一种大规格高强超硬空心圆锭及其制造方法技术

一种大规格高强超硬空心圆锭及其制造方法，它涉及一种空心圆锭及其制造方法。本发明专利技术目的是要解决现有技术制备铝合金空心锭铸造成品率低，生产工作量大且过程控制困难的问题。一种大规格高强超硬空心圆锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、B和Al组成。制造方法：一、称量；二、熔炼；三、精炼铸造熔体；四、成型。本发明专利技术主要用于大规格高强超硬空心圆锭及其制造。

【技术实现步骤摘要】
一种大规格高强超硬空心圆锭及其制造方法
本专利技术涉及一种空心圆锭及其制造方法。
技术介绍
高强超硬铝合金空心锭，具有合金化程度高，密度小、比强度高的优点，广泛的应用于航空航天、高速列车领域，在许多场合可以替代钢铁材料。用铝合金代替原来钢铁结构，在保证力学性能符合飞行器及高速列车要求同时，也极大地降低自身重量。现有铝合金空心锭都是采用水箱式铝质结晶器的传统生产方法，传统生产方法对操作者的操作技能要求极高，且生产劳动强度大，生产过程全程需要专人看守，人为影响铸锭质量的因素多，造成铸锭成型率低，仅为74.7％。且传统生产方式的铸锭表面的金属偏析瘤大，增加了后续车皮、镗孔量而造成金属浪费，直接影响着成品率。
技术实现思路
本专利技术目的是要解决现有技术制备铝合金空心锭铸造成品率低，生产工作量大且过程控制困难的问题，而提供一种大规格高强超硬空心圆锭及其制造方法。一种大规格高强超硬空心圆锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、B和Al组成；所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。一种大规格高强超硬空心圆锭的制造方法是按以下步骤完成的：一、称量：按照Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％和余量为Al称取纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金、纯锌锭和Al-Ti-B丝；所述的纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金和纯锌锭作为熔炼原料；所述的Al-Ti-B丝的质量与熔炼原料的总质量之比为3:1000；二、熔炼：将步骤一称取的纯铝锭、纯铜板和纯锌锭、Al-Cr中间合金、Al-Fe中间合金及Al-Mn中间合金按顺序依次加入电阻反射炉内，待熔体温度为700℃～720℃时，加入步骤一称取的纯镁锭，并在温度为720℃～760℃的条件下，搅拌10min～15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂，并在搅拌速度为1m/s～1.5m/s的条件下搅拌熔炼5min～10min，得到合金熔体；三、精炼铸造熔体：将步骤二得到的合金熔体在温度为720℃～760℃下导入电阻反射炉的静置炉，通入氩气，在温度为720℃～760℃和氩气气氛下，精炼10min～20min，然后在温度为720℃～760℃和氩气气氛下，静置10min～30min，得到精炼后的合金熔体；四、成型：将精炼后的合金熔体先流入在线除气装置，再流入过滤装置，然后通过流盘导入到空心热顶结晶器内，在铸造速度为30mm/min～40mm/min、铸造温度为720℃～760℃、按每根铸锭外圈冷却水流量为12m3/h～15m3/h、芯子冷却水流量为3m3/h～7m3/h、冷却水温度为15℃～25℃及在线播种Al-Ti-B丝的条件下半连续铸造，直至铝合金空心锭的长度为100mm～150mm，再以铸造速度为30mm/min～40mm/min、铸造温度为720℃～760℃、按每根铸锭外圈冷却水流量为16m3/h～20m3/h、芯子冷却水流量为3m3/h～7m3/h、冷却水温度为15℃～25℃及在线播种Al-Ti-B丝的条件下半连续铸造，在铸造结束后进行合金自回火，得到一种大规格高强超硬空心圆锭。本专利技术优点：一、本专利技术加入了质量百分数小于0.05％的Ti，有效地细化晶粒，提高铸锭晶粒度；二、本专利技术采用热顶铸造技术有效地保证了铸锭的表面及内孔质量；三、本专利技术使用热顶铸造技术，减少生产过程中人为的影响因素，降低了该合金对生产操作的要求和操作者的劳动强度。四、本专利技术先进的水冷控制系统为铸造提供了稳定的水流量，尤其是对芯子的水流量进行控制；五、在铸造开头时采用纯铝铺底，减少冷却强度，降低铸造应力，避免铸造开头时产生裂纹；六、本专利技术采用热顶铸造，在铸造过程中熔体中的夹渣、气体有足够的上浮析出时间，保证进入凝固区域时熔体质量；七、本专利技术在铸造结束时，采用合金自回火技术，降低铸锭凝固时因收缩而产生的应力，避免铸造收尾时产生开裂；八、本专利技术采用自动控温系统为铸造温度提供了可靠的保证；九、本专利技术在Al的基体上添加Fe和Mn元素，形成了(Fe-Mn)Al6三元强化相，加入少量的Cu，对合金起到了强化的作用同时提高合金的硬度；同时在合金中添加Cr元素可以改善合金的抗蚀性、力学性能，Mg元素提高合金的塑性，Zn元素与铝基体无限固溶，提高合金的强度；十、本专利技术解决了该铝合金空心锭铸造成品率低、机加量大，生产操作劳动量大且过程控制困难的问题，本专利技术成品率可达到81％～82％。十一、本专利技术制备的大规格高强度铝合金空心锭的尺寸可达到外径Φ420mm，内径Φ120mm。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种大规格高强超硬空心圆锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、B和Al组成；所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。Si为杂质元素，实际生产中其含量越低越好。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.3％，Cu的质量百分数为1.5％，Mn的质量百分数为0.4％，Mg的质量百分数为2.5％，Cr的质量百分数为0.15％，Zn的质量百分数为6.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式是一种大规格高强超硬空心圆锭的制造方法是按以下步骤完成的：一、称量：按照Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％和余量为Al称取纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金、纯锌锭和Al-Ti-B丝；所述的纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金和纯锌锭作为熔炼原料；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规格高强超硬空心圆锭，其特征在于一种大规格高强超硬空心圆锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、B和Al组成；所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。

【技术特征摘要】
1.一种大规格高强超硬空心圆锭，其特征在于一种大规格高强超硬空心圆锭由Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Cr、Zn、Ti、B和Al组成；所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种大规格高强超硬空心圆锭，其特征在于所述的大规格高强超硬空心圆锭中Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.3％，Cu的质量百分数为1.5％，Mn的质量百分数为0.4％，Mg的质量百分数为2.5％，Cr的质量百分数为0.15％，Zn的质量百分数为6.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％，余量为Al。3.如权利要求1所述的一种大规格高强超硬空心圆锭的制造方法，其特征在于一种大规格高强超硬空心圆锭的制造方法是按以下步骤完成的：一、称量：按照Si的质量百分数小于0.3％，Fe的质量百分数为0.2％～0.4％，Cu的质量百分数为1.4％～2.0％，Mn的质量百分数为0.2％～0.6％，Mg的质量百分数为2.1％～2.9％，Cr的质量百分数为0.10％～0.25％，Zn的质量百分数为5.0％～7.0％，Ti的质量百分数小于0.05％，B的质量百分数小于0.05％和余量为Al称取纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金、纯锌锭和Al-Ti-B丝；所述的纯铝锭、Al-Fe中间合金、纯铜板、Al-Mn中间合金、纯镁锭、Al-Cr中间合金和纯锌锭作为熔炼原料；所述的Al-Ti-B丝的质量与熔炼原料的总质量之比为3:1000；二、熔炼：将步骤一称取的纯铝锭、纯铜板和纯锌锭、Al-Cr中间合金、Al-Fe中间合金及Al-Mn中间合金按顺序依次加入电阻反射炉内，待熔体温度为700℃～720℃时，加入步骤一称取的纯镁锭，并在温度为720℃～760℃的条件下，搅拌10min～15min，取样分析化学成分，化学成分合格后，覆盖上熔剂，并在搅拌速度为1m/s～1.5m/s的条件下搅拌熔炼5min～10min，得到合金熔体；三、精炼铸造熔体：将步骤二得到的合金熔体在温度为720℃～760℃下导入电阻反射炉的静置炉，通入氩气，在温度为720℃～760℃和氩气气氛下，精炼10min～20min，然后在温度为720℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘义虎，王国军，高新宇，李欣斌，王英军，孔祥生，韩华，刘学，吴晓旭，胥键秋，王冬成，于鸿硕，邵天琪，
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：黑龙江,23