CN108085546A

CN108085546A - 一种2024铝合金熔炼铸造方法

Info

Publication number: CN108085546A
Application number: CN201810092812.1A
Authority: CN
Inventors: 郑伟; 刘棋汶
Original assignee: Yingkou Zhongwang Aluminum Co Ltd
Current assignee: Yingkou Zhongwang Aluminum Co Ltd
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-05-29

Abstract

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种2024铝合金熔炼铸造方法，包括以下质量百分含量的组分：Si：≤0.25％、Fe：≤0.35％、Cu：4.55～4.65％、Mn：0.5～0.7％、Mg：1.55～1.65％、Cr：0.1％、Zn：0.2％、Ti：≤0.12％、杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％、余量为Al，然后经熔炼、精炼、除气、除渣、铸造后采用半连续铸造工艺进行铸造，精炼过程中加入23～28％的NaCl、20～40％的KCl和40～60％的MgCl₂作为精炼剂，控制铸造温度为730℃～740℃，铸造速度为20～22mm/min，单支水流量为300～310L/min，得到2024铝合金铸锭。通过本发明的2024铝合金熔炼铸造方法生产的铝合金铸棒缺陷少，材料性能和成品率得到提升，减少能耗，降低生产成本，具有良好的经济效益。

Description

一种2024铝合金熔炼铸造方法

技术领域

本发明属于铝合金技术领域，涉及一种2024铝合金熔炼铸造方法。

背景技术

铝合金是以铝为基的合金总称，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用。

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金两大类：铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金，铝锌合金和铝稀土合金，铸造铝合金在铸态下使用。变形铝合金能承受压力加工，可加工成各种形态、规格的铝合金材，主要用于制造航空器材、建筑用门窗等。形变铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。

2024铝合金属Al-Cu-Mg系铝合金，是一种高强度硬铝，可进行热处理强化，在淬火和刚淬火状态下塑性中等，点焊焊接良好，用气焊时有形成晶间裂纹的倾向，合金在淬火和冷作硬化后其可切削性能尚好，退火后可切削性低，但是其耐腐蚀性不高。2024铝合金主要用于制作各种高负荷的零件和构件，如飞机上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，铆钉等150℃以下工作零件。

大尺寸的2024铝合金在铸造过程中，工艺选用不当，会出现裂纹等不可接受缺陷。浇注温度过低，会降低金属流动性，浇注温度过高，会增加产生裂纹的趋势；浇注速度过慢会导致铸锭出现拉痕、冷隔等缺陷。因此需要发明一种适宜的2024铝合金铸造方法来减少铝合金铸锭的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决2024铝合金在铸造过程中，工艺选用不当，会出现裂纹等不可接受缺陷的问题，提供一种2024铝合金熔炼铸造方法。

为达到上述目的，本发明提供一种2024铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：

A、配料：按照如下质量百分比配料：Si：≤0.25％、Fe：≤0.35％、Cu：4.55～4.65％、Mn：0.5～0.7％、Mg：1.55～1.65％、Cr：0.1％、Zn：0.2％、Ti：≤0.12％、杂质：单个≤0.05％，总量≤0.15％、余量为Al；

B、熔炼：在熔炼过程中先将电解铝液、其他合金固体料加入熔炼炉内搅拌熔化，该熔化后温度≤760℃，再将铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金投入熔炼炉内进行搅拌熔化，该熔化温度为740～760℃，然后将铝钛中间合金及纯镁锭用加镁器投入熔炼炉中进行搅拌熔化，该熔化温度为720～760℃，将完全熔化后的铝合金熔液均匀搅拌；

C、精炼：将熔炼炉中加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730±5℃，精炼时间为15～20min，精炼后的铝液静置15min，精炼过程中同时通过电磁搅拌装置均匀搅拌，其中精炼剂的成分包括23～28％的NaCl、20～40％的KCl和40～60％的MgCl₂；

D、除气：从熔炼炉的底部通入高纯惰性气体，利用惰性气体除去铝液中的杂质气体；

E、除渣：将除气后的铝液通过带陶瓷过滤板的流槽过滤铝液中的杂质，其中陶瓷过滤板和流槽要提前进行烘烤，减少铝液温度的损失；

F、铸造：将除渣后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为730～740℃，铸造速度为20～22mm/min，单支水流量300～310L/min，其中铝液铸造开始时先放少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铸造结束后先关闭铸造冷却水，待铝合金铸棒尾端完全凝固后将铸造后的铝合金铸棒运输到指定位置。

进一步，步骤B中搅拌熔化的方式为电磁搅拌熔化。

进一步，步骤D中惰性气体为氮气、氦气或者氩气中的一种。

进一步，步骤E铝液铸造过程中采用激光液位仪控制流槽内铝液液面高度，铝液中杂质的去除采用双级陶瓷配合管式过滤。

进一步，步骤F铝液铸造过程中使用刮水器，防止铝液冷却不均产生裂纹，整个铸造过程中开启电磁搅拌器，使得铝合金成分更加均匀。

进一步，步骤F中的铸造机的工艺参数通过PLC控制系统进行控制。

进一步，步骤F中铸造器铸盘上的结晶器放水一致。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的2024铝合金熔炼铸造方法中，铝合金精炼的主要目的是去除铝合金熔体内分散的气体及氧化物夹杂，以保证工业产品质量及成品率。多年以来国内外对铝熔体净化中进行了大量研究，目前精炼剂被广泛的应用于原生铝和再生铝的工业生产中。

本发明针对2024铝合金的熔炼提出了一种精炼剂配方。该精炼剂具有净化效果好，成本低的优点。该精炼剂在传统NaCl-KCl二元卤素盐精炼剂的基础上加入MgCl₂，再以一定的配比混合制备而来。该精炼剂通过化学反应把熔液中的悬浮物、气泡快速上浮，消除铝合金铸棒疏松、气孔、夹杂等质量问题，该精炼剂作用机理如下：

(1)除气机理

精炼剂进入熔体后发生化学反应生成微量气体，随着反应进行，熔体内弥散的出现小气泡，熔体内的气体一部分由于压差的作用，不断扩散进气泡中，随着气泡上升被排出熔体；另一部分气体则与精炼剂发生化学反应被消除。

(2)除杂机理

卤素盐进入熔体后，会与熔体内杂质发生一系列物理化学反应，最终起到杂质与熔体分离的效果。KCl-NaCl二元卤素为基的精炼剂对熔体具有覆盖作用，从而减少熔体氧化。在此基础上加入MgCl₂可以起到降低精炼剂熔点，提高精炼剂在熔体中的流动性的作用，使溶剂易于包裹杂质，从而使杂质与熔体分离；加入MgCl₂还能使溶剂与熔体界面处稳定的金属膜易于破裂，促使氧化物夹杂像界面迁移；此外MgCl₂可以降低溶剂的表面张力变小，增强对Al₂O₃夹杂物的润湿性，提高溶剂吸附能力；MgCl₂可以提高溶剂化学性，与熔体内的氧化物夹杂发生反应，粉碎和溶解氧化物从而达到除杂的目的。

2、本发明的2024铝合金熔炼铸造方法，在铝合金铸棒铸造前对陶瓷过滤板和流槽进行烘烤，可以烘干过滤板和流槽中的水分，减少氢气的引入，提高过滤板和流槽温度，减小铝液出炉口后的温度降，减少铝液温度的损失，保证铝液温度维持在铸造温度范围之内。

3、通过本发明的2024铝合金熔炼铸造方法生产的铝合金铸棒缺陷少，材料性能和成品率得到提升，减少了能耗，降低了生产成本，具有良好的经济效益。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明2024铝合金熔炼铸造流程示意图。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

如图1所示一种2024铝合金熔炼铸造方法，包括如下步骤：

A、配料：2024铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：

按照以上配比准备铝合金原料；

B、熔炼：在熔炼过程中先将电解铝液、其他合金固体料加入熔炼炉内搅拌熔化，该熔化后温度≤760℃，再将铝铜中间合金、纯锌锭、铝锆中间合金投入熔炼炉内进行搅拌熔化，该熔化温度为750±5℃，然后将铝钛中间合金及纯镁锭用加镁器投入熔炼炉中进行搅拌熔化，该熔化温度为740±5℃，将完全熔化后的铝合金熔液通过电磁搅拌器均匀搅拌；

C、精炼：将熔炼炉中加入精炼剂进行精炼，精炼温度为730±5℃，精炼时间为15～20min，精炼后的铝液静置15min，精炼过程中同时通过电磁搅拌装置均匀搅拌，其中精炼剂的成分包括23％的NaCl、20％的KCl和40％的MgCl₂；

D、除气：从熔炼炉的底部通入高纯氩气，利用氩气除去铝液中的杂质气体；

E、除渣：将除气后的铝液通过带陶瓷过滤板的流槽过滤铝液中的杂质，其中陶瓷过滤板和流槽要提前进行烘烤，减少铝液温度的损失，铝液铸造过程中采用激光液位仪控制流槽内铝液液面高度；

F、铸造：将除渣后的铝液转入熔铸静置炉中，对静置炉中的铝液采用半连续铸造法进行铸造，铸造温度为730℃，铸造速度为20mm/min，单支水流量310L/min，其中铝液铸造开始时先放少量铝液缓慢流进结晶器，当铝液升至结晶器石墨环下方1/3处保持50～70s时开始铸造，铝液铸造过程中使用刮水器，防止铝液冷却不均产生裂纹，整个铸造过程中开启电磁搅拌器，使得铝合金成分更加均匀；铸造器铸盘上的结晶器放水一致，防止由于放流问题导致漏铝或死眼。采用此种方法得到的铝合金铸棒表面质量良好，无裂纹产生。铸造结束后先关闭铸造冷却水，待铝合金铸棒尾端完全凝固后将铸造后的铝合金铸棒运输到指定位置。铝合金铸棒完全冷却后将铸造后的铝合金铸棒吊出进行低倍及表面检测。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，步骤A中2024铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：

元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	杂质	Al
											含量	0.25	0.35	4.65	0.7	1.65	0.1	0.2	0.10	0.10	余量

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，步骤A中2024铝合金铸锭原料中各元素质量百分数配比如下：

实施例4

实施例4与实施例3的区别在于，步骤C中精炼剂的成分包括28％的NaCl、40％的KCl和60％的MgCl₂。

实施例5

实施例5与实施例3的区别在于，步骤F中铸造温度为740℃，铸造速度为22mm/min，单支水流量308L/min。

对比例1

对比例1与实施例4的区别在于，步骤C中精炼剂为无钠精炼剂。

对比例2

对比例2与实施例5的区别在于，步骤C中精炼剂为无钠精炼剂。

对实施例1～5所制备的2024铝合金铸棒的力学性能进行了测试，测试结果见表一：

表一

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						屈服强度(MPa)	381	384	383	377	379
抗拉强度(MPa)	447	450	449	445	449
						伸长率(％)	12.4	12.3	12.5	12.3	12.5

通过对表一数据的分析，可以看到通过该2024铝合金熔炼铸造方法制备的铝合金铸棒，力学性能优异，各项力学性能均满足使用要求。

对实施例1～5和对比例1～2所制备的2024铝合金铸棒的成品率进行了统计，结果见表二：

表二

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2
								成品率(％)	96	95	97	96	96	94	93

经检测，发现通过熔炼铸造方法制备的2024铝合金铸锭，成品率达到95％以上，高于使用普通精炼剂所制成的铝合金铸棒，且铸棒内部没有疏松、气孔、裂纹、夹渣等缺陷。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤B中搅拌熔化的方式为电磁搅拌熔化。

3.如权利要求1所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤D中惰性气体为氮气、氦气或者氩气中的一种。

4.如权利要求1所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤E铝液铸造过程中采用激光液位仪控制流槽内铝液液面高度，铝液中杂质的去除采用双级陶瓷配合管式过滤。

5.如权利要求1～4任一所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤F铝液铸造过程中使用刮水器，防止铝液冷却不均产生裂纹，整个铸造过程中开启电磁搅拌器，使得铝合金成分更加均匀。

6.如权利要求5所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤F中的铸造机的工艺参数通过PLC控制系统进行控制。

7.如权利要求6所述的2024铝合金熔炼铸造方法，其特征在于，步骤F中铸造器铸盘上的结晶器放水一致。