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CN107653388A - 一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺 - Google Patents

一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺 Download PDF

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CN107653388A
CN107653388A CN201710861033.9A CN201710861033A CN107653388A CN 107653388 A CN107653388 A CN 107653388A CN 201710861033 A CN201710861033 A CN 201710861033A CN 107653388 A CN107653388 A CN 107653388A
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宋平
刘忠
王立凯
黄征昊
李史星
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LUOYANG MAIDASI ALUMINUM Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，具体为：投料、取样、配料、倒炉、精炼、静置、在线除气、在线过滤、铸造、回火。在投料环节所用的原料100％为非7系合金一级废料；在精炼工序中采用气固精炼剂(N2氮气+4AB无钠精炼剂)；无需使用脉冲水装置，引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备；在晶粒细化环节采用晶粒细化剂AlTi5B1替代AlTi5B0.2，在线细化Ti含量提升0.015％的前提下避免了B含量引入造成的铸造裂纹，并且降低成本。本发明所得铸棒宏观组织细密，无粗晶环，无表面疏松层和其他组织缺陷。在不具备必需的铸造工装及原辅材料的前提下，利用现有条件，降低了铸造成本，显著提高了经济效益。

Description

一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺
技术领域
本发明涉及铝合金铸造领域，尤其是一种Φ458mm大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺。
背景技术
7005铝合金的焊接性比较好、抗拉强度高，常用来制造对强度和断裂韧性要求较高的焊接结构，如自行车车架。
根据公司当前的生产情况，需要直径为Φ458mm的大规格7005铝合金铸棒为75MN挤压机供料。结合当前的7005铝合金铸造技术，目前国内企业生产该合金铸棒时，所使用的原料除了纯铝，一般需加入30％相似合金的一级废料,加入适当比例相似合金的一级废料，在降低原料成本提高合金塑性的同时，免了 100％废料投入造成配料失败的概率。
目前的铸造工艺在精炼环节中需要氩气或氯气作为精炼剂进行精炼,但氩气成本高，而氯气有毒,限制了两者的使用；在铸造过程中，传统的7系合金铸造时均需采用刮水板来降低铸造时的冷却强度以控制铸锭开裂，铸造前需要用纯铝铺底来防止铸锭尾部裂纹；用脉冲水装置以降低直接水冷强度，以减少铸锭底部收缩，增加了设备投资和中间合金采购费用；在晶粒细化环节需要使用晶粒细化剂AlTi5B0.2来防止铸造裂纹，但是在较高B含量时仍然无法避免铸造裂纹的出现。
现有的铸造工艺工序繁琐，成本高昂，限制了7005铝合金的批量生产。
发明内容
本发明的目的在于克服以上困难，提供一种经济型的Φ458mm大规格7005 铝合金圆铸棒的铸造工艺，所得7005铝合金铸棒的宏观组织细密，无粗晶环，无可见表面疏松层，无其他组织缺陷。无需使用脉冲水装置；引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备，减少了设备投资和运行费用；在晶粒细化环节采用晶粒细化剂AlTi5B1替代AlTi5B0.2，在线细化Ti含量提升0.015％的前提下有效避免了B含量引入造成的铸造裂纹。可以在不具备必需的铸造工装及原辅材料的前提下，充分利用现有条件进行铸造，大大降低铸造成本并减少中间合金及工装的使用和采购。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，包括如下步骤：
1)投料：将100％非7系合金一级废料使用加料车投入35吨矩形炉内进行熔炼；
2)取样：待废料在炉内全部熔化，并达到取样温度710-750℃后进行取样；
3)配料：根据初次取样检测结果以及配料值，计算需要投入中间合金的种类以及重量，将计算的中间合金按照所需重量投入到炉内；
4)倒炉：当熔体温度达到730℃以上时进行倒炉，倒炉前将流槽充分干燥；
5)精炼：采用气固精炼剂进行精炼，精炼时间不小于15min；精炼时，精炼管头应没入熔体内，且在熔体内各个位置均匀移动；
所述的气固精炼剂为：氮气+4AB无钠精炼剂；
6)静置：精炼完毕关闭炉门进行熔体静置并同时将熔体温度调整到700℃ -740℃，静置时间≥20min，之后进行铸造；待精炼完成后，使得熔体在保温炉内静置20min以上；
7)在线除气：使用N2除气，除气前做好检查准备工作；
8)在线过滤：使用目数为20ppi和30ppi的双层过滤板进行过滤；
9)铸造：铸造过程中，保温炉铸造温度保持在730℃-750℃，铸造速度为 15mm/min-30mm/min，冷却水流量为500L/min-1500L/min。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(3)所述配料值的标准按照重量百分比为：Si 0.35％，Fe 0.40％，Cu 0.10％，Mn 0.20-0.7％， Mg 1.0-1.8％，Cr 0.06-0.20％，Zn 4.0-5.0％，Ti 0.01-0.06％，Zr0.08-0.2％。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(4)的倒炉温度为730℃-760℃。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(5)的精炼温度为700℃-750℃。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中熔炼和保温阶段均使用4#熔剂作为覆盖剂，熔炼阶段包括投料、取样和配料过程，保温阶段包括精炼和静置过程。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(7)在线除气时气体转速为330rpm-420rpm，气体流量为40m3/h-60m3/h。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(8)所述的过滤板为泡沫陶瓷过滤板。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中步骤(9)铸造时使用晶粒细化剂AlTi5B1。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，该铸造工艺无需使用脉冲水装置，引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备。
前述的一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其中所述的大规格7005 铝合金圆铸棒的直径为458mm。
相对传统的铸造工艺，本发明的优点是：
(1)在投料环节所用的原料100％为非7系合金一级废料，在全部采用一级废料作为原料的前提下，结合本发明的铸造工艺，同样能使所得铝合金铸棒达到合格的要求，拉伸实验结果远远高于国标值，并且大大降低了原料的成本，具有极大的经济效益。
(2)在精炼工序中采用气固精炼剂(N2氮气+4AB无钠精炼剂)进行精炼，氮气精炼可避免污染，且可以降低成本，固体4AB无钠精炼剂，同时具有造渣的作用，精炼效果好。
(3)本发明的铸造工艺无需使用脉冲水装置；引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备，减少了设备投资和运行费用。
(4)在晶粒细化环节采用晶粒细化剂AlTi5B1替代AlTi5B0.2，AlTi5B1的成本较AlTi5B0.2低很多，不仅降低了铸造成本，而且在线细化Ti含量提升0.015％的前提下有效避免了B含量引入造成的铸造裂纹，采用本发明的铸造工艺即使B 含量增加，仍可以有效避免铸造裂纹的出现。
(5)本发明的铸造工艺最终所得7005铝合金铸棒的宏观组织细密，无粗晶环，无可见表面疏松层，无其他组织缺陷。可以在不具备必需的铸造工装及原辅材料的前提下，充分利用现有条件进行铸造，大大降低铸造成本并减少中间合金及工装的使用和采购。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。
具体实施方式
为使本领域的技术人员对本发明更加清晰易懂，下面通过具体的实施例对本发明一种Φ458mm大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺进行详细的说明。
本发明一种Φ458mm大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，包括如下步骤：
1)投料：所用的原料100％为非7系合金一级废料，使用加料车将废料投入35吨矩形炉内进行熔炼。
2)取样；待废料在炉内全部熔化，并达到取样温度710-750℃后进行取样。
3)配料；根据初次取样检测结果以及配料值，计算需要投入中间合金的种类以及重量，将计算的中间合金按照所需重量投入到炉内。
配料的重量百分比如下表：
表1.配料重量百分比
上表中，镍含量无需控制。
4)倒炉：倒炉前将流槽充分干燥，倒炉温度控制在730℃-760℃；
5)精炼：采用气固精炼剂(N2氮气+4AB无钠精炼剂)进行精炼，精炼温度 700℃-750℃，时间不小于15min；
6)静置：精炼完毕关闭炉门进行熔体静置并同时将熔体温度调整到700℃ -740℃，静置时间≥20min，之后才能进行铸造。
7)在线除气：该过程使用N2除气，气体转速为330rpm-420rpm，气体流量为40m3/h-60m3/h，除气前做好检查准备工作；
8)在线过滤：采用20ppi和30ppi泡沫陶瓷过滤板进行过滤；
9)铸造：铸造过程中，保温炉铸造温度保持在730℃-750℃，铸造速度为 15mm/min-30mm/min，冷却水流量为500L/min-1500L/min。铸造时，使用晶粒细化剂AlTi5B1替代AlTi5B0.2，在线细化Ti含量提升0.015％的前提下有效避免了B含量引入造成的铸造裂纹；无需使用脉冲水装置；引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备。
熔炼阶段和保温阶段均使用4#熔剂作为覆盖剂；4#熔剂的表面张力小，更易于润湿铝水，覆盖效果更好。其中，熔炼阶段指的是投料，取样，配料的过程，保温阶段指精炼和静置的过程。
通过以上具体的实施例可得到宏观组织细密，无粗晶环，无表面疏松层，无其他组织缺陷的7005铝合金铸棒。铸造过程中，使用晶粒细化剂AlTi5B1替代 AlTi5B0.2，7005合金铸造时需要尽可能减少B含量的引入，而本发明的优点之一就是在B较多的情况下，也能保证7005铝合金无铸造裂纹。
目前铸造7系合金要么需要脉冲水装置，要么需要纯铝铺底且使用刮水板设备。本发明的铸造工艺通过整个工艺参数的协调配合实现了无需脉冲水装置，引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备，不但可以减少部分工装的使用，还可以大大减少原材料纯铝的费用，具有很大的经济效益。
费用节省情况具体如下：
1、铸造时不需要脉冲水装置，此环节可以节省脉冲水装置及其辅助设施的费用；
2、通过本发明的铸造工艺，在无需纯铝铺底的情况下不使用刮水板，此项不但可以省去每炉220Kg的纯铝费用(大约0.3万元左右)，还可以节省刮水板、电浇包及相关辅助设施的费用。
另外，通过本铸造工艺制得的Φ458mm大规格7005铝合金圆铸棒，在75MN 挤压机上进行挤压时可以实现低温快速挤压，型材焊合良好；在较高的淬火温度下型材表面质量良好；通过力学性能实验测得的力学指标明显优于国标值，表2是本发明所得Φ458mm大规格7005铝合金圆铸棒的力学性能测试结果。
表2.拉伸实验结果 合金状态：7005T6
上表中，铝合金圆铸棒的抗拉强度高于440MPa(国标值为350MPa)，屈服强度高于410MPa(国标值为290MPa)，断后伸长率16％(国标值为10％)，远远高于国标值。
本发明的工艺明显的减少了铸造过程中必须工装的使用，大大的降低了铸造成本并减少了中间合金的使用，具有明显的经济效益；并且本发明工艺所得铝合金圆铸棒的拉伸实验结果均远远高于国标值。
本发明通过以上实施例对本发明进行了阐述，对于铝合金铸造领域的技术人员来说，还可以对本发明继续进行改进，但对于本发明进行简单的修饰或改变，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于包括如下步骤：
1)投料：将100％非7系合金一级废料使用加料车投入35吨矩形炉内进行熔炼；
2)取样：待废料在炉内全部熔化，并达到取样温度710-750℃后进行取样；
3)配料：根据初次取样检测结果以及配料值，计算需要投入中间合金的种类以及重量，将计算的中间合金按照所需重量投入到炉内；
4)倒炉：当熔体温度达到730℃以上时进行倒炉，倒炉前将流槽充分干燥；
5)精炼：采用气固精炼剂进行精炼，精炼时间不小于15min；精炼时，精炼管头应没入熔体内，且在熔体内各个位置均匀移动；
所述的气固精炼剂为：氮气+4AB无钠精炼剂；
6)静置：精炼完毕关闭炉门进行熔体静置并同时将熔体温度调整到700℃-740℃，静置时间≥20min，之后进行铸造；待精炼完成后，使得熔体在保温炉内静置20min以上；
7)在线除气：使用N2除气，除气前做好检查准备工作；
8)在线过滤：使用目数为20ppi和30ppi的双层过滤板进行过滤；
9)铸造：铸造过程中，保温炉铸造温度保持在730℃-750℃，铸造速度为15mm/min-30mm/min，冷却水流量为500L/min-1500L/min。
2.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(3)所述配料值的标准按照重量百分比为：Si 0.35％，Fe 0.40％，Cu 0.10％，Mn 0.20-0.7％，Mg1.0-1.8％，Cr 0.06-0.20％，Zn 4.0-5.0％，Ti 0.01-0.06％，Zr0.08-0.2％。
3.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(4)的倒炉温度为730℃-760℃。
4.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(5)的精炼温度为700℃-750℃。
5.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于熔炼和保温阶段均使用4#熔剂作为覆盖剂，熔炼阶段包括投料、取样和配料过程，保温阶段包括精炼和静置过程。
6.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(7)在线除气时气体转速为330rpm-420rpm，气体流量为40m3/h-60m3/h。
7.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(8)所述的过滤板为泡沫陶瓷过滤板。
8.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于步骤(9)铸造时使用晶粒细化剂AlTi5B1。
9.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于所述铸造工艺无需使用脉冲水装置，引锭头无需纯铝铺底且无刮水板设备。
10.如权利要求1所述的大规格7005铝合金圆铸棒的铸造工艺，其特征在于所述的大规格7005铝合金圆铸棒的直径为458mm。
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