專利名稱：一種超大規格鋁合金圓棒及其鑄造方法
技術領域：
本發明涉及鋁合金鑄造領域，具體地說是涉及一種超大規格鋁合金圓棒及其鑄造方法。
背景技術：
6061合金中的主要合金元素為Mg及Si，具有中等強度，良好的抗腐蝕性、可焊接性，且氧化效果好。廣泛應用于要求有一定強度和抗腐蝕性高的各種工業結構件，如卡車制造，塔式建筑，船舶，電車，鐵道車輛，家具等，也廣泛應用于自動化機械零件、精密加工、模具制造、電子及精密儀器、SMT、PC板焊錫載具、航天固定裝置、電器固定裝置、通訊領域等。6061的化學成分和晶相組成都極為復雜，合金中元素含量、配比以及雜質含量對鑄錠和成品的組織及性能有很大的影響。現有的6061鑄態鋁合金力學性能如下· 抗拉強度Ob (MPa):彡120 ；
屈服強度σ 0.2 (MPa):彡50 ;
伸長率 δ 5 (% ) 14。中國申請號為200910036254. 8，專利名稱為一種高強度高塑性6061和6063鋁合金及其型材制備技術的專利申請文件公開了通過在鋁合金熔煉過程中加入適量的Al-Ti-C-Re晶粒細化劑(晶粒細化劑特征成分如下該中間合金含Re (以Ce為主的混合Re)0. 01-10%,TiO : 1-3. 5%,CO : 1-3. 5% )，制取具有超細晶粒的鋁合金棒。經均質化后，擠壓成具有特定高強度、高塑性的鋁合金型材。該發明制取的6061鋁合金Φ 180mm圓棒抗拉強度達到310MPa以上，伸長應力平均達280MPa以上，伸長率達15. 8%。該發明雖然在抗拉強度及伸長應力得到了很大提高，但是伸長率不夠，不利于后續的加工。中國申請號02133897. 3，專利名稱為大直徑鋁合金圓鑄錠的生產工藝的申請文件中公開了將原鋁、鎂錠、鋁-硅中間合金、鉻添加劑、錳添加劑按稱量分量裝入熔煉爐熔煉，使其溶化，經攪拌、扒渣后，取樣化驗，再轉入保溫爐進行精煉，除氣、除渣、攪拌、扒渣后靜置，并過濾，最后鑄造出的產品，圓鑄錠直徑僅為Φ380 mm。該方法鑄造出來的圓鑄錠直徑小，不能滿足大鑄件的要求；同時加入中間合金類型的細化劑，會引起細化效果不穩定，難以保證了鋁合金的品質。目前國內最大的6061鑄造招合金圓棒直徑為Φ900ι πι,圓棒的直徑限制了擠壓和鍛造成品的規格，使成品的應用范圍不夠廣，在大規格列車型材領域只能使用焊接的方式。使用現有鑄造技術生產的6061大規格鋁合金圓棒，由于冷卻水和鑄造速度等參數的配置不合理，經常出現粗晶組織，且扁錠容易開裂等問題，因此需要開發新的大規格圓棒以適應市場需求，同時保證其質量。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有的6061鋁合金力學性能低，鑄造出的圓棒直徑小，不能適應市場需要和現有鑄造技術生產出的6061鋁合金圓棒常常出現粗晶組織，圓棒易開裂，延伸率不夠的問題，提供一種利用6061鋁合金鑄造出Φ 1320mm的超大規格鋁合金圓棒及其鑄造方法。本發明的技術方案
本發明的超大規格鋁合金圓棒的合金成分質量百分比如下
Cu : O. 20 O. 30Mn : O. 00 O. 05Mg : O. 90 I. 10
Zn : O. 00 O. 05Ti : O. 02 O. 05Cr : O. 10 O. 20
Si : O. 48 O. 52Fe : O. 10 O. 45余量為 Al 各組分質量百分比之和為100%。本發明的超大規格鋁合金圓棒鑄造方法包括如下步驟
(I)配料
根據鋁合金圓棒的合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為O. 1飛0%，計算稱量好的速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金備用。(2)熔煉
a.將配料好的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料投入熔煉爐中加熱，再添加速熔硅，然后添加陰極銅和AlCr75鋁合金；熔煉爐中加熱至爐料融化，則啟動爐底的電磁攪拌裝置攪拌10mirT30min,促進爐內招液溫度和成分的均勻,加速固體原料的融化；
b.待爐內固態金屬全部融化，鋁液溫度達到735°C 755°C，轉入保溫爐。(3)保溫
鋁液在保溫爐內保溫，溫度控制在735°c 755°c，對鋁液成分進行檢測，然后根據檢測結果，先加入AlCu50鋁中間合金、AlCr5中間合金進行成分調整，添加Α1 6，純鎂錠調整成分，成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min,初級精煉気氣流量5(T60L/min,初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。所述的成分調整是通過加入各種合金元素使得鋁液中各合金的成分符合超大規格鋁合金圓棒的成分要求。(4)在線除氣精煉、晶粒細化和過濾
a、啟動保溫爐傾翻系統，使鋁液注入流槽，經過除氣裝置進行在線除氣精煉，除氫氣，轉子IS氣流量150 180L/min,轉子轉速400 500rpm/min。b、晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為廣1.5 kg/t Al。C、晶粒細化之后進入過濾裝置過濾，讓鋁液經過過濾箱去除更細微的雜質，達到提純目的。(5)鑄造
a、打開冷卻水閥門，確保鑄造初始階段冷卻能力充分，流量25飛5m3/hr，水壓為
O.09 O. IlMpa ；
b、將經過濾后的鋁液放入圓棒分流盤內，讓其快速充滿分流盤；
C、分流盤下方的引錠頭緩緩下降,鑄造進入正常階段，鑄造速度20mm/min"50mm/min,直至達到預定鑄造長度，鑄造成Φ 1320mm的圓棒；
d、停止鑄造，關閉冷卻水，移開結晶器平臺，用專用吊具將圓棒從鑄井中吊出。(6)均勻化處理a、用吊具將圓棒放置到料盤中，將圓棒和料盤一并送入均熱爐中進行均勻化處理；
b、均勻化處理過程分為加熱和保溫階段，加熱時間為7、小時，溫度達到58(T60(TC后，保溫時間為14 16小時，保溫溫度為58(T60(TC ；
C、保溫完成，將扁錠移出均熱爐，送入冷卻室進行冷卻完成。本發明中采用的原料重熔鋁錠、6061鋁合金返回料、速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金、AlCu50鋁中間合金、AlCr5中間合金、AlTi6和純鎂錠均是鋁合金生產中的常用原料，均可從市場或企業生產獲得。本發明的優點
I、采用本發明的方法可以制造的鋁合金圓棒直徑為φ 1320mm，是現今世界上最大的鑄造招合金圓棒。
·
2、本發明的方法有效去除鋁液內雜質和氫氣，通過晶粒細化劑添加量、冷卻水流量和鑄造速度的配合，消除了晶內偏析和鑄造應力，使鋁合金微觀組織均勻細化，無裂紋，具有良好的加工性能。3、鑄件晶體細化。不使用中間合金類型的細化劑，避免了由于中間合金顯微組織難以控制所引起的細化效果不穩定的困難，保證了鋁合金的品質。使用鈦硼晶粒細化劑，其具有優異的細化效果，使鑄件得到細小的等軸晶，消除了羽毛晶，為以后的加工提供了良好的內在的組織結構，能有效地克服鑄造裂紋，改善鑄件外觀。4、本發明制造的鋁合金圓棒可用于鍛造制作大規格航空航天和列車運輸等領域的設備，超大規格鋁合金圓棒可加工成更大規格的鍛件，為制造更大規格、更高性能設備提供條件。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明進行進一步說明，但本發明并不局限于實施例。實施例I
超大規格鋁合金圓棒的合金成分質量百分比按如下
Cu : O. 20 O. 30Mn : O. 00 O. 05Mg : O. 90 I. 10
Zn : O. 00 O. 05Ti : O. 02 O. 05Cr : O. 10 O. 15
Si : O. 48 O. 50Fe : O. 10 O. 30余量為 Al
招合金圓棒的鑄造方法
(I)配料根據合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為O.廣30%，計算稱量好的速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金備用。(2)熔煉按配料計算所得結果，在投料開始時添加商用速熔硅，然后投入重熔鋁錠和6061鋁合金返回料，在投料結束階段添加陰極銅、AlCr75鋁合金。熔煉爐中加熱至爐料融化，攪拌IOmin 30min，鋁液溫度達到735°C 755°C后轉入保溫爐。(3)保溫保溫爐溫度控制在735°C 755°C，先檢測保溫爐內的鋁合金成分，然后加入AlCu50、AlCr5進行成分調整，然后添加Α1 6，純鎂錠進行成分調整。成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min,初級精煉気氣流量5(T60L/min,初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。
(4)在線除氣精煉初級精煉結束，鋁液轉入除氣裝置進行在線除氣精煉，除去氫氣，轉子IS氣流量150 180L/min,轉子轉速400 500rpm/min,。(5)晶粒細化和過濾晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為I. 5 kg/t Al。晶粒細化之后進入過濾裝置過濾，過濾板使用30ppi等級。(6)鑄造先打開冷卻水閥門，確保鑄造初始階段冷卻能力充分，所述的鑄造將過濾后的招液放入圓棒分流盤，鑄造速度20mm/min 30mm/min,在鑄造前先開冷卻水冷卻，流量25 45 m3/hr，壓力為O. 09 O. llMpa，鑄造出的圓棒直徑為Φ 1320mm ;停止鑄造，關閉冷卻水，移開結晶器平臺，用專用吊具將扁錠從鑄井中吊出。(7)均勻化處理用吊具將扁錠放置到料盤中，將圓棒和料盤一并送入均熱爐中進行均勻化處理；均勻化處理過程分為加熱和保溫階段，加熱時間為8. 5小時，保溫時間為15小時，保溫溫度為590°C ;保溫完成，將圓棒移出均熱爐，進行冷卻。 本實施例控制了 Cu和Fe的質量百分比，鑄造的圓棒抗拉強度大于120MPa，屈服強度大于50MPa，延伸率大于25%，鑄錠表面光潔度較好。實施例2
與實例I中的鋁合金圓棒合金成分質量百分比不同，如下 Cu : O. 20 O. 30Mn : O. 00 O. 05Mg : O. 90 I. 10
Zn : O. 00 O. 05Ti : O. 02 O. 05Cr : O. 15 O. 20
Si : O. 50 O. 52Fe : O. 30 O. 45余量為 Al
招合金圓棒的鑄造方法
(I)配料根據合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為30 60%，計算稱量好的速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金備用。(2)熔煉按配料計算所得結果，在投料開始時添加商用速熔硅，然后投入重熔鋁錠和6061鋁合金返回料，在投料結束階段添加陰極銅、AlCr75鋁合金。熔煉爐中加熱至爐料融化，攪拌20min 30min，鋁液溫度達到745°C 755°C后轉入保溫爐。(3)保溫保溫爐溫度控制在745°C 755°C，先檢測保溫爐內的鋁合金成分，然后加入AlCu50、AlCr5進行成分調整，然后添加Α1 6，純鎂錠。成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min，初級精煉氬氣流量5(T60L/min，初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。(4)在線除氣精煉初級精煉結束，鋁液轉入除氣裝置進行在線除氣精煉，除去氫氣，轉子IS氣流量150 180L/min,轉子轉速400 500rpm/min。(5)晶粒細化和過濾晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為I. O kg/t Al。晶粒細化之后進入過濾裝置過濾，過濾板使用30ppi等級。(6)鑄造先打開冷卻水閥門，確保鑄造初始階段冷卻能力充分，所述的鑄造將過濾后的招液放入圓棒分流盤，鑄造速度30mm/min 50mm/min,在鑄造前先開冷卻水冷卻，流量45 65 m3/hr，壓力為O. 09 O. llMpa，鑄造出的圓棒直徑為Φ 1320mm ;停止鑄造，關閉冷卻水，移開結晶器平臺，用專用吊具將扁錠從鑄井中吊出。(7)均勻化處理用吊具將扁錠放置到料盤中，將圓棒和料盤一并送入均熱爐中進行均勻化處理；均勻化處理過程分為加熱和保溫階段，加熱時間為8小時，保溫時間為15小時，保溫溫度為590°C ;保溫完成，將圓棒移出均熱爐，進行冷卻。本實施例控制了 Cu和Fe的質量百分比，鑄造的圓棒抗拉強度大于128MPa，屈服強度大于57MPa，延伸率大于25%，鑄錠表面光潔度較好。實施例3
與實例I中的鋁合金圓棒合金成分質量百分比不同，如下 Cu : O. 20 O. 30Mn : O. 01 O. 04Mg : O. 90 I. 10
Zn : O. 01 O. 04Ti : O. 02 O. 05Cr : O. 12 O. 18
Si : O. 50 O. 52Fe : O. 20 O. 40余量為 Al
招合金圓棒的鑄造方法
(I)配料根據合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為25 45%，計算稱量好的速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金備用。(2)熔煉按配料計算所得結果，在投料開始時添加商用速熔硅，然后投入重熔鋁錠和6061鋁合金返回料，在投料結束階段添加陰極銅、AlCr75鋁合金。熔煉爐中加熱至爐料融化，攪拌20min 30min，鋁液溫度達到735°C 745°C后轉入保溫爐。(3)保溫保溫爐溫度控制在735°C 745°C，先檢測保溫爐內的鋁合金成分，然后加入AlCu50、AlCr5進行成分調整，然后添加Α1 6，純鎂錠。成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min，初級精煉氬氣流量5(T60L/min，初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。(4)在線除氣精煉初級精煉結束，鋁液轉入除氣裝置進行在線除氣精煉，除去氫氣，轉子IS氣流量160 180L/min,轉子轉速400 450rpm/min。(5)晶粒細化和過濾晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為I. 2 kg/t Al。晶粒細化之后進入過濾裝置過濾，過濾板使用30ppi等級。(6)鑄造先打開冷卻水閥門，確保鑄造初始階段冷卻能力充分，所述的鑄造將過濾后的招液放入圓棒分流盤，鑄造速度20mm/min 40mm/min,在鑄造前先開冷卻水冷卻，流量45 55 m3/hr，壓力為O. 09 O. llMpa，鑄造出的圓棒直徑為Φ 1320mm ;停止鑄造，關閉冷卻水，移開結晶器平臺，用專用吊具將扁錠從鑄井中吊出。(7)均勻化處理用吊具將扁錠放置到料盤中，將圓棒和料盤一并送入均熱爐中進行均勻化處理；均勻化處理過程分為加熱和保溫階段，加熱時間為9小時，保溫時間為16小時，保溫溫度為600°C ;保溫完成，將圓棒移出均熱爐，進行冷卻。本實施例鑄造的圓棒抗拉強度大于125MPa,屈服強度大于53MPa,延伸率大于25%，鑄錠表面光潔度較好。實施例4
與實例I中的鋁合金圓棒合金成分質量百分比不同，如下 Cu : O. 20 O. 30Mn : O. 00 O. 05Mg : O. 90 I. 10
Zn : O. 00 O. 05Ti : O. 02 O. 05Cr : O. 15 O. 20
Si : O. 50 O. 52Fe : O. 30 O. 45余量為 Al
招合金圓棒的鑄造方法(I)配料根據合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為30 60%，計算稱量好的速熔硅、陰極銅、AlCr75鋁合金備用。(2)熔煉按配料計算所得結果，在投料開始時添加商用速熔硅，然后投入重熔鋁錠和6061鋁合金返回料，在投料結束階段添加陰極銅、AlCr75鋁合金。熔煉爐中加熱至爐料融化，攪拌20min 30min，鋁液溫度達到745°C 755°C后轉入保溫爐。(3)保溫保溫爐溫度控制在745°C 755°C，先檢測保溫爐內的鋁合金成分，然后加入AlCu50、AlCr5進行成分調整，然后添 加Α1 6，純鎂錠。成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min，初級精煉氬氣流量5(T60L/min，初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。(4)在線除氣精煉初級精煉結束，鋁液轉入除氣裝置進行在線除氣精煉，除去氫氣，轉子IS氣流量160 180L/min,轉子轉速450 500rpm/min。(5)晶粒細化和過濾晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為I. 3kg/t Al。晶粒細化之后進入過濾裝置過濾，過濾板使用30ppi等級。(6)鑄造先打開冷卻水閥門，確保鑄造初始階段冷卻能力充分，所述的鑄造將過濾后的招液放入圓棒分流盤，鑄造速度35mm/min 50mm/min,在鑄造前先開冷卻水冷卻，流量45 65 m3/hr，壓力為O. 09 O. lOMpa，鑄造出的圓棒直徑為Φ 1320mm ;停止鑄造，關閉冷卻水，移開結晶器平臺，用專用吊具將扁錠從鑄井中吊出。(7)均勻化處理用吊具將扁錠放置到料盤中，將圓棒和料盤一并送入均熱爐中進行均勻化處理；均勻化處理過程分為加熱和保溫階段，加熱時間為7小時，保溫時間為15小時，保溫溫度為580°C ;保溫完成，將圓棒移出均熱爐，進行冷卻。本實施例鑄造的圓棒抗拉強度大于120MPa，屈服強度大于52MPa，延伸率大于25%，鑄錠表面光潔度較好。
權利要求
1.一種超大規格鋁合金圓棒，其特征在于合金成分的質量百分比為 Cu : 0. 20 0. 30Mn : 0. 00 0. 05Mg : 0. 90 I. 10 Zn : 0. 00 0. 05Ti : 0. 02 0. 05Cr : 0. 10 0. 20 Si : 0.48 0.52FeO. 10 0.45余量為 Al。
2.一種如權利要求I所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，包括配料、熔煉、保溫、在線除氣精煉、晶粒細化、鑄造、均勻化處理，其特征在于所述配料是根據合金成分計算純度為99. 7%的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料用量，然后進行混合配料，6061鋁合金返回料用量占總投入量的百分比為0. 1飛0%。
3.根據權利要求2所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述熔煉是先將配料好的重熔鋁錠和6061鋁合金返回料投入熔煉爐中加熱，添加速熔硅，然后添加陰極銅和AlCr75鋁合金；爐料在熔煉爐加熱融化后攪拌IOmin 30min，當鋁液溫度達到735 °C 755 °C后轉入保溫爐。
4.根據權利要求2或3所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述保溫是指鋁液在保溫爐內保溫，溫度控制在735°C 755°C，然后先加入AlCu50鋁中間合金、AlCr5中間合金進行成分調整，再添加AlTi6，純鎂錠調整成分，成分調整完成后進行初級精煉IOmin 15min，初級精煉氬氣流量5(T60L/min，初級精煉過程中保持攪拌，清理浮渣。
5.根據權利要求4所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述在線除氣精煉是經過初級精煉后的鋁液流入除氣裝置進行在線除氣精煉，轉子氬氣流量150 180L/min,轉子轉速 400 500rpm/min。
6.根據權利要求5所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述晶粒細化是在除氣裝置之后，進入過濾裝置之前，在鋁液中加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化，其加入量為廣1.5 kg/t Al，晶粒細化后的鋁液進入過濾裝置過濾。
7.根據權利要求5或6所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述鑄造將過濾后的招液流入圓棒分流盤，鑄造成①1320mm的圓棒,鑄造速度20mm/min 50mm/min ;在鑄造前先開冷卻水冷卻，流量25 65 m3/hr，壓力為0. 09 0. IlMpa0
8.根據權利要求7所述的超大規格鋁合金圓棒的鑄造方法，其特征在于所述均勻化處理是指將鑄造好的圓棒在均熱爐加熱I、小時，溫度達到58(T600°C后保溫14 16小時，最后冷卻完成。
全文摘要
本發明公開了一種超大規格鋁合金圓棒及其鑄造方法。通過將原料按配比配料，然后加入到熔煉爐中熔煉、扒渣；再轉到保溫爐中在線除氣精煉，除氣除渣提純，加入鋁鈦硼晶粒細化劑進行晶粒細化；然后鑄造成鋁合金圓棒；最后經過均勻化處理，得到的鋁合金圓棒不易開裂且組織細化。該方法生產出的圓棒直徑可達Φ1320mm，同時消除了圓棒晶內偏析和鑄造應力，保證了產品質量，其力學性能可滿足大型結構件的要求。
文檔編號C22C21/06GK102816959SQ20121028398
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月10日 優先權日2012年8月10日
發明者沈海鷗, 胡傳彬, 姚祥, 胡少莉, 藍東華, 賀應欽, 黃金寧, 樊春陽, 雷志峰 申請人:廣西南南鋁加工有限公司