航天薄壁铸件用铝合金材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种航天薄壁铸件用铝合金材料及其制备方法，在航天标准ZL114A合金的基础上，通过调整合金成分、控制微量元素含量以及批量化生产细化变质、熔炼制备工艺，采用普铝批量制备出一种高强韧的新型亚共晶铝合金材料，适用于航天薄壁金属型铸件，力学性能与精铝小批量生产的性能相当，成本下降5000元/吨，满足了航天产品批量化的需求。
【技术领域】
[0001 ]本发明属于侣合金材料制备领域，设及航天薄壁高强初侣合金铸件材料，尤其是 一种航天薄壁铸件用侣合金材料及其制备方法。 航天薄壁铸件用错合金材料及其制备方法
【背景技术】
[0002] 我国航天产品W蒙皮巧条馴接结构成型工艺为主，侣合金材料W强度和初性较好 的变形侣合金为主，但随着国内外航天产品的形状日益趋向大型化、整体化、结构与功能一 体化发展，国外越来越多的采用铸造成型工艺，主要因为铸造具有低成本、综合性能优及可 靠性强，制造周期短等优势。
[0003] 国内薄壁大型高强初侣合金铸件材料一般选用化114A，因其含有较高的Si含量， 液态金属具有较好的流动性，可W成型大型薄壁复杂构件(2.5-5mm)，由于微量Mg元素的加 入，可通过形成Mg2Si析出相来进行时效强化处理，因而具有较高的强度、且延展性较好。航 天产品为了保证高的力学性能，使用的化114A侣合金材料一般采用精侣(Al>99.85%)在 真空试验炉中制备，生产成本高而且无法满足航天铸件批量化生产的需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于航天薄壁金属型铸件 的高强铸造亚共晶侣娃合金材料及其制备方法，关键技术:界定了对力学性能有影响的微 量元素的含量、采用了炉后侣铁棚丝辅助细化与Sb巧e联合变质工艺及批量化制备工艺的 控制，实现了批量化生产，生产成本大幅下降。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种航天薄壁铸件用侣合金材料，其组分及质量百分含量为：
[0007；
[000引一种航天薄壁铸件用侣合金材料的制备方法，步骤如下：
[0009] (1)将Al>99.70%的重烙用侣锭、金属娃放入火焰反射炉中烙化，烙化溫度为780- 800。。
[0010] 间然后再将411'110、41863、4這1110、41565、4口65投入反射炉中，揽拌5~8111111，升 溫至 760-780 °C;
[0011] 间按总投料的0.1~0.2%称取ST无钢精炼剂，W惰性气体氮气为载体将ST无钢精 炼剂均匀的喷入侣合金烙体内，喷粉时间控制在20~30min，静置5min，将侣液表面的浮渣 拱出；
[0012] (4)用钟罩将金属儀压入侣合金烙体内部至金属儀全部烙化，迅速揽拌4~5min;
[0013] 间在诱铸流槽尾端的过滤箱内放置陶瓷过滤板，预热诱铸流槽和过滤板至600- 700。。
[0014] (6)炉内侣液静置1 Omin，调整侣液溫度至700 ± 5 °C，打开炉组放水装置，开始诱铸；
[0015] 例诱铸开始后，启动喂丝机，铁棚丝的喂料速度为0.45-0.5m/min，诱铸流槽的容 积为0.8m3，铁棚丝在诱铸流槽的侣合金液中有效合金化时间保证10min-12min;
[0016] 脚诱铸过程，侣合金液经过在线氮气除气和陶瓷过滤板除渣，进入模具内部凝固 成锭。
[0017] 而且，所述的金属娃为破碎好的1~5cm3的小块。
[0018] 而且，所述的陶瓷过滤板为30目的陶瓷过滤板。
[0019] 本发明新型亚共晶侣合金材料在QJ3185《航天用侣合金化205A、ZL114A铸件规范》 中化114A的基础上，进行优化：
[0020] 1)增加 Mn/Fe 比（1/3-3/4)的控制
[0021] 2)增加杂质元素？(《0.0020%)、化(化《0.0020%)的控制
[0022] 3)合金强化细化作用：加入侣液重量0.5-0.7 %的AmSBl铁棚丝
[0023] 4)增加变质处理:56:(0.15%-0.25%)、化(0.10-0.15%)
[0024] 本发明的优点和积极效果是：
[0025] 1、本发明通过加强对杂质元素 P、Ca、Mn的控制，采用Sb巧e联合变质，炉后铁棚丝 强化细化W及炉内和炉后双重除气除渣生产工艺，研制出一种航天薄壁金属型铸件用高强 初侣合金材料，实现了批量化生产，成本低，满足了航天产品批量化生产需求。
[0026] 2、本发明界定化、P等对力学性能有害元素含量，同时添加了适量的Mn元素来降低 化元素的有害作用，提高力学性能。
[0027] 3、本发明使用喂丝机在炉后流槽内均匀添加 AmSBl铁棚丝，侣液内部形成TiB2、 AbTi化合物，从而强化AlTilO的细化作用;通过控制铁棚丝的喂料速度W及诱铸流槽的容 积，控制了铁棚丝的有效合金化时间，避免了合金化时间过短和过长对合金力学性能的危 害。
[0028] 4、本发明针对薄壁金属型铸件冷却速度快的特点，采用Sb巧e联合变质工艺，对侣 合金的Si相进行变质，大幅提升了合金的力学性能。
【具体实施方式】
[0029] 下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，W下实施例只是描述性的，不是限 定性的，不能W此限定本发明的保护范围。
[0030] 实施例：
[0031] -种航天薄壁铸件用高性能亚共晶侣合金材料的制备方法，步骤如下：
[0032] (1)分别称取重烙用侣锭(41>99.70%)、金属娃(441)、金属儀(1邑>99.95%)、铁 中间(AlTilO)、被中间(AlBe3)、儘中间(AlMnlO)、铁棚丝(AmSBl)、錬中间(AlSb5)、蹄中 间(AlTe5);各成分质量百分含量如下：
[0033]
[0034] 而且，步骤(1)金属娃(441)为破碎好的1~5cm3的小块。
[0035] 间按总投料的0.1~0.2 %称取ST无钢精炼剂；
[0036] 间利用叉车将步骤(1)中的重烙用侣锭、金属娃放入30t的固定式火焰反射炉中烙 化，烙化溫度为780-800°C，取样进行成分检测；
[0037] (4)然后将步骤(1)中铁中间、被中间、儘中间、錬中间、蹄中间利用叉车投入固定式 反射炉中，叉车叉动揽拌祀大力揽拌炉内侣液5~8min，升溫至760-780°C，取成分样块检测 成分；
[0038] 间调整侣液溫度至760-780°C，将步骤间中的ST无钢精炼剂放入自动喷粉机中，W 惰性气体氮气为载体将ST无钢精炼剂均匀的喷入侣合金烙体内去除侣合金中的浮渣(兼有 除气的作用），喷粉时间控制在20~30min，静置5min，将侣液表面的浮渣拱出；
[0039] 做用钟罩将步骤(1)中的金属儀压入侣合金烙体内部至金属儀全部烙化，迅速揽拌 4~5min，取样检测；
[0040] 例在诱铸流槽尾端的过滤箱内放置30目的陶瓷过滤板，诱铸前1小时开启预热系 统，预热诱铸流槽和过滤板至600-700°C ;
[0041 ]脚炉内侣液静置lOmin，调整侣液溫度至700 ± 5°C，打开炉组放水装置，开始诱铸；
[0042] (9)诱铸开始后，启动喂丝机，铁棚丝的喂料速度为0.45-0.5m/min，诱铸流槽的容 积为0.8m3，铁棚丝在诱铸流槽的侣合金液中有效合金化时间保证10min-12min;
[0043] (10)诱铸过程，侣合金液经过在线氮气除气和陶瓷过滤板除渣，进入模具内部凝固 成锭。
[0044] 本发明侣合金材料与航天标准化114A合金成分、力学性能对比（参见表1及表2)。
[0045] 表1合金材料成分
[0046]
[0
[004引表2合金力学性能
[0049]
[0050] W上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离发明构思的前提下，还可W做出若干变形和改进，运些都属于本发明的保护 范围。
【主权项】
1. 一种航天薄壁铸件用铝合金材料，其组分及质量百分含量为：2. -种权利要求1所述的铝合金材料的制备方法，步骤如下： ⑴将A1多99.70 %的重熔用铝锭、金属硅放入火焰反射炉中熔化，熔化温度为780-800 °C； ⑵然后再将41!^10^1863^恤1110^13&5^1了65投入反射炉中，搅拌5~8111111，升温至 760-780。。； (3)按总投料的0.1~0.2%称取ST无钠精炼剂，以惰性气体氮气为载体将ST无钠精炼剂 均匀的喷入铝合金熔体内，喷粉时间控制在20~30min，静置5min，将铝液表面的浮渣捞出； ⑷用钟罩将金属镁压入铝合金熔体内部至金属镁全部熔化，迅速搅拌4~5min; (5) 在浇铸流槽尾端的过滤箱内放置陶瓷过滤板，预热浇铸流槽和过滤板至600-700°C; (6) 炉内铝液静置lOmin，调整铝液温度至700 ± 5°C，打开炉组放水装置，开始浇铸； (7) 浇铸开始后，启动喂丝机，钛硼丝的喂料速度为0.45-0.5m/min，浇铸流槽的容积为 0.8m3，钛硼丝在饶铸流槽的错合金液中有效合金化时间保证10min-12min; (8) 浇铸过程，铝合金液经过在线氮气除气和陶瓷过滤板除渣，进入模具内部凝固成锭。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的金属娃为破碎好的1~5cm3的小 块。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的陶瓷过滤板为30目的陶瓷过滤 板。
【文档编号】C22C21/02GK106048332SQ201610652060
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610652060.0, CN 106048332 A, CN 106048332A, CN 201610652060, CN-A-106048332, CN106048332 A, CN106048332A, CN201610652060, CN201610652060.0
【发明人】霍会娟, 刘文龙, 郭强, 庞会霞, 代晓晨
【申请人】天津立中合金集团有限公司