专利名称：高铁定位器铝材的熔炼铸造方法
技术领域：
本发明属于铝材生产工艺领域，具体涉及一种铝材的熔炼铸造方法，特别涉及一种闻铁定位器招材的溶炼铸造方法。
背景技术：
高铁电气化铁路接触网 中，需要一种高强度、高韧性、密度小，低电阻率的结构零件为动车组动态提供电力。高安全系数，恶劣的自然条件变化要求结构零件的组织结构，力学性能符合产品要求，且不能够存在内部组织损伤，要求加工部位的抗拉强度320Mpa以上，规定非比例延伸强度310Mpa以上，断后伸长率13%以上。与标准Physical Date perNational Standard En 755-2 :2008相比较，力学性能大幅度提升，对零件的加工技术，检测方法，提出了更严格的要求，急需一种新的加工工艺，来满足零件的特殊要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，可满足高速电气化铁路运行对定位器材料高力学性能的要求。所述的高铁定位器是高铁电气化铁路接触网中用到的一种定位装置，其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平张力传给支柱。所述的高铁定位器铝材是用于制备高铁定位器的铝合金材料，由以下按质量百分比计的组分组成Si :0. 8 I. 0%，Mg 0. 75 O. 95%,Cu 0. 01 O. 09%,Mn 0. 45 O. 85%,Cr 0. 10 O. 24%,Fe < O. 25，其他杂质总量< O. 15%, Al :余量。本发明的目的通过下述技术方案实现高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，包括以下操作步骤(I)熔化在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735 755°C时加入锰剂和铬剂，搅拌均匀，放置10 20min，扒渣，铝水温度在690 740°C时添加镁锭，搅拌均匀，扒渣，注意铝水温度不能过高而造成烧损，以致影响镁在合金成份中的稳定性；(2)排气精炼将步骤⑴最终得到的铝水推扒10 25min，然后加入精炼剂精炼10 25min，温度控制在700 750°C，然后用高纯氮气(纯度为99. 99% )排气；(3)在步骤⑵得到的铝水中加入铝钛硼块，静置15 30min ；(4)取样分析在步骤(3)得到的铝水中取样进行光谱分析，保证合金元素质量百分比符合标准及铝水温度在730 760V ；(5)放水引铸打开熔炼炉开水口，步骤(3)得到的铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒引铸速度为90 130mm/min ;在流槽铝水中插入铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为O. 08 O. 4MPa，温度为690 730°C，确保水压及流量，避免裂纹、冷隔缺陷，分流盘盘尾温度为680 720°C，若分流盘入水口处铝水温度在上限时，可适当调慢引铸速度，若铝水温度在下限时，可适当调快引铸速度；(6)将步骤(5)得到的铝棒均质，冷却得到高铁定位器铝材。步骤(I)中所述的铝锭中的铝与硅锭中的硅的质量比为(70 80) I。步骤(I)中所述的锰剂的加入量为每吨铝水加入7. O 9. 0kg，铬剂的加入量为每吨铝水加入2. O 3. 5kg，镁锭的加入量为每吨铝水加入7. 5 10kg。步骤(2)中所述的精炼剂为RJ-I号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》，精炼剂用量为每吨铝水加入I. 5 3. 5kg。
步骤(3)中所述的铝钛硼块用量为每吨铝水加入I. 5 2. 5kg。步骤(4)中所述的合金元素质量百分比符合的标准为Si :0. 8 1.0%，Mg:O. 75 O. 95%, Cu 0. 01 O. 09%, Mn 0. 45 O. 85%, Cr 0. 10 O. 24%, Fe < O. 25，其他杂质总量< O. 15%，Al :余量。步骤(5)中所述的铝钛硼丝用量为每吨铝水加入I. 5 2. 5kg。步骤(5)中所述的泡沫陶瓷过滤板孔密度为50ppi ;所述的流槽用玻璃水涂料涂覆，防止流槽有脱块、杂物等流入铸模盘，放水引铸过程中，每隔IOmin检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于690°C时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在690 720°C之间。步骤(6)中所述的均质方法为在550 570°C下保温10 12小时，所述的冷却方法为采取循环冷却水冷却，冷却速度200 250°C /h，控制循环冷却水温在10 48°C。本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果(I)本发明熔炼时间短；(2)本发明采用铝钛硼块、铝钛硼丝作为细化剂细化铝材的晶粒组织，得到的铝材按照《GB/T3246. 2-2000》进行低倍组织检测达到二级以上；(3)合金成分均匀，经测试物理性能稳定，具有较高的力学性能，使用此铝棒加工的产品抗拉强度同比欧标高3% 31%，屈服强度(即规定非比例延伸强度)同比国标高8% 36%，伸长率同比国标高28% 100% ；(4)采用精炼剂除渣、精炼，效果明显；(5)采用孔密度为50PPi陶瓷过滤板过滤及在线除氢，铝棒无细微渣粒；(6)温度控制准确，铸造流速稳定，水压标准，铸锭无开裂倾向。
图I是实施例I制得铝棒的金相组织图(放大倍数为X 100)。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例I原料铝锭采用牌号为A199. 7的铝锭，铝锭中Al的质量百分比为99. 70%以上，符合标准GB/T1196-2008《重熔用铝锭》；
镁锭采用牌号为Mg-2的镁锭，镁锭中镁的质量百分比符合标准GB/T3499-2003《原生镁锭》;娃锭米用牌号为AlSi 12的招娃合金,招娃合金中娃的质量百分比为12 ± I %,符合标准YS/T282-2000《铝中间合金锭》；Mn添加剂采用牌号为75#的锰剂，锰剂中锰的质量百分比为75%，符合标准YS/T492-2005《铝及铝合金成分添加剂》；Cr添加剂采用牌号为75#的铬剂，铬剂中铬的质量百分比为75%，符合标准YS/T492-2005《铝及铝合金成分添加剂》；具体步骤如下(I)溶化在溶炼炉中加入招徒和娃徒，招徒中的招与娃徒中的娃的质量比为70 1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735°C时每吨铝水加入7. Okg锰剂和
2.Okg铬剂，并用高纯氮气(纯度即体积百分数为99. 99%)搅拌均匀，放置10!^11，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次lOmin，除渣20min)，铝水温度在690°C时每吨铝水添加7. 5kg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次lOmin，除渣20min)；(2)排气精炼先推扒lOmin，再在每吨铝水加入I. 5kg精炼剂精炼lOmin，温度控制在700°C，然后用高纯氮气(纯度为99. 99% )排气，精炼剂为RJ-I号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》；(3)排气精炼完后每吨铝水加I. 5kg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5. 0%，硼的质量百分比为1.0% )，铝水静置15min ；(4)取样分析在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为730°C时，再进行步骤(5)的放水引铸；合金元素质量百分比符合的标准为Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. Ol O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他杂质总量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引铸打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90mm/min ;流槽用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5. 0%，硼的质量百分比为I. 0% )直接插入流槽铝水中间，用量为每吨铝水I. 5kg，铝水在分流盘入水口处的水压为O. 08MPa,温度为690°C，盘尾温度为680°C ；(6)均质，冷却均质方法为在550°C下保温10小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度200°C /h，控制循环冷却水温在10°C，得到高铁定位器铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。实施例2原料同实施例1，具体步骤如下(I)溶化在溶炼炉中加入招徒和娃徒，招徒中的招与娃徒中的娃的质量比为80 1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在755°C时每吨铝水加入9. Okg锰剂和
3.5kg铬剂，并用高纯氮气(纯度为99. 99% )搅拌均匀，放置20min，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次lOmin，除渣20min)，铝水温度在740°C时每吨铝水添加IOkg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次IOmin,除渣20min)；
(2)排气精炼先推扒25min，再每吨铝水加入3. 5kg精炼剂精炼25min，温度控制在750°C，然后用高纯氮气(纯度为99. 99% )排气，精炼剂为RJ-I号精炼剂；(3)排气精炼完后每吨铝水加2. 5kg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5. 0%，硼的质量百分比为1.0% )，铝水静置30min;(4)取样分析在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为760°C时，再进行步骤(5)的放水引铸，合金元素质量百分比符合的标准为Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. 01 O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他杂质总量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引铸打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为130mm/min ;流槽 用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5.0%，硼的质量百分比为1.0% )直接插入流槽铝水中间，用量为每吨铝水为2. 5kg，铝水在分流盘入水口处的水压为O. 4MPa，温度为730°C，盘尾温度为720°C，每隔IOmin检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于730°C时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在730°C ；(6)均质，冷却均质方法为在570°C下保温12小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度250°C /h，控制循环冷却水温在48°C，得到高铁定位器铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。实施例3原料同实施例1，具体步骤如下(I)溶化在溶炼炉中加入招徒和娃徒，招徒中的招与娃徒中的娃的质量比为75 1，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在740°C时每吨铝水加入7. 9kg锰剂和
3.Okg铬剂，并用高纯氮气(纯度为99. 99% )搅拌均匀，放置12min，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次lOmin，除渣20min)，铝水温度在710°C时每吨铝水添加9. Okg镁锭，扒渣(推扒搅拌4个来回，每次IOmin,除洛20min)；(2)排气精炼先推扒17min，再每吨铝水加入2. 3kg精炼剂精炼17min，温度控制在740°C，然后用高纯氮气(纯度为99. 99% )排气，精炼剂为RJ-I号精炼剂，其成分比符合我国有色金属行业标准YS/T 491-2005《变形铝及铝合金用熔剂》；(3)排气精炼完后每吨铝水加2. Okg铝钛硼块(其中钛的质量百分比为5. 0%，硼的质量百分比为1.0% )，铝水静置17min ；(4)取样分析在炉膛左右各取一个样件按照标准GB/T7999-2007进行光谱分析，合金元素质量百分比见表1，当样件符合标准，并且铝水温度为750°C时，再进行步骤(5)的放水引铸，合金元素质量百分比符合的标准为Si :0. 8 1.0%，Mg 0. 75 O. 95%，Cu 0. 01 O. 09%，Mn 0. 45 O. 85%，Cr 0. 10 O. 24%，Fe :< O. 25，其他杂质总量
<O. 15%, Al :余量；(5)放水引铸打开熔炼炉开水口，铝水依次经过分流盘、在线除气设备、孔密度为50ppi的泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为107mm/min，再经过流槽进入铸模盘，流槽用玻璃水涂料涂覆；铝钛硼丝(其中钛的质量百分比为5.0%，硼的质量百分比为1.0% )直接插入流槽铝水中间，用量为每吨铝水为2. Okg，铝水在分流盘入水口处的水压为O. 2MPa，温度为710V，盘尾温度为710°C，放水引铸过程中，每隔IOmin检一次分流盘入水口处铝水的温度，若温度低于710°C时，及时把炉内的铝水升温，确保分流盘入口的铝水温度控制在710°C ；(6)均质，冷却均质方法为在560°C下保温11小时，冷却为采取循环冷却水冷却，冷却速度220°C /h，控制循环冷却水温在40°C，得到高铁定位器铝材即铝棒，铝棒的平均直径为150mm。实施例4将实施例I制得的铝棒按照GB/T 3246. 1_2000《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法》检验，检验结果如下(I)采用GB/T 3246. 1_2000中的3号浸蚀液剂，铝棒的金相组织如图I所示，金相组织图中无第二相积聚点，无过烧状态。 (2)采用标准中比较法测定晶粒度，显微晶粒度级数为4级。将实施例I 3得到的铝棒按照GB/T3246. 2-2000《变形铝及铝合金制品低倍组织检验方法》检验，检测结果为无裂纹，无气孔，无夹渣，无光亮晶粒，无羽毛状晶，晶粒度二级，疏松度一级。从实施例I 3制得的铝棒中分别选取13根按照标准GB/T6519-2000《变形铝合金产品超声波检测方法》进行超声波探伤检测，对所选铝棒头部及尾部直径进行检测，检测结果如表2所述，检测结果显示铝棒头部及尾部直径均超过150_，说明铝棒没有裂纹，检测合格。表I合金元素质量百分比
Al ~SiFeCuMnMg ~Cr ~NiZn
实施例 I97. 16 0.892 07 δ 0.0602 Γδδ 0.821 0 22 0.0058 0.0291实施例 297.45 I ΤΤδ 0701 0745 0/75 θ < 0.0050 0.0291
实施例 397. 15 078 ΤΤδ 0709 0 85 0795 0 24 < 0.0050 0.0291
~Ti [TbI-SnBe ~Ca ~Sr Γ~ ZrCd
实施例 I < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0014 ~< 0.0005 0.0101O. 0247O. 0002~
实施例 2 < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0017 < 0.0005 0.01100.0240 ~< O. 0001
实施例 3 < 0.0050 < 0.030< O. 050O. 00030.0013 ~< 0.0005 0.0123O. 0260 ~< O. 0001表2超声波探伤检测结果
权利要求
1.高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于包括以下操作步骤 (1)熔化在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火熔化得到铝水，然后扒渣，铝水温度在735 755°C时加入锰剂和铬剂，搅拌均匀，放置10 20min，扒渣，铝水温度在690 740°C时添加镁锭，搅拌均匀，扒渣； (2)排气精炼将步骤⑴最终得到的铝水推扒10 25min，然后加入精炼剂精炼10 25min，温度控制在700 750°C，然后用高纯氮气排气； (3)在步骤(2)得到的铝水中加入铝钛硼块，静置15 30min； (4)取样分析在步骤(3)得到的铝水中取样进行光谱分析，保证合金元素质量百分比符合标准及铝水温度在730 760V ； (5)放水引铸打开熔炼炉开水口，步骤(3)得到的铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90 130mm/min ;在流槽的铝水中插入铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为O. 08 O. 4MPa，温度为690 730°C，分流盘盘尾温度为680 720°C ； (6)将步骤(5)得到的铝棒均质，冷却得到高铁定位器铝材。
2.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(I)中所述的招锭中的招与娃锭中的娃的质量比为(70 80) I。
3.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(I)中所述的锰剂的加入量为每吨铝水加入7. O 9. 0kg，铬剂的加入量为每吨铝水加入2. O .3.5kg，镁锭的加入量为每吨铝水加入7. 5 10kg。
4.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(2)中所述的精炼剂为RJ-I号精炼剂；精炼剂用量为每吨铝水加入I. 5 3. 5kg。
5.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(3)中所述的铝钛硼块用量为每吨铝水加入I. 5 2. 5kg。
6.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(4)中所述的合金元素质量百分比符合的标准为Si :0. 8 I. 0%，Mg :0. 75 O. 95%，Cu :O.01 O. 09 %，Mn 0. 45 O. 85 %，Cr 0. 10 O. 24 %，Fe : < O. 25，其他杂质总量< O. 15%, Al :余量。
7.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(5)中所述的铝钛硼丝用量为每吨铝水加入I. 5 2. 5kg。
8.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(5)中所述的泡沫陶瓷过滤板孔密度为50ppi ;所述的流槽用玻璃水涂料涂覆。
9.根据权利要求I所述的高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，其特征在于步骤(6)中所述的均质方法为在550 570°C下保温10 12小时，所述的冷却方法为采取循环冷却水冷却，冷却速度200 250°C /h，控制循环冷却水温在10 48°C。
全文摘要
本发明公开了一种高铁定位器铝材的熔炼铸造方法，方法为在熔炼炉中加入铝锭和硅锭，点火，排气精炼，排气精炼完后加铝钛硼块，然后取样分析，放水引铸时铝水依次经过分流盘、在线除气设备、泡沫陶瓷过滤板、流槽及铸模盘得到铝棒，铝棒的引铸速度为90～130mm/min；在流槽的铝水中插入铝钛硼丝；铝水在分流盘入水口处的水压为0.08～0.4MPa，温度为690～730℃，分流盘盘尾温度为680～720℃，最后再均质，冷却。本发明熔炼时间短，并采用铝钛硼块、铝钛硼丝作为细化剂细化产品的晶粒组织，按照GB/T3246.2-2000进行检测达到二级以上。
文档编号C22C21/00GK102925755SQ201110227430
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月9日 优先权日2011年8月9日
发明者徐光友, 朱志坚, 杨双强, 谭柳玉, 谭法明, 王顺利 申请人:佛山市鸿金源铝业制品有限公司