航天大型厚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大型厚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，适用于航天大型厚铸件，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。
【专利说明】
航天大型厚铸件用错合金材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于侣合金制造领域，设及航天大型厚铸件用侣合金材料，尤其是一种航 天大型厚铸件用侣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] 例如航天用底座，属于大型厚壁件(厚度0.2m，长度10m)，需要合金兼具良好的流 动性和高的力学性能。目前，航天领域主要采用选用化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成型大型厚铸件，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，提供一种航天厚大铸件用铸高强造 亚共晶侣娃合金材料及其制备方法，关键技术是界定了对力学性能有影响的微量元素的含 量、采用炉后侣铁棚丝辅助细化与Sr+RE联合变质工艺及批量化制备工艺的控制，生产实现 了批量化生产，生产成本大幅下降，满足了航天产品批量化生产。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
[0006] -种航天大型厚铸件用侣合金材料，其组分及质量百分含量为：
[0007]
[000引一种航天大型厚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、415^0、1?6投入反射炉中，揽拌5~8111111，升溫 至760-780。。
[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] 间调整侣液溫度为720-740°C，使用除气祀往反射炉内的侣合金液中吹入氮气，去 除侣合金液中的气体，直至侣合金液中的含氨量达到0.3cm^100 gAl，停止炉内除气；
[0014] 做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。。
[001引（7)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；
[0016] 脚诱铸开始后，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;
[0017] (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。
[001引而且，所述的金属娃为破碎好的1~5cm3的小块。
[0019] 而且，所述的陶瓷过滤板为30目的陶瓷过滤板。
[0020] 而且，所述的诱铸过程使用在线测氨仪测量侣液含氨量，含氨量《0.10cm3/ lOOgAlo
[0021] 本发明侣合金材料在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：
[0022] 1)增加 Mn/Fe比（1/3-3/4)的控制
[0023] 2)增加杂质元素？(《0.0020%)、化(化《0.0020%)的控制
[0024] 3)合金强化细化作用：加入侣液重量0.5-0.7 %的AmSBl铁棚丝
[0025] 4)增加变质处理：Sr:(0.010%-0.025%)、RE(0.15-0.25%)
[0026] 本发明的优点和积极效果是：
[0027] 1、本发明通过加强对杂质元素 P、Ca、Mn的控制，采用Sr+Re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，研制出一种航天大型厚铸件用高纯净、 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。
[0028] 2、本发明降低化、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。
[0029] 3、本发明使用喂丝机在炉后流槽内均匀添加铁棚丝，侣液内部形成TiB2化合物， 通过控制铁棚丝的喂料速度W及诱铸流槽的容积，有效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。
[0030] 4、本发明针对大型厚铸件的特点，选用Sr+RE联合变质工艺，对侣合金的Si相进行 变质；同时稀±具有除气的效果，外加炉内除气祀除气、炉后静波在线除气、陶瓷过滤板除 渣的精炼工艺，厚大铸件含气量低而且变质效果均匀、良好，克服了 Sr变质合金含气量高的 缺陷。
【附图说明】
[0031 ]图1为接近铸件表面的金相组织图
[0032]图2为距离铸件表面深100mm部位的金相组织图
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图并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。
[0034] -种航天大型厚铸件用侣合金材料，其组分及质量百分含量为：
[0035]
[0036] (1)按^上比例分别称取普侣（41>99.70%)、金属娃（441)、金属儀^邑> 99.95%)、铁中间（411'110)、被中间（41863)、儘中间（4這1110)、铁棚杆(411'巧81)、锁中间 (AlSr 10)、混合稀±RE;其中金属娃为破碎好的1~5cm3的小块。
[0037] (2)按总投料的0.1~0.2%称取ST无钢精炼剂；
[0038] (3)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；
[0039] (4)然后将步骤（1)中铁中间、被中间、儘中间、混合RE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；
[0040] (5)调整侣液溫度至760-780°C，将步骤(2)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；
[0041] (6)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、锁中间全部烙 化，迅速揽拌4~5min，取样检测。
[0042] (7)调整侣液溫度为720-740°C，使用除气祀往反射炉内的侣合金液中吹入氮气， 去除侣合金液中的气体（兼有去除浮渣的作用），直至侣合金液中的含氨量达到〇.3cm3/ lOOgAl，停止炉内除气。
[0043] (8)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 ;
[0044] (9)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。
[0045] (10)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。
[0046] (11)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。
[0047] (12)诱铸过程，使用在线测氨仪测量侣液含氨量，含氨量《0.10cm3/100gAl。
[004引本发明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)，完 全符合航天标准的要求，而且价格较精侣产品便宜约5000元/吨。
[0049] 表1合金材料成分
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0053] 使用本合金材料制备的大型厚铸件不同部位的变质效果图，如图1、图2所示，可W 看出，不同部位的变质效果良好而且均匀。
[0054] 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. 一种航天大型厚铸件用铝合金材料，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)讀1110、413^0、1^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) 调整铝液温度为720-740°C，使用除气耙往反射炉内的铝合金液中吹入氮气，去除铝 合金液中的气体，直至铝合金液中的含氢量达到0.3cm 3/100gAl，停止炉内除气； (6) 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; (7) 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； (8) 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; (10)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。5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的浇铸过程使用在线测氢仪测量 铝液含氢量，含氢量彡〇 ? 10cm3/100gAl 〇
【文档编号】C22C1/03GK106048335SQ201610652686
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月10日 公开号201610652686.1, CN 106048335 A, CN 106048335A, CN 201610652686, CN-A-106048335, CN106048335 A, CN106048335A, CN201610652686, CN201610652686.1
【发明人】霍会娟, 郭强, 刘文龙, 刘忠, 庞会霞
【申请人】天津立中合金集团有限公司