一种Al‑Cu‑Mg系铝合金扁铸锭的制造方法与流程

本发明涉及铝合金扁铸锭的制造方法领域。

背景技术：

al-cu-mg系铝合金具有高的抗拉强度、韧性和疲劳强度，良好的耐热性、加工性能好及焊接性能优良等特点，具有非常广阔的应用前景，目前被广泛应用于航空航天飞行器、起车及兵器工业等领域，尤其是航空工业中占有十分重要的地位，是航空工业的主要结构材料之一。al-cu-mg系合金属于可热处理强化变形铝合金，主要用于100℃以下的工作环境，当工作温度超过100℃时，因强化相急剧粗化而使性能下降。

但现有al-cu-mg系合金仍存在抗应力腐蚀性、断裂韧性差等问题。

技术实现要素：

本发明要解决现有al-cu-mg系合金抗应力腐蚀性差、断裂韧性差的技术问题，而提供一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭的制造方法。

一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：

一、按各元素的质量百分比为：mn为0.65％～0.75％、cu为4.3％～4.6％、mg为1.50％～1.65％、zn为0.10％～0.12％、ti为0.03％～0.05％以及余量的al称取铝锭、al-mn中间合金、cu板、mg锭、zn锭和al-ti中间合金；

二、将步骤一称取的铝锭和al-mn中间合金依次装入电阻反射炉炉内进行熔化，熔炼温度为700℃～750℃，当熔化一半时，向熔体中均匀加入cu板和zn锭，继续熔炼完全，控制温度为700℃～750℃，然后进行扒渣，再加入mg锭，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在700℃～750℃条件下，取样化验，合格后，采用ar-cl2混合气体精炼熔体8min～12min，得到铝合金熔体；

三、将步骤二得到铝合金熔体导入静置炉中，控制温度为690℃～710℃，向静置炉中通入ar-cl2混合气体精炼10min～20min，然后静置20min～40min，得到铸造熔体；

四、将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下，采用半连续铸造法进行铸造，得到al-cu-mg系铝合金扁铸锭。

其中步骤二中取样化验时，从熔体深度一半处舀取样品进行化学成分检测，调整化学成分至各元素满足步骤一中的质量百分比为止。

本发明的一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭中的杂质按质量含量为：si＜0.2％，fe＜0.3％，cr＜0.1％，其余单个杂质≤0.05％，全部杂质的范围为≤0.15％，此范围内的杂质对al-cu-mg系铝合金扁铸锭铸造成型和冶金质量没有影响。

本发明的有益效果是：

1、本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；

2、通过加入zn元素，提高了合金抗应力腐蚀性及断裂韧性；

3、通过加入mn元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能；

4、通过加入熔剂覆盖，防止熔体氧化和吸气；

5、通过使用氩氯混合气体精炼，减少熔体氢含量及碱金属；

6、通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；

7、通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的al-cu-mg系铝合金大规格扁铸锭，可广泛应用于航空领域。

本发明制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭用于航空领域。

附图说明

图1为实施例一制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭的照片；

图2为实施例一制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭待检测用试样的取样位置图，其中标号1～7代表试样号。。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：

一、按各元素的质量百分比为：mn为0.65％～0.75％、cu为4.3％～4.6％、mg为1.50％～1.65％、zn为0.10％～0.12％、ti为0.03％～0.05％以及余量的al称取铝锭、al-mn中间合金、cu板、mg锭、zn锭和al-ti中间合金；

二、将步骤一称取的铝锭和al-mn中间合金依次装入电阻反射炉炉内进行熔化，熔炼温度为700℃～750℃，当熔化一半时，向熔体中均匀加入cu板和zn锭，继续熔炼完全，控制温度为700℃～750℃，然后进行扒渣，再加入mg锭，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在700℃～750℃条件下，取样化验，合格后，采用ar-cl2混合气体精炼熔体8min～12min，得到铝合金熔体；

三、将步骤二得到铝合金熔体导入静置炉中，控制温度为690℃～710℃，向静置炉中通入ar-cl2混合气体精炼10min～20min，然后静置20min～40min，得到铸造熔体；

四、将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下，采用半连续铸造法进行铸造，得到al-cu-mg系铝合金扁铸锭。

本发明的一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭中的杂质按质量含量为：si＜0.2％，fe＜0.3％，cr＜0.1％，其余单个杂质≤0.05％，全部杂质的范围为≤0.15％，此范围内的杂质对al-cu-mg系铝合金扁铸锭铸造成型和冶金质量没有影响。

本发明的有益效果是：

1、本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；

2、通过加入zn元素，提高了合金抗应力腐蚀性及断裂韧性；

3、通过加入mn元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能；

4、通过加入熔剂覆盖，防止熔体氧化和吸气；

5、通过使用氩氯混合气体精炼，减少熔体氢含量及碱金属；

6、通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷的产生；

7、通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的al-cu-mg系铝合金大规格扁铸锭，可广泛应用于航空领域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中按各元素的质量百分比为：mn为0.70％、cu为4.45％、mg为1.60％、zn为0.11％、ti为0.03％以及余量的al称取铝锭、al-mn中间合金、cu板、mg锭、zn锭和al-ti中间合金。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中当熔体温度达到720℃，加入mg锭，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中覆盖的熔剂主要成分由kcl、mgcl2和bacl2组成，其中按质量百分数kcl的浓度为35％，mgcl2的浓度为40％，bacl2的浓度为7％，余量为杂质。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤三中控制温度为700℃，向静置炉中通入ar-cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中al-cu-mg系铝合金扁铸锭规格为520mm×1620mm。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中半连续铸造温度为690℃～710℃，半连续铸造速度为50mm/min～55mm/min，半连续铸造冷却水压为0.04mpa～0.15mpa。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中半连续铸造温度为700℃。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中半连续铸造冷却水压为0.08mpa～0.10mpa。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中半连续铸造冷却水压为0.12mpa。其它与具体实施方式一至九之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

本实施例一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：

一、按各元素的质量百分比为：mn为0.70％、cu为4.4％、mg为1.60％、zn为0.11％、ti为0.03％以及余量的al称取铝锭、al-mn中间合金、cu板、mg锭、zn锭和al-ti中间合金；

二、将步骤一称取的铝锭和al-mn中间合金依次装入电阻反射炉炉内进行熔化，熔炼温度为730℃，当熔化一半时，向熔体中均匀加入cu板和zn锭，继续熔炼完全，控制温度为730℃，然后进行扒渣，再加入mg锭，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在730℃条件下，取样化验，合格后，采用ar-cl2混合气体精炼熔体10min，得到铝合金熔体；

三、将步骤二得到铝合金熔体导入静置炉中，控制温度为710℃，向静置炉中通入ar-cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；

四、将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下，采用半连续铸造法进行铸造，得到al-cu-mg系铝合金扁铸锭；其中半连续铸造温度为710℃，半连续铸造速度为52mm/min，半连续铸造冷却水压为0.06mpa，al-cu-mg系铝合金扁铸锭规格为520mm×1620mm。

步骤二中覆盖的熔剂主要成分由kcl、mgcl2和bacl2组成，其中按质量百分数kcl的浓度为35％，mgcl2的浓度为40％，bacl2的浓度为7％，余量为杂质。

本实施例制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭的照片如图1所示。

(一)对实施例一制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭进行低倍组织检查和力学性能测试，将实施例一制备的al-cu-mg系铝合金扁铸锭的底部切掉后，切取20mm厚试片，取试片宽度方向的一半对铸锭进行低倍组织检查和力学性能测试等分析。待检测用试样的取样位置如图2所示。

对7号试样进行低倍组织检查，未发现夹渣、气孔、缩孔、缩松等缺陷。

对1～6号试样进行力学性能测试，结果见表1。

表1力学性能测试结果

实施例二：

本实施例一种al-cu-mg系铝合金扁铸锭的制造方法，按以下步骤进行：

一、按各元素的质量百分比为：mn为0.70％、cu为4.5％、mg为1.60％、zn为0.11％、ti为0.03％以及余量的al称取铝锭、al-mn中间合金、cu板、mg锭、zn锭和al-ti中间合金；

二、将步骤一称取的铝锭和al-mn中间合金依次装入电阻反射炉炉内进行熔化，熔炼温度为720℃，当熔化一半时，向熔体中均匀加入cu板和zn锭，继续熔炼完全，控制温度为720℃，然后进行扒渣，再加入mg锭，搅拌熔体至混合均匀，并用熔剂覆盖，然后在720℃条件下，取样化验，合格后，采用ar-cl2混合气体精炼熔体10min，得到铝合金熔体；

三、将步骤二得到铝合金熔体导入静置炉中，控制温度为705℃，向静置炉中通入ar-cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；

四、将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下，采用半连续铸造法进行铸造，得到al-cu-mg系铝合金扁铸锭；其中半连续铸造温度为705℃，半连续铸造速度为52mm/min，半连续铸造冷却水压为0.08mpa，al-cu-mg系铝合金扁铸锭规格为520mm×1620mm。

本实施例得到al-cu-mg系铝合金扁铸锭的成品率达到了90％。