【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭及其制备方法。
技术介绍
1、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。
2、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。
技术实现思路
1、本专利技术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。
2、本专利技术一种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。
3、本专利技术一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法按照以下步骤进行：
4、一、按照元素质量百分含量
5、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；
6、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；
7、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。
8、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；
9、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。
10、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。
11、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。
12、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。
13、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。
14、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。
15、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。
16、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。
17、本专利技术方法采用的熔剂中，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。
18、在一定的温度条件下，nacl和kcl与熔体可发生反应如下：
19、3kcl+al＝alcl3↑+3k
20、3nacl+al＝alcl3↑+3na
21、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。
22、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：
23、3mgcl2+5mgo＝mgcl2·5mgo
24、熔体本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：1.3％～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。
2.一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于该制备方法为：
3.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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。
5.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝
6.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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％。
7.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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℃。
8.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于，Ar-Cl2混合气体中氩气与氯气的体积比为94：6。
9.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于，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。
10.根据权利要求1所述的一种800MPa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于，铸造温度：750℃，铸造速度：30mm/min，铸造水流量：50m3/h。
...【技术特征摘要】
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：1.3％～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。
2.一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于该制备方法为：
3.根据权利要求1所述的一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，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。
5.根据权利要求1所述的一种800mpa级超高强铝合金圆铸锭的制备方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪雷，吕丹，丛福官，任伟才，付金来，陈雷，刘世雷，谭艺哲，袁丹丹，
申请(专利权)人：东北轻合金有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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