專利名稱：Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠及其鑄造工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁合金技術領域，尤其涉及Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠及其鑄造工藝。
背景技術：
鑄錠的細化處理是指在少量特殊添加劑、快速冷卻或各種物理作用的影響下，金屬或合金組織分散度的提高。凡是能促進形核、抑制晶粒長大的處理，都能細化晶粒。變形鋁合金具有細小的等軸晶組織，能夠提高力學性能；在后續(xù)加工過程中提高塑性；減少軋制和擠壓件表面缺陷提高鑄造速度而不引起裂紋；減少均勻化處理的時間，因此控制鋁合金的內部組織是十分必要的?？刂其X合金晶粒尺寸最常用和有效的方法是在澆注前向熔體中加入形核劑，在鋁的凝固過程中通過異質形核使晶粒細化。Al-Ti-B是目前最有效的形核細化劑，在工業(yè)上已 應用了幾十年，到目前為止國內外使用最廣泛、有效和成熟的晶粒細化劑是Al-5Ti-lB的Φ9. 5mm絲狀細化劑，它是將絲狀細化劑通過專用送線機構加入到靜置爐與鑄造機之間的流槽熔體之中，以這種方式加入細化劑時，它在熔體中的保持時間較短，有利于其細化效果抗時間衰減，因而效果較好。常規(guī)々1-511-18絲的加入量為0.8 1.51^/噸.鋁，能夠滿足絕大多數(shù)合金、鑄錠規(guī)格的細化要求。合金具有較好的細化效果需滿足兩個條件(I)熔體中必須有足夠多的潛在晶核存在；(2)大部分的潛在晶核必須被激活。熔體中必須有足夠多的潛在晶核存在可通過適當量的增加來實現(xiàn)，但過量加入，又會產生細化衰退。實際上，在使用Al-Ti-B作晶粒細化劑時，只有少量的TiB2質點成為α-ΑΙ核心。為了獲得良好的細化效果，實際生產中主要需要考慮TiB2質點的激活問題。在變形鋁合金的生產中，激活硼化物形核的最重要因素是生長抑制和成分過冷。生長抑制和成分過冷是由熔體中其他元素引起的。這些元素不僅有合金元素，而且有雜質和外來原子，特別是溶解的Ti，其對生長抑制的影響很大。因此，在使用細化劑時，Ti的加入很關鍵。Al-5Ti-lB含有多余的Ti，自身就可激活硼化物形核。Α1-5Τ -1Β的Φ9. 5mm絲狀細化劑含有可溶性的TiAl3和不溶性的TiB2、AlB2質點。在實際生產條件下，受各種因素影響，TiB2質點易聚集成塊，尤其在加入時由于熔體局部溫度低，導致加入點附近粘稠，流動性差，使TiB2質點更易聚集形成化合物夾雜，阻塞過濾器，影響凈化、細化效果；TiB2質點除本身易聚集偏析外，還易與氧化膜或熔體中存在的鹽類結合造成夾雜；合金中的Zr、Cr、Mn、V還可以是TiB2中毒失去細化作用，造成粗晶組織。7003、7004、7005、7020、7021、7039、7A05、7A52、7A19 等 AL-Zn-Mg-Zr 合金含有使Α1-5Τ -1Β中毒失去細化作用的Zr、Mn、V、Cr元素的一種或多種。生產中發(fā)現(xiàn)，即使是生產
tpl62mm的圓鑄錠，Al-5Ti-lB絲若按常規(guī)加入量O. 8^1. 5kg/噸.鋁，其晶粒度也難于控制；對于生產大規(guī)格鑄錠，如按八1-511-18絲狀細化劑的常規(guī)加入量(0.8 1.5/噸.鋁)，其晶粒細化效果很不理想，鑄錠晶粒度一般為5 7級。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題在于提供了一種晶粒細小的Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的
鑄造工藝。有鑒于此，本發(fā)明提供了一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金的鑄造工藝，包括以下步驟a)調整Al-Zn-Mg-Zr鋁合金熔體中的Ti含量，使所述Ti的含量為O. 01wt%^0. 03wt% ；b)將步驟a)得到的鋁合金熔體進行精煉，并加入Al-5Ti-lB塊，控制鋁合金熔體的溫度為755 770°C ；
c)向步驟b)得到的鋁合金熔體中加入Al-5Ti_lB絲；d)將步驟c)得到的鋁合金熔體進行鑄造，鑄造速度為65 160mm/min，得到Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠。優(yōu)選的，所述Al-5Ti_B塊的用量為I. (Tl. 5kg/噸·鋁。優(yōu)選的，所述Al-5Ti_lB絲的用量為I. 0 2· 5kg/噸·鋁。優(yōu)選的，所述Al-5Ti_lB絲的用量為I. 2 2. Okg/噸·鋁。優(yōu)選的，步驟c)之后且步驟d)之前還包括將步驟b)中的鋁合金熔體進行除氣和過濾，控制鋁合金熔體的溫度大于730°C。本發(fā)明還提供了一種上述方案制備的鋁合金鑄錠，所述鋁合金鑄錠的晶粒度為I 2級。本發(fā)明提供了一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的鑄造工藝，首先調整了的鋁合金熔體中Ti的含量，隨后加入Al-5Ti-lB塊并控制鋁合金熔體的溫度，然后再次加入Al-5Ti-lB絲，最后將鋁合金熔體進行鑄造并控制鑄造速度。本發(fā)明通過控制Ti的含量激活了潛在晶核，并抵消了 Zr、Cr、Mn與V等元素帶來的毒化，同時控制合金熔體的溫度與鑄造速度，有效防止了晶粒細化現(xiàn)象的衰退，解決了鑄造條件下Al-Zn-Mg-Zr招合金鑄錠晶粒粗大的問題，從而使Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠晶粒細小。本發(fā)明制備的鋁合金鑄錠的晶粒度為廣2級。
具體實施例方式為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。本發(fā)明實施例公開了一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金的鑄造工藝，包括以下步驟a)調整Al-Zn-Mg-Zr鋁合金熔體中Ti的含量，使所述Ti的含量為O. 01wt%^0. 03wt% ；b)將步驟a)得到的鋁合金熔體進行精煉，并加入Al-5Ti_lB塊，控制鋁合金熔體的溫度為755 770°C ；c)向步驟b)得到的鋁合金熔體中加入Al-5Ti_lB絲；d)將步驟c)得到的鋁合金熔體進行鑄造，鑄造速度為65 160mm/min，得到Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠。
按照本發(fā)明，首先進行了 Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的熔煉，在熔煉過程中控制鋁合金熔體中Ti的含量為O. Olwt0^O. 03wt%o在熔煉過程中，若熔煉直徑小于162mm的圓鑄錠，則調整熔化爐中的Ti含量優(yōu)選控制為O. 01wt%o若熔煉直徑為162mnT270mm的圓鑄錠，則調整熔化爐中的Ti含量優(yōu)選為O. 01wt%o若熔煉直徑為162mnT405mm的圓鑄錠，則調整熔化爐中的Ti含量優(yōu)選為O. 02wt%o若熔煉直徑為405mnT630mm的圓鑄錠，則調整熔化爐中的Ti含量優(yōu)選為O. 02wt%^0. 03wt%o若熔煉直徑為大于630mm的圓鑄錠，則調整熔化爐中的Ti含量優(yōu)選為O. 03wt%o通過在熔化爐中控制Ti的含量，使其在熔體中溶解均勻性較好，隨后對激發(fā)潛在晶核的性能增強，同時其加入量通過良好工藝控制又不至于引起化合物聚集。隨后則將鋁合金熔體進行精煉，在將鋁合金熔體轉注到保溫爐過程中，在轉注流槽內加入Al-5Ti-lB塊細化劑，同時控制保溫爐中的溫度為755 770°C。所述Al_5Ti_lB塊的加入量優(yōu)選為I. (Tl. 5kg/噸 鋁。本發(fā)明控制精煉溫度能夠保證鋁合金熔體在保溫爐鑄造時，結晶器熔體注入溫度大于700°C，從而保證鋁合金熔體具有較好的流動性。然后再次向鋁合金熔體中加入Α1-5 -1Β絲細化劑。若生產直徑為162mnT270mm的鋁合金圓鑄錠， 所述Al-5Ti-lB絲的加入量優(yōu)選為I. (Tl. 5kg/噸 鋁；若生產直徑為270mnT405mm的鋁合金圓鑄錠，所述Al-5Ti-lB絲的加入量為I. (Tl. 5kg/噸·鋁；若生產直徑為405mnT630mm的鋁合金圓鑄錠，所述Al-5Ti-lB絲的加入量為I. 5^1. 8kg/噸 鋁；若生產直徑大于630mm的鋁合金圓鑄錠，所述Al-5Ti-lB絲的加入量為I. 8^2. 5kg/噸·鋁。在鋁合金熔體鑄造之前，將鋁合金熔體優(yōu)選進行除氣與過濾，將鋁合金熔體中的氣體與雜質自鋁合金熔體中除去，此時仍優(yōu)選控制合金熔體的溫度大于720°C，以實現(xiàn)TiB2質點不被過濾裝置堵塞或防止被其它化合物質點俘獲長大、聚集。最后將鋁合金熔體鑄造成型，本發(fā)明優(yōu)選將鋁合金熔體進入結晶器中鑄造成型，所采用的鑄造速度相對于7系鋁合金的常規(guī)鑄造速度增加5 20mm/min，即本發(fā)明的鑄造速度為65 160mm/min,優(yōu)選為68 150mm/min。通過對鑄造工藝的優(yōu)化控制，能夠防止結晶過程中化合物的長大、聚集，同時也不會造成鑄錠局部晶粒粗大或羽毛狀晶。 本發(fā)明提供了一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的鑄造工藝，首先調整了的鋁合金熔體中Ti的含量，隨后加入Al-5Ti-lB塊并控制鋁合金熔體的溫度，然后再次加入Al-5Ti-lB絲，最后將鋁合金熔體進行鑄造并控制鑄造速度。本發(fā)明通過控制Ti的含量激活潛在晶核和抵消Zr、Cr、Mn與V元素帶來的毒化，同時控制合金熔體的溫度與鑄造速度，有效防止了晶粒細化現(xiàn)象的衰退,最終解決了鑄造條件下Al-Zn-Mg-Zr招合金鑄錠晶粒粗大的問題。本發(fā)明還提供了按照上述方案鑄造的鋁合金鑄錠，所述鋁合金鑄錠的晶粒度為Γ2級，達到GB/T3246. 2-2000《變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗方法》標準中的f 2級晶粒度。為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的鑄造工藝進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。實施例I將99. 5%的純鋁、99. 99%的純鋅、99. 5%的純鎂以及中間合金Al-Zr在熔化爐中進行熔煉，同時在熔化爐中加入O. 01wt%的Ti，得到鋁合金熔體，所述鋁合金熔體中鋅的含量為9. 7wt%，鎂的含量為O. 98wt%，鋯的含量為O. 35wt%，余量為鋁；然后將鋁合金熔體轉注到保溫爐中，在轉注到保溫爐的過程中，在轉注流槽中加入I. Okg/噸 鋁的Al-5Ti-lB塊，同時控制保溫爐中熔體溫度為770V ;然后將鋁合金熔體進行除氣與過濾，控制過濾裝置內合金熔體溫度為750°C ;最后將招合金熔體進入結晶器中鑄造成型，鑄造速度為80mm/min,最終得到直徑為150mm的鋁合金圓鑄錠。實驗結果表明，本實施例的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄錠的晶粒度為2級。實施例2按照7003系鋁合金中的成分，將各種原料加入熔化爐中進行熔煉，同時控制熔化爐中Ti的含量為O. 01wt%，得到鋁合金熔體，鋁合金熔體中Si的含量為O. 30wt%, Fe的含量為O. 35wt%, Cu的含量為O. 20wt%, Mn的含量為O. 30wt%, Mg的含量為O. 8wt%, Cr的含量為O. 2wt%, Zn的含量為6. 0wt%, Zr的含量為O. 20wt%，余量為Al ;然后將鋁合金熔體轉注到保溫爐中，在轉注到保溫爐的過程中，在轉注流槽中加入I. 2kg/噸 鋁的Al-5Ti-lB塊，同時控制保溫爐中熔體溫度為760°C，再加入I. 3kg/噸·鋁的Al-5Ti-lB絲；然后將鋁合金熔體進行除氣與過濾，控制過濾裝置內合金熔體溫度為740V ;最后將鋁合金熔體進入結 晶器中鑄造成型，鑄造速度為155mm/min，最終得到直徑為200_的鋁合金圓鑄錠。實驗結果表明，本實施例的7003系鋁合金鑄錠的晶粒度為f 2級。實施例3按照7005系鋁合金中的成分，將各種原料加入熔化爐中進行熔煉，同時控制熔化爐中Ti的含量為O. 02wt%，得到鋁合金熔體，鋁合金熔體中Si的含量為O. 25wt%, Mn的含量為O. 5wt%, Mg的含量為I. 8wt%, Zn的含量為5. 0wt%, Zr的含量為O. 20wt%，余量為Al ；然后將鋁合金熔體轉注到保溫爐中，在轉注到保溫爐的過程中，在轉注流槽中加入I. 5kg/噸·鋁的Al-5Ti-lB塊，同時控制保溫爐中熔體溫度為765°C，再加入1.6kg/噸 鋁的Al-5Ti-lB絲；然后將鋁合金熔體進行除氣與過濾，控制過濾裝置內合金熔體溫度為760°C;最后將招合金熔體進入結晶器中鑄造成型，鑄造速度為150mm/min,最終得到直徑為350mm的鋁合金圓鑄錠。實驗結果表明，本實施例的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄錠的晶粒度為1~2級。實施例4將99. 5%的純鋁、99. 99%的純鋅、99. 5%的純鎂以及中間合金Al-Zr在熔化爐中進行熔煉，同時在熔化爐中加入O. 03wt%的Ti，得到鋁合金熔體，所述鋁合金熔體中鋅的含量為8. 95wt%，鎂的含量為I. 10wt%，余量為鋁；然后將鋁合金熔體轉注到保溫爐中，在轉注到保溫爐的過程中，在轉注流槽中加入I. 3kg/噸 鋁的Al-5Ti-lB塊，同時控制保溫爐中熔體溫度為760°C;然后將鋁合金熔體進行除氣與過濾，控制過濾裝置內合金熔體溫度為770V;最后將招合金熔體進入結晶器中鑄造成型，鑄造速度為145mm/min,最終得到直徑為500_的鋁合金圓鑄錠。實驗結果表明，本實施例的Al-Zn-Mg-Zr合金鑄錠的晶粒度為I 2級。以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。權利要求
1.一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金的鑄造工藝，包括以下步驟 a)調整Al-Zn-Mg-Zr鋁合金熔體中的Ti含量，使所述Ti的含量為O.Olwt0^O. 03wt% ； b)將步驟a)得到的鋁合金熔體進行精煉，并加入Al-5Ti-lB塊，控制鋁合金熔體的溫度為755 770°C ； c)向步驟b)得到的鋁合金熔體中加入Al-5Ti-lB絲； d)將步驟c)得到的鋁合金熔體進行鑄造，鑄造速度為65 160mm/min，得到Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠。
2.根據權利要求I所述的鑄造工藝，其特征在于，所述Al-5Ti-B塊的用量為I. (Tl. 5kg/ 噸·鋁。
3.根據權利要求I所述的鑄造工藝，其特征在于，所述Al-5Ti-lB絲的用量為I. 0 2· 5kg/ 噸 鋁。
4.根據權利要求3所述的鑄造工藝，其特征在于，所述Al-5Ti-lB絲的用量為I.2 2. Okg/ 噸 鋁。
5.根據權利要求I所述的鑄造工藝，其特征在于，步驟c)之后且步驟d)之前還包括 將步驟b)中的鋁合金熔體進行除氣和過濾，控制鋁合金熔體的溫度大于730°C。
6.一種由權利要求I飛任一項所述的鋁合金鑄錠，所述鋁合金鑄錠的晶粒度為廣2級。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠的鑄造工藝，首先調整了的鋁合金熔體中Ti的含量，隨后加入Al-5Ti-1B塊并控制鋁合金熔體的溫度，然后再次加入Al-5Ti-1B絲，最后將鋁合金熔體進行鑄造并控制鑄造速度，從而得到鋁合金鑄錠。本發(fā)明通過控制Ti的含量激活潛在晶核和抵消Zr、Cr、Mn與V元素帶來的毒化，同時控制合金熔體的溫度與鑄造速度，有效防止了晶粒細化現(xiàn)象的衰退，解決了鑄造條件下Al-Zn-Mg-Zr鋁合金鑄錠晶粒粗大的問題，使Al-Zn-Mg-Zr了合金鑄錠晶粒細小。本發(fā)明制備的鋁合金鑄錠的晶粒度為1~2級。
文檔編號B22D21/04GK102978489SQ20121056229
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者羅亦中, 楊榮東, 馮蜀君, 夏有龍 申請人:西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司