一种舰船用铝合金铸锭的铸造工艺的制作方法

文档序号:15457720发布日期:2018-09-15 01:37

本发明涉及一种铝合金铸造工艺,尤其是一种舰船用铝合金铸锭的反重力铸 造工艺,属于有色金属加工技术领域。



背景技术:

铝合金密度低、强度比高,经热加工可获得良好的力学性能与抗腐蚀性能, 还具有优良的导电性、导热性与加工性能,已在船舶及船用设备中广泛应用。船 舶用材料(船板,船外壳,上层结构,隔板结构,框架等)要求具有高的抗拉强 度、伸长率和抗冲击等力学性能,同时还需要有较高的耐蚀性能。

目前船舶用铝合金多选用具有中等强度的耐蚀可焊铝合金,如5xxx系和 6xxx系铝合金:其中5xxx系铝合金多用于船体结构,占船用铝合金的80%以上, 其耐蚀性能较好,但力学性能较差;6xxx系铝合金多用于船舶上部结构,其相 比于5xxx系铝合金,在提高合金力学性能的基础上牺牲了部分耐蚀性。海洋环 境中存在的高湿度大气以及侵蚀性Cl-的存在会导致金属材料发生腐蚀,腐蚀后 的铝合金在船体的复杂受力情况下极易发生断裂。现用铝合金材料并不能满足船 用材料对于力学性能与耐腐蚀能力的双重要求,常常出现船舶结构严重耗蚀、甚 至锈穿,影响船舶结构的完整性,导致局部强度不足造成局部构件破坏(产生裂 纹、变形),进而影响船舶总体强度,导致船舶服役寿命不够。

中国专利申请(公开号CN106480343A)公开了一种高强度、耐海水腐蚀的 新型Al-Mg-Si铝合金,该合金通过引入少量银元素来增加和控制强化相的数量 和分布,改善合金的耐腐蚀性能,同时通过优化熔炼铸造工艺,轧制控制方法和 固溶时效热处理工艺,来提高Al-Mg-Si铝合金的综合性能。其耐腐性能较好, 但存在一定的晶间腐蚀倾向,且其强度性能有待提高。中国专利(CN 105543738 B)一种铝合金形变热处理方法,该发明通过低温加较高温度的双级时效提高合 金析出相密度,提高了合金力学性能,但此方法缺乏对合金的晶间相的析出和生 长控制,不利于有效提高合金耐腐蚀性能。



技术实现要素:

针对现有的熔炼铸造Al-Mg-Si铝合金存在的缺陷,本发明的目的是在于提 供一种提高铝合金抗腐蚀性能及强度等综合性能的铸造工艺,该铸造工艺加工的 铝合金抗拉强度、屈服强度、延伸率和抗剥落腐蚀等综合性能优异,特别适合航 海船舶在复杂环境中的应用要求。

为了实现上述技术目的,本发明提供了一种舰船用铝合金铸锭的铸造工艺, 其包括以下步骤:

1)将铝块、铝-锰中间合金、铝-硅中间合金、铝-锆中间合金、铝-铬中间合 金、铝包覆镁块及铝-钛-硼变质剂熔化,得到铝合金熔体;所述铝合金熔体依次 进行除气、除渣、变质处理和精炼;所述精炼过程中采用超声波振动铝合金熔体, 同时向铝合金熔体中吹入Ar2和Cl2混合气体;所述Ar2和Cl2混合气体的吹入压 力18~22KPa,相对铝合金熔体,Ar2吹入量为1.8~2m3/t,Cl2吹入量为0.7~0.8m3/t;

2)精炼所得铝合金熔体通过反重力铸造得到铝合金铸件;

3)所述铝合金铸锭依次进行均匀化、形变、固溶和时效处理,即得。

优选的方案,将铝块置于熔化炉中加热熔化至50~70%,先添加覆盖剂,再 依次添加铝-锰合金、铝-硅合金、铝-锆合金及铝-铬合金,待体系温度升到 740℃~750℃时,再加入铝箔包覆镁块和铝-钛-硼变质剂,待所有中间合金完全 熔化后,对铝合金熔体进行除气和除渣处理;在除渣处理后的铝合金熔体中再添 加铝-钛-硼变质剂,进行变质处理;在变质处理后的铝合金熔体中吹入Ar2和Cl2混合气体进行精炼。通过在熔化过程中添加部分铝-钛-硼变质剂作为孕育处理, 影响形核过程,以增加初生的晶核数,而在变质处理,添加部分铝-钛-硼变质剂, 改善晶粒长大过程。一般来说,根据铝-钛-硼变质剂所起的作用不同,在变质处 理过程中铝-钛-硼变质剂的添加量大于熔化过程中铝-钛-硼变质剂的添加量。

优选的方案,精炼使铝合金熔体中氢含量≤0.15mg/100g。

较优选的方案,对铝合金进行除气除杂过程中,采用超声波振动铝合金熔体; 所述超声波振动采用间隔循环振动。

优选的方案,间隔循环振动方式为:振动5~6min,停止振动5~10min,依 此循环。

较优选的方案,所述超声波振源设置在铝合金熔体的1/3以下液位。

优选的方案,所述覆盖剂由NaCl、MgCl2、BaCl2及光卤石通过熔炼制得; 其中,各成分的质量百分比含量为:NaCl:20~30%;MgCl2:25~35%;BaCl2: 20~30%;光卤石:10~15%,采用该覆盖剂可以实现高效率覆盖熔体,达到对合 金铸锭成分的精准控制。

优选的方案,所述反重力铸造过程包括准备、升液、充型和结晶过程。所述 准备的过程为:将铝合金熔体转移至反重力铸造炉的坩埚内;调整铝合金熔体温 度至700~720℃。所述升液的过程为:将坩埚密封,并通入惰性气体,使铝合 金熔体在压差的作用下沿重力反向上升到升液管浇口处;升液压力为10~15KPa, 升液速度为40~60mm/s。所述充型的过程为:将铝合金熔体上升至金属模具顶 部,完全充满型腔;所需惰性气体压力按照P=hρk/10200计算;充型压力为15~ 20KPa,充型速度为60~90mm/s。所述结晶的过程为:铝合金熔体上升至金属 模具顶部后继续对铝合金熔体进行增压,使铝合金熔体在外加压力下结晶;增压 压力为15~30KPa,增至结晶压力后,在结晶压力下保持30~40s。

优选的方案,所述均匀化处理:将铝合金铸件在490~520℃的温度下,保温 24~72h,然后放在炉中随炉冷却至室温;所述固溶处理:将铝合金铸件加热到 520~530℃,保温4~12h,然后水淬至室温;所述时效处理:将铝合金铸件先 升温到245~250℃进行第一级时效处理10~12min,再在140~160℃保温2~4h 进行第二级时效处理。本发明采用的二级时效处理,对温度和时间有特殊要求, 对金属的结晶性能有较大影响,可以大大提高合金性能,第一级时效温度较高, 时效时间短,可使晶内析出大量细小弥散的β″前驱体,并且这些强化相仍处于 长大过程中,第二级时效温度较低,可使扩散能较高的晶界附近析出相优先长大, 球化,大幅度优化合金抗腐蚀能力和力学性能。

优选的方案,所述铝合金铸锭包括以下质量百分比组分,以各组分质量百分 比含量总和为100%计量:Mg:1.8~3.6%;Si:1.6~2.4%;Mn:0.45~0.65%; Cr:0.25~0.35%;Zr:0.15~0.3%;Ti:0.04~0.08%;B:0.002~0.008%;其它 杂质总含量≤0.1%,单个杂质含量≤0.03%,余量为铝。

较优选的方案,所述铝-钛-硼变质剂中TiB2相尺寸小于2μm质量含量在85% 以上,TiAl3颗粒尺寸小于80μm质量含量在85%以上。变质剂中的相越均匀细 小,对于晶粒细化的作用就越明显,在本发明优选的范围内,可以很好改善合金 结晶性能。

本发明的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺,按如下具体步骤进行:

步骤一:熔炼合金,获得铝合金熔体;具体为:

(a)熔化:首先将纯铝块加入熔化炉中,待铝块熔化50%~70%,加特制覆盖 剂,随后按顺序加入Al-Mn中间合金、Al-Si中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr 中间合金,最后等熔体温度升到740℃时,加入铝箔包覆的纯Mg、Al-Ti-B变质 剂;

(b)除气、除渣:待中间合金完全熔化后,静置一定时间,当升温至720~740℃ 后,在熔体中分三次加入约为合金总质量0.6%的C2Cl6,待熔体中气体去除完成, 将熔体上漂浮的杂质渣全部扒出;

(c)变质处理:投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行细化晶粒。Al-Ti-B 的加入能有效促进形核过程中非均匀形核,使合金晶粒细小均匀,显著改善合金 铸造性能,提升合金强度与塑性;减少铸锭的柱状晶组织,改善合金铸造性能;

(d)精炼:使用吹气装置向铝熔体中吹入混合气体,精炼后测定氢含量,要 求≤0.15mg/100g,之后将熔体充分静置,使熔体中的合金成分完全扩散均匀,无 成分偏析存在;所述混合气体为Ar2与Cl2气体,且吹气装置喷嘴的工作压力为 20KPa,混合气体通入量由熔体质量确定,具体Ar2为2m3/t,Cl2为0.8m3/t;开 始吹入混合气体后,使用超声波间隔循环振动,间隔循环振动的具体方法为:先 振动5min,后停止振动,间隔10min后又振动5min,依此循环;在铝熔体溶 液的1/3~1/2以下液位使用超声波间隔循环振动;

步骤二:对所述铝合金熔体进行反重力铸造,获得铝合金铸件;

(e)准备:将铝熔体转移入反重力铸造炉的坩埚内,铸造时铝合金熔体温度 为700~720℃,为使铸锭组织细小,采用水冷模铸造,且模具使用温度控制在 10~40℃。

(f)升液:向密封的坩埚内通入惰性气体,使金属液在压差的作用下沿重力反 向上升到升液管浇口处;升液压力为10~15KPa,升液速度为40~60mm/s;

(g)充型:将金属液上升至金属模具顶部,完全充满型腔;所需气体压力按 照P=hρk/10200计算;充型压力为15~20KPa,充型速度为60~90mm/s;

(h)结晶:金属液上升至金属模具顶部后继续对其进行增压,使金属在外加 压力下结晶,能使铸锭晶粒细化、组织致密;结晶增压压力选取15~30KPa,增 至结晶压力后,在结晶压力下保持40s;

步骤三:将所述铝合金铸锭依次进行均匀化、固溶、时效处理,即得所述舰 船用铝合金铸锭;具体为:

(i)均匀化处理:在490~520℃的温度下,保温24~72h,然后放在炉中随炉 冷却至室温;

(j)形变处理:将均匀化后的铝合金铸锭热轧至5~20mm厚板材,然后冷轧 至所需厚度;

(k)固溶处理:将形变后的铝合金板材加热到520~530℃,保温4~12h,然 后水淬至室温;

(l)时效处理:将固溶处理后的铝合金铸锭升温到245~250℃第一级时效处 理10~12min,然后140~160℃保温2~4h做第二级时效处理。

相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益效果:

1、本发明的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺在合金熔化和变质处理过程中分 两次加入适量的Al-Ti-B变质剂,在熔化过程中第一次加入Al-Ti-B变质剂,目 的是进行孕育处理,影响形核过程,以增加初生的晶核数,在变质处理过程中, 第二次加入Al-Ti-B变质剂进行变质处理,改善晶粒长大过程,从而获得较好的 合金晶相。

2、本发明的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺,在反重力铸造过程中通过向坩 埚内通入高压惰性气体对熔体增压,使铝合金熔液克服自身重力及炉壁的粘滞力, 使铝合金熔液由下向上运动,由坩埚通过升液管上升到金属模具实现反重力铸造; 反重力铸造过程中采用合适的铸造参数,如升液速度、充型速度、结晶压力等, 可以保证铝合金熔液以平稳速度在模具内流动,既能防止铸件产生冷隔现象,又 能防止铸件形成氧化夹渣缺陷,更能使铸件的显微缩松明显的减少,组织更加致 密;合适的均匀化与固溶等热处理制度,能使时效后β”强化相析出更细密均匀, 也可使MgSi相与共晶Si相的分布变得更加均匀。

3、本发明的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺在精炼过程中采用超声波间隙循 环振动,可使气泡与铝熔体分布更混合,且可增加气泡数量,从而具有更好的除 气除渣效果。

4、本发明的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺进行了二级时效处理,第一级时 效温度较高,时效时间短,可使晶内析出大量细小弥散的β″前驱体,并且这些 强化相仍处于长大过程中,第二级时效温度较低,可使扩散能较高的晶界附近析 出相优先长大,球化,大幅度优化合金抗腐蚀性能和力学性能。

5、本发明通过在超声辅助作用下,并严格控制吹气条件,可以达到很好的 脱除熔体中氢、杂质的目的,相比传统工艺,本过程要达到同样高效脱去熔体中 氢元素、氧化夹杂、熔渣等杂质的目的,能够减少10%的气体使用量。

综上所述,通过本发明的铸造工艺加工的铝合金抗拉强度(达到350MPa)、 屈服强度(290MPa)、延伸率(12%以上)和抗剥落腐蚀(N级)等综合性能优异, 达到不牺牲合金力学性能的情况下消除海水腐蚀敏感性的目的。特别适合航海船 舶在复杂环境中的应用要求。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的合金材料铸态时在200X金相显微镜下观察;

图2为本发明实施例1制得的合金材料铸态时在500X金相显微镜下观察;

图3为本发明实施例2制得的合金材料铸态时在200X金相显微镜下观察;

图4为本发明实施例2制得的合金材料铸态时在500X金相显微镜下观察;

图5为本发明实施例3制得的合金材料铸态时在200X金相显微镜下观察;

图6为本发明实施例3制得的合金材料铸态时在500X金相显微镜下观察;

图7为本发明实施例1制得的合金材料剥落腐蚀形貌图;

图8为本发明实施例2制得的合金材料剥落腐蚀形貌图;

图9为本发明对比例1制得的合金材料剥落腐蚀形貌图;

图10为本发明对比例2制得的合金材料剥落腐蚀形貌图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的 实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。

以下实施例旨在进一步说明本发明内容,而不是限制本发明权利要求保护的 范围。

以下实施例中铝合金铸锭成分如下:Mg:1.8~3.6%;Si:1.6~2.4%;Mn: 0.45~0.65%;Cr:0.25~0.35%;Zr:0.15~0.3%;Ti:0.04~0.08%;B:0.002~ 0.008%;其它杂质单个含量≤0.03wt.%,总和≤0.1wt.%,余量为铝。

实施例1

一种铝合金铸锭,按照以下元素质量百分比配料:Mg:3.3%,Si:2.12%, Mn:0.5%,Cr:0.3%,Zr:0.3%,Ti:0.05%,B:0.005%,Fe<0.01%。具体 制备工艺:

a.熔铸前先将铝绽、中间合金分别在一定温度下预热一定时间,去除水分和 杂质。在熔铸过程中,室温相对湿度要严格控制在40%以下,待铝块熔化50% 时,加特制覆盖剂(以下重量比的组分在高温条件下熔炼合成:25%NaCl、30% MgCl:30%BaCl及15%光卤石),随后按顺序加入Al-Mn中间合金、Al-Si中间 合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金,最后等熔体温度升到740℃时,加入铝 箔包覆的纯Mg、Al-Ti-B变质剂(TiB2相的尺寸小于2μm,且质量含量在85% 以上,TiAl3团块的尺寸小于80μm,且质量含量在85%以上),在中间合金熔化 过程中,保证有覆盖剂覆盖在液面上,防止氧化,阻隔气体进入熔体。

b.待中间合金完全熔化后,静置一定时间,当升温至730℃后,在熔体中分 三次加入约为合金总质量0.6%的C2Cl6(具体步骤:将C2Cl6浸没于熔体中,有 黄色气体冒出,直至无气体再产生)。待气体除完之后,把熔体上漂浮的渣予全 部扒出。

c.投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行晶粒细化。

d.精炼:使用吹气装置向铝熔体中吹入Ar2与Cl2气体,喷嘴工作压力为 20KPa,气体通入量由熔体质量确定,Ar2为2m3/t,Cl2为0.8m3/t。精炼后测定 氢含量,要求氢含量≤0.15mg/100g,充分静置,使熔体中的合金成分完全扩散均 匀,无成分偏析存在;选取少量熔体进行铸造工艺性能测试与力学性能测试。

e.铸造准备:将铝熔体转移入反重力铸造炉,铸造时铝合金熔体温度为710℃, 为使铸锭组织细小,采用水冷模铸造,且模具使用温度控制在10~40℃。

f.升液:向密封的坩埚内通入惰性气体,升液压力选取12KPa,升液速度选 取40mm/s。

g.充型:将金属液上升至金属模具顶部,完全充满型腔。所需气体压力按照 P=hρk/10200计算(h:铸型型腔高度,ρ:金属液密度,k:阻力系数,取1.2), 在保证金属液流动性能良好的前提下,充型压力为15KPa,充型速度选取60mm/s。

h.结晶:结晶增压压力选取20KPa,增至结晶压力后,在结晶压力下保持40s, 使铸件的凝固得到充分补缩,消除缩孔、缩松等缺陷,最后得到均匀致密的铝合 金铸锭。

i.均匀化处理:在490℃的温度下,保温36h,然后放在炉中随炉冷却至室温。

(j)形变处理:将均匀化后的铝合金铸锭热轧至5~20mm厚板材,然后冷轧 至所需厚度;

(k)固溶处理:将形变后的铝合金板材加热到520~530℃,保温8h,然后水 淬至室温;

(l)时效处理:将固溶处理后的铝合金铸锭升温到245~250℃第一级时效处 理11min,然后140~160℃保温3h做第二级时效处理。

实施例2

一种铝合金铸锭,按照以下元素质量百分比配料:Mg:1.9%,Si:2.9%, Mn:0.5%,Cr:0.3%,Zr:0.3%,Ti:0.05%,B:0.005%,Fe<0.01%。具体 制备工艺:

a.熔铸前先将铝绽、中间合金分别在一定温度下预热一定时间,去除水分和 杂质。在熔铸过程中,室温相对湿度要严格控制在40%以下,待铝块熔化60% 时,加特制覆盖剂(以下重量比的组分在高温条件下熔炼合成:25%NaCl、30% MgCl:30%BaCl及15%光卤石),随后按顺序加入Al-Mn中间合金、Al-Si中间 合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金,最后等熔体温度升到740℃时,加入铝 箔包覆的纯Mg、Al-Ti-B中间合金(TiB2相的尺寸小于2μm,且质量含量在85% 以上,TiAl3团块的尺寸小于80μm,且质量含量在85%以上),在中间合金熔化 过程中,保证有覆盖剂覆盖在液面上,防止氧化,阻隔气体进入熔体。

b.待中间合金完全熔化后,静置一定时间,当升温至730℃后,在熔体中分 三次加入约为合金总质量0.6%的C2Cl6(具体步骤:将C2Cl6浸没于熔体中,有 黄色气体冒出,直至无气体再产生)。待气体除完之后,把熔体上漂浮的渣予全 部扒出。

c.投入Al-Ti-B变质剂对静置后的熔体进行晶粒细化。

d.精炼:使用吹气装置向铝熔体中吹入Ar2与Cl2气体,喷嘴工作压力为 20KPa,气体通入量由熔体质量确定,Ar2为2m3/t,Cl2为0.8m3/t。精炼后测定 氢含量,要求氢含量≤0.15mg/100g,充分静置,使熔体中的合金成分完全扩散均匀, 无成分偏析存在;选取少量熔体进行铸造工艺性能测试与力学性能测试。

e.铸造准备:将铝熔体转移入反重力铸造炉,铸造时铝合金熔体温度为710℃, 为使铸锭组织细小,采用水冷模铸造,且模具使用温度控制在10-40℃。。

f.升液:向密封的坩埚内通入惰性气体,使金属液在压差的作用下沿重力反 向上升到升液管浇口处。为保证型腔内气体缓慢排出,且金属液在进入浇口时不 致产生喷溅,金属液上升速度在保证熔体流动性的情况下应尽可能缓慢。升液压 力选取12KPa,升液速度选取40mm/s。

g.充型:将金属液上升至金属模具顶部,完全充满型腔。所需气体压力按照 P=hρk/10200计算(h:铸型型腔高度,ρ:金属液密度,k:阻力系数,取1.2), 在保证金属液流动性能良好的前提下,充型压力为15KPa,充型速度选取60mm/s。

h.结晶:结晶增压压力选取20KPa,增至结晶压力后,在结晶压力下保持40s。

i.均匀化处理:在490℃的温度下,保温36h,随炉冷却至室温。

(j)形变处理:将均匀化后的铝合金铸锭热轧至5~20mm厚板材,然后冷轧 至所需厚度;

(k)固溶处理:将形变后的铝合金板材加热到520~530℃,保温6h,然后水 淬至室温;

(l)时效处理:将固溶处理后的铝合金铸锭升温到245~250℃第一级时效处 理12min,然后140~160℃保温3h做第二级时效处理。

对比实施例1

一种铝合金铸锭,按照以下元素质量百分比配料:Mg:2.91%,Si:2.04%, Mn:0.5%,Cr:0.3%,Zr:0.3%,Ti:0.05%,B:0.005%,Fe<0.01%。具体 制备工艺:

a.熔铸前先将铝绽、中间合金分别在一定温度下预热一定时间,去除水分和 杂质。在熔铸过程中,室温相对湿度要严格控制在40%以下,待铝块熔化50% 时,加特制覆盖剂(以下重量比的组分在高温条件下熔炼合成:25%NaCl、30% MgCl:30%BaCl及15%光卤石),随后按顺序加入Al-Mn中间合金、Al-Si中间 合金、Al-Zr中间合金、Al-Cr中间合金,最后等熔体温度升到740℃时,加入铝 箔包覆的纯Mg,Al-Ti-B中间合金(TiB2相的尺寸小于2μm,且质量含量在85% 以上,TiAl3团块的尺寸小于80μm,且质量含量在85%以上),在中间合金熔化 过程中,保证有覆盖剂覆盖在液面上,防止氧化,阻隔气体进入熔体。区别于实 施例1与2之处在于,采用一次添加变质剂的合金材料。

b.待中间合金完全熔化后,静置一定时间,当升温至730℃后,在熔体中分 三次加入约为合金总质量0.6%的C2Cl6(具体步骤:将C2Cl6浸没于熔体中,有 黄色气体冒出,直至无气体再产生)。待气体除完之后,把熔体上漂浮的渣予全 部扒出。

c.精炼:使用吹气装置向铝熔体中吹入Ar2与Cl2气体,喷嘴工作压力为20KPa, 气体通入量由熔体质量确定,Ar2为2m3/t,Cl2为0.8m3/t。精炼后测定氢含量, 要求氢含量≤0.15mg/100g,充分静置,使熔体中的合金成分完全扩散均匀,无成分 偏析存在;选取少量熔体进行铸造工艺性能测试与力学性能测试。

d.铸造准备:将铝熔体转移入反重力铸造炉,铸造时铝合金熔体温度为710℃, 为使铸锭组织细小,采用水冷模铸造,且模具使用温度控制在10-40℃。

e.升液:向密封的坩埚内通入惰性气体,使金属液在压差的作用下沿重力反 向上升到升液管浇口处。为保证型腔内气体缓慢排出,且金属液在进入浇口时不 致产生喷溅,金属液上升速度在保证熔体流动性的情况下应尽可能缓慢。升液压 力选取12KPa,升液速度选取40mm/s。

f.充型:将金属液上升至金属模具顶部,完全充满型腔。所需气体压力按照 P=hρk/10200计算(h:铸型型腔高度,ρ:金属液密度,k:阻力系数,取1.2), 在保证金属液流动性能良好的前提下,充型压力为10KPa,充型速度选取50mm/s。 区别于实施例1与2之处在于,充型压力与充型速度不在专利范围内。

g.结晶:结晶增压压力选取20KPa,增至结晶压力后,在结晶压力下保持40s, 使铸件的凝固得到充分补缩,消除缩孔、缩松等缺陷,最后得到均匀致密的铝合 金铸锭。

h.均匀化处理:在490℃的温度下,保温36h,随炉冷却至室温。

(j)形变处理:将均匀化后的铝合金铸锭热轧至5~20mm厚板材,然后冷轧 至所需厚度;

(k)固溶处理:将形变后的铝合金板材加热到520~530℃,保温8h,然后水 淬至室温;

(l)时效处理:将固溶处理后的铝合金铸锭升温到245~250℃第一级时效处 理11min,然后140~160℃保温3h做第二级时效处理。

实施例1和实施例2所制备的舰船用铝合金铸锭,在熔炼过程中对精炼后的 熔体进行了铸造工艺性能测试与力学性能测定:铸造工艺性能测定包括线收缩率、 体收缩率、流动性及抗热裂性测试。分别采用浇筑锥形实验法、单螺旋实验法、 热裂环测试方法,具体测试方法按JB/T 4022.1与JB/T 4022.2标准;力学性能主 要测定了砂型浇筑试棒在T4态下拉伸强度及延伸率,具体测试方法按GB/T 228.1-2010标准;图1、2为实施例1合金在200X与500X下的金相显微组织; 图3、4为实施例2合金在200X与500X下的金相显微组织;图5、6为对比实 施例1合金在200X与500X下的金相显微组织;可以发现,不采用本专利所述 的添加剂添加工艺等铸造工艺的合金材料,其晶粒大小明显大于实施例1与实施 例2;对时效后的合金材料进行了抗剥落腐蚀测试,具体测试方法按GB/T 22639-2008标准;

其中对照样品1和对照样品2为ZL101和ZL301铝合金。实施例和对比例 的铸造性能见表1,学性能与腐蚀性能见表2,图7到图10分别是实施例1、2 与对比例1、2的剥落腐蚀形貌图。

表1:实施例1、实施例2、对照样品1、对照样品2铸造性能对比

表2:实施例1、实施例2、对照样品1、对照样品2力学性能与剥落腐蚀性能对 比

为了解决目前船用5xxx系铝合金力学性能与耐腐蚀能力不能并存的问题, 开发了一种新型的舰船用铝合金铸锭的铸造工艺及铝合金铸锭:适当的调控Mg、 Si元素在合金中的含量,并且加入Mn、Cr、Zr等,改变含铁等有害相的结构, 消除不利影响,提高合金再结晶温度和腐蚀电位;加入Al-Ti-B变质剂,其中的 TiAl3以及TiB2将作为有效异质形核核心,促进形核过程中非均匀形核,使合金 晶粒细小均匀,显著改善合金铸造性能,提升合金强度与塑性;调整合金熔液铸 造工艺,采用反重力铸造技术进行铸造,使金属液在可控的外加驱动力作用下铸 造,人为调控合金铸造过程,提高金属熔液的补缩能力,降低缩孔、气孔和针孔 等铸造缺陷。

本发明制备的铝合金铸锭除了具有良好的铸造性能和加工性能,可实现复杂 构件的成形和加工及大规模工业化生产,同时具有很高的力学性能与耐海水腐蚀 性能,将极大提高我国舰船用铝合金的使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用 本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相 关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

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