0013]將Cu源，Mn源，Cr源，Zn源，Ti源、Zr源和Al源進行熔煉，待熔體全部融化后，加入Mg源和Be源，進行熔煉，得到熔煉物。
[0014]優(yōu)選的，所述在線除氣的溫度為715?725°C ；
[0015]所述在線除氣的氣體流速為25?35L/min。
[0016]優(yōu)選的，所述在線細化采用Al-5Ti_B絲進行。
[0017]優(yōu)選的，所述鑄造的速度為18?22mm/min。
[0018]優(yōu)選的，所述鑄造的溫度為730?760°C。
[0019]優(yōu)選的，所述鑄造過程中冷卻水的流量為14?30m3/h。
[0020]優(yōu)選的，當(dāng)所述鑄造的長度在Omm?300mm之間時,所述鑄造過程中冷卻水的流量為 14 ?16m3/h ；
[0021]當(dāng)所述鑄造的長度> 300mm時,將所述鑄造過程中冷卻水的流量以(lm3/h)/50_的速度增加，直到所述冷卻水的流量達到28?30m3/h。
[0022]本發(fā)明還提供如上述技術(shù)方案所述的熱頂鑄造工藝制得的7XXX鋁合金。
[0023]本發(fā)明提供了一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟:A)將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線除氣、在線過濾和在線細化，得到在線處理產(chǎn)物；C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金；所述鑄造的速度為15?25mm/min ;所述7XXX招合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分:0?2.6%的Cu,O?0.6%的Mn, 1.1?3.0% 的 Mg，O ?0.3% 的 Cr 元素，4.4 ?8% 的 Zn，O ?0.06% 的 T1、0_0.0009% 的 Be、0 ?
0.25%的Zr和余量的Al。本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝采用了較低的鑄造速度，以減小鑄錠的中心裂紋傾向，而且，鑄錠也不會出現(xiàn)嚴重冷隔產(chǎn)生橫向裂紋，提高了鑄錠成型率，并且，本發(fā)明在鑄造前對合金進行了細化，提高了鑄錠內(nèi)部冶金質(zhì)量，結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝得到的7XXX鋁合金的探傷合格率在97?99%，鑄錠晶粒度為I級。

【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種7xxx鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟:A)將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線除氣、在線過濾和在線細化，得到在線處理產(chǎn)物；C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金；所述鑄造的速度為15?25mm/min ;所述7XXX招合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分:0?2.6%的Cu, O?0.6%的Mn, 1.1?3.0% 的 Mg，O ?0.3% 的 Cr 元素，4.4 ?8% 的 Zn，O ?0.06% 的 T1、0_0.0009% 的 Be、0 ?
0.25%的Zr和余量的Al。
[0025]本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝得到的7XXX鋁合金的探傷合格率較高，能夠達到97 ?99%。
[0026]本發(fā)明將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；本發(fā)明優(yōu)選將在熔煉爐中進行所述熔煉，本發(fā)明優(yōu)選在裝爐前先在所述熔煉爐中撒入二號溶劑將Cu源，Mn源，Cr源，Zn源，Ti源、Zr源和Al源裝入熔煉爐中，進行熔煉，當(dāng)熔體軟化下榻化平后，向爐內(nèi)撒入二號溶劑粉，待上述爐料全部熔化，熔體溫度達到720?740°C時，加入的Mg源和Be源，加完后采用二號溶劑粉進行覆蓋，攪拌后熔煉，得到熔煉物。
[0027]在裝爐時，原則上應(yīng)按從小到大的順序進行，即將先裝小塊料，再裝大塊料，同時將熔點高的中間合金裝在中上層，易燒損的金屬裝在中層。
[0028]在本發(fā)明中，所述Cu在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為O?2.6%，更優(yōu)選為O?
2.3%，最優(yōu)選為O?1.8% ;本發(fā)明優(yōu)選采用純Cu板進行所述熔煉，所述純Cu板中Cu的質(zhì)量分數(shù)彡99.95%。
[0029]在本發(fā)明中，所述Mn在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為O?0.6%，更優(yōu)選為O?0.5%，最優(yōu)選為O?0.4% ;本發(fā)明優(yōu)選采用Al-Mn中間合金進行所述熔煉，所述Al-Mn中間合金中Mn的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為14?16%，更優(yōu)選為15%。
[0030]在本發(fā)明中，所述Cr在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為O?0.3%，優(yōu)選為O?0.2%；本發(fā)明優(yōu)選采用Al-Cr中間合金進行所述熔煉，所述Al-Cr中間合金中Cr的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為3?5%，更優(yōu)選為4%。
[0031 ] 在本發(fā)明中，所述Zn在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為4.4?8 %，優(yōu)選為5?7%，更優(yōu)選為5.5?6.5% ;本發(fā)明優(yōu)選采用純鋅錠進行所述熔煉，所述純鋅錠中Zn的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選> 99.99%。
[0032]在本發(fā)明中，所述Ti在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為O?0.06 %，優(yōu)選為O?0.03% ;所述Ti可以細化晶粒和防止鑄錠裂紋，本發(fā)明優(yōu)選采用Al-Ti中間合金進行所述熔煉，所述Al-Ti中間合金中Ti的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為3?5%，更優(yōu)選為4 %。
[0033]在本發(fā)明中，所述Zr在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為O?0.25%，優(yōu)選為O?
0.15% ;本發(fā)明優(yōu)選采用Al-Zr中間合金進行所述熔煉，所述Al-Zr中間合金中Zr的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選為3?5 %，更優(yōu)選為4 %。
[0034]在本發(fā)明中，所述Mg在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)為1.1?3.0%，優(yōu)選為
1.5?2.5% ;本發(fā)明優(yōu)選采用純Mg錠進行所述熔煉,所述純Mg錠中Mg的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選彡 99.95%。
[0035]在本發(fā)明中，所述Be的質(zhì)量分數(shù)為0-0.0009 %
[0036]在本發(fā)明中，所述Al在所用的原料中的質(zhì)量分數(shù)與其他組分的質(zhì)量分數(shù)之和為100%，本發(fā)明優(yōu)選采用純Al錠進行所述熔煉，所述純Al錠中，Al的質(zhì)量分數(shù)優(yōu)選彡 99.7%。
[0037]在本發(fā)明中，所述二號溶劑粉為市售產(chǎn)品，每次的使用量優(yōu)選為上述原料總量的0.5?2%，更優(yōu)選為1%。
[0038]在本發(fā)明中，所述7xxx合金包括牌號為7A04的鋁合金，7A05鋁合金，7A09鋁合金，7050鋁合金和7085鋁合金，不同牌號的鋁合金所含的化學(xué)成分以及化學(xué)成分的含量有所不同，如，以質(zhì)量分數(shù)計，在7A04鋁合金中，含1.7 %的Cu、0.4%的Mg、2.3 %的Mg、
0.15%的Cr、6.0%的Ζη、0.02的Ti和余量的Al ;在7A05鋁合金中，含0.25%的Mn、1.4%的Mg、0.12%的Cr、4.7%的Ζη、0.03%的11、0.12的Zr和余量的Al ;在7么09鋁合金中，含
1.6%的Cu,2.5%的Mg、。.22%的Cr,5.6%的Zn和余量的Al ;在7050鋁合金中，含2.3%的Cu,2.3%的Mg、6.2%的Zn,0.02%的Ti,0.12%的Zr和余量的Al ;在7085鋁合金中，含 1.7%的 Cu、l.7%的 Mg、7.6%的 Ζη、0.12%的 Zr 和余量的 Al。
[0039]在本發(fā)明中，所述熔煉過程中熔煉的爐膛溫度優(yōu)選為800?1050°C，更優(yōu)選為900?1000°C，所述熔煉中熔體的溫度優(yōu)選為600?770°C，更優(yōu)選為650?750°C;所述熔煉的時間優(yōu)選為20?60min，更優(yōu)選為30?50min。
[0040]完成所述熔煉后，本發(fā)明優(yōu)選對得到的熔體進行取樣，以便對熔體成分進行分析，然后根據(jù)上述各成分的含量要求進行相應(yīng)的成分調(diào)整，所述調(diào)整的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法。具體的，根據(jù)送檢結(jié)果決定是否沖淡或者補料，沖淡或者補料按量按以下公式進行:
[0041]若生產(chǎn)7A04鋁合金鑄錠長度4200mm，I次鑄造4根，考慮氧化燒損5%，鑄錠規(guī)格Φ650，該合金密度為2800kg/m3，則計算出總的投料量=π Χ0.652/4X4.2Χ4Χ (1+5% )X2800 ^ 17400kg。
[0042]以Cu元素為例,如果Cu元素爐前分析值為1.3%,需補到1.6%,
[0043]則需補含量40% 的 Al-Cu 中間合金重量=17400 X (1.6%-l.3%)/40%^ 130kg
[0044]如果Cu元素爐前分析值2.1 %，需沖淡到1.9%，
[0045]則需沖淡用的AL99.70 錠總量=17400X (2.1% -1.9% )/1.9%^ 180kg
[0046]注意補料或者沖淡前，應(yīng)適當(dāng)提高熔體溫度至750°C以上，且加入的金屬或者中間合金應(yīng)干燥，防止放炮等事故。
[0047]本發(fā)明優(yōu)選在爐門中間熔體進行取樣，并在取樣后采用所述二號溶劑粉進行覆至JHL ο
[0048]完成成分調(diào)整后，本發(fā)明優(yōu)選采用精煉管進行爐內(nèi)氬氣精煉，所述精煉的時間優(yōu)選為15?30min，更優(yōu)選為20min，所述精煉的溫度優(yōu)選為730?750°C，更優(yōu)選為740°C ；所述精煉時氣泡的高度不應(yīng)超過80mm。
[0049]完成所述精煉后，本發(fā)明優(yōu)選將熔體進行靜置，得到熔煉物，所述靜置的時間優(yōu)選^ 25min。
[0050]得到熔煉物后，本發(fā)明將所述熔煉物依次進行在線除氣、在線過濾和在線細化，得到在線處理產(chǎn)物。在本發(fā)明中，所述在線除氣優(yōu)選采用雙轉(zhuǎn)子除氣精煉裝置，所述精煉用氣的流量優(yōu)選為25?35L/min，更優(yōu)選為30L/min ;所述精煉的溫度優(yōu)選為715?725°C，更優(yōu)選為720°C ;所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為290?310rpm，更優(yōu)選為295?305rpm。
[0051]在本發(fā)明中，所述在線過濾優(yōu)選采用單級30ppi陶瓷過濾板進行過濾；所述在線細化優(yōu)選采用Al-5T1-B絲。
[0052]完成在線處理后，本發(fā)明將得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金，在本發(fā)明中，所述鑄造的速度為14?25mm/min,優(yōu)選為15?24mm/min ;因為有適當(dāng)高度的保溫帽保溫，因此，本發(fā)明可以采用很低的鑄造速度進行鑄造，以減小中心裂紋傾向，鑄錠也不會出現(xiàn)嚴重冷隔產(chǎn)生橫向裂紋。所述鑄造的溫度優(yōu)選為730?760°C，更優(yōu)選為740?750°C;所述鑄造過程中冷卻水的流量優(yōu)選為15?30m3/h。在本發(fā)明中，所述鑄造開始的時候，所述鑄造速度優(yōu)選為14?16mm/min,更優(yōu)選為15mm/min,所述冷卻水流量優(yōu)選為14?16m3/h,更優(yōu)選為15m3/h ;當(dāng)鑄造長度達到300mm后,將所述鑄造速度以(lmm/min)/50mm的速度增加，直至所述鑄造速度達到24?26mm/min,更優(yōu)選為25mm/min ;所述冷卻水的流量以(lm3/h)/50mm、的速度增加(即鑄造的長度達到300mm后，鑄造長度每增加50mm，水流量增加lm3/h)，直到所述冷卻水的流量達到28?30m3/h。本發(fā)明采用逐漸加強的水冷方法，由于一次水冷較弱，液穴較淺，不容易產(chǎn)生中心裂紋鑄錠，二次水冷相對加強，冷卻速度大大提高，使得得到的鋁合金鑄錠內(nèi)部組織致密，提高了鑄錠成型率和內(nèi)部冶金質(zhì)量。
[0053]本發(fā)明優(yōu)選在澆口部液體尚有1/3時停水，當(dāng)澆口部馬上要脫離結(jié)晶器時停車，完成所述鑄造。
[0054]完成所述鑄造后，本發(fā)明優(yōu)選對得到的鑄錠進行退火，以去除應(yīng)力，所述退火的溫度優(yōu)選為350?450°C，更優(yōu)選為380?420°C ;所述退火的時間優(yōu)選為6?10小時，更優(yōu)選為7?9小時。
[0055]完成退火后，本發(fā)明優(yōu)選對所述退火得到的鋁合金鑄錠進行后處理，所述后處理包括鑄錠鋸切、加工和檢測，所述后處理可根據(jù)實際的生產(chǎn)需要進行處理，本發(fā)明不做特殊的限定。
[0056]本發(fā)明還提供了一種7XXX鋁合金，按照上述技術(shù)方案所述的熱頂鑄造工藝制備得到。具體的，本發(fā)明可按照上述技術(shù)方案所述的工藝制備得到規(guī)格為Φ650的7XXX鋁合金。
[0057]本發(fā)明按照GB/T 6519-2013變形鋁、鎂合金產(chǎn)品超聲波檢驗方法對本發(fā)明得到的7XXX鋁合金進行了探傷檢測，結(jié)果表明，本發(fā)明提供的7XXX鋁合金的探傷合格率為97 ?99%。
[0058]本發(fā)明按照GB/T 3246.1-2000變形鋁及鋁合金制品顯微組織檢驗方法對本發(fā)明得到的7XXX鋁合金進行了晶粒度檢測，結(jié)果表明，本發(fā)明提供的7XXX鋁合金的晶粒度為I級。
[0059]本發(fā)明提供了一種7xxx鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟:A)將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物；B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線除氣、在線過濾和在線細化，得到在線處理產(chǎn)物；C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金；所述鑄造的速度為15?25mm/min ;所述7XXX招合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分:0?2.6%的Cu, O?0.6%的Mn, 1.1?
3.0% 的 Mg，O ?0.3% 的 Cr 元素，4.4 ?8% 的 Zn，O ?0.06% 的 T1、0_0.0009% 的 Be、0 ?0.25%的Zr和余量的Al。本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝采用了較低的鑄造速度，以減小鑄錠的中心裂紋傾向，而且，鑄錠也不會出現(xiàn)嚴重冷隔產(chǎn)生橫向裂紋，提高了鑄錠成型率，并且，本發(fā)明在鑄造前對合金進行了細化，提高了鑄錠內(nèi)部冶金質(zhì)量，結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的熱頂鑄造工藝得到的7XXX鋁合金的探傷合格率在97?99%，鑄錠晶粒度為I級。
[0060]另外，由于本發(fā)明采用了逐漸加強的水冷方法，一次水冷較弱，液穴較淺，不容易產(chǎn)生中心裂紋鑄錠，二次水冷相對加強，冷卻速度大大提高，內(nèi)部組織致密；由于取消了浮漂漏斗實現(xiàn)了同水平鑄造，大大減少了氧化膜夾渣、光晶、化合物等低倍缺陷，從而極大地提高了本發(fā)明熱頂鑄造工藝鑄錠成型率和內(nèi)部冶金質(zhì)量。
[0061]根據(jù)公司合金鍛件生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，西南鋁熔鑄生產(chǎn)線7XXX合金鍛件圓錠坯年產(chǎn)量3000噸。若全采用熱頂鑄造方式生產(chǎn)，夾渣、光晶、化合物等低倍冶金缺陷廢品將大為減少；生產(chǎn)有氧化膜、疏松特殊要求制品時在在線凈化設(shè)備配置合理且凈化工藝正常條件下，其氧化膜試片檢測合格率可達99%以上；生產(chǎn)有探傷要求的特殊制品時探傷合格率可達到90%以上。
[0062]1、直接創(chuàng)效，降低成本:
[0063]按7XXX合金熱頂圓錠生產(chǎn)A類鍛件A級探傷合格率97%計算，采用7xxx合金熱頂圓錠生產(chǎn)A類A級探傷鍛件多產(chǎn)出7XXX合金成品鍛件=7xxx合金A類A探熱頂圓錠坯投鍛件產(chǎn)量X (7xxx合金熱頂鑄造A類A探鍛件探傷合格率-年7XXX合金普通鑄造A類A探鍛件探傷合格率)
[0064]= 222.557 噸 X (97% -79.44% ) = 222.557X 17.56%= 39.081 噸
[0065]鍛造廠7XXX合金A類A探鍛件加工成本1.2萬元/噸,錠還成品原材料成本價14560+5000元/噸，廢品折原材料成本價12860元/噸，則7xxx合金Φ650圓錠熱頂鑄造技術(shù)推廣應(yīng)用降低成本、直接創(chuàng)效為:
[0066]=多產(chǎn)出的鍛件X(鍛造加工成本+原材料投料成本損失)
[0067]= 39.081 噸 X (12000+14560+5000-12860)元 / 噸
[0068]= 730814 元?73 萬元
[0069]2、間接增效創(chuàng)利
[0070]隨著國內(nèi)航空業(yè)的發(fā)展，合金鍛件市場需求大，供不應(yīng)求，因此，7XXX合金Φ650圓錠熱頂鑄造技術(shù)推廣應(yīng)用，預(yù)計每年可多產(chǎn)出7xxx合金合格鍛件=3000噸X (97% -84.31% ) = 380.7噸，間接增加了公司經(jīng)濟效益，7xxx合金A級探傷鍛件價格按市場均價6萬元/噸計算，公司毛利潤按2.8萬元/噸(未沖減公司管理費用)計算，間接增效創(chuàng)利為:
[0071]= 380.7 噸 X2.8 萬元 / 噸=1065.96 萬元
[0072]3、社會效益
[0073]本發(fā)明提供的7XXX系合金圓鑄錠熱頂鑄造工藝，將進一步縮短我國在熔鑄技術(shù)方面與發(fā)達國家的差距，可在西南鋁鍛件錠坯熔鑄機組中推廣，推廣應(yīng)用到中鋁西南鋁圓鑄錠熔鑄生產(chǎn)線，生產(chǎn)出的高質(zhì)量鑄錠，將滿足國內(nèi)對大飛機材料的急切需要，有望實現(xiàn)航空材料7xxx系大部分合金制品國產(chǎn)化,降低7xxx系航空材料高價國外采購生產(chǎn)成本,有助于增強國內(nèi)大飛公司產(chǎn)品市場競爭力。
[0074]為了進一步說明本發(fā)明，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝進行詳細描述，但不能將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0075]在以下實施例中，所用的原材料符合以下要求:
[0076]重熔鋁錠:A1 ^ 99.7% ;重熔鎂錠:Mg彡99.95% ；電解銅:Cu彡99.95% ;鋅錠=Zn 彡 99.99 % ;中間合金:Al_15Mn，Al-4Cr, Α1-4Τ?, Al-4Zr, Al_3Be:上述中間合金中，F(xiàn)e、Si彡0.6%，其他彡0.1%。Al-1OFe =Si彡0.6%，其他彡0.1%。在線細化:Α1-5Τ?-ΒΦ9.5mm 絲。
[0077]所用的輔助材料符合以下要求:
[0078]液氬:純度彡99.98%, H2O ( 1ppm, [H2] ( 5ppm，[02] ( 1ppm ；2# 熔劑:工業(yè)級；在線過濾:30ppi陶瓷過濾板。
[0079]合金配料時應(yīng)合理搭配使用低鐵硅鋁錠和本身一級廢料，高精鋁錠用量> 50%,一級廢料用量要求< 30%，配料時要求原材料表面清潔干凈，銅、鎂、鋅元素直接以純金屬配料，其他以中間合金配料。
[0080]實施例1
[0081]生產(chǎn)鑄錠長度4200mm、鑄錠規(guī)格為Φ650的7A04鋁合金。I次鑄造4根，考慮氧化燒損5%，該合金密度為2800kg/m3，則計算出總的投料量=Ji X0.652/4X4.2X4X (1+5% ) X2800 ^ 17400kg。
[0082]在熔煉爐中均勻撒入40kg的2#溶劑粉，然后將296kg純Cu板、464kgAl_Mn中間合金、653kgAl-Cr中間合金、1044kg純Zn錠、87kgAl-Ti中間合金和14457kgAL錠按從小到大的順序進行裝爐，即將先裝小塊料，再裝大塊料，同時將熔點高的中間合金裝在中上層，易燒損的金屬裝在中層。熔煉爐的爐膛溫度控制在< 1050°C，熔體溫度控制在< 770°C，當(dāng)熔體軟化下塌及化平后，向爐內(nèi)均勻撒入80kg的2#熔劑粉，并適時攪拌金屬。
[0083]爐料全部熔化完后，熔體溫度達到730°C左右時加入400kg Mg錠和5.2kg的Al-Be中間合金。加入過程及加完后用54kg2#熔劑粉覆蓋,使用量以完全覆蓋住為準。加完后應(yīng)進行徹底攪拌，并將溫度調(diào)整穩(wěn)定在740°C左右，約過20分鐘后進行爐前取樣。
[0084]取樣必須在爐門中間熔體進行，根據(jù)爐前快速分析結(jié)果和上述技術(shù)方案中的控制要求進行成分調(diào)整。
[0085]成分調(diào)整完成后，采用精煉管進行爐內(nèi)氬氣精煉，精煉時間20分鐘，精煉溫度740°C左右，精煉時氣泡高度不應(yīng)超過80mm。
[0086]精煉完成后應(yīng)進行靜置，靜置時間至少25分鐘。
[0087]將靜置后的熔體采用雙轉(zhuǎn)子除氣精煉裝置進行在線除氣，精煉用氣量為30L/min，精煉溫度為720±5°C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300±5rpm ;然后采用單級30ppi陶瓷過濾板進行在線過濾，更換過濾板時要求檢查過濾板的完整性，并保證安裝到位，小心放上配重物，并進行適當(dāng)烘烤；然后按照1.5kg/t的量加入Al-5T1-B絲，進行在線細化。
[0088]完成在線處理后，將熔體進行鑄造，鑄造溫度為730°C，鑄造開始時，鑄造起車速度為15mm/min，冷卻水流量為15m3/h，待鑄造長度達到300mm以后，將鑄造速度以(lmm/min)/50mm的增量調(diào)整至25mm/min,將冷卻水流量以(lm3/h)/50mm的增量調(diào)整至30m3/h。
[0089]鑄造收尾時當(dāng)澆口部液體尚有1/3時停水，當(dāng)澆口部馬上要脫離結(jié)晶器時停車，嚴禁將水滴到澆口部。
[0090]鑄造完成后，在360°C下退火8小時，然后對鑄錠進行相應(yīng)的進行鋸切，鋸切澆口部和底部均約350mm，得到7A04鋁合金。
[0091]本發(fā)明按照上述技術(shù)方案對本發(fā)明得到的7A04鋁合金進行探傷檢測，結(jié)果表明，本實施例得到的7A04鋁合金的探傷合格率為99%。
[0092]實施例2
[0093]生產(chǎn)鑄錠長度4200mm、鑄錠規(guī)格為Φ650的7A05鋁合金。I次鑄造4根，考慮氧化燒損5%，該合金密度為2800kg/m3，則計算出總的投料量=Ji X0.652/4X4.2X4X (1+5% ) X2800 ^ 17400kg。
[0094]在熔煉爐中均勻撒入40kg的2#溶劑粉，然后將290kgAl_Mn中間合金、522kgAl-Cr中間合金、818kg純Zn錠、131kgAl_Ti中間合金、522kg Al-Zr中間合金和14874kgAL錠按從小到大的順序進行裝爐，即將先裝小塊料，再裝大塊料，同時將熔點高的中間合金裝在中上層，易燒損的金屬裝在中層。熔煉爐的爐膛溫度控制在< 1050°C，熔體溫度控制在< 770°C，當(dāng)熔體軟化下塌及化平后，向爐內(nèi)均勻撒入80kg的2#熔劑粉，并適時攪拌金屬。
[0095]爐料全部熔化完后，熔體溫度達到730°C左右時加入244kg Mg錠和5.2kg的Al-Be中間合金。加入過程及加完后用2#熔劑粉54kg覆蓋,使用量以完全覆蓋住為準。加完后應(yīng)進行徹底攪拌，并將溫度調(diào)整穩(wěn)定在740°C左右，約過20分鐘后進行爐前取樣。
[0096]取樣必須在爐門中間熔體進行，根據(jù)爐前快速分析結(jié)果和上述技術(shù)方案中的控制要求進行成分調(diào)整。
[0097]成分調(diào)整完成后，采用精煉管進行爐內(nèi)氬氣精煉，精煉時間20分鐘，精煉溫度740°C左右，精煉時氣泡高度不應(yīng)超過80mm。
[0098]精煉完成后應(yīng)進行靜置，靜置時間至少25分鐘。
[0099]將靜置后的熔體采用雙轉(zhuǎn)子除氣精煉裝置進行在線除氣，精煉用氣量為30L/min，精煉溫度為720±5°C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300±5rpm ;然后采用單級30ppi陶瓷過濾板進行在線過濾，更換過濾板時要求檢查過濾板的完整性，并保證安裝到位，小心放上配重物，并進行適當(dāng)烘烤；然后按照2.5kg/t的量加入Al-5T1-B絲，進行在線細化。
[0100]完成在線處理后，將熔體進行鑄造，鑄造溫度為750°C，鑄造開始時，鑄造起車速度為15mm/min，冷卻水流量為15m3/h，待鑄造長度達到300mm以后，將鑄造速度以(lmm/min)/50mm的增量調(diào)整至25mm/min,將冷卻水流量以(lm3/h)/50mm的增量調(diào)整至30m3/h。
[0101]鑄造收尾時當(dāng)澆口部液體尚有1/3時停水，當(dāng)澆口部馬上要脫離結(jié)晶器時停車，嚴禁將水滴到澆口部。
[0102]鑄造完成后，在360°C下退火8小時，然后對鑄錠進行相應(yīng)的進行鋸切，鋸切澆口部和底部均約350mm，得到7A04鋁合金。
[0103]本發(fā)明按照上述技術(shù)方案對本發(fā)明得到的7A04鋁合金進行探傷檢測，結(jié)果表明，本實施例得到的7A05鋁合金的探傷合格率為97%。
[0104]實施例3
[0105]生產(chǎn)鑄錠長度4200mm、鑄錠規(guī)格為Φ650的7A09鋁合金。I次鑄造4根，考慮氧化燒損5%，該合金密度為2800kg/m3，則計算出總的投料量=Ji X0.652/4X4.2X4X (1+5% ) X2800 ^ 17400kg。
[0106]在熔煉爐中均勻撒入40kg的2#溶劑粉，然后將278kg純Cu板、957kgAl_Cr中間合金、974kg純Zn錠、87kgAl-Ti中間合金和14668kgAL錠按從小到大的順序進行裝爐，即將先裝小塊料，再裝大塊料，同時將熔點高的中間合金裝在中上層，易燒損的金屬裝在中層。熔煉爐的爐膛溫度控制在< 1050°C，熔體溫度控制在< 770°C，當(dāng)熔體軟化下塌及化平后，向爐內(nèi)均勻撒入80kg的2#熔劑粉，并適時攪拌金屬。
[0107]爐料全部熔化完后，熔體溫度達到730°C左右時加入435kg Mg錠和5.2kg的Al-Be中間合金。加入過程及加完后用2#熔劑粉54kg覆蓋,使用量以完全覆蓋住為準。加完后應(yīng)進行徹底攪拌，并將溫度調(diào)整穩(wěn)定在740°C左右，約過20分鐘后進行爐前取樣。
[0108]取樣必須在爐門中間熔體進行，根據(jù)爐前快速分析結(jié)果和上述技術(shù)方案中的控制要求進行成分調(diào)整。
[0109]成分調(diào)整完成后，采用精煉管進行爐內(nèi)氬氣精煉，精煉時間20分鐘，精煉溫度740°C左右，精煉時氣泡高度不應(yīng)超過80mm。
[0110]精煉完成后應(yīng)進行靜置，靜置時間至少25分鐘。
[0111]將靜置后的熔體采用雙轉(zhuǎn)子除氣精煉裝置進行在線除氣，精煉用氣量為30L/min，精煉溫度為720±5°C，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為300±5rpm ;然后采用單級30ppi陶瓷過濾板進行在線過濾，更換過濾板時要求檢查過濾板的完整性，并保證安裝到位，小心放上配重物，并進行適當(dāng)烘烤；然后按照1.5kg/t的量加入Al-5T1-B絲，進行在線細化。
[0112]完成在線處理后，將熔體進行鑄造，鑄造溫度為760°C，鑄造開始時，鑄造起車速度為15mm/min，冷卻水流量為15m3/h，待鑄造長度達到300mm以后，將鑄造速度以(lmm/min)/50mm的增量調(diào)整至25mm/min,將冷卻水流量以(lm3/h)/50mm的增量調(diào)整至30m3/h。
[0113]鑄造收尾時當(dāng)澆口部液體尚有1/3時停水，當(dāng)澆口部馬上要脫離結(jié)晶器時停車，嚴禁將水滴到澆口部。
[0114]鑄造完成后，在360°C下退火8小時，然后對鑄錠進行相應(yīng)的進行鋸切，鋸切澆口部和底部均約350mm，得到7A04鋁合金。
[0115]本發(fā)明按照上述技術(shù)方案對本發(fā)明得到的7A04鋁合金進行探傷檢測，結(jié)果表明，本實施例得到的7A09鋁合金的探傷合格率為97%。
[0116]由以上實施例可以看出，本發(fā)明提供的7XXX系鋁合金的熱頂鑄造工藝能夠提高合金的鑄錠成型率和探傷合格率。
[0117]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種7XXX鋁合金的熱頂鑄造工藝，包括以下步驟: A)將Cu源、Mn源、Mg源、Cr源、Zn源、Ti源、Be源、Zr源和Al源進行熔煉，得到熔煉物； B)將所述步驟A)得到的熔煉物依次進行在線細化、在線除氣和在線過濾，得到在線處理產(chǎn)物； C)將所述步驟B)得到的在線處理產(chǎn)物進行鑄造，得到7XXX鋁合金；所述鑄造的速度為 15 ?25mm/min ； 所述7XXX招合金包括以下質(zhì)量分數(shù)的組分:0?2.6%的Cu, O?0.6%的Mn, 1.1?3.0% 的 Mg，O ?0.3% 的 Cr 元素，4.4 ?8% 的 Zn，O ?0.06% 的 T1、0_0.0009% 的 Be、0 ?0.25%的Zr和余量的Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述熔煉的爐氣溫度為800?1050 O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述步驟A)具體包括以下步驟: 將Cu源，Mn源，Cr源，Zn源，Ti源、Zr源和Al源進行熔煉，待爐料全部融化后,加入Mg源和Be源，進行熔煉，得到熔煉物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述在線除氣的溫度為715?725 0C ； 所述在線除氣的氣體流速為25?35L/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述在線細化采用Al-5T1-B絲進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述鑄造的速度為18?22mm/min0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述鑄造的溫度為730?760。。。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，所述鑄造過程中冷卻水的流量為 14 ?30m3/ho
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱頂鑄造工藝，其特征在于，當(dāng)所述鑄造的長度在Omm?300mm之間時,所述鑄造過程中冷卻水的流量為14?16m3/h ； 當(dāng)所述鑄造的長度> 300mm時,將所述鑄造過程中冷卻水的流量以(lm3/h)/50mm的速度增加，直到所述冷卻水的流量達到28?30m3/h。
10.如權(quán)利要求1?9任意一項所述的熱頂鑄造工藝制得的7XXX鋁合金。
【文檔編號】C22C1/02GK104404323SQ201410762703
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】刁文武, 姚勇, 王劍 申請人:西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司