一种7050铝合金的热顶铸造工艺及7050铝合金铸锭的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及一种7050铝合金的热顶铸造工艺及7050铝合金。
【背景技术】
[0002]铝合金是以铝为基体元素的合金总成，主要包括的合金元素由铜、硅、镁、锌、锰，还包括镍、铁、钛、铬、锂等合金元素。铝合金的密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中应用最广泛的一类有色金属材料，其使用量仅次于钢。
[0003]通常屈服强度500MPa以上的铝合金被称为超高强度铝合金，他们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg系为主的可热处理强化的铝合金(简称7xxx系铝合金)，自上世纪中叶以来，为了提高Al-Zn-Mg系铝合金的力学性能，并解决高锌、高镁铝合金中严重存在的应力腐蚀问题，国外在该类铝合金中添加Cu、Cr、Mn等元素，由此产生了一系列的新型AL-Zn-Mg-Cu超硬铝合金。由于它具有高的比强度和硬度、良好的热加工性、优良的焊接性能、高断裂韧度，以及高抗应力腐蚀能力等优点而广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中重要的材料之一。
[0004]其中，7xxx系铝合金中的7050铝合金为航空业较为理想的结构材料，7050铝合金用于制造飞机的主要受力构件，如机身框架、隔板、机翼壁板、翼梁、翼肋、起落架支撑梁等。7050铝合金的生产工艺包括熔炼、在线处理和铸造，但是，现有的7050铝合金的热顶铸造工艺生产的锭坯探伤合格率较低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种7050铝合金的热顶铸造工艺及7050铝合金铸锭，本发明提供的7050铝合金的热顶铸造工艺得到的铝合金探伤合格率较高。
[0006]本发明提供一种7050铝合金的热顶铸造工艺，包括以下步骤:
[0007]A)将Cu源、Mg源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源混合后进行熔炼，得到熔炼物；
[0008]B)将所述步骤A)得到的熔炼物依次进行在线除气、在线过滤和在线细化，得到在线处理产物；
[0009]C)将所述步骤B)得到的在线处理产物进行铸造，得到7050铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min。
[0010]优选的，所述步骤A)具体包括以下步骤:
[0011]将Cu源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源混合后进行熔炼，待熔体全部融化后，加入Mg源和0-0.0009%的Be，进行熔炼，得到熔炼物。
[0012]优选的，所述熔炼的温度为800?1050°C。
[0013]优选的，所述在线除气的温度为715?725°C ;
[0014]所述在线除气的气体流速为25?35L/min ；
[0015]所述在线细化采用Al-5Ti_B丝进行。
[0016]优选的，所述铸造的速度为9?13mm/min。
[0017]优选的，所述铸造的温度为650?770 °C。
[0018]优选的，所述铸造中冷却水的流量为10?20m3/h。
[0019]优选的，当所述铸造的长度在Omm?300mm之间时，所述铸造过程中冷却水的流量为 10 ?llm3/h ；
[0020]当所述铸造的长度> 300mm时，将所述铸造过程中冷却水的流量以(lm3/h)/50mm的速度增加，直到所述冷却水的流量达到19?20m3/h。
[0021]优选的，所述步骤C)还包括以下步骤:
[0022]将所述步骤C)得到的7050铝合金进行均匀化热处理，得到热处理的7050铝合金;
[0023]所述均匀化热处理的保温温度为460?470°C ;
[0024]所述均匀化热处理的保温时间为30?35小时。
[0025]本发明提供如上述技术方案所述的热顶铸造工艺制得的规格为Φ850的铝合金铸锭。
[0026]本发明提供一种7050铝合金的热顶铸造工艺，包括以下步骤:A)将Cu源、Mg源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源混合后进行熔炼，得到熔炼物；B)将所述步骤A)得到的熔炼物依次进行在线除气、在线过滤和在线细化，得到在线处理产物；C)将所述步骤B)得到的在线处理产物进行铸造，得到7050铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min。本发明提供的热顶铸造工艺采用适当的铸造速度、能够防止铸造时的铝熔体泄露，减少铸锭中心的裂纹倾向以及铸锭表面的拉裂倾向。提高铝合金的探伤合格率，实验结果表明，本发明提供的航空用铝的热顶铸造工艺制得的7050铝合金的探伤合格率为97?99%。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供一种7050铝合金的热顶铸造工艺，包括以下步骤:
[0028]A)将Cu源、Mg源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源混合后进行熔炼，得到熔炼物；
[0029]B)将所述步骤A)得到的熔炼物依次进行在线除气、在线过滤和在线细化，得到在线处理产物；
[0030]C)将所述步骤B)得到的在线处理产物进行铸造，得到7050铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min。
[0031]本发明提供的热顶铸造工艺得到的7050铝合金的探伤合格率较高，能够达到97 ?99%。
[0032]本发明将Cu源、Mg源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源混合后进行熔炼，得到熔炼物；本发明优选在熔炼炉中进行所述熔炼，本发明优选在装炉前先在所述熔炼炉中撒入二号溶剂，将Cu源、Zn源、Ti源、Zr源和Al源装入熔炼炉中，进行熔炼，当熔体软化下榻化平后，向炉内撒入二号溶剂粉，待上述炉料全部熔化，熔体温度达到720?740°C时，加入的Mg源和0-0.0009%的Be，加完后采用二号溶剂粉进行覆盖，搅拌后熔炼，得到熔炼物。
[0033]在装炉时，原则上应按从小到大的顺序进行，即将先装小块料，再装大块料，同时将熔点高的中间合金装在中上层，易烧损的金属装在中层。
[0034]在本发明中，所述Cu在所述原料中的质量分数为2.0?2.6%，优选为2.2?
2.5%更优选为2.3%;本发明优选采用纯Cu板为Cu源进行所述熔炼，所述纯Cu板中Cu的质量分数彡99.95%。
[0035]在本发明中，所述Zn在所用的原料中的质量分数为5.7?6.7%，优选为6.0?6.5%，更优选为6.2% ;本发明优选采用纯锌锭为Zn源进行所述熔炼，所述纯锌锭中Zn的质量分数优选多99.99%。
[0036]在本发明中，所述Ti在所用的原料中的质量分数为O?0.06%，优选为0.01?0.03%,更优选为0.02%;所述Ti可以细化晶粒和防止铸锭裂纹，本发明优选采用Al-Ti中间合金为Ti源进行所述熔炼，所述Al-Ti中间合金中Ti的质量分数优选为3?5%，更优选为4%。
[0037]在本发明中，所述Zr在所用的原料中的质量分数为0.08?0.15%，优选为0.1?0.13%,最优选为0.12 % ;本发明优选采用Al-Zr中间合金为Zr源进行所述熔炼，所述Al-Zr中间合金中Zr的质量分数优选为3?5%，更优选为4%。
[0038]在本发明中，所述Mg在所用的原料中的质量分数为1.9?2.6%，优选为2.1?2.5%,更优选为2.3 % ;本发明优选采用纯Mg锭为Mg源进行所述熔炼，所述纯Mg锭中Mg的质量分数优选彡99.95%。
[0039]在本发明中，所述Be的质量分数为0-0.0009 %
[0040]在本发明中，所述Al在所用的原料中的质量分数与其他组分的质量分数之和为100%，本发明优选采用纯Al锭为Al源进行所述熔炼，所述纯Al锭中，Al的质量分数优选彡 99.
[0041]在本发明中，所述二号溶剂粉为市售产品，每次的使用量优选为上述原料总量的0.5?2%，更优选为1%。
[0042]在本发明中，所述熔炼过程中熔炼的炉膛温度优选为800?1050°C，更优选为900?1000°C，所述熔炼中熔体的温度优选为600?770 V，更优选为650?750°C ;所述熔炼的时间优选为20?60min，更优选为30?50min。
[0043]完成所述熔炼后，本发明优选对得到的熔体进行取样，以便对熔体成分进行分析，然后根据上述各成分的含量要求进行相应的成分调整，所述调整的方法为本领域技术人员熟知的方法。具体的，根据送检结果决定是否冲淡或者补料，冲淡或者补料按量按以下公式进行:
[0044]若生产7050铝合金铸锭长度4200mm，I次铸造4根，考虑氧化烧损5%，铸锭规格Φ850，该合金密度为2800kg/m3，则计算出总的投料量=π Χ0.652/4Χ4.2Χ4Χ (1+5% )X2800 ^ 29800kg。
[0045]以Cu元素为例，如果Cu元素炉前分析值为1.9%，需补到2.2%,
[0046]则需补含量40 %的Al-Cu中间合金重量=29800 X (2.2 % -1.9 % ) /40 %^ 224kg ;
[0047]如果Cu元素炉前分析值2.7%，需冲淡到2.5%，
[0048]则需冲淡用的AL99.70 锭总量=29800X (2.7% -2.5% )/1.9%^ 308kg。
[0049]注意补料或者冲淡前，应适当提高熔体温度至750°C以上，且加入的金属或者中间合金应干燥，防止放炮等事故。
[0050]