專利名稱：Zl424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬鑄造工藝技術領域，尤其是一種ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝。
背景技術：
鋁-鋅-鎂合金(ZL424鋁合金)是在美國牌號707. O和俄羅斯牌號A Ji 24的鑄造鋁合金的基礎上優化得到的，此系鑄造鋁合金具有較高的機械性能且切削加工性能好，焊接性能較好，特別是經過一定的熱處理規范可以獲得很高的尺寸穩定性能，因此適宜作高精度的導航系統平臺結構件的鑄件材料。該合金鑄件目前通常采用重力鑄造方法制備，但是該鑄造合金流動性偏低，熱裂傾向偏高，合金收縮率偏高，鑄造工藝性較差，但其厚度的敏感性不強，易于熱裂，易于產生針孔、縮松等缺陷，采用重力鑄造產品的成活率較低。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能夠減少現有重力鑄造的缺陷，可以消除針孔，提高鑄件成活率的高強韌高致密度鋁鋅鎂合金ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝。本發明的目的是這樣實現的一種ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于包括以下步驟(I).合金配料；(2).采用二級精煉加中間凈化對合金進行熔煉；⑶.使用差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件；⑷.將步驟⑶制得的ZL424鋁合金毛坯鑄件清理后進行熱處理；(5).對熱處理后的ZL424鋁合金毛坯鑄件進行檢驗。而且，步驟⑴所述鑄造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al，各配料的重量百分比為Zn 3. 5-4. 5% ；Mg :1. 5-2. 0% ；Mn :0. 2-0. 5% ；Ti :0. 1-0. 2% ;雜質總和:0—O. 9% ；余量為Al。而且，所述的雜質包括Fe、Si、Cu、Be及Zr，各雜質占合金配料總重量的重量百分比為Fe 0O. 5% ；Si 0O. 3% ；Cu 0O. 2% ；Be 0O. 1% ；Zr 0O. 1%。而且，步驟⑵所述的ZL424鑄造鋁合金熔煉為I)熔煉工具的準備熔煉工具主要包括中頻感應爐，清理熔煉工具，并預熱到200 250°C噴刷氧化鋅涂料厚約為O. 5_，然后在600 650°C充分干燥3 4小時方可使用；2)將中頻爐預熱至200°C預熱后裝料熔化；3)合金熔化時裝料順序如下回爐料一純鋁錠一中間合金錠一鋅錠一鎂錠；4)當合金液升至660 680°C時加入鋅錠，鋅錠自行下沉，迅速熔化在鋁合金液中；5)合金液升溫至680 690°C時用專門的壓鎂工具進行壓鎂操作；6)合金液于690 700°C進行均勻化攪拌，攪拌操作由近及遠，由下及上不斷旋轉合金液，攪拌過程中攪拌器不應露出表面，盡量不破壞合金液的原始表面，攪拌時間不得少于3 5分鐘；7)合金液于700 720°C用壓塊六氯乙烷進行精煉處理，精煉劑加入量為O. 5% O. 7%的熔化量，用鐘罩分為2 4批壓入，壓塊時，壓模應揩拭干凈，防止臟物進入；8)精煉完畢后靜置3-4分鐘，取鋁水試樣放入模具中，冷卻后，取試樣進行加工，采用光譜分析儀進行合金化學成份檢驗，若合格，進行下序；若不合格，根據化驗結果，采取補加或沖淡措施，調整其成分到合格；
9)將熔煉好的鋁合金溶液倒入裝有50-60目陶瓷過濾網過濾裝置中，溶液通過過濾網過濾到已經預熱至620-650°C的差壓鑄造機的保溫爐中加熱保溫；10)當差壓鑄造機的保溫爐中合金液溫度達到720-730°C開始二次精煉處理，首先打開氬氣瓶或氮氣瓶開關，調整減壓閥及流量計，使壓力穩定在O. 02-0. 03MPa，氬氣或氮氣流量O. 2-0. 3m3/h，通氬或氮壓力及流量大小由熔煉坩堝大小決定，一般以金屬液面有氣體沸騰而液面氧化膜不破裂為宜；把多孔吹頭插入坩堝中央下部，此時經過干燥器干燥脫水后的氬氣由多孔吹頭噴入合金液中，一般吹氬或氮氣10_12min ;精煉完畢，取出多孔吹頭，關閉氬氣瓶開關，靜置4-5min，清渣后進行含氣量檢查；11)用冷凝法進行含氣量檢查，發現有氣體析出時，可進行二次除氣，含氣量檢查合格后進行差壓鑄造。而且，步驟⑶所述的差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件為I)在熔煉的同時，對升液管進行預熱至660 680°C;將精煉處理后的熔體溫度控制在690 70(TC，鑄件安放完成后，鎖緊上罐，差壓鑄造機進行差壓鑄造的升液、充型、增壓、保壓及卸壓；2)設定差壓鑄造的工藝參數，升液充型速度為60mm/s，增壓速度為100mm/S ；3)打開差壓鑄造機的上工作罐和下工作罐之間的互通閥，同時高壓氣源向上工作罐和下工作罐通入干燥過的氣體達到差壓鑄造機所需的工作壓力，工作壓力為O. 4^0. 5MPa，此時上工作罐和下工作罐壓力平衡，然后關閉互通閥使上工作罐和下工作罐隔絕；4)采用減壓法按照設定的差壓鑄造工藝參數進行升液、充型和增壓，即排出上工作罐內的氣體，升液壓力達到O. 12^0. 14MPa，充型壓力達到O. 13^0. 15MPa，下工作罐坩堝內的熔體在壓力差的作用下經升液管沿反重力方向填充樹脂砂鑄型，充型完成后按照設定的增加速度120mm/s繼續增壓，當上工作罐和下工作罐的壓力差達到O. 06MPa時進行保壓，保壓時間為4 5min，鑄件始終在2. OMPa 2. 2MPa高壓環境下補縮凝固，補縮凝固結束后打開互通閥同時排氣卸壓，取出鑄件。而且，步驟⑷所述的ZL424鋁合金毛坯鑄件清理后進行熱處理包括I)固溶處理先升溫至300±10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時；2)淬火處理在50°C 60°C淬火介質中進行淬火處理,要求毛坯從淬火爐到水槽的轉移時間不超過15秒；先升溫至300±10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時；3)人工時效處理在室溫條件下停留IOh后進行時效處理，先升溫至140±5°C，保溫8小時，再升溫至180 ± 5 °C，保溫8小時。而且，步驟(5)所述的ZL424鋁合金毛坯鑄件檢驗包括I)化學成分；2)機械性能包括抗拉強度、延伸率及硬度；3)內部質量檢驗采用X射線進行鑄件內部透視檢查，檢查鑄件針孔、氣孔、夾雜、夾渣。本發明的優點和積極效果是I.本差壓鑄造工藝由于在壓力下結晶，H原子溶解度增大，再加上高壓下金屬凝固速度提高，氫氣不易析出，從而減少了鑄件的針孔缺陷。2.本差壓鑄造工藝具有極強的補縮能力，可以及時充填出現的縮孔及裂紋，可以減少鑄件的熱裂傾向，在一定程度上消除了熱裂的隱患。此外，金屬的補縮能力增強還可以提高組織致密度。3.本工藝采用二級精煉加中間凈化的熔煉工藝，獲得了晶粒細小的合金組織，明顯提高了合金的力學性能，極大改善了鑄造質量。4.由于差壓鑄造機的可控性，澆注速度是可控的，金屬液可以相對平穩地進入鑄型，極大地避免了重力鑄造條件下所產生的沖擊、渦流和紊流。5.差壓鑄造將吸液管深深地插入熔爐的底部，采用底注式澆注系統，在壓力的作用下，底部的優質金屬液平穩地進入型腔，減少了夾渣形成的機會。6.本工藝采用爐前合金化學成份在線檢測技術，即利用光譜分析儀對合金化學成分進行檢測，解決了以前由于化學成份不合格而導致鑄件報廢的問題，鑄件化學成份合格率從原來的80%提高到100%。7.本發明是一種用于ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，通過本差壓鑄造工藝制造的鑄件毛坯克服了使用傳統重力鑄造方法得到的ZL424鑄造鋁合金鑄件的缺陷，消除了鑄件的內部針孔和顯微縮松和微裂紋，提高了鑄件的化學成份合格率、力學性能和致密度。此夕卜，本工藝還具有效率高、鑄件成活率高、制造成本低等諸多優點。
具體實施例方式下面結合數據詳細敘述本發明的實施例，需要說明的是，本實施例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本發明的保護范圍。一種ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，包括以下步驟(I).鑄造合金合金配料鑄造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al,各配料的重量百分比為Zn3. 5-4. 5%；
MgI. 5-2. 0%；
MnO. 2-0. 5%；
Ti0.1-0. 2%；
雜質總和O—-O. 9%； 余量為Al。上述雜質包括Fe、Si、Cu、Be及Zr,各雜質占合金配料總重量的重量百分比為
FeO---O. 5%;
Si0—0. 3%;
CuO—-O. 2%;
BeOO. 1%;
ZrO——O. 1%。(2).采用二級精煉加中間凈化對合金進行熔煉I)熔煉工具的準備主要熔煉設備為中頻感應爐，常用的熔煉工具如撇渣勺、取樣勺、鐘罩、手端包，抬包、澆包、夾料鉗、攪拌棒和清爐工具等都必須進行清理，以除去表面鐵銹等銹蝕物，預熱到200 250°C噴刷氧化鋅涂料厚約為O. 5mm，然后在600 650°C充分干燥3 4小時方可使用。2)將中頻爐預熱至200°C預熱后裝料熔化。3)合金熔化時裝料順序為回爐料一純鋁錠一中間合金錠一鋅錠一鎂錠。4)當合金液升至660 680°C時加入鋅錠，鋅錠自行下沉，迅速熔化在鋁合金液中。5)合金液升溫至680 690°C時用專門的壓鎂工具進行壓鎂操作。6)合金液于690 700°C進行均勻化攪拌，攪拌操作由近及遠，由下及上不斷旋轉合金液，攪拌過程中攪拌器不應露出表面，盡量不破壞合金液的原始表面，攪拌時間不得少于3 5分鐘。7)合金液于700 720°C用壓塊六氯乙烷進行精煉處理，精煉劑加入量為O. 5% O. 7%的熔化量，用鐘罩分為2 4批壓入，壓塊時，壓模應揩拭干凈，防止臟物進入。8)精煉完畢后靜置3-4分鐘，取鋁水試樣放入模具中，冷卻后，去試樣進行加工，采用光譜分析儀進行合金化學成份檢驗，若合格，進行下序；若不合格，根據化驗結果，采取補加或沖淡措施，調整其成分到合格。9)將熔煉好的鋁合金溶液倒入裝有50-60目陶瓷過濾網過濾裝置中，溶液通過過濾網過濾到已經預熱至620-650°C的差壓鑄造機的保溫爐中加熱保溫。10)差壓鑄造機的保溫爐中合金液溫度達到720_730°C開始二次精煉處理，首先打開氬氣瓶(或氮氣瓶)開關，調整減壓閥及流量計，使壓力穩定在O. 02-0. 03MPa,氬氣(或氮氣)流量O. 2-0. 3m3/h，通氬(或氮)壓力及流量大小由熔煉坩堝大小決定，一般以金屬液面有氣體沸騰而液面氧化膜不破裂為宜。把多孔吹頭插入坩堝中央下部，此時經過干燥器干燥脫水后的氬氣由多孔吹頭噴入合金液中，一般吹氬(或氮氣)10-12min。精煉完畢，取出多孔吹頭，關閉氬氣瓶開關，靜置4-5min，清渣后進行含氣量檢查。11)用冷凝法進行含氣量檢查，發現有氣體析出時，可進行二次除氣，含氣量檢查合格后進行差壓鑄造。(3).使用差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件I)在熔煉的同時，對升液管進行預熱至660 680°C;將精煉處理后的熔體溫度控制在690 70(TC，鑄件安放完成后，鎖緊上罐，差壓鑄造機進行差壓鑄造的升液、充型、增壓、保壓及卸壓。2)設定差壓鑄造的工藝參數,升液充型速度為60mm/s,增壓速度為100mm/s。3)打開差壓鑄造機的上工作罐和下工作罐之間的互通閥，同時高壓氣源向上工作罐和下工作罐通入干燥過的氣體達到差壓鑄造機所需的工作壓力，工作壓力為
O.4^0. 5MPa，此時上工作罐和下工作罐壓力平衡，然后關閉互通閥使上工作罐和下工作罐隔絕。4)采用減壓法按照設定的差壓鑄造工藝參數進行升液、充型和增壓，即排出上工作罐內的氣體，升液壓力達到O. 12-0. 14MPa，充型壓力達到O. 13-0. 15MPa，下工作罐坩堝內的熔體在壓力差的作用下經升液管沿反重力方向填充樹脂砂鑄型，充型完成后按照設定的增加速度120mm/s繼續增壓，當上工作罐和下工作罐的壓力差達到O. 06MPa時進行保壓，保壓時間為4 5min，鑄件始終在2. OMPa 2. 2MPa高壓環境下補縮凝固，補縮凝固結束后打開互通閥同時排氣卸壓，取出鑄件。⑷.將步驟⑶制得的ZL424鋁合金毛坯鑄件清理后進行熱處理I)固溶處理先升溫至300±10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時。2)淬火處理在50°C 60°C淬火介質中進行淬火處理,要求毛坯從淬火爐到水槽的轉移時間不超過15秒。先升溫至300± 10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時。3)人工時效處理在室溫條件下停留IOh后進行時效處理，先升溫至140±5°C，保溫8小時，再升溫至180 ± 5 °C，保溫8小時。(5).對熱處理后的ZL424鋁合金毛坯鑄件進行檢驗I)化學成分化學成分決定著合金的力學性能，也影響到合金的鑄造工藝性能及熱處理后的性能，是鋁合金鑄造中的頭一個要嚴格控制的工藝參數。2)機械性能包括抗拉強度、延伸率及硬度等。3)內部質量檢驗采用X射線進行鑄件內部透視檢查，檢查鑄件針孔、氣孔、夾雜(渣)。ZL424鑄造合金差壓鑄造與重力鑄造的試棒針孔度和力學性能比較I.針孔度采用差壓鑄造工藝(熔煉采用二級精煉加一次中間凈化)13爐次ZL424鑄造鋁合金，每爐鑄造后各取砂型標準試樣4根，與13爐次重力鑄造工藝(熔煉時只經六氯乙烷精煉)的合金試樣進行比較，結果見表1，由表I可見采用差壓鑄造后，合金的針孔度多數達2級以上，而重力鑄造的合金的針孔度多數達3級。表I不同鑄造工藝ZL424合金針孔度比較
權利要求
1.一種ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于包括以下步驟 ⑴.合金配料； ⑵.采用二級精煉加中間凈化對合金進行熔煉； ⑶.使用差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件； ⑷.將步驟⑶制得的ZL424鋁合金毛坯鑄件清理后進行熱處理； (5).對熱處理后的ZL424鋁合金毛坯鑄件進行檢驗。
2.根據權利I所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于步驟⑴所述鑄造合金的配料包括Zn、Mg、Mn、Ti及Al，各配料的重量百分比為Zn3. 5-4. 5%；MgI. 5-2. 0%；MnO. 2-0. 5%；TiO. 1-0. 2%；雜質總和O---O. 9%； 余量為Al。
3.根據權利2所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于所述的雜質包括Fe、Si、Cu、Be及Zr，各雜質占合金配料總重量的重量百分比為FeO-—O. 5%;S!O—--O. 3%;LuO——O. 2%;BeO—--O. 1%;ZrO---O I
4.根據權利I所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于步驟⑵所述的ZL424鑄造鋁合金熔煉為 O熔煉工具的準備熔煉工具主要包括中頻感應爐，清理熔煉工具，并預熱到200 250°C噴刷氧化鋅涂料厚約為O. 5mm，然后在600 650°C充分干燥3 4小時方可使用； 2)將中頻爐預熱至20(TC預熱后裝料熔化； 3)合金熔化時裝料順序如下 回爐料一純鋁錠一中間合金錠一鋅錠一鎂錠； 4)當合金液升至660 680°C時加入鋅錠，鋅錠自行下沉，迅速熔化在鋁合金液中； 5)合金液升溫至680 690°C時用專門的壓鎂工具進行壓鎂操作； 6)合金液于690 700°C進行均勻化攪拌，攪拌操作由近及遠，由下及上不斷旋轉合金液，攪拌過程中攪拌器不應露出表面，盡量不破壞合金液的原始表面，攪拌時間不得少于3 5分鐘； 7)合金液于700 720°C用壓塊六氯乙烷進行精煉處理，精煉劑加入量為O.5% O. 7%的熔化量，用鐘罩分為2 4批壓入，壓塊時，壓模應揩拭干凈，防止臟物進入； 8)精煉完畢后靜置3-4分鐘，取鋁水試樣放入模具中，冷卻后，取試樣進行加工，采用光譜分析儀進行合金化學成份檢驗，若合格，進行下序；若不合格，根據化驗結果，采取補加或沖淡措施，調整其成分到合格； 9)將熔煉好的鋁合金溶液倒入裝有50-60目陶瓷過濾網過濾裝置中，溶液通過過濾網過濾到已經預熱至620-650°C的差壓鑄造機的保溫爐中加熱保溫； 10)當差壓鑄造機的保溫爐中合金液溫度達到720-730°C開始二次精煉處理，首先打開氬氣瓶或氮氣瓶開關，調整減壓閥及流量計，使壓力穩定在O. 02-0. 03MPa，氬氣或氮氣流量O.2-0. 3m3/h，通氬或氮壓力及流量大小由熔煉坩堝大小決定，一般以金屬液面有氣體沸騰而液面氧化膜不破裂為宜；把多孔吹頭插入坩堝中央下部，此時經過干燥器干燥脫水后的氬氣由多孔吹頭噴入合金液中，一般吹氬或氮氣10-12min ;精煉完畢，取出多孔吹頭，關閉氬氣瓶開關，靜置4-5min，清渣后進行含氣量檢查； 11)用冷凝法進行含氣量檢查，發現有氣體析出時，可進行二次除氣，含氣量檢查合格后進行差壓鑄造。
5.根據權利I所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于步驟⑶所述的差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件為 1)在熔煉的同時，對升液管進行預熱至660 680°C;將精煉處理后的熔體溫度控制在690 70(TC，鑄件安放完成后，鎖緊上罐，差壓鑄造機進行差壓鑄造的升液、充型、增壓、保壓及卸壓； 2)設定差壓鑄造的工藝參數，升液充型速度為60mm/s，增壓速度為100mm/S； 3)打開差壓鑄造機的上工作罐和下工作罐之間的互通閥，同時高壓氣源向上工作罐和下工作罐通入干燥過的氣體達到差壓鑄造機所需的工作壓力，工作壓力為O. Γ0. 5MPa，此時上工作罐和下工作罐壓力平衡，然后關閉互通閥使上工作罐和下工作罐隔絕； 4)采用減壓法按照設定的差壓鑄造工藝參數進行升液、充型和增壓，即排出上工作罐內的氣體，升液壓力達到O. 12^0. 14MPa，充型壓力達到O. 13^0. 15MPa，下工作罐坩堝內的熔體在壓力差的作用下經升液管沿反重力方向填充樹脂砂鑄型，充型完成后按照設定的增加速度120mm/s繼續增壓，當上工作罐和下工作罐的壓力差達到O. 06MPa時進行保壓，保壓時間為4 5min，鑄件始終在2. OMPa 2. 2MPa高壓環境下補縮凝固，補縮凝固結束后打開互通閥同時排氣卸壓，取出鑄件。
6.根據權利I所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于步驟⑷所述的ZL424招合金毛還鑄件清理后進行熱處理包括 1)固溶處理先升溫至300±10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時； 2)淬火處理在50°C 60°C淬火介質中進行淬火處理，要求毛坯從淬火爐到水槽的轉移時間不超過15秒；先升溫至300± 10°C，保溫3小時，再升溫至550±5°C，保溫8小時； 3)人工時效處理在室溫條件下停留IOh后進行時效處理，先升溫至140±5°C，保溫8小時，再升溫至180 ± 5 °C，保溫8小時。
7.根據權利I所述的ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，其特征在于步驟(5)所述的ZL424鋁合金毛坯鑄件檢驗包括 1)化學成分； 2)機械性能包括抗拉強度、延伸率及硬度； 3)內部質量檢驗采用X射線進行鑄件內部透視檢查，檢查鑄件針孔、氣孔、夾雜、夾渣。
全文摘要
本發明涉及一種ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，包括以下步驟⑴.合金配料；⑵.采用二級精煉加中間凈化對合金進行熔煉；⑶.使用差壓鑄造方法制備ZL424鋁合金鑄件；⑷.將步驟⑶制得的ZL424鋁合金毛坯鑄件清理后進行熱處理；⑸.對熱處理后的ZL424鋁合金毛坯鑄件進行檢驗。本發明是一種用于ZL424鋁合金鑄件差壓鑄造工藝，通過本差壓鑄造工藝制造的鑄件毛坯克服了使用傳統重力鑄造方法得到的ZL424鑄造鋁合金鑄件的缺陷，消除了鑄件的內部針孔和顯微縮松和微裂紋，提高了鑄件的化學成份合格率、力學性能和致密度。此外，工藝還具有效率高、鑄件成活率高、制造成本低等諸多優點。
文檔編號C22C1/02GK102873301SQ20121040625
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者曲嘉, 呂振玉, 朱玲, 田洪超, 馬明山, 蔡競, 張群 申請人:中國船舶重工集團公司第七0七研究所