航天大型厚鑄件用鋁合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種航天大型厚鑄件用鋁合金材料及其制備方法，在航天標準ZL114A合金的基礎上，通過調整合金成分、控制微量元素含量以及批量化生產細化變質、熔煉制備工藝，采用普鋁批量制備出一種高強韌的新型亞共晶鋁合金材料，適用于航天大型厚鑄件，力學性能與精鋁小批量生產的性能相當，成本下降5000元/噸，滿足了航天產品批量化的需求。
【專利說明】
航天大型厚鑄件用錯合金材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于侶合金制造領域，設及航天大型厚鑄件用侶合金材料，尤其是一種航 天大型厚鑄件用侶合金材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 我國航天產品W蒙皮巧條馴接結構成型工藝為主，侶合金材料W強度和初性較好 的變形侶合金為主，但隨著國內外航天產品的形狀日益趨向大型化、整體化、結構與功能一 體化發展，國外越來越多的采用鑄造成型工藝，主要因為鑄造具有低成本、綜合性能優及可 靠性強，制造周期短等優勢。
[0003] 例如航天用底座，屬于大型厚壁件(厚度0.2m，長度10m)，需要合金兼具良好的流 動性和高的力學性能。目前，航天領域主要采用選用化114A，因其含有較高的Si含量，液態 金屬具有較好的流動性，可W成型大型厚鑄件，由于微量Mg元素的加入，可通過形成Mg2Si 析出相來進行時效強化處理，因而具有較高的強度、且延展性較好。航天產品為了保證高的 力學性能，使用的化114A侶合金材料一般采用精侶(Al>99.85%)在真空試驗爐中制備，生 產成本高而且無法滿足航天鑄件批量化生產的需求。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種航天厚大鑄件用鑄高強造 亞共晶侶娃合金材料及其制備方法，關鍵技術是界定了對力學性能有影響的微量元素的含 量、采用爐后侶鐵棚絲輔助細化與Sr+RE聯合變質工藝及批量化制備工藝的控制，生產實現 了批量化生產，生產成本大幅下降，滿足了航天產品批量化生產。
[0005] 本發明解決技術問題所采用的技術方案是：
[0006] -種航天大型厚鑄件用侶合金材料，其組分及質量百分含量為：
[0007]
[000引一種航天大型厚鑄件用侶合金材料的制備方法，步驟如下：
[0009] (1)將Al>99.70%的重烙用侶錠、金屬娃放入火焰反射爐中烙化，烙化溫度為780- 800。。
[0010] 間然后再將411'110、41863、4這1110、415^0、1?6投入反射爐中，攬拌5~8111111，升溫 至760-780。。
[0011] 間按總投料的0.1~0.2%稱取ST無鋼精煉劑，W惰性氣體氮氣為載體將ST無鋼精 煉劑均勻的噴入侶合金烙體內，噴粉時間控制在20~30min，靜置5min，將侶液表面的浮渣 拱出；
[0012] (4)用鐘罩將金屬儀壓入侶合金烙體內部至金屬儀全部烙化，迅速攬拌4~5min;
[0013] 間調整侶液溫度為720-740°C，使用除氣祀往反射爐內的侶合金液中吹入氮氣，去 除侶合金液中的氣體，直至侶合金液中的含氨量達到0.3cm^100 gAl，停止爐內除氣；
[0014] 做在誘鑄流槽尾端的過濾箱內放置陶瓷過濾板，預熱誘鑄流槽和過濾板至600- 700。。
[001引（7)爐內侶液靜置lOmin，調整侶液溫度至700±5°C，打開爐組放水裝置，開始誘鑄；
[0016] 腳誘鑄開始后，啟動喂絲機，鐵棚絲的喂料速度為0.45-0.5m/min，誘鑄流槽的容 積為0.8m3，鐵棚絲在誘鑄流槽的侶合金液中有效合金化時間保證10min-12min;
[0017] (10)誘鑄過程，侶合金液經過在線氮氣除氣和陶瓷過濾板除渣，進入模具內部凝固 成錠。
[001引而且，所述的金屬娃為破碎好的1~5cm3的小塊。
[0019] 而且，所述的陶瓷過濾板為30目的陶瓷過濾板。
[0020] 而且，所述的誘鑄過程使用在線測氨儀測量侶液含氨量，含氨量《0.10cm3/ lOOgAlo
[0021] 本發明侶合金材料在QJ3185《航天用侶合金化205A、ZL114A鑄件規范》中化114A的 基礎上，進行優化：
[0022] 1)增加 Mn/Fe比（1/3-3/4)的控制
[0023] 2)增加雜質元素？(《0.0020%)、化(化《0.0020%)的控制
[0024] 3)合金強化細化作用：加入侶液重量0.5-0.7 %的AmSBl鐵棚絲
[0025] 4)增加變質處理：Sr:(0.010%-0.025%)、RE(0.15-0.25%)
[0026] 本發明的優點和積極效果是：
[0027] 1、本發明通過加強對雜質元素 P、Ca、Mn的控制，采用Sr+Re聯合變質，爐后鐵棚絲 強化細化W及爐內和爐后雙重除氣除渣生產工藝，研制出一種航天大型厚鑄件用高純凈、 高強初侶合金材料，實現了批量化生產，成本低，滿足了航天產品批量化生產需求。
[0028] 2、本發明降低化、P等對力學性能有害元素含量，同時添加了適量的Mn元素來降低 化元素的有害作用，提高力學性能。
[0029] 3、本發明使用喂絲機在爐后流槽內均勻添加鐵棚絲，侶液內部形成TiB2化合物， 通過控制鐵棚絲的喂料速度W及誘鑄流槽的容積，有效控制了鐵棚絲的有效合金化時間， 避免了合金化時間過短和過長對合金力學性能的危害。
[0030] 4、本發明針對大型厚鑄件的特點，選用Sr+RE聯合變質工藝，對侶合金的Si相進行 變質；同時稀±具有除氣的效果，外加爐內除氣祀除氣、爐后靜波在線除氣、陶瓷過濾板除 渣的精煉工藝，厚大鑄件含氣量低而且變質效果均勻、良好，克服了 Sr變質合金含氣量高的 缺陷。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為接近鑄件表面的金相組織圖
[0032]圖2為距離鑄件表面深100mm部位的金相組織圖
【具體實施方式】
[0033] 下面結合附圖并通過具體實施例對本發明作進一步詳述，W下實施例只是描述性 的，不是限定性的，不能W此限定本發明的保護范圍。
[0034] -種航天大型厚鑄件用侶合金材料，其組分及質量百分含量為：
[0035]
[0036] (1)按^上比例分別稱取普侶（41>99.70%)、金屬娃（441)、金屬儀^邑> 99.95%)、鐵中間（411'110)、被中間（41863)、儘中間（4這1110)、鐵棚桿(411'巧81)、鎖中間 (AlSr 10)、混合稀±RE;其中金屬娃為破碎好的1~5cm3的小塊。
[0037] (2)按總投料的0.1~0.2%稱取ST無鋼精煉劑；
[0038] (3)利用叉車將步驟（1)中的重烙用侶錠、金屬娃放入30t的固定式火焰反射爐中 烙化，烙化溫度為780-800°C，取樣進行成分檢測；
[0039] (4)然后將步驟（1)中鐵中間、被中間、儘中間、混合RE利用叉車投入固定式反射爐 中，叉車叉動攬拌祀大力攬拌爐內侶液5~8min，升溫至760-780°C，取成分樣塊檢測成分；
[0040] (5)調整侶液溫度至760-780°C，將步驟(2)中的ST無鋼精煉劑放入自動噴粉機中， W惰性氣體氮氣為載體將ST無鋼精煉劑均勻的噴入侶合金烙體內去除侶合金中的浮渣(兼 有除氣的作用），噴粉時間控制在20~30min，靜置5min，將侶液表面的浮渣拱出；
[0041] (6)用鐘罩將步驟（1)中的金屬儀壓入侶合金烙體內部至金屬儀、鎖中間全部烙 化，迅速攬拌4~5min，取樣檢測。
[0042] (7)調整侶液溫度為720-740°C，使用除氣祀往反射爐內的侶合金液中吹入氮氣， 去除侶合金液中的氣體（兼有去除浮渣的作用），直至侶合金液中的含氨量達到〇.3cm3/ lOOgAl，停止爐內除氣。
[0043] (8)在誘鑄流槽尾端的過濾箱內放置30目的陶瓷過濾板，誘鑄前1小時開啟預熱系 統，預熱誘鑄流槽和過濾板至600-700°C ;
[0044] (9)爐內侶液靜置lOmin，調整侶液溫度至700±5°C，打開爐組放水裝置，開始誘 鑄。
[0045] (10)誘鑄開始后，啟動喂絲機，鐵棚絲的喂料速度為0.45-0.5m/min，誘鑄流槽的 容積為0.8m3，鐵棚絲在誘鑄流槽的侶合金液中有效合金化時間保證10min-12min。
[0046] (11)誘鑄過程，侶合金液經過在線氮氣除氣和陶瓷過濾板除渣，進入模具內部凝 固成錠。
[0047] (12)誘鑄過程，使用在線測氨儀測量侶液含氨量，含氨量《0.10cm3/100gAl。
[004引本發明合金材料與航天標準化114A合金成分、力學性能對比（參見表1及表2)，完 全符合航天標準的要求，而且價格較精侶產品便宜約5000元/噸。
[0049] 表1合金材料成分
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0053] 使用本合金材料制備的大型厚鑄件不同部位的變質效果圖，如圖1、圖2所示，可W 看出，不同部位的變質效果良好而且均勻。
[0054] W上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離發明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運些都屬于本發明的保護 范圍。
【主權項】
1. 一種航天大型厚鑄件用鋁合金材料，其組分及質量百分含量為：2. -種權利要求1所述的鋁合金材料的制備方法，步驟如下： ⑴將A1多99.70 %的重熔用鋁錠、金屬硅放入火焰反射爐中熔化，熔化溫度為780-800 °C； ⑵然后再將41!^10^1863)讀1110、413^0、1^投入反射爐中，攪拌5~8111111，升溫至 760-780。。； (3)按總投料的0.1~0.2%稱取ST無鈉精煉劑，以惰性氣體氮氣為載體將ST無鈉精煉劑 均勻的噴入鋁合金熔體內，噴粉時間控制在20~30min，靜置5min，將鋁液表面的浮渣撈出； ⑷用鐘罩將金屬鎂壓入鋁合金熔體內部至金屬鎂全部熔化，迅速攪拌4~5min; (5) 調整鋁液溫度為720-740°C，使用除氣耙往反射爐內的鋁合金液中吹入氮氣，去除鋁 合金液中的氣體，直至鋁合金液中的含氫量達到0.3cm 3/100gAl，停止爐內除氣； (6) 在澆鑄流槽尾端的過濾箱內放置陶瓷過濾板，預熱澆鑄流槽和過濾板至600-700°C; (7) 爐內鋁液靜置lOmin，調整鋁液溫度至700 ± 5°C，打開爐組放水裝置，開始澆鑄； (8) 澆鑄開始后，啟動喂絲機，鈦硼絲的喂料速度為0.45-0.5m/min，澆鑄流槽的容積為 0.8m3，鈦硼絲在饒鑄流槽的錯合金液中有效合金化時間保證10min-12min; (10)澆鑄過程，鋁合金液經過在線氮氣除氣和陶瓷過濾板除渣，進入模具內部凝固成錠。3. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的金屬娃為破碎好的1~5cm3的小 塊。4. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的陶瓷過濾板為30目的陶瓷過濾 板。5. 根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述的澆鑄過程使用在線測氫儀測量 鋁液含氫量，含氫量彡〇 ? 10cm3/100gAl 〇
【文檔編號】C22C1/03GK106048335SQ201610652686
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月10日 公開號201610652686.1, CN 106048335 A, CN 106048335A, CN 201610652686, CN-A-106048335, CN106048335 A, CN106048335A, CN201610652686, CN201610652686.1
【發明人】霍會娟, 郭強, 劉文龍, 劉忠, 龐會霞
【申請人】天津立中合金集團有限公司