專利名稱：高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法
技術領域：
本發明屬于鋁材生產工藝領域，具體涉及一種鋁材的熔煉鑄造方法，特別涉及一種聞鐵定位器招材的溶煉鑄造方法。
背景技術：
高鐵電氣化鐵路接觸網 中，需要一種高強度、高韌性、密度小，低電阻率的結構零件為動車組動態提供電力。高安全系數，惡劣的自然條件變化要求結構零件的組織結構，力學性能符合產品要求，且不能夠存在內部組織損傷，要求加工部位的抗拉強度320Mpa以上，規定非比例延伸強度310Mpa以上，斷后伸長率13%以上。與標準Physical Date perNational Standard En 755-2 :2008相比較，力學性能大幅度提升，對零件的加工技術，檢測方法，提出了更嚴格的要求，急需一種新的加工工藝，來滿足零件的特殊要求。
發明內容
為了克服現有技術的缺點與不足，本發明提供一種高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，可滿足高速電氣化鐵路運行對定位器材料高力學性能的要求。所述的高鐵定位器是高鐵電氣化鐵路接觸網中用到的一種定位裝置，其作用是保證接觸線與受電弓的相對位置在規定范圍內，并將接觸線的水平張力傳給支柱。所述的高鐵定位器鋁材是用于制備高鐵定位器的鋁合金材料，由以下按質量百分比計的組分組成Si :0. 8 I. 0%，Mg 0. 75 O. 95%,Cu 0. 01 O. 09%,Mn 0. 45 O. 85%,Cr 0. 10 O. 24%,Fe < O. 25，其他雜質總量< O. 15%, Al :余量。本發明的目的通過下述技術方案實現高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，包括以下操作步驟(I)熔化在熔煉爐中加入鋁錠和硅錠，點火熔化得到鋁水，然后扒渣，鋁水溫度在735 755°C時加入錳劑和鉻劑，攪拌均勻，放置10 20min，扒渣，鋁水溫度在690 740°C時添加鎂錠，攪拌均勻，扒渣，注意鋁水溫度不能過高而造成燒損，以致影響鎂在合金成份中的穩定性；(2)排氣精煉將步驟⑴最終得到的鋁水推扒10 25min，然后加入精煉劑精煉10 25min，溫度控制在700 750°C，然后用高純氮氣(純度為99. 99% )排氣；(3)在步驟⑵得到的鋁水中加入鋁鈦硼塊，靜置15 30min ；(4)取樣分析在步驟(3)得到的鋁水中取樣進行光譜分析，保證合金元素質量百分比符合標準及鋁水溫度在730 760V ；(5)放水引鑄打開熔煉爐開水口，步驟(3)得到的鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒引鑄速度為90 130mm/min ;在流槽鋁水中插入鋁鈦硼絲；鋁水在分流盤入水口處的水壓為O. 08 O. 4MPa，溫度為690 730°C，確保水壓及流量，避免裂紋、冷隔缺陷，分流盤盤尾溫度為680 720°C，若分流盤入水口處鋁水溫度在上限時，可適當調慢引鑄速度，若鋁水溫度在下限時，可適當調快引鑄速度；(6)將步驟(5)得到的鋁棒均質，冷卻得到高鐵定位器鋁材。步驟(I)中所述的鋁錠中的鋁與硅錠中的硅的質量比為(70 80) I。步驟(I)中所述的錳劑的加入量為每噸鋁水加入7. O 9. 0kg，鉻劑的加入量為每噸鋁水加入2. O 3. 5kg，鎂錠的加入量為每噸鋁水加入7. 5 10kg。步驟(2)中所述的精煉劑為RJ-I號精煉劑，其成分比符合我國有色金屬行業標準YS/T 491-2005《變形鋁及鋁合金用熔劑》，精煉劑用量為每噸鋁水加入I. 5 3. 5kg。
步驟(3)中所述的鋁鈦硼塊用量為每噸鋁水加入I. 5 2. 5kg。步驟(4)中所述的合金元素質量百分比符合的標準為Si :0. 8 1.0%，Mg:O. 75 O. 95%, Cu 0. 01 O. 09%, Mn 0. 45 O. 85%, Cr 0. 10 O. 24%, Fe < O. 25，其他雜質總量< O. 15%，Al :余量。步驟(5)中所述的鋁鈦硼絲用量為每噸鋁水加入I. 5 2. 5kg。步驟(5)中所述的泡沫陶瓷過濾板孔密度為50ppi ;所述的流槽用玻璃水涂料涂覆，防止流槽有脫塊、雜物等流入鑄模盤，放水引鑄過程中，每隔IOmin檢一次分流盤入水口處鋁水的溫度，若溫度低于690°C時，及時把爐內的鋁水升溫，確保分流盤入口的鋁水溫度控制在690 720°C之間。步驟(6)中所述的均質方法為在550 570°C下保溫10 12小時，所述的冷卻方法為采取循環冷卻水冷卻，冷卻速度200 250°C /h，控制循環冷卻水溫在10 48°C。本發明與現有技術相比，具有如下的優點及有益效果(I)本發明熔煉時間短；(2)本發明采用鋁鈦硼塊、鋁鈦硼絲作為細化劑細化鋁材的晶粒組織，得到的鋁材按照《GB/T3246. 2-2000》進行低倍組織檢測達到二級以上；(3)合金成分均勻，經測試物理性能穩定，具有較高的力學性能，使用此鋁棒加工的產品抗拉強度同比歐標高3% 31%，屈服強度(即規定非比例延伸強度)同比國標高8% 36%，伸長率同比國標高28% 100% ；(4)采用精煉劑除渣、精煉，效果明顯；(5)采用孔密度為50PPi陶瓷過濾板過濾及在線除氫，鋁棒無細微渣粒；(6)溫度控制準確，鑄造流速穩定，水壓標準，鑄錠無開裂傾向。
圖I是實施例I制得鋁棒的金相組織圖(放大倍數為X 100)。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例I原料鋁錠采用牌號為A199. 7的鋁錠，鋁錠中Al的質量百分比為99. 70%以上，符合標準GB/T1196-2008《重熔用鋁錠》；
鎂錠采用牌號為Mg-2的鎂錠，鎂錠中鎂的質量百分比符合標準GB/T3499-2003《原生鎂錠》;娃錠米用牌號為AlSi 12的招娃合金,招娃合金中娃的質量百分比為12 ± I %,符合標準YS/T282-2000《鋁中間合金錠》；Mn添加劑采用牌號為75#的錳劑，錳劑中錳的質量百分比為75%，符合標準YS/T492-2005《鋁及鋁合金成分添加劑》；Cr添加劑采用牌號為75#的鉻劑，鉻劑中鉻的質量百分比為75%，符合標準YS/T492-2005《鋁及鋁合金成分添加劑》；具體步驟如下(I)溶化在溶煉爐中加入招徒和娃徒，招徒中的招與娃徒中的娃的質量比為70 1，點火熔化得到鋁水，然后扒渣，鋁水溫度在735°C時每噸鋁水加入7. Okg錳劑和
2.Okg鉻劑，并用高純氮氣(純度即體積百分數為99. 99%)攪拌均勻，放置10!^11，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次lOmin，除渣20min)，鋁水溫度在690°C時每噸鋁水添加7. 5kg鎂錠，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次lOmin，除渣20min)；(2)排氣精煉先推扒lOmin，再在每噸鋁水加入I. 5kg精煉劑精煉lOmin，溫度控制在700°C，然后用高純氮氣(純度為99. 99% )排氣，精煉劑為RJ-I號精煉劑，其成分比符合我國有色金屬行業標準YS/T 491-2005《變形鋁及鋁合金用熔劑》；(3)排氣精煉完后每噸鋁水加I. 5kg鋁鈦硼塊(其中鈦的質量百分比為5. 0%，硼的質量百分比為1.0% )，鋁水靜置15min ；(4)取樣分析在爐膛左右各取一個樣件按照標準GB/T7999-2007進行光譜分析，合金元素質量百分比見表1，當樣件符合標準，并且鋁水溫度為730°C時，再進行步驟(5)的放水引鑄；合金元素質量百分比符合的標準為Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. Ol O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他雜質總量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引鑄打開熔煉爐開水口，鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、孔密度為50ppi的泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒的引鑄速度為90mm/min ;流槽用玻璃水涂料涂覆；鋁鈦硼絲(其中鈦的質量百分比為5. 0%，硼的質量百分比為I. 0% )直接插入流槽鋁水中間，用量為每噸鋁水I. 5kg，鋁水在分流盤入水口處的水壓為O. 08MPa,溫度為690°C，盤尾溫度為680°C ；(6)均質，冷卻均質方法為在550°C下保溫10小時，冷卻為采取循環冷卻水冷卻，冷卻速度200°C /h，控制循環冷卻水溫在10°C，得到高鐵定位器鋁材即鋁棒，鋁棒的平均直徑為150mm。實施例2原料同實施例1，具體步驟如下(I)溶化在溶煉爐中加入招徒和娃徒，招徒中的招與娃徒中的娃的質量比為80 1，點火熔化得到鋁水，然后扒渣，鋁水溫度在755°C時每噸鋁水加入9. Okg錳劑和
3.5kg鉻劑，并用高純氮氣(純度為99. 99% )攪拌均勻，放置20min，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次lOmin，除渣20min)，鋁水溫度在740°C時每噸鋁水添加IOkg鎂錠，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次IOmin,除渣20min)；
(2)排氣精煉先推扒25min，再每噸鋁水加入3. 5kg精煉劑精煉25min，溫度控制在750°C，然后用高純氮氣(純度為99. 99% )排氣，精煉劑為RJ-I號精煉劑；(3)排氣精煉完后每噸鋁水加2. 5kg鋁鈦硼塊(其中鈦的質量百分比為5. 0%，硼的質量百分比為1.0% )，鋁水靜置30min;(4)取樣分析在爐膛左右各取一個樣件按照標準GB/T7999-2007進行光譜分析，合金元素質量百分比見表1，當樣件符合標準，并且鋁水溫度為760°C時，再進行步驟(5)的放水引鑄，合金元素質量百分比符合的標準為Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. 01 O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他雜質總量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引鑄打開熔煉爐開水口，鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、孔密度為50ppi的泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒的引鑄速度為130mm/min ;流槽 用玻璃水涂料涂覆；鋁鈦硼絲(其中鈦的質量百分比為5.0%，硼的質量百分比為1.0% )直接插入流槽鋁水中間，用量為每噸鋁水為2. 5kg，鋁水在分流盤入水口處的水壓為O. 4MPa，溫度為730°C，盤尾溫度為720°C，每隔IOmin檢一次分流盤入水口處鋁水的溫度，若溫度低于730°C時，及時把爐內的鋁水升溫，確保分流盤入口的鋁水溫度控制在730°C ；(6)均質，冷卻均質方法為在570°C下保溫12小時，冷卻為采取循環冷卻水冷卻，冷卻速度250°C /h，控制循環冷卻水溫在48°C，得到高鐵定位器鋁材即鋁棒，鋁棒的平均直徑為150mm。實施例3原料同實施例1，具體步驟如下(I)溶化在溶煉爐中加入招徒和娃徒，招徒中的招與娃徒中的娃的質量比為75 1，點火熔化得到鋁水，然后扒渣，鋁水溫度在740°C時每噸鋁水加入7. 9kg錳劑和
3.Okg鉻劑，并用高純氮氣(純度為99. 99% )攪拌均勻，放置12min，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次lOmin，除渣20min)，鋁水溫度在710°C時每噸鋁水添加9. Okg鎂錠，扒渣(推扒攪拌4個來回，每次IOmin,除洛20min)；(2)排氣精煉先推扒17min，再每噸鋁水加入2. 3kg精煉劑精煉17min，溫度控制在740°C，然后用高純氮氣(純度為99. 99% )排氣，精煉劑為RJ-I號精煉劑，其成分比符合我國有色金屬行業標準YS/T 491-2005《變形鋁及鋁合金用熔劑》；(3)排氣精煉完后每噸鋁水加2. Okg鋁鈦硼塊(其中鈦的質量百分比為5. 0%，硼的質量百分比為1.0% )，鋁水靜置17min ；(4)取樣分析在爐膛左右各取一個樣件按照標準GB/T7999-2007進行光譜分析，合金元素質量百分比見表1，當樣件符合標準，并且鋁水溫度為750°C時，再進行步驟(5)的放水引鑄，合金元素質量百分比符合的標準為Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. 01 O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他雜質總量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引鑄打開熔煉爐開水口，鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、孔密度為50ppi的泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒的引鑄速度為107mm/min，再經過流槽進入鑄模盤，流槽用玻璃水涂料涂覆；鋁鈦硼絲(其中鈦的質量百分比為5.0%，硼的質量百分比為1.0% )直接插入流槽鋁水中間，用量為每噸鋁水為2. Okg，鋁水在分流盤入水口處的水壓為O. 2MPa，溫度為710V，盤尾溫度為710°C，放水引鑄過程中，每隔IOmin檢一次分流盤入水口處鋁水的溫度，若溫度低于710°C時，及時把爐內的鋁水升溫，確保分流盤入口的鋁水溫度控制在710°C ；(6)均質，冷卻均質方法為在560°C下保溫11小時，冷卻為采取循環冷卻水冷卻，冷卻速度220°C /h，控制循環冷卻水溫在40°C，得到高鐵定位器鋁材即鋁棒，鋁棒的平均直徑為150mm。實施例4將實施例I制得的鋁棒按照GB/T 3246. 1_2000《變形鋁及鋁合金制品顯微組織檢驗方法》檢驗，檢驗結果如下(I)采用GB/T 3246. 1_2000中的3號浸蝕液劑，鋁棒的金相組織如圖I所示，金相組織圖中無第二相積聚點，無過燒狀態。 (2)采用標準中比較法測定晶粒度，顯微晶粒度級數為4級。將實施例I 3得到的鋁棒按照GB/T3246. 2-2000《變形鋁及鋁合金制品低倍組織檢驗方法》檢驗，檢測結果為無裂紋，無氣孔，無夾渣，無光亮晶粒，無羽毛狀晶，晶粒度二級，疏松度一級。從實施例I 3制得的鋁棒中分別選取13根按照標準GB/T6519-2000《變形鋁合金產品超聲波檢測方法》進行超聲波探傷檢測，對所選鋁棒頭部及尾部直徑進行檢測，檢測結果如表2所述，檢測結果顯示鋁棒頭部及尾部直徑均超過150_，說明鋁棒沒有裂紋，檢測合格。表I合金元素質量百分比
Al ~SiFeCuMnMg ~Cr ~NiZn
實施例 I97. 16 0.892 07 δ 0.0602 Γδδ 0.821 0 22 0.0058 0.0291實施例 297.45 I ΤΤδ 0701 0745 0/75 θ < 0.0050 0.0291
實施例 397. 15 078 ΤΤδ 0709 0 85 0795 0 24 < 0.0050 0.0291
~Ti [TbI-SnBe ~Ca ~Sr Γ~ ZrCd
實施例 I < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0014 ~< 0.0005 0.0101O. 0247O. 0002~
實施例 2 < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0017 < 0.0005 0.01100.0240 ~< O. 0001
實施例 3 < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0013 ~< 0.0005 0.0123O. 0260 ~< O. 0001表2超聲波探傷檢測結果
權利要求
1.高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于包括以下操作步驟 (1)熔化在熔煉爐中加入鋁錠和硅錠，點火熔化得到鋁水，然后扒渣，鋁水溫度在735 755°C時加入錳劑和鉻劑，攪拌均勻，放置10 20min，扒渣，鋁水溫度在690 740°C時添加鎂錠，攪拌均勻，扒渣； (2)排氣精煉將步驟⑴最終得到的鋁水推扒10 25min，然后加入精煉劑精煉10 25min，溫度控制在700 750°C，然后用高純氮氣排氣； (3)在步驟(2)得到的鋁水中加入鋁鈦硼塊，靜置15 30min； (4)取樣分析在步驟(3)得到的鋁水中取樣進行光譜分析，保證合金元素質量百分比符合標準及鋁水溫度在730 760V ； (5)放水引鑄打開熔煉爐開水口，步驟(3)得到的鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒的引鑄速度為90 130mm/min ;在流槽的鋁水中插入鋁鈦硼絲；鋁水在分流盤入水口處的水壓為O. 08 O. 4MPa，溫度為690 730°C，分流盤盤尾溫度為680 720°C ； (6)將步驟(5)得到的鋁棒均質，冷卻得到高鐵定位器鋁材。
2.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(I)中所述的招錠中的招與娃錠中的娃的質量比為(70 80) I。
3.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(I)中所述的錳劑的加入量為每噸鋁水加入7. O 9. 0kg，鉻劑的加入量為每噸鋁水加入2. O .3.5kg，鎂錠的加入量為每噸鋁水加入7. 5 10kg。
4.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(2)中所述的精煉劑為RJ-I號精煉劑；精煉劑用量為每噸鋁水加入I. 5 3. 5kg。
5.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(3)中所述的鋁鈦硼塊用量為每噸鋁水加入I. 5 2. 5kg。
6.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(4)中所述的合金元素質量百分比符合的標準為Si :0. 8 I. 0%，Mg :0. 75 O. 95%，Cu :O.01 O. 09 %，Mn 0. 45 O. 85 %，Cr 0. 10 O. 24 %，Fe : < O. 25，其他雜質總量< O. 15%, Al :余量。
7.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(5)中所述的鋁鈦硼絲用量為每噸鋁水加入I. 5 2. 5kg。
8.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(5)中所述的泡沫陶瓷過濾板孔密度為50ppi ;所述的流槽用玻璃水涂料涂覆。
9.根據權利要求I所述的高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，其特征在于步驟(6)中所述的均質方法為在550 570°C下保溫10 12小時，所述的冷卻方法為采取循環冷卻水冷卻，冷卻速度200 250°C /h，控制循環冷卻水溫在10 48°C。
全文摘要
本發明公開了一種高鐵定位器鋁材的熔煉鑄造方法，方法為在熔煉爐中加入鋁錠和硅錠，點火，排氣精煉，排氣精煉完后加鋁鈦硼塊，然后取樣分析，放水引鑄時鋁水依次經過分流盤、在線除氣設備、泡沫陶瓷過濾板、流槽及鑄模盤得到鋁棒，鋁棒的引鑄速度為90～130mm/min；在流槽的鋁水中插入鋁鈦硼絲；鋁水在分流盤入水口處的水壓為0.08～0.4MPa，溫度為690～730℃，分流盤盤尾溫度為680～720℃，最后再均質，冷卻。本發明熔煉時間短，并采用鋁鈦硼塊、鋁鈦硼絲作為細化劑細化產品的晶粒組織，按照GB/T3246.2-2000進行檢測達到二級以上。
文檔編號C22C21/00GK102925755SQ201110227430
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月9日 優先權日2011年8月9日
發明者徐光友, 朱志堅, 楊雙強, 譚柳玉, 譚法明, 王順利 申請人:佛山市鴻金源鋁業制品有限公司