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CN117904500B - 一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法 - Google Patents

一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法 Download PDF

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CN117904500B CN202311522558.1A CN202311522558A CN117904500B CN 117904500 B CN117904500 B CN 117904500B CN 202311522558 A CN202311522558 A CN 202311522558A CN 117904500 B CN117904500 B CN 117904500B
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Abstract

一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法，本发明涉及一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法，本发明是要解决现有铝合金铸锭强度不足的问题。该铝合金圆铸锭由Si、F、Cu、Mg、Zn、Zr、Cr、Ti、Sc和余量的Al制成。方法：一、称取原料；二、投料前向炉底铺撒熔剂，将原料加入熔炼炉，投料后在表面再铺撒熔剂；三、加热至熔炼炉中配料熔化，加入铜板和锌锭搅拌；四、熔炼，扒去表面浮渣；五、精炼；六、倒炉；七、铸造；八、锯切；九、均匀化退火。本发明的铝合金铸锭制造挤压棒材，具有较高的抗拉强度和抗压屈服强度。本发明应用于铝合金领域。

Description

一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法。
背景技术
超高强铝合金是航空航天、国防等领域的重要结构材料，具有重要的战略地位。Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金广泛应用于飞机机身、机翼梁、机舱壁板、核工业和火箭等高强度结构件的制造，是航空航天、国防工业中不可缺少的重要材料。近30年来，开发了一系列高强铝合金，如7050、7150、7055、7449、7136、7056等合金，合金的抗拉强度从500～580MPa提高到630～680MPa。
随着航空航天和军工领域对材料减重要求的日益严苛，Al-Zn-Mg-Cu系合金需要进一步提高其性能，迫切需要开展800MPa超高强铝合金的研制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有Al-Zn-Mg-Cu系铝合金铸锭强度级别不足，铸造成型困难的问题，提供了一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法。
本发明一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭按元素质量百分含量由Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.3％～1.8％、Mg：2.4％～3.2％、Zn：9.8％～11.5％、Zr：0.10％～0.0.12％、Cr：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.25％、Sc：0.12％～0.23％、碱金属总量≤3ppm和余量的Al组成。
本发明一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法按照以下步骤进行：
一、按照元素质量百分含量为比Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.3％～1.8％、Mg：2.4％～3.2％、Zn：9.8％～11.5％、Zr：0.10％～0.12％、Cr：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.25％、Sc：0.12％～0.23％和余量为Al的比例称取铝锭、铝合金废料、阴极铜、原生镁锭、锌锭、铝铬中间合金锭、铝锆中间合金颗粒、铝钪中间合金颗粒和铝钛硼丝，得到原料；
二、投料前在熔炼炉炉底均匀铺撒上一层熔剂，然后依次按照铝锭、铝铬中间合金锭和铝合金废料的顺序加入入熔炼炉，投料后在上表面再均匀的铺撒一层熔剂，然后加热至熔化，再将阴极铜和锌锭淹没在熔体中，在720～780℃下搅拌，然后待熔体温度为740℃～760℃时加入铝锆中间合金颗粒，继续将熔体温度升高到800℃～810℃，加入铝钪中间合金颗粒，在熔体温度为800℃～810℃的条件下保温，然后进行两次搅拌，再在熔体温度≥750℃下加原生镁锭和保护合金，保温后搅拌，再扒去熔体表面浮渣；待原料全部熔化后再覆盖一层粉状熔剂，待熔剂熔化后充分搅拌至均匀，再一次扒去熔体表面浮渣，得到铝合金溶液；
三、精炼：通入Ar-Cl2混合气体，在730℃～760℃下精炼，精炼时间为8min～10min，得到精炼后的铝合金溶液；
四、倒炉：将精炼后的铝合金溶液倒入静置炉，通入Ar-Cl2混合气体，再次精炼10min～15min，然后静置，得到精炼两次的铝合金溶液。
五、铸造：先将低浓度的铝合金溶液引入结晶器进行铸造，待铸造40-100mm后，再加入精炼两次的铝合金溶液进行铸造，得到铝合金圆铸锭；其中铸造温度：740～760℃，铸造速度：25mm/min～50mm/min，铸造水流量：40m3/h～100m3/h；铸造时点入铝钛硼丝；所述低浓度铝合金溶液按元素质量百分含量为Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.2％～1.6％、Mg：1.8％～2.4％、Zn：5.6％～6.4％、Zr：0.10％～0.13％，Sc：0.10％～0.15％，余量为Al；
六、锯切：将铸锭395～405℃预热2h～6h后，锯切成品长度，车削表面氧化皮层，进行均匀化退火处理，得到成品铸锭。
进一步的，步骤二中搅拌方法为：先在炉底搅拌5min～10min，然后再在炉中部搅拌至熔体均匀，搅拌时要保证平稳不起大波浪，既保证成分均匀，又避免熔渣混入液体金属中。由于合金元素含量总和较高，元素间密度相差大，为减少Cu、Zn的烧损和蒸发，并保证纯金属充分的溶解时间，铜板、锌锭应在炉料熔化下塌且熔体能将其淹没时加入，加入时铜板、锌锭不能漏出液面，以保证成分均匀，并防止铜、锌产生重度偏析。
步骤二中不低于750℃加入镁锭和铝铍中间合金，是保证微量合金元素充分溶解在铝液中，防止合金元素沉入炉底，减少成分偏析；合金中含有镁元素时，在熔体表面形成的疏松的氧化膜，合金失去氧化膜的保护作用，抗氧化能力越低，氧化反应可继续向熔体内进行，造成合金元素尤其是镁元素的烧损。因此在步骤四中加入镁锭，可减少镁元素在高温的停留时间，减少烧损，同时加入少量铝铍中间合金，可以改善氧化膜性质，提高抗氧化能力，也可大大减少镁等合金元素的烧损，且因为加入量较少，铍除渣后就基本检测不到，故不作为合金化元素。
进一步的，步骤五中将铝合金溶液用分液漏斗将过滤后浇注至结晶器中，在铝液流道靠近结晶器位置设计流口，将最先进入流道的温度较低的铝液，引入引锭槽弃用，将符合温度要求的铝合金溶液引入结晶器铸造，有效控制铸锭裂纹的产生。
步骤五中先用低浓度起铸炉铸造，可减小合金化程度高带来的铸锭内应力过大，带来的铸造开裂倾向，提高铸造成品率。
进一步的，本方法过程中所用的熔炼工具在接触铝熔体的部分均涂上一层TiO2，避免熔炼工具接触铝熔体产生杂质。所述熔炼工具为搅拌和扒渣时所用的工具。
进一步的，步骤六中锯切前将铸锭进行预热，目的是去除铸造应力，避免锯切开裂。
进一步的，步骤九中将成品铸锭按照400℃/10h+470℃/50h+473℃/10h工艺进行均匀化退火处理。三级均匀化退火，目的分别最大限度的诱导Al3(Sc，Zr)相弥散析出，充分消除合金中的低熔点共晶相和高熔点共晶相。Al3(Sc，Zr)相可有效钉扎位错，抑制热变形过程的再结晶行为，高温均匀退火，可使共晶相充分回溶，保证铸锭组织纯净化，提高最终制品的强度达到800MPa。
本发明方法采用的熔剂中，碱金属氯化物有利于氧化夹杂与熔体的分离，有利于金属与渣的分离，碱金属氯化物对氧化铝有极强的润湿及吸附能力，氧化铝被富凝聚性及润湿性的熔剂吸附包围后便改变了氧化物的性质、密度及形态，从而通过上浮而更快地被排出。
在一定的温度条件下，NaCl和KCl与熔体可发生反应如下：
3KCl+Al＝AlCl3↑+3K
3NaCl+Al＝AlCl3↑+3Na
在熔炼温度下，生成的AlCl3蒸汽即按惰性气体原理进行去气作用。
因为合金成分中含有1.8％～2.5％的Mg，因此熔剂中设计还有MgCl2，即能浸润熔体中的MgO质点，又能与MgO形成化合物而沉至炉底，其反应式：
3MgCl2+5MgO＝MgCl2·5MgO
熔体中的BaCl2，具有较大的比重，使熔剂增重而便于与合金液分离。
CaF能增大混合盐的表面张力，使已吸附的氧化物熔盐球化，易于与熔体分离；熔剂中所含的稀土氟化物组分在铝熔体中可与铝发生反应置换出单质稀土，并达到细化变质的作用。
在铝合金熔炼温度范围内，置换出的稀土元素与氢化合生成氢化物，反应式可写成：
RE+H2＝REH2
另外，稀土还会与熔体中的Al2O3发生反应：
2RE+Al2O3＝2Al+RE2O3
稀土氟化物还可以降低熔剂—铝液表面张力，有助于熔剂与气杂的充分接触而提高捕捉气杂的效率，达到最佳的除气效果。
常规的7000系铸造开头一般采用纯铝铺底，而本发明的7000合金对于杂质含量要求较高，因此，铺底用的纯铝难以满足回收要求，该废料无法作为本合金的回收料，一般降低等级用于7050或者7075合金使用，且纯铝铺底是比较强硬的限制铸造开头裂纹的问题，但仍然会存在应力过大而开裂的问题。本发明采用低浓度起铸是采用相同精度要求铝液配比的，而Zn、Mg、Cu含量都相对低一些的溶体开始铸造，铸造过渡区铝液浓度适中，铝浓度梯度变换较纯铝低很多，同时由于低浓度起铸的铝液配比要求与本发明合金要求接近，该头尾可直接作为一级废料，用于本合金后续生产投料使用。
本发明的有益效果：
1、本发明改进了锆元素的添加方式，添加颗粒状铝锆中间合金，避免了铸锭状添加，导致Zr元素聚集，又避免了粉末状添加，对于环境和人体的危害，增加了锆元素的分散度，增加了铝液与铝锆中间合金颗粒的充分接触和快速溶解。常规7000系铝合金中钪元素+锆元素总添加量一般控制在0.20％左右，添加量再增加就会出现粗大的Al3(Sc，Zr)一次初生相，不仅抑制再结晶作用减弱，还对铝合金强度和韧性造成不利影响。本发明提高了基体钪元素+锆元素元素的含量，钪元素+锆元素总添加量可提高到0.22％～0.35％，减少了铸态组织中粗大的Al3(Sc，Zr)一次初生相的出现。充分发挥锆元素细化晶粒的作用，从而提高合金的强度。
2、本发明在铝合金铸造过程中添加含稀土的熔剂覆盖和Ar-Cl2混合气体精炼，夹杂物和孔隙显著降低，同时提高了熔体净化效果，铸锭的熔体氢含量降至0.06ml/100gAl以下。
3、本发明合金由于合金元素含量总和较高，元素间密度相差大，为减少Cu、Zn的烧损和蒸发，并保证纯金属充分的溶解时间，本发明方法将铜板、锌锭在炉料熔化下塌且熔体能将其淹没时加入，加入时铜板、锌锭不能漏出液面，以保证成分均匀，并防止铜、锌产生重度偏析。
4、本发明的合金成分中，主元素Zn含量在11％左右，整体合金化达到16％以上，铸造成形性难度非常大，本发明采用引流槽和低浓度起铸两种方法，突破了高合金化高强合金的铸造成型难题，铸造出的Ф192mm×6000mm规格的圆铸锭，铸造成品率达到90％以上。
5、本发明对于采用三级均匀工艺400℃/10h+470℃/50h+473℃/10h进行铸锭均匀化退火处理。第一级400℃/10h处理，最大限度的诱导Al3(Sc，Zr)相弥散析出，Al3(Sc，Zr)相可有效钉扎位错，抑制热变形过程的再结晶行为；第二级470℃/50h处理，充分消除合金中的低熔点共晶相，从而提高铸锭的过烧温度，为第三级高温均火做好充足准备，第三级473℃/10h处理可最大限度的回溶高熔点共晶相，纯净化铸锭组织，提高最终制品的强度达到800MPa。
6、采用本发明的铝合金铸锭制造挤压材，其纵向抗拉强度大于800MPa；规定非比例延伸强度大于780MPa，断后伸长率大于3％。
本发明铝合金铸锭外观质量良好，低倍无疏松，高倍组织均匀细小。本发明铸锭的冶金质量和成材率为我超国高强铝合金发展开辟了道路。
附图说明
图1为实施例1制备的铝合金铸锭不同倍数的金相组织照片；
图2为实施例1制备的铝合金铸锭晶粒形貌照片；
图3为添加钪锆中间合金颗粒的铸锭照片。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭按元素质量百分含量由Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.3％～1.8％、Mg：2.4％～3.2％、Zn：9.8％～11.5％、Zr：0.10％～0.0.12％、Cr：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.25％、Sc：0.12％～0.23％、碱金属总量≤3ppm和余量的Al组成。
本实施方式为了严格控制铁、硅杂质及Na+Li+K碱金属的含量，所述精铝锭中Fe含量为0.005％以下，Si含量为0.005％以下，Na+Li+K碱金属的含量为3ppm以下。
Al-Zn-Mg-Cu系合金的力学性能主要取决于Zn、Mg的含量，可以形成强化效果显著的MgZn2相，随着Zn、Mg含量的增加，合金强度显著地增大，抗拉强度和热处理效果一般也随之增加。Cu能提高合金的过饱和程度，在高Zn合金中，Cu原子溶入GP区，能扩大GP区的稳定温度范围，延缓时效析出。Cu原子还可溶人η和η′相中，降低晶界和晶内的电位差，还可以改变沉淀相结构和细化晶界沉淀相，抑制沿晶开裂的趋势，在腐蚀介质中降低裂纹扩展速率，提高合金的抗应力腐蚀性能。
在超高强铝合金中保持较高的Zn/Mg比和Cu/Mg比是获到良好性能的基础。总之，Cu的添加能提高沉淀相的弥散度，改善晶间结构，如晶界沉淀相、晶界无沉淀析出带，改善沿晶腐蚀性能，能同时提高强度、塑性、耐蚀性和重复加载抗力。适当的Sc、Zr等微量元素，可起到细化晶粒，抑制再结晶，提高合金力学性能及耐腐蚀性能的效果。
具体实施方式二：本实施方式一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法按照以下步骤进行：
一、按照元素质量百分含量为比Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.3％～1.8％、Mg：2.4％～3.2％、Zn：9.8％～11.5％、Zr：0.10％～0.12％、Cr：0.02％～0.04％、Ti：0.015％～0.25％、Sc：0.12％～0.23％和余量为Al的比例称取铝锭、铝合金废料、阴极铜、原生镁锭、锌锭、铝铬中间合金锭、铝锆中间合金颗粒、铝钪中间合金颗粒和铝钛硼丝，得到原料；
二、投料前在熔炼炉炉底均匀铺撒上一层熔剂，然后依次按照铝锭、铝铬中间合金锭和铝合金废料的顺序加入入熔炼炉，投料后在上表面再均匀的铺撒一层熔剂，然后加热至熔化，再将阴极铜和锌锭淹没在熔体中，在720～780℃下搅拌，然后待熔体温度为740℃～760℃时加入铝锆中间合金颗粒，继续将熔体温度升高到800℃～810℃，加入铝钪中间合金颗粒，在熔体温度为800℃～810℃的条件下保温，然后进行两次搅拌，再在熔体温度≥750℃下加原生镁锭和保护合金，保温后搅拌，再扒去熔体表面浮渣；待原料全部熔化后再覆盖一层粉状熔剂，待熔剂熔化后充分搅拌至均匀，再一次扒去熔体表面浮渣，得到铝合金溶液；
三、精炼：通入Ar-Cl2混合气体，在730℃～760℃下精炼，精炼时间为8min～10min，得到精炼后的铝合金溶液；
四、倒炉：将精炼后的铝合金溶液倒入静置炉，通入Ar-Cl2混合气体，再次精炼10min～15min，然后静置，得到精炼两次的铝合金溶液。
五、铸造：先将低浓度的铝合金溶液引入结晶器进行铸造，待铸造40-100mm后，再加入精炼两次的铝合金溶液进行铸造，得到铝合金圆铸锭；其中铸造温度：740～760℃，铸造速度：25mm/min～50mm/min，铸造水流量：40m3/h～100m3/h；铸造时点入铝钛硼丝；所述低浓度铝合金溶液按元素质量百分含量为Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.2％～1.6％、Mg：1.8％～2.4％、Zn：5.6％～6.4％、Zr：0.10％～0.13％，Sc：0.10％～0.15％，余量为Al；
六、锯切：将铸锭395～405℃预热2h～6h后，锯切成品长度，车削表面氧化皮层，进行均匀化退火处理，得到成品铸锭。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述熔剂按重量百分比由6％NaCl、8％KCl、55％MgCl2、15％BaCl2、10％CaF和6％稀土氟化物组成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是所述熔剂中稀土氟化物是由CeF3、ErF3和ScF3组成的混合氟化物，其中CeF3的质量为稀土氟化物总质量的70～80％，ErF3和ScF3的质量比为1：1。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：所用熔剂的总量为原料总质量的1‰～2‰。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤二中在熔体温度为800℃～810℃的条件下保温≥20min，然后进行第一次搅拌，搅拌后当熔体温度再次回升至800℃以上后，保温≥20min，再进行第二次搅拌。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤二中保护合金为铝铍中间合金，铝铍中间合金的加入量为原料质量的0.02％～0.04％。其它与具体实施方式一至五之一相同。
铝铍中间合金是为了保护镁合金烧损，加入量较少，除渣后就基本检测不到铍，故不作为合金化元素。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：铝钛硼丝的点入速度为1000mm/min。其它与具体实施方式二至七之一相同。
其中硼元素除渣后含量极少，故不作为合金化元素。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤五铸造时监测铝合金溶液的温度，进入结晶器的铝合金溶液的温度≥700℃。其它与具体实施方式二至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是：Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为94：6。其它与具体实施方式二至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式二至十之一不同的是：均匀化退火处理是在400℃下保温10h，然后在470℃下保温50h，再在473℃下保温10h。其它与具体实施方式二至十之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式二至十之一不同的是：铸造温度：750℃，铸造速度：30mm/min，铸造水流量：50m3/h。其它与具体实施方式二至十之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：本实施例800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，包括以下步骤：一、按重量百分比Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.5％、Mg：2.1％、Zn：10.7％、Zr：0.12％、Cr：0.03％、Ti：0.20％、Sc：0.18％，Na+Li+K总量≤3ppm和余量的Al称取原料；所述原料为铝锭、铜板、镁锭、锌锭、铝合金废料、铝钛硼丝、铝锆中间合金颗粒、铝钪中间合金颗粒，所述铝合金废料为与要制备的铝合金型号相同的铝合金；所述铝锭为精铝锭；
二、在投料前向熔炼炉炉底均匀铺撒上一层熔剂，然后依次按照铝锭、铝铬中间合金锭和铝合金废料的顺序加入入熔炼炉，投料后在上表面再均匀的铺撒一层熔剂，然后加热至熔化，再将阴极铜和锌锭淹没在熔体中，在720～780℃下搅拌，然后待熔体温度为740℃～760℃时加入铝锆中间合金颗粒，继续将熔体温度升高到800℃，加入铝钪中间合金颗粒，当熔体温度回升至800℃时，保温时间20min，然后开炉进行第一次搅拌，而后当熔体温度再次回升至800℃后，保温20min，进行第二次搅拌；
再在熔体温度≥750℃下加原生镁锭和铝铍中间合金，保温10min后搅拌，再扒去熔体表面浮渣；控制熔炼炉内的原料在10～14h内熔化，之后采用喷粉的方式将粉状熔剂喷洒覆盖熔体，待熔剂完全熔化后充分搅拌至均匀，再一次扒去熔体表面浮渣，得到铝合金溶液；铝铍中间合金的加入量为原料质量的0.03％；
三、精炼：通入Ar-Cl2混合气体，在730℃下精炼，精炼时间为10min，得到精炼后的铝合金溶液；
四、倒炉：将精炼后的铝合金溶液倒入静置炉，通入Ar-Cl2混合气体，再次精炼15min，然后静置30min，得到精炼两次的铝合金溶液。
五、铸造：采用低浓度起铸炉铸造，先在结晶器中加入低浓度铝液进行铸造，待铸造100mm后，再在结晶器中加入精炼两次的铝合金溶液进行铸造，得到铝合金圆铸锭；其中铸造温度：750℃，铸造速度：30mm/min，铸造水流量：50m3/h，铸造时点入铝钛硼丝，铝钛硼丝加入量为原料的0.02％；所述低浓度铝合金溶液按元素质量百分含量为Si≤0.005％、Fe≤0.005％、Cu：1.2％～1.6％、Mg：1.8％～2.4％、Zn：5.6％～6.4％、Zr：0.10％～0.13％，Sc：0.10％～0.15％，余量为Al；
六、锯切：将铸锭400℃预热3h后，锯切成品长度，车削表面氧化皮层，然后按照400℃/10h+470℃/50h+473℃/10h工艺进行均匀化退火处理，获得成品铸锭。
所述熔剂按重量百分比由6％NaCl、8％KCl、55％MgCl2、15％BaCl2、10％CaF和6％稀土氟化物组成。所述稀土氟化物是由CeF3、ErF3和ScF3组成的混合氟化物，其中CeF3的质量为稀土氟化物总量的80％，ErF3的质量为稀土氟化物总量的10％，ScF3的质量为稀土氟化物总量的10％。上述熔炼炉中加入的熔剂的量为步骤一中称取的全部原料总重量的1.5‰，然后分三次加入。
本实施例所用的熔炼工具在接触铝熔体的部分均涂上一层TiO2，避免熔炼工具接触铝熔体产生杂质。所述熔炼工具为搅拌和扒渣时所用的工具。
本实施例铸造的Ф192mm×6000规格的圆铸锭成品率提高到90％，铸锭外观质量良好，低倍无疏松，高倍组织均匀细小。
本实施例成品铝合金圆铸锭的金相组织照片和晶粒形貌照片如图1和2所示，由图1和2可知，铸态样品金相组织中存在较小的偏析现象，铸态样品平均晶粒尺寸为约33μm，晶粒细小均匀。
本实施例使用铝锆中间合金颗粒和铝钪中间合金颗粒，可有效防止金属过热，缩短熔炼时间、减低金属烧损，便于高熔点钪、锆元素的溶解，夹杂物少，能得到成分均匀、准确的合金。更重要的是可以提高合金中钪、锆元素的含量，充分发挥钪、锆元素在合金中的细化晶粒，提高强度和抑制再结晶的作用。常规7000系合金中钪元素和锆元素的总添加量为一般控制在0.20％以下，否则就会产生大量粗大的Al3(Sc，Zr)一次初生相，不仅起不到细化晶粒、提供强度、抑制再结晶的作用，还会对性能造成不利影响。本实施例中钪元素和锆元素添加量可提高到0.3％，铸态组织中仅出现少量规整的Al3(Sc，Zr)一次初生相，铸态组织照片如图3所示。
而本实施例进行均匀化退火处理的目的有2个，一个是高温条件下，促进粗大的一次凝固析出相回溶；另一个目的是，在400℃温度下，促进Al3(Sc，Zr)相的弥散析出，该相在后续的变形加工及热处理过程中能够钉扎晶界，阻碍位错运动和晶界迁移，具有强烈抑制热加工过程中再结晶的作用，提高合金性能。
采用本实施例的铝合金铸锭制造的挤压棒材，其型材的纵向抗拉强度大于805MPa；规定非比例延伸强度大于783MPa，断后伸长率大于7％；抗压屈服强度大于790MPa。

Claims (8)

1.一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，铝合金圆铸锭按元素质量百分含量由Si≤0.005%、Fe≤0.005%、 Cu：1.5%、Mg：2.1%、Zn：10.7%、Zr：0.12%、Cr：0.03%、Ti：0.20%、Sc：0.18%、Na+Li+K 总量≤3 ppm和余量的Al组成；
所述铝合金圆铸锭的制备方法为：
按照上述元素质量百分含量称取铝锭、铝合金废料、阴极铜、原生镁锭、锌锭、铝铬中间合金锭、铝锆中间合金颗粒、铝钪中间合金颗粒和铝钛硼丝，得到原料；
投料前在熔炼炉炉底均匀铺撒上一层熔剂，然后依次按照铝锭、铝铬中间合金锭和铝合金废料的顺序加入熔炼炉，投料后在上表面再均匀的铺撒一层熔剂，然后加热至熔化，再将阴极铜和锌锭淹没在熔体中，在720~780℃下搅拌，然后待熔体温度为740℃~760℃时加入铝锆中间合金颗粒，继续将熔体温度升高到800℃~810℃，加入铝钪中间合金颗粒，在熔体温度为800℃~810℃的条件下保温，然后进行两次搅拌，再在熔体温度≥750℃下加原生镁锭和保护合金，保温后搅拌，再扒去熔体表面浮渣；待原料全部熔化后再覆盖一层粉状熔剂，待熔剂熔化后充分搅拌至均匀，再一次扒去熔体表面浮渣，得到铝合金溶液；
三、精炼：通入Ar-Cl2 混合气体，在 730℃~760℃下精炼，精炼时间为 8min~10min，得到精炼后的铝合金溶液；
四、倒炉：将精炼后的铝合金溶液倒入静置炉，通入 Ar-Cl2 混合气体，再次精炼 10min~15min，然后静置，得到精炼两次的铝合金溶液；
五、铸造：先将低浓度的铝合金溶液引入结晶器进行铸造，待铸造40-100mm后，再加入精炼两次的铝合金溶液进行铸造，得到铝合金圆铸锭；其中铸造温度：740~760℃，铸造速度：25mm/min~50mm/min，铸造水流量：40m3/h～100m3/h；铸造时点入铝钛硼丝；所述低浓度的铝合金溶液按元素质量百分含量为Si≤0.005%、Fe≤0.005%、 Cu：1.2%～1.6%、 Mg：1.8%～2.4%、Zn：5.6%～6.4%、Zr：0.10%～0.13%，Sc：0.10%~0.15%，余量为Al；
六、锯切：将铸锭 395~405℃预热 2h~6h 后，锯切成品长度，车削表面氧化皮层，进行均匀化退火处理，得到成品铸锭；其中均匀化退火处理是在400℃下保温10h，然后在470℃下保温50h，再在473℃下保温10h。
2.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，所述熔剂按重量百分比由 6%NaCl、8%KCl、55%MgCl2、15%BaCl2、10%CaF 和 6%稀土氟化物组成。
3.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，所述熔剂中稀土氟化物是由 CeF3、ErF3 和 ScF3 组成的混合氟化物，其中 CeF3 的质量为稀土氟化物总质量的70~80%，ErF3 和 ScF3的质量比为1：1。
4.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，步骤二中在熔体温度为800℃~810℃的条件下保温≥20min，然后进行第一次搅拌，搅拌后当熔体温度再次回升至 800℃以上后，保温≥20min，再进行第二次搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，步骤二中保护合金为铝铍中间合金，铝铍中间合金的加入量为原料质量的 0.02%~0.04%。
6.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，步骤五铸造时监测铝合金溶液的温度，进入结晶器的铝合金溶液的温度≥700℃。
7.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，Ar-Cl2 混合气体中氩气与氯气的体积比为 94：6。
8.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭，其特征在于，铸造温度：750℃，铸造速度：30mm/min，铸造水流量：50m3/h。
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