φ784mm的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺制造技术

本发明专利技术公开了φ784mm的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，所述铝合金圆棒按质量计包含如下化学组分：Si 0.25％；Fe 0.4％；Cu 1.55‑1.65％；Mn 0.25％；Mg 2.55‑2.65％；Cr 0.19‑0.25％；Zn 5.6‑5.7％；Ti 0.15％；Zr 0.03％；Al余量；其制备工艺为：a、备料；b、熔炼；c、搅拌；d、精炼；e、扒渣；f、保温静置；g、在线细化；h、在线除气；i、过滤；j、铸造；k、均质处理。本发明专利技术公开的工艺解决了大直径超硬铝合金采用直接冷凝铸造技术时，经常出现的裂纹、成份偏析、光亮晶粒、粗大晶粒、疏松气孔等缺陷，而且采用热顶铸造解决了表面偏析瘤、粗晶层厚等缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属材料成型领域，涉及铝合金铸造方法，具体涉及一种φ784mm的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺。
技术介绍
7xxx系铝合金具有高的比强度和硬度、热加工性能好好、焊接性能优良、较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点，宜被制成承受力较大的结构件材料，广泛应用于航空航天工业和其他民用工业领域等。7xxx系铝合金虽然在强度上优于6XXX系铝合金，部分合金抗拉强度和屈服强度能够达到400MPa以上，但是抗拉强度、屈服强度均达到400MPa以上的7XXX系铝合金，经阳极氧化后表面质量不如6XXX系变形铝合金细腻，存在条纹、异色等表面缺陷，装饰美观度低。而对于生产大直径的7xxx系硬铝合金更是面临着铸造裂纹、成份偏析、疏松气孔等冶金缺陷。国内许多铝合金加工企业争先恐后安装了大吨位挤压机，目前已经投产使用15000MT的油压机，辽宁忠旺集团正在安装世界最大的22500MT的油压机，该挤压机使用的铸棒直径达φ784mm，目前已经公布的文献中还没有报道如此大直径的超硬合金铸造工艺。所以如何生产出冶金质量高、表面质量好的大直径硬合金是各个铝加工企业的竞争核心。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种φ784mm的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，本专利技术公开的工艺解决了大直径超硬铝合金采用直接冷凝铸造技术时，经常出现的裂纹、成份偏析、光亮晶粒、粗大晶粒、疏松气孔等缺陷，而且采用热顶铸造解决了表面偏析瘤、粗晶层厚等缺陷，大大提高了成品率和生产效率，降低了铸造成本。为达到上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，所述铝合金圆棒按质量计包含如下化学组分：Si0.25％；Fe0.4％；Cu1.55-1.65％；Mn0.25％；Mg2.55-2.65％；Cr0.19-0.25％；Zn5.6-5.7％；Ti0.15％；Zr0.03％；Al余量。优选的，所述的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，其制备工艺包括如下步骤：a、备料：按配比选取低铁低硅铝锭、铝锰合金、铝铜中间合金锭、铝铅中间合金锭和镁锭；b、熔炼：将除镁锭外的其他原材料加入熔炉进行熔炼，熔化温度为750-765℃，待完全熔化精炼扒渣后加入镁锭；c、搅拌：采用电磁搅拌器搅拌，保证熔炉内原材料能够快速熔化且温度均匀；d、精炼：精炼工序包括熔炼炉精炼和保温炉精炼；i：熔炼炉精炼：使用高纯氩气为载体携带颗粒无钠精炼剂进行精炼，以精炼剂与熔液质量比计，精炼剂用量为0.7kg/t，精炼温度740～745℃，精炼时间为22～25min；ii：保温炉精炼：使用固定式旋浆式精炼装置，该装置主要由石墨杆、石墨转子、倾动系统以及流量控制系统四大部分组成，使用高纯氩气为载体携带颗粒无钠精炼剂进行精炼，以精炼剂与熔液质量比计，精炼剂用量为0.5kg/t，精炼温度为730-740℃，精炼时间为15-20min；e、扒渣：去除熔体表面浮渣；f、保温静置：将熔体转入保温炉进行保温静置，控制保温温度720-730℃，时间为20-30min；g、在线细化：向熔体中加入Al-5Ti-1B合金进行细化处理；此细化剂比一般国产细化剂形核剂尺寸更小，分布更均匀而且铁硅等杂质含量更低；h、在线除气：将保温处理的熔体转入除气箱，并利用氩气除去熔体中的杂质气体；i、过滤：过滤工序包括泡沫陶瓷过滤和管式过滤：i:泡沫陶瓷过滤：利用泡沫陶瓷过滤板过滤除气后的熔体，过滤时控制熔体温度为690-700℃；ii:管式过滤：在陶瓷过滤板之后，铝液经过管式过滤器进行深度过滤，将5um以下的夹渣去除率可以达到95％以上，进一步保证了熔体的洁净度；j、铸造：将过滤后的熔体注入铸型得到铝合金铸件，控制浇铸温度为675～685℃，降温成型得铸锭圆棒；k、均质处理：将铸锭圆棒摆放至均质炉内，在475℃温度条件下保温20h。优选的，步骤k所述降温成型步骤使用刮水盘把铸造冷却水刮离铸棒表面，铸造冷却水不直接浇在铸棒表面上，而是通过刮水盘的导流水管将冷却水排放出去。优选的，所述刮水盘位于结晶器下160mm。优选的，步骤k铸造过程中铸造速度10～24mm/min，冷却水流量1200～2000l/min，铸造用油0.2～0.4ml/min。优选的，步骤i采用三转子除气箱进行在线除气。优选的：在保温静置之后再进行一次精炼及扒渣。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术解决了铸造裂纹的缺陷：使用使用刮水盘、热顶铸造技术、在线细化。由于7xxx超硬合金凝固点低，冷热裂纹倾向性非常高，如果铸造过程中直接水冷铸棒表面，很容易导致铸棒中心裂纹，尤其是大直径圆棒，表面已经凝固但是心部凝固仍需要较长时间，如果直接冷却表面很容易造成圆棒内外温差梯度太大，铸棒开裂，严重时会造成安全事故。本专利技术使用刮水盘把铸造冷却水刮离铸棒表面，铸造冷却水不直接浇在铸棒表面上，而是通过刮水盘的导流水管将冷却水排放出去。铸造过程中铸棒表面温度高达170℃，在铸棒直径方向上，表面与心部温差大大降低，铸造内应力相应地降低了很多，成功解决了铸造裂纹的问题；2、本专利技术解决了成分偏析的缺陷：铸造参数的合理选择、电磁搅拌技术的应用、在线细化技术、后续均质工艺的正确选择。由于7xxx超硬合金合金元素高，各种金属元素合金相会不同时凝固而造成铸棒成分宏观偏析，尤其对于大直径铸棒，内外表面冷却强度不同，成分偏析更为严重。铸造行业中，有的实验室最好结果为偏析13％φ600mmx7075。本专利技术从铝液熔炼、保温静置等工序就采取措施，比如使用电磁搅拌器对铝液及添加的合金进行充分搅拌，最大程度地均匀合金化；在铸造过程中，合理选择铸造参数，最优地设计出冷却强度(铸造温度、速度和冷却强度的三者匹配)本专利技术使用的铸造工艺参数为：铸造温度675～685℃，铸造速度10～24mm/min，冷却水流量1200～2000l/min；在线细化剂的使用使得铝液在最优的生效时间3min内生效，最大限度地降低由于晶粒粗大造成的成分偏析；由于铝棒铸造时，是急冷的过程，铸棒晶内和晶界成分偏析会较大，所以本专利技术提出在铸造结束后，铸棒摆放至均质炉内，高温均匀化退火，均质制度为475℃保温20hr，使铸棒晶界和晶内的化学成分均匀，最大程度降低了晶内、区域的成分偏析缺陷；3、本专利技术解决了光亮晶粒、粗晶、疏松气孔等缺陷：合理的铸造温度、在线细化技术、除气箱的使用，由于7xxx超硬合金凝固点低，所以铸造时温度不能设定太高，否则很容易造...

【技术保护点】
的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，其特征在于：所述铝合金圆棒按质量计包含如下化学组分：Si 0.25％；Fe 0.4％；Cu 1.55‑1.65％；Mn 0.25％；Mg 2.55‑2.65％；Cr0.19‑0.25％；Zn 5.6‑5.7％；Ti 0.15％；Zr 0.03％；Al余量。

【技术特征摘要】
1.的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，其特征在于：所述铝合金圆棒按质量计包含如下化学组分：Si0.25％；Fe0.4％；Cu1.55-1.65％；Mn0.25％；Mg2.55-2.65％；Cr0.19-0.25％；Zn5.6-5.7％；Ti0.15％；Zr0.03％；Al余量。
2.根据权利要求1所述的7xxx系超硬铝合金圆棒的热顶铸造工艺，其特征在于：其制备工艺包括如下步骤：
a、备料：按配比选取低铁低硅铝锭、铝锰合金、铝铜中间合金锭、铝铅中间合金锭和镁锭；
b、熔炼：将除镁锭外的其他原材料加入熔炉进行熔炼，熔化温度为750-765℃，待完全熔化精炼扒渣后加入镁锭；
c、搅拌：采用电磁搅拌器搅拌，保证熔炉内原材料能够快速熔化且温度均匀；
d、精炼：精炼工序包括熔炼炉精炼和保温炉精炼：
i：熔炼炉精炼：使用高纯氩气为载体携带颗粒无钠精炼剂进行精炼，以精炼剂与熔液质量比计，精炼剂用量为0.7kg/t，精炼温度740～745℃，精炼时间为22～25min；
ii：保温炉精炼：使用固定式旋浆式精炼装置，该装置主要由石墨杆、石墨转子、倾动系统以及流量控制系统四大部分组成，使用高纯氩气为载体携带颗粒无钠精炼剂进行精炼，以精炼剂与熔液质量比计，精炼剂用量为0.5kg/t，精炼温度为730-740℃，精炼时间为15-20min；
e、扒渣：去除熔体表面浮渣；
f、保温静置：将熔体转入保温炉进行保温静置，控制保温温度720-730℃，时间为20-30min；
g、在线细化：向熔体中加入Al-5Ti-1B合金进行细化处理；
h、在线...

【专利技术属性】
技术研发人员：马青梅，盖洪涛，李菁菁，叶尚英，李伟，
申请(专利权)人：辽宁忠旺集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21