一種鋁鋰合金鑄錠的制備方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：a)將熔煉原料進(jìn)行熔化，b)將熔化后的原料進(jìn)行精煉，得到熔體；c)將所述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，再進(jìn)行抽真空精煉；d)將精煉后的熔體進(jìn)行鑄造，所述鑄造的速度為25mm/min～35mm/min，所述鑄造的水壓為0.02MPa～0.08MPa，所述鑄造的溫度為710℃～750℃；e)將步驟d)得到的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金鑄錠。本申請(qǐng)制備的鋁鋰合金鑄錠的尺寸可達(dá)(400～500)mm×(1200～1500)mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將本發(fā)明制備的大規(guī)格鋁鋰合金鑄錠制備成100mm厚板時(shí)斷裂韌性值為32～35MPa*m1/2。
【專利說明】一種鋁裡合金鑄錠的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋁合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種鋁鋰合金鑄錠的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰是世界上最輕的金屬元素，將鋰作為合金元素加入到金屬鋁中，就形成了鋁鋰 合金。鋁合金中加入鋰后，可以降低合金的比重，增加剛度，同時(shí)仍保持較高的強(qiáng)度、較好的 抗腐蝕性能和抗疲勞性以及適宜的延展性，因此鋁鋰合金受到了航空、航天以及航海業(yè)的 廣泛關(guān)注，并吸引了眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，鋁鋰合金的開發(fā)事業(yè)得到了迅速發(fā)展。
[0003] 雖然鋰的加入能夠降低合金的比重，但是鋁鋰合金熔鑄冶金質(zhì)量與鑄造成型比普 通合金困難。這是由于鋰是化學(xué)性質(zhì)最活潑的金屬元素之一，在鋁合金中添加鋰，將導(dǎo)致鋁 鋰合金在熔煉過程中非常容易產(chǎn)生氧化、吸氫、夾渣等問題；同時(shí)將增加合金鑄造時(shí)的凝固 溫度區(qū)間，從而導(dǎo)致凝固乃至預(yù)退火后容易發(fā)生開裂，特別是鑄錠規(guī)格較大時(shí)，鑄錠開裂風(fēng) 險(xiǎn)較大，安全風(fēng)險(xiǎn)防范措施要求則更高。因此，由于鋁鋰合金熔煉的特殊性，目前國(guó)內(nèi)尚不 能如普通鋁合金般進(jìn)行在線精煉處理。
[0004] 同時(shí)，鋁鋰合金鑄錠必須經(jīng)過一定的變形量加工成厚板時(shí)，其內(nèi)部近等軸狀的鑄 態(tài)組織才能轉(zhuǎn)變成滿足一定斷裂韌性指標(biāo)的纖維組織，如果變形量不夠，其轉(zhuǎn)變的纖維組 織則很難滿足一定斷裂韌性指標(biāo)。目前鋁鋰合金工業(yè)化鑄錠規(guī)格較小，對(duì)于某些厚板，變形 量不夠，斷裂韌性等性能指標(biāo)不能滿足要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種鋁鋰合金鑄錠的制備方法。按照本發(fā)明提供 的制備方法制備的大規(guī)格鋁鋰合金鑄錠對(duì)于厚板能夠提供足夠的變形量，滿足斷裂韌性的 性能指標(biāo)。
[0006] 有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：
[0007] a)將熔煉原料進(jìn)行熔化，所述熔煉原料熔化后的成分包括：0?0. 12wt %的 Si, 0 ?0· 15wt % 的 Fe, 2. 4 ?4. 6wt % 的 Cu, 0 ?0· 5wt % 的 Mn, 0 ?0· 8wt % 的 Mg, 0 ? 0· 05wt % 的 Cr，0 ?0· 05wt % 的 Ni，0 ?0· 25wt % 的 Ζη，0 ?0· 15wt % 的 Ti，0. 04 ? 0· 18wt%的 Zr,0· 7wt%?2. 6wt%的 Li,0· 2wt%?0· 7wt%的 Ag 與余量的 Al ;
[0008] b)將熔化后的原料進(jìn)行精煉，得到熔體；
[0009] c)將所述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，根據(jù)爐前成分結(jié)果進(jìn)行成分調(diào)整， 調(diào)整完畢后再進(jìn)行抽真空精煉；
[0010] d)將精煉后的烙體進(jìn)行鑄造，所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min，所述鑄造 的水壓為0. 〇2MPa?0. 08MPa，所述鑄造的溫度為710°C?750°C ;
[0011] e)將步驟d)得到的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金鑄錠。
[0012] 優(yōu)選的，所述鋁鋰合金大規(guī)格鑄錠的橫截面尺寸為（400?500)mmX (1200? 1500)mm。
[0013] 優(yōu)選的，步驟a)中所述熔化的溫度為730°C?750°C。
[0014] 優(yōu)選的，所述熔體轉(zhuǎn)移的溫度為740°C?780°C。
[0015] 優(yōu)選的，步驟c)中所述精煉的溫度為720°C?760°C，所述精煉的真空度小于 300Pa，所述抽真空的時(shí)間為1?3h。
[0016] 優(yōu)選的，所述熔化后的成分中還包括0. 02?0. 06wt%的Ti。
[0017] 優(yōu)選的，步驟b)中所述精煉在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行。
[0018] 優(yōu)選的，所述鑄造的速度為28mm/min?32mm/min，所述鑄造的水壓為0. 04MPa? 0. 06MPa，所述鑄造的溫度為725°C?740°C。
[0019] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：a)將熔煉原料進(jìn)行 熔化，所述熔煉原料熔化后的熔化成分包括：〇?〇· 12wt%的Si, 0?0· 15wt%的Fe, 2. 4? 4. 6wt% 的 Cu，0 ?0· 5wt% 的 Μη，0 ?0· 8wt% 的 Mg，0 ?0· 05wt% 的 Cr，0 ?0· 05wt% 的 Ni, 0 ?0· 25wt % 的 Zn, 0 ?0· 15wt % 的 Ti, 0· 04 ?0· 18wt % 的 Zr, 0· 7wt %?2. 6wt % 的 Li,0. 2wt%?0. 7wt%的Ag與余量的Al ;b)將烙煉后的原料進(jìn)行精煉，得到烙體；c)將所 述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，根據(jù)爐前成分結(jié)果進(jìn)行成分調(diào)整，調(diào)整完畢后再進(jìn) 行抽真空精煉；d)將精煉后的烙體進(jìn)行鑄造，所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min，所 述鑄造的水壓為0. 〇2MPa?0. 08MPa，所述鑄造的溫度為710°C?750°C;e)將步驟d)得到 的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金鑄錠。本申請(qǐng)?jiān)谥苽滗X鋰合金鑄錠的過程中， 通過控制鑄造過程中的速度、水壓與溫度，制備得到了鋁鋰合金鑄錠。本申請(qǐng)制備的鋁鋰合 金鑄錠的橫截面尺寸可達(dá)（400?500)mmX (1200?1500)mm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將本發(fā)明制 備的大規(guī)格鋁鋰合金鑄錠制備成IOOmm厚板時(shí)斷裂韌性值為32?35MPa*m 1/2。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是 應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的 限制。
[0021] 本發(fā)明實(shí)施例公開了一種鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：
[0022] a)將熔煉原料進(jìn)行熔化，所述熔煉原料熔化后的成分包括：0?0. 12wt %的 Si, 0 ?0· 15wt % 的 Fe, 2. 4 ?4. 6wt % 的 Cu, 0 ?0· 5wt % 的 Mn, 0 ?0· 8wt % 的 Mg, 0 ? 0· 05wt % 的 Cr，0 ?0· 05wt % 的 Ni，0 ?0· 25wt % 的 Ζη，0 ?0· 15wt % 的 Ti，0. 04 ? 0· 18wt%的 Zr,0· 7wt%?2. 6wt%的 Li,0· 2wt%?0· 7wt%的 Ag 與余量的 Al ;
[0023] b)將熔化后的原料進(jìn)行精煉，得到熔體；
[0024] c)將所述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，根據(jù)爐前成分結(jié)果進(jìn)行成分調(diào)整， 調(diào)整完畢后再進(jìn)行抽真空精煉；
[0025] d)將精煉后的烙體進(jìn)行鑄造，所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min，所述鑄造 的水壓為0. 〇2MPa?0. 08MPa，所述鑄造的溫度為710°C?750°C ;
[0026] e)將步驟d)得到的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金鑄錠。
[0027] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋁鋰合金鑄錠的制備方法，按照本發(fā)明提供的方法制備的鋁鋰 合金鑄錠可以制備出大規(guī)格的鋁鋰合金鑄錠，再將其制備成厚板，鑄錠的變形量增大，斷裂 韌性指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0028] 按照本發(fā)明，首先按照鋁鋰合金的成分，準(zhǔn)備原料，將熔煉原料進(jìn)行熔化。對(duì)于本 申請(qǐng)的原料，在熔化的過程中，為了避免金屬元素?fù)p耗過量，作為優(yōu)選方案，本申請(qǐng)中所述 銅元素以純銅板加入，錳元素以含量為15%的Al-Mn中間合金加入，鎂元素以純鎂錠加入， 鋅元素以純鋅錠加入，鋯元素以含量為4%的Al-Zr中間合金加入，鋰元素以純鋰錠加入， 銀元素以純銀錠加入。為了細(xì)化晶粒和防止鑄錠裂紋，在熔煉的過程中需要加入鈦元素。所 述鈦元素以含量4%的Al-Ti中間合金加入。為了避免金屬元素的過度損耗，作為優(yōu)選方 案，在將金屬元素裝入熔煉爐的過程中，先裝鋁錠，再裝其他純金屬，最后再裝中間合金。所 述熔煉原料熔化的溫度優(yōu)選為730°C?750°C。
[0029] 原料進(jìn)行熔化后再進(jìn)行精煉，得到熔體。為了避免在精煉過程中，引入其他雜 質(zhì)，本申請(qǐng)優(yōu)選在氬氣保護(hù)下進(jìn)行精煉，所述精煉的溫度優(yōu)選為730°C?750°C，更優(yōu)選為 740°C，所述精煉的時(shí)間優(yōu)選為20min?40min，更優(yōu)選為30min。
[0030] 按照本發(fā)明，將熔煉后得到的熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐，所述熔體的轉(zhuǎn)移溫度優(yōu)選為 740°C?780°C，更優(yōu)選為760°C?780°C。將熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐之后進(jìn)行爐前取樣，以檢測(cè) 熔體中的金屬元素是否發(fā)生損耗，若爐前取樣的金屬元素的含量發(fā)生了損耗，則該種元素 需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料，以保證最終制備的合金鑄錠中元素的含量。按照本發(fā)明，爐前取樣之 后根據(jù)爐前成分結(jié)果進(jìn)行成分調(diào)整，調(diào)整完畢后進(jìn)行抽真空精煉，所述精煉的溫度優(yōu)選為 720°C?760°C，更優(yōu)選為740°C?750°C;所述精煉的真空度小于300Pa，所述精煉的過程中 抽真空的時(shí)間優(yōu)選為1?3h。
[0031] 按照本發(fā)明，熔體經(jīng)過抽真空精煉后,則將抽真空處理后的熔體進(jìn)行鑄造。在鑄 造的過程中，為了使鑄錠經(jīng)過變形后，鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足斷裂韌性指標(biāo)的纖維組織，即制 備的鑄錠經(jīng)過變形后能夠滿足斷裂韌性指標(biāo)，所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min, 優(yōu)選為28mm/min?32mm/min ;所述鑄造的水壓為0. 02MPa?0. 08MPa，優(yōu)選為0. 04MPa? 0. 06MPa ;所述鑄造的溫度為710°C?750°C，優(yōu)選為725°C?740°C。所述鑄造的速度過高， 容易產(chǎn)生鑄造開裂，引起明顯的偏析瘤，引起明顯的化學(xué)元素區(qū)域偏析，加重疏松程度，過 低則產(chǎn)生嚴(yán)重的冷隔，進(jìn)而也能引起鑄造開裂。所述鑄造的水壓過高則容易產(chǎn)生嚴(yán)重的冷 隔，也能引起鑄造開裂，過低則容易產(chǎn)生拉掛甚至拉漏和偏析瘤。所述鑄造的溫度過高，則 容易產(chǎn)生開裂和偏析瘤。為了保證鑄錠經(jīng)過大變形量后的斷裂韌性指標(biāo)達(dá)標(biāo)，所述鑄造的 過程優(yōu)選按照下述方式進(jìn)行：
[0032] 首先鑄造開始時(shí)熔體的溫度為740°C?750°C，鋁液鋪入結(jié)晶器底座時(shí)緩慢，冷卻 水流量減小，水壓為〇. 〇5MPa，結(jié)晶器底部凝殼具有一定厚度且鋁液上升至一定高度時(shí)，即 開始鑄造，鑄造的速度為30mm/min?32mm/min，鑄造的鑄錠的長(zhǎng)度為200mm后，鑄錠長(zhǎng)度每 增加50mm增加 lmm/min的速度，直至速度提升至35mm/min，同時(shí)鑄造水壓調(diào)整至0. 08MPa。
[0033] 按照本發(fā)明，最后將鑄造后的鑄錠進(jìn)行退火處理，以消除鑄造過程中的應(yīng)力，所述 退火處理的溫度優(yōu)選為350°C?400°C，所述退火的保溫時(shí)間優(yōu)選為4h?6h。
[0034] 本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟：a)將熔煉原料進(jìn)行 熔化，所述熔煉原料熔化后的成分包括：〇?〇· 12wt %的Si，0?0· 15wt %的Fe, 2. 4? 4. 6wt % 的 Cu, 0 ?0· 5wt % 的 Mn, 0 ?0· 8wt % 的 Mg, 0 ?0· 05wt % 的 Cr, 0 ?0· 05wt % 的 Ni,0 ?0· 25wt% 的 Ζη,Ο ?0· 15wt% 的 Ti,0. 04 ?0· 18wt% 的 Zr,0. 7wt%?2. 6wt% 的 Li,0. 2wt%?0. 7wt%的Ag與余量的Al ;b)將烙煉后的原料進(jìn)行精煉，得到烙體；c)將所 述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，再進(jìn)行抽真空精煉；d)將精煉后的熔體進(jìn)行鑄造， 所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min，所述鑄造的水壓為0. 02MPa?0. 08MPa，所述鑄 造的溫度為710°C?750°C;e)將步驟d)得到的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金 鑄錠。有上述制備鋁鋰合金鑄錠的過程可知，本申請(qǐng)通過控制鑄造過程中的速度、水壓與溫 度，制備得到了鋁鋰合金鑄錠。本申請(qǐng)制備的鋁鋰合金鑄錠的橫截面尺寸可達(dá)（400?500) _X (1200?1500)_。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將本發(fā)明制備的大規(guī)格鋁鋰合金鑄錠制備成100_ 厚板時(shí)斷裂韌性值為32?35MPa*m 1/2。
[0035] 為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的鋁鋰合金鑄錠的制備方 法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 1、配料計(jì)算，根據(jù)下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)要求確定鑄錠長(zhǎng)度3500mm，考慮氧化燒損5%， 大規(guī)格鑄錠規(guī)格為420X 1400mm，該合金密度假設(shè)為2700kg/m3,則計(jì)算出總的投料量= 0· 38X1. 4X3. 5X (1+5% ) X 2700 ^ 5280kg。再計(jì)算每一種金屬的投入量，合金A化學(xué)成 分控制范圍及配料值如表1所示：
[0038] 表1本實(shí)施例鋁鋰合金的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)表（wt% )
[0039]
【權(quán)利要求】
1. 一種鋁鋰合金鑄錠的制備方法，包括以下步驟： a) 將熔煉原料進(jìn)行熔化，所述熔煉原料熔化后的成分包括：0?0. 12wt %的Si, O? 0? 15wt % 的 Fe, 2. 4 ?4. 6wt % 的 Cu, 0 ?0? 5wt % 的 Mn, 0 ?0? 8wt % 的 Mg, 0 ?0? 05wt % 的 Cr，0 ?0? 05wt % 的 Ni，0 ?0? 25wt % 的 Zn, 0 ?0? 15wt % 的 Ti，0? 04 ?0? 18wt % 的 Zr， 0? 7wt %?2. 6wt % 的 Li，0? 2wt %?0? 7wt % 的 Ag 與余量的 Al ; b) 將熔化后的原料進(jìn)行精煉，得到熔體； c) 將所述熔體轉(zhuǎn)移至保溫爐中進(jìn)行爐前取樣，再進(jìn)行抽真空精煉； d) 將精煉后的烙體進(jìn)行鑄造，所述鑄造的速度為25mm/min?35mm/min，所述鑄造的水 壓為0? 02MPa?0? 08MPa，所述鑄造的溫度為710°C?750°C ; e) 將步驟d)得到的鋁鋰合金鑄錠進(jìn)行退火處理，得到鋁鋰合金鑄錠。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鋁鋰合金大規(guī)格鑄錠的橫截面 尺寸為（400?500)mmX(1200?1500)mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中所述熔化的溫度為 730°C ?750°C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔體轉(zhuǎn)移的溫度為740°C? 780。。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟c)中所述精煉的溫度為 720°C?760°C，所述精煉的真空度小于300Pa，所述抽真空的時(shí)間為1?3h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔化后的成分還包括0. 02? 0? 06wt% 的 Ti。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中所述精煉在保護(hù)性氣氛下 進(jìn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鑄造的速度為28mm/min? 32mm/min，所述鑄造的水壓為0. 04MPa?0. 06MPa，所述鑄造的溫度為725°C?740°C。
【文檔編號(hào)】C22C21/18GK104313421SQ201410627307
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】姚勇, 王劍, 游文, 咼永林, 蔣吶, 向曙光, 杜榮, 刁文武, 田士 申請(qǐng)人:西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司