專利名稱：硬質鋁合金鑄錠的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金，具體涉及一種硬質鋁合金鑄錠。
背景技術：
7N01合金是日本鋁合金標準中的合金，屬于Al-Zn-Mg系合金。用該合金鑄錠所生產的擠壓型材一般都是高速鐵路車體的受力結構件，如牽引梁、車架枕梁、端面梁等。如何加工出性能與7N01合金相近或更佳的鋁合金鑄錠，是目前國內同行業中待解決的問題。目 前加工7N01合金在生產過程中，鑄錠經常出現柱狀晶、羽毛晶等缺陷。這些缺陷會在隨后的生產中“遺傳”給擠壓材，降低了制品的力學性能。羽毛晶具有粗大平直的晶軸，力學性能有很強的各向導性，不僅破壞了工藝性能而且會大幅的降低力學性能，粗大柱狀晶亦會降低鑄錠的性能，特別是橫向性，所以鑄錠時不允許存在這些缺陷。產生柱狀晶、羽毛晶的主要原因是該合金中含有O. 1% -O. 2%的Zr，合金中加入Zr的目的是為了改善制品的焊接性能和細化焊縫的組織。但Zr的加入也帶來了一些負面影響。Zr會對添加到熔體中的Al-Ti-B絲的細化效果造成一定的不良影響。會在其起細化作用的TiB2表面形成一層B2Zr或Zr的包復層，從而抑制了 TiB2細化晶粒的特性。此外Zr還會置換TiAl3中的一些Ti形成(Til-XZrx)Al3類型的三元固溶體。改變了其晶格常數和TiAl3的形核特性，而且隨著Zr含量的增加而使晶粒粗化，這是由于在形成的三元相中Zr的摩爾份額增加，而降低了 TiAl3的細化能力。因此Zr的加入量不合適時，會導致Al-Ti-B對鑄錠的細化效果減弱或失效。形成了鑄錠中產生粗晶、柱狀晶的條件。也會形成柱狀晶的變種——羽毛狀晶的生成條件。根據金屬結晶理論一般冷卻度小，所得到的組織是粗大的等軸晶。但在冷卻速度較大時，特別是接近或超過100° /S也會出現柱狀晶或羽毛狀晶。在鑄造速度降低時，會使冷卻強度加大。也能形成柱狀晶的生成條件。有時也會出現羽毛晶。熔體過熱或局部過熱或熔體在爐內停留時間過長會造成熔體中的自發形核粒子減少或失去活性。如此時鑄造工藝調配不當必然會產生柱狀晶或羽毛晶。

發明內容
本發明的目的是提供一種硬質鋁合金鑄錠，該鋁合金鑄錠具有良好的熱變形性能，擠壓時經在線淬火有較高的強度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應力腐蝕性能，特別是具有較強的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能。為了實現上述方案，本發明的技術解決方案為一種硬質鋁合金鑄錠，其非鋁的合金兀素為Si的質量百分含量為O. 12%,Fe的質量百分含量為O. 18%,Mg的質量百分含量為I. 30% -I. 50%, Mn的質量百分含量為O. 30% -O. 35%, Cu的質量百分含量為O. 15%，Cr的質量百分含量為O. 2% -O. 23%, Zn的質量百分含量為4. 30% -4. 60%, Zr的質量百分含量為O. 12% -O. 15%，非檢測雜質單個質量百分含量為O. 05%，總和為O. 15%。本發明硬質鋁合金鑄錠，其中所述Mg的質量百分含量為I. 30% -I. 40%，所述Mn的質量百分含量為O. 30% -O. 33%，所述Cr的質量百分含量為O. 2 % -O. 21 %，Zn的質量百分含量為4. 40% -4. 60%, Zr的質量百分含量為O. 12% -O. 14%。采用上述方案后，本發明硬質鋁合金鑄錠，通過控制非鋁合金Zn的質量百分含量為4. 30% -4. 60% ,Mg為I. 30% -I. 50%，在合金中，Zn、Mg共存時形成了一系列的新相，使合金有強烈的時效硬化 效應，通過控制Cu的質量百分含量在O. 15%，提高合金的耐應力腐蝕、抗拉強度和塑性，通過控制Zr的質量百分比為O. 12%-O. 15%，不僅能夠顯著地提高合金的焊接性能，還能急劇的提高合金的再結晶終了溫度和耐應力腐蝕性能，通過控制Mn的質量百分含量O. 30%-O. 35%,Cr在O. 2%-O. 23%，故對合金的斷裂性不會帶來不良影響，將Fe的質量百分含量控制在O. 18%，其與合金中的Si元素形成FeAlSi化合物，使Mg2Si脆性相在晶界和枝晶界呈不連續狀態存在，從而降低合金的熱裂紋傾向，通過控制Si的質量百分含量在O. 12%，消除了合金中產生粗晶、柱狀晶的內在原因，通過控制Ti的質量百分含量為O. 06% -O. 08%，消除了粗晶、柱狀晶產生的外在條件，能細化合金的鑄態晶粒，而且使合金的強度、韌性、耐磨性、抗疲勞性能及熱穩定性均有所提高，通過控制Ti成分控制在O. 06% -O. 08%，消除了粗晶、柱狀晶產生的外在條件。
具體實施例方式實施例I本發明硬質鋁合金鑄錠，其非鋁的合金元素為Si的質量百分含量為O. 12%,Fe的質量百分含量為O. 18%,Mg的質量百分含量為I. 44%,Mn的質量百分含量為O. 30%, Cu的質量百分含量為O. 15%，Cr的質量百分含量為O. 21%，Zn的質量百分含量為4. 60%，Zr的質量百分含量為O. 14%，非檢測雜質單個質量百分含量為O. 05%，總和為O. 15%。該硬質招合金鑄錠的精粒細化加工工藝,包括如下步驟；(I)先配料合金的基體選用99. 85牌號的鋁錠，Mg、Zn元素以純金屬的形式加入，考慮Cu、Cr、Ti、Zr元素熔點較高，且在合金中含量較低，故以中間合金的形式加入；(2)之后采用蓄熱式燃氣爐熔煉，熔煉溫度不超過750°C，熔體在熔煉爐內的停留時間不超過2小時；(3)在熔煉過程中，取樣分析調整完化學成分和溫度后即要抓緊倒爐，Si的質量百分含量控制在O. 12 %，Fe的質量百分含量控制在O. 18 %，Mg的質量百分含量控制在1.44%，Mn的質量百分含量控制在O. 30%, Cu的質量百分含量控制在O. 15%, Cr的質量百分含量控制在0.21%，Zn的質量百分含量控制在4. 60%, Zr的質量百分含量控制在O. 14 %，非檢測雜質單個質量百分含量控制在O. 05 %，總和控制在O. 15 %，盡量縮短熔體在爐內停留的時間，倒爐前對爐內熔體邊倒爐邊用永磁攪拌器對爐內的熔體進行三次充分攪拌，每次攪拌10分鐘，正反轉各5分鐘，取樣時溫度為720°C以上，且取樣前預先對取樣勺、試樣模充分加熱，以防止試樣出現偏析現象，爐前化學成分分析合格后即可倒入靜置爐，熔體在靜置爐內的停留時間不超過2小時；(4)熔體倒入靜置爐后，用氬氣噴吹無鈉精煉劑進行精煉，精煉劑用量I. 5kg/t，精煉時間為IOmin以上，扒凈熔體表面的浮渣，向熔體表面均勻的撒上IOkg無鈉覆蓋劑；(5)為細化鑄錠的晶粒，鑄造時，在靜置爐流口處用Al-Ti-B絲機加入Al-Ti-B絲，加入量小于500mm/min，最終使合金達到Ti的質量百分含量為O. 06% -O. 08% ；(6)為進一步提高熔體的純潔度，用除氣機進行第二次凈化進一步除氣除渣，除氣機轉子的轉速350r/min,工作時IS氣用量I. 8m3/h,采用30ppi和50ppi的雙級過濾濾除熔體中的氧化夾雜物；(7)待熔體撒上IOkg無鈉覆蓋劑后20min內，用熱頂同水平鑄造法鑄造鑄錠，鑄造溫度為700°C _710°C，鑄造速度為30mm/min ；(8)為消除鑄錠的內應力及化學成分、組織的不均勻性，改善鑄錠的加工性能，使最終制品獲得良好的力學性能，需對鑄錠進行均火，根據該合金的特性，均火溫度540±5°C，均火時升溫速度< 80°C /h,保溫時間7h，冷卻時轉入冷卻爐先強風冷2h，再水冷O. 5h,最后出爐。上述熔鑄工藝參數表I
權利要求
1.一種硬質鋁合金鑄錠，其特征在于其非鋁的合金元素為Si的質量百分含量為0. 12%，Fe的質量百分含量為0. 18%，Mg的質量百分含量為1.30% -1.50%，Mn的質量百分含量為0. 30% -0. 35%, Cu的質量百分含量為0. 15%, Cr的質量百分含量為0.2% -0. 23%, Zn的質量百分含量為4. 30% -4. 60%, Zr的質量百分含量為0.12% -0. 15%，非檢測雜質單個質量百分含量為0. 05%，總和為0. 15%。
2.如權利要求I所述的硬質鋁合金鑄錠，其特征在于所述Mg的質量百分含量為1.30% -I. 40%，所述Mn的質量百分含量為0. 30% -0. 33%，所述Cr的質量百分含量為0.2% -0.21%, Zn的質量百分含量為4. 40% -4. 60%, Zr的質量百分含量為,0.12% -0. 14%。
全文摘要
一種硬質鋁合金鑄錠，屬于鋁合金技術領域，其非鋁的合金元素為Si的質量百分含量為0.12％，Fe的質量百分含量為0.18％，Mg的質量百分含量為1.30％-1.50％，Mn的質量百分含量為0.30％-0.35％，Cu的質量百分含量為0.15％，Cr的質量百分含量為0.2％-0.23％，Zn的質量百分含量為4.30％-4.60％，Zr的質量百分含量為0.12％-0.15％，非檢測雜質單個質量百分含量為0.05％，總和為0.15％。本發明硬質鋁合金鑄錠具有良好的熱變形性能，擠壓時經在線淬火有較高的強度，制品的焊接性能，耐腐蝕性能良好，有一定的耐應力腐蝕性能，特別是具有較強的吸收沖擊能力和抗擊折疊的性能。
文檔編號C22C21/10GK102965554SQ201210533089
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者張培良, 蘇振佳, 王剛, 高安江, 吳英杰, 蘇本顯, 徐群峰 申請人:叢林集團有限公司