一种航空用铝合金铸锭的制备工艺及铝合金铸锭的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，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，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8～14mm/min；D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金锭坯进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭。本发明提供的制备工艺采用适当的铸造速度，能够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制备工艺制得的7050铝合金和7A85铝合金的探伤合格率为97～99％。
【专利说明】一种航空用铝合金铸锭的制备工艺及铝合金铸锭
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料【技术领域】，尤其涉及一种航空用铝合金铸锭的制备工艺及铝合金铸锭。
【背景技术】
[0002]铝合金是以铝为基体元素的合金总称，主要包括的合金元素有铜、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，它们是以AL-Zn-Mg-Cu系和Al-Zn-Mg系为主的可热处理强化的招合金(简称7xxx系招合金)，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。它由于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7A85铝合金(国外牌号为7085)和7050铝合金均为航空业较为理想的结构材料，新型7A85铝合金主要用于大型客机厚大规格重要受力构件，如机翼翼梁、机身加强框、起落架支撑梁等；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。
[0005]生产工艺包括熔炼、在线处理和铸造但是，现有的7A85铝合金和7050铝合金的制备工艺生产的锭坯探伤合格率较低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺及铝合金铸锭，本发明提供的航空用铝合金铸锭的制备工艺得到的铝合金铸锭探伤合格率较高。
[0007]本发明提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，包括以下步骤:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]C)将所述步骤B)得到的在线处理产物进行铸造，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min ；
[0011]D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金铸锭进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭；
[0012]所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭。
[0013]优选的，所述步骤A)具体包括以下步骤:
[0014]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。
[0015]优选的，所述熔炼的温度为800?1050°C。
[0016]优选的，所述在线除气的温度为715?725°C ；
[0017]所述在线除气的气体流速为25?35L/min ；
[0018]所述在线细化采用Al-5Ti_B丝进行。
[0019]优选的，所述铸造的速度为9?13mm/min。
[0020]优选的，所述铸造的温度为650?770°C。
[0021]优选的，所述铸造中冷却水的流量为10?20m3/h。
[0022]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 ；
[0023]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)/50_的速度增加，直到所述冷却水的流量达到19?20m3/h。
[0024]优选的，所述均匀化热处理的保温温度为460?470°C ；
[0025]所述均匀化热处理的保温时间为30?35小时。
[0026]本发明提供如上述技术方案所述的制备工艺制得的规格为Φ850πιπι的铝合金铸锭。
[0027]本发明提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，包括以下步骤:Α)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Α)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，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min ；D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金铸锭进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭；所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭。本发明提供的制备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制备工艺制得的7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭的探伤合格率为97?99%。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的表层在50 X下的高倍检测图；
[0030]图2为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的表层在200 X下的高倍检测图；
[0031]图3为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的1/4处在50 X下的高倍检测图；
[0032]图4为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的1/4处在200 X下的高倍检测图；
[0033]图5为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的心部在50 X下的高倍检测图；
[0034]图6为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的心部在200 X下的高倍检测图；
[0035]图7为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部表层在50 X下的高倍检测图；
[0036]图8为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部表层在200X下的高倍检测图；
[0037]图9为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的1/4处在50X下的高倍检测图；
[0038]图10为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部1/4处在200 X下的高倍检测图；
[0039]图11为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的心部在50X下的高倍检测图；
[0040]图12为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的心部在200X下的高倍检测图。
【具体实施方式】
[0041]本发明提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，包括以下步骤:
[0042]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；
[0043]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；
[0044]C)将所述步骤B)得到的在线处理产物进行铸造，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min ；
[0045]D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金锭坯进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭；
[0046]所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭。
[0047]本发明提供的制备工艺得到的7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭的探伤合格率较高，能够达到97?99%。
[0048]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齐IJ，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。
[0049]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。
[0050]在本发明中，所述Cu在所述原料中的质量分数为1.3?2.6%，优选为1.5?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%。
[0051 ] 在本发明中，所述Zn在所用的原料中的质量分数为5.7?8.0 %，优选为6.0?7.5%，更优选为6.5?7.0% ;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的质量分数优选彡99.99%。
[0052]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O?
0.03%;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%。
[0053]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% ;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 %。
[0054]在本发明中，所述Mg在所用的原料中的质量分数为1.2?2.6%，优选为1.5?2.5% ;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%。
[0055]在本发明中，所述Be的质量分数为0-0.0009 %
[0056]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 99.7%。
[0057]在本发明中，所述二号溶剂粉为市售产品，较为标准，以质量百分数计:KCl:32-40%, MgCl2:38-46%, BaCl2:5-8%，型号即为二号，国内销售二号熔剂粉的公司非常多，大型铝厂也自行制作，如西南铝，每次的使用量优选为上述原料总量的0.5?2%，更优选为I %。
[0058]在本发明中，所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭，不同牌号的铝合金所含的化学成分以及化学成分的含量有所不同，如，以质量分数计，在7050铝合金中，包括2.3%的Cu、2.3%的Mg、6.2%的Ζη、0.02%的T1、0.12%的Zr和余量的Al ；在7A85铝合金中，包括1.7%的Cu、l.7%的Mg、7.6%的Ζη、0.12%的Zr和余量的Al。
[0059]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°C，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。
[0060]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:
[0061]若生产7A85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Φ650，该合金密度为2800kg/m3，则计算出总的投料量=π Χ0.652/4X4.2Χ4Χ (1+5% )X2800 ^ 17400kg。
[0062]以Cu元素为例,如果Cu元素炉前分析值为1.3%,需补到1.6%,
[0063]则需补含量40 %的Al-Cu中间合金重量=17400X (1.6 % -1.3 % )/40 %^ 130kg ；
[0064]如果Cu元素炉前分析值2.1 %，需冲淡到1.9%，
[0065]则需冲淡用的AL99.70 锭总量=17400X (2.1% -1.9% )/1.9%^ 180kg。
[0066]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。
[0067]本发明优选在炉门中间熔体进行取样，并在取样后采用所述二号溶剂粉进行覆至JHL ο
[0068]完成成分调整后，本发明优选采用精炼管进行炉内氩气精炼，所述精炼的时间优选为15?30min，更优选为20min，所述精炼的温度优选为730?750°C，更优选为740°C ；所述精炼时气泡的高度不应超过80mm。
[0069]完成所述精炼后，本发明优选将熔体进行静置，得到熔炼物，所述静置的时间优选^ 25min。
[0070]得到熔炼物后，本发明将所述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。本发明采用双级旋转除气铝熔体在线净化技术，解决传统Φ850πιπι圆铸锭氢含量较高、制约锻件制品后续加工实物质量与性能提升的难题。
[0071]在本发明中，所述在线除气优选采用双转子除气精炼装置，所述精炼用气的流量优选为25?35L/min，更优选为30L/min ;所述精炼的温度优选为715?725°C，更优选为720 0C ;所述转子的转速优选为290?310rpm，更优选为295?305rpm。
[0072]在本发明中，所述在线过滤优选采用单级30ppi陶瓷过滤板进行过滤；所述在线细化优选采用Al-5T1-B丝。
[0073]完成在线处理后，本发明将得到的在线处理产物进行铸造，得到航空用铝合金锭还，在本发明中，所述铸造的速度为8?14mm/min,优选为9?13mm/min,更优选为10?12mm/min ;所述铸造的温度优选为650?770°C ;所述铸造过程中冷却水的流量优选为10?20m3/h。在本发明中，所述铸造开始的时候,所述铸造速度优选为8?9mm/min,更优选为8mm/min,所述冷却水流量优选为10?llm3/h,更优选为10m3/h ;当铸造长度达到300mm后，将所述铸造速度以(lmm/min)/50mm的速度增加,直至所述铸造速度达到13?14mm/min,更优选为14mm/min ;所述冷却水的流量以(lm3/h)/50mm(即铸造的长度达到300mm后,铸造长度每增加50mm，水流量增加lm3/h)的速度增加，直到所述冷却水的流量达到19?20m3/h。冷却水流量过高或过低、铸造速度过慢均会使铸造时产生铝熔体泄漏，致使铸造过程无法进行；铸造速度过快使铸锭中心裂纹倾向增加、铸锭表面产生拉裂倾向增加，严重时甚至产生铝熔体拉漏现象。本发明采用适当的铸造速度进行铸造，以减小中心裂纹倾向，铸锭也不会出现严重冷隔产生横向裂纹。本发明采用逐渐加强的水冷方法，由于一次水冷较弱，液穴较浅，不容易产生中心裂纹铸锭，二次水冷相对加强，冷却速度大大提高，使得得到的铝合金铸锭内部组织致密，提高了铸锭成型率和内部冶金质量。
[0074]本发明优选在浇口部液体尚有1/3时停水，当浇口部马上要脱离结晶器时停车，完成所述铸造。
[0075]采用现有技术铸造7A85、7050合金大规格圆锭时若不用纯铝铺底工艺，铸锭底部易产生裂纹，甚至整根通裂。本发明采用铺假底铸造技术，无需纯铝铺底，免刮水器刮水回火，有利于简化铸造工序，降低生产成本。
[0076]完成所述铸造后，本发明优选对得到的铸锭进行退火，以去除应力，所述退火的温度优选为350?450°C，更优选为380?420°C ;所述退火的时间优选为6?10小时，更优选为7?9小时。
[0077]得到航空用铝合金锭坯后，本发明将得到的航空用铝合金锭坯进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭，7A85、7050合金主要通过强化元素Zn、Mg、Cu固溶溶入基体，形成过饱和固溶体，时效时析出弥散分布的析出强化相而得到较高性能，而较多的残留未溶相将不利于性能的提高。同时，大规格、高合金化铸锭也使得合金成分偏析严重，因此对铸锭进行的均匀化热处理相当重要。
[0078]在本发明中，均匀化过程中析出的Al3Zr粒子对合金的整体性能有重要影响，弥散细小分布的Al3Zr粒子能有效抑制晶界迁移，促使固溶后合金中保留更多的变形组织，改善合金力学性能和抗应力腐蚀性能。晶界附近Al3Zr粒子的微观形貌观察表明，引入慢速率升温过程对Al3Zr粒子弥散析出具有重要作用。通常情况下，均匀化过程中的Al3Zr粒子析出是脱溶沉淀过程，不仅与体系自由能差异有关，也与Zr元素的分布相联系。合金凝固时，铸锭中Zr原子在枝晶中心富集而于枝晶交界附近贫化，虽然在均匀化过程Zr原子会由晶内向晶界扩散，但A13Zr粒子的析出峰值是在高温区域，采用单级或快速升温的均匀化制度时，Zr原子往往来不及扩散就已作为Al3Zr粒子析出长大。因此快速升温过程的均匀化制度，Al3Zr粒子分布密度有明显从晶内向晶界逐渐减小的趋势，并于晶界附近存在较大范围的无析出区。
[0079]在本发明中，在将所述航空用铝合金铸锭装炉进行均匀化热处理之前，应确保炉温彡350°C，本发明优选以490?500°C的加热温度进行加热，直至炉内温度达到460?470°C时进入保温阶段，所述保温的温度优选为460?470°C，更优选为465°C ;所述保温时间为30?35小时，更优选为32小时。
[0080]为了提高航空用铝合金后续加工材的综合性能，可以在出炉时采用大功率风机冷却铸锭至200°C以下再空冷，此种操作可减缓含Zr粒子的粗化，提高其抑制再结晶的作用。
[0081]完成均匀化热处理后，本发明优选对所述均匀化热处理得到的铝合金铸锭进行后处理，所述后处理包括铸锭锯切、加工和检测，所述后处理可根据实际的生产需要进行处理，本发明不做特殊的限定。
[0082]本发明还提供了一种规格为Φ850πιπι的铝合金铸锭，按照上述技术方案所述的制备工艺制备得到，探伤合格率较高。本发明提供的铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7Α85招合金铸? O
[0083]在本发明中，所述7050招合金铸锭优选包括以下质量分数的组分:Cu:2.0?
2.6% ；Mg:1.9 ?2.6% ；Zn:5.7 ?6.7% ；Ti:0 ?0.06% ；Zr:0.08 ?0.15% ;余量为 Al ；所述Zn和Mg的质量比为(2.5?3.0):1。
[0084]本发明通过对Cu含量和Zn/Mg比值的优化和精确控制，提高了 7050铝合金的强度。
[0085]本发明提供的7050招合金包括Cu,所述Cu的质量分数为2.0?2.6%,优选为
2.1?2.3%，更优选为2.2%;本发明优选采用纯Cu板进行所述熔炼，所述纯Cu板中Cu的质量分数彡99.95%。
[0086]本发明提供的7050铝合金包括Mg，所述Mg的质量分数为1.9?2.6%，优选为
2.1?2.4%，更优选为2.3%。本发明优选采用纯Mg锭进行所述熔炼，所述纯Mg锭中Mg的质量分数优选彡99.95%。
[0087]本发明提供的7050铝合金包括Zn，所述Zn的质量分数为5.7?6.7%，优选为
6.0?6.5%，更优选为6.2%。在本发明中，所述Zn和Mg的质量比为(2.5?3.0):1，优选为2.7:1。本发明通过对Zn/Mg的质量比的精确控制，使本发明得到的7050铝合金具有较好的强度和韧性。本发明优选采用纯锌锭进行所述熔炼，所述纯锌锭中Zn的质量分数优选彡 99.99%。
[0088]本发明提供的7050铝合金包括Ti，所述Ti可以细化晶粒和防止铸锭裂纹。在本发明中，所述Ti的质量分数为O?0.06%，优选为0.01?0.03%，更优选为0.02%。本发明优选采用Al-Ti中间合金进行所述熔炼，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%。
[0089]本发明提供的7050铝合金包括Zr，所述Zr的质量分数优选为0.08?0.15%，优选为0.10?0.13%，更优选为0.12%。本发明优选采用Al-Zr中间合金进行所述熔炼，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%。Zr作为合金中的重要添加元素，在材料中主要以细小弥散分布的粒状金属间化合物Al3Zr形式存在。该金属间化合物具备两种形态:一种是从熔体中直接析出的Al3Zr初生相，具有细化铸态晶粒的作用；另一种是后续热加工过程中(如铸锭均匀化)分解形成的细小弥散分布的粒状Al3Zr 二次相，强烈抑制后续热加工过程中的再结晶倾向，并作为时效过程中的原位质点对H相的析出分布、状态起着重要作用。
[0090]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锭进行所述熔炼，所述纯Al锭中，Al的质量分数优选彡 99.7%。
[0091]在本发明中，所述7050铝合金为规格为Φ850πιπι的铝合金。
[0092]在本发明中，所述7050铝合金中还包括一些杂质，如，S1、Fe、Mn和Cr中的一种或几种，所述Si的质量分数< 0.12% ;所述Fe的质量分数< 0.15% ;所述Mn的质量分数^ 0.10% ;所述Cr的质量分数< 0.04%。
[0093]本发明提供的7050铝合金中，Zn、Mg、Cu是主要的合金化元素，Zn、Mg元素作为合金主要的强化元素，主要在合金中以固溶、平衡相η (MgZn2)、T(Al2Mg3Zn3)以及非平衡相H'的形式存在，此外合金中还存在一定量的AlCuFe、S(AlCuMg)相。时效过程中析出的
相，是合金的主要强化相。Cu大部分溶于基体，起辅助强化作用，还可以降低晶内和晶界之间的电位差而改善应力腐蚀性能。
[0094]本发明提供的航空用铝合金铸锭包括7A85铝合金，所述7A85铝合金优选包括以下质量分数的组分:
[0095]Cu:1.3 ?2.0% ；Mg:1.2 ?1.8% ；Zn:7.0 ?8.0% ；Zr:0.08 ?0.15% ;余量为Al ;所述Zn和Mg的质量比为(4.5?5.0):1。
[0096]本发明通过对Cu含量和Zn/Mg比值的优化和精确控制，提高了 7A85铝合金的强度。
[0097]本发明提供的7A85铝合金包括Cu，所述Cu的质量分数为1.3?2.0%，优选为
1.5?1.8%，更优选为1.7%;本发明优选采用纯Cu板进行所述熔炼，所述纯Cu板中Cu的质量分数彡99.95%。
[0098]本发明提供的7A85招合金包括Mg,所述Mg的质量分数为1.2?1.8%,优选为1.5?1.7%，更优选为1.6?1.7%。本发明优选采用纯Mg锭进行所述熔炼，所述纯Mg锭中Mg的质量分数优选彡99.95%。
[0099]本发明提供的7A85铝合金包括Zn，所述Zn的质量分数为7.0?8.0%，优选为
7.2?7.8%，更优选为7.6%。在本发明中，所述Zn和Mg的质量比为(4.5?5.0):1，优选为4.8:1。本发明通过对Zn/Mg的质量比的精确控制，使本发明得到的7A85铝合金具有较好的强度和韧性。本发明优选采用纯锌锭进行所述熔炼，所述纯锌锭中Zn的质量分数优选彡 99.99%。
[0100]本发明提供的7A85铝合金包括Zr，所述Zr的质量分数优选为0.08?0.15%，优选为0.10?0.13%，更优选为0.12%。本发明优选采用Al-Zr中间合金进行所述熔炼，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%。Zr作为合金中的重要添加元素，在材料中主要以细小弥散分布的粒状金属间化合物Al3Zr形式存在。该金属间化合物具备两种形态:一种是从熔体中直接析出的Al3Zr初生相，具有细化铸态晶粒的作用；另一种是后续热加工过程中(如铸锭均匀化)分解形成的细小弥散分布的粒状Al3Zr 二次相，强烈抑制后续热加工过程中的再结晶倾向，并作为时效过程中的原位质点对H相的析出分布、状态起着重要作用。
[0101]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锭进行所述熔炼，所述纯Al锭中，Al的质量分数优选彡 99.7%。
[0102]在本发明中，所述7Α85铝合金为规格为Φ850mm的铝合金。
[0103]在本发明中，所述7A85铝合金中还包括一些杂质，如，S1、Fe、Mn、Ti和Cr中的一种或几种，所述Si的质量分数< 0.06% ;所述Fe的质量分数< 0.08% ;所述Mn的质量分K 0.04% ;所述&的质量分数< 0.04% ；Ti的质量分数< 0.06%。
[0104]本发明提供的7A85铝合金中，Zn、Mg、Cu是主要的合金化元素，Zn、Mg元素作为合金主要的强化元素，主要在合金中以固溶、平衡相η (MgZn2)、T(Al2Mg3Zn3)以及非平衡相H'的形式存在，此外合金中还存在一定量的AlCuFe、S(AlCuMg)相。时效过程中析出的
相，是合金的主要强化相。Cu大部分溶于基体，起辅助强化作用，还可以降低晶内和晶界之间的电位差而改善应力腐蚀性能。
[0105]本发明按照GB/T 6519-2013变形铝、镁合金产品超声波检验方法对本发明得到的航空用铝合金进行了探伤检测，结果表明，本发明提供的航空用铝合金的探伤合格率为97 ?99%。
[0106]本发明按照GB/T228《金属材料室温拉伸试验方法》对本发明得到的航空用铝合金进行了强度检测，结果表明，本发明提供的航空用铝合金的强度为520MPa。
[0107]本发明按照GB/T 3246.1-2000变形铝及铝合金制品显微组织检验方法对本发明得到的航空用铝合金进行了高倍检测。
[0108]本发明提供一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，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，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/min ；D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金铸锭进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭；所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭。本发明提供的制备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制备工艺制得的7050铝合金和7A85铝合金的探伤合格率为97?99%。
[0109]为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种航空用铝合金铸锭的制备工艺及其铝合金铸锭进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
[0110]在以下实施例中，所用的原材料符合以下要求:
[0111]重熔铝锭:A1 ^ 99.7% ;重熔镁锭:Mg彡99.95% ；电解铜:Cu彡99.95% ;锌锭=Zn 彡 99.99% ;中间合金:Al_15Mn，Al-4Cr, Α1-4Τ?, Al-4Zr, Al_3Be:上述所有中间合金中，Fe、Si ( 0.6%，其他彡0.1%。Al-1OFe =Si ( 0.6%，其他彡0.1%。在线细化:Α1-5Τ?-ΒΦ9.5mm 丝。
[0112]所用的辅助材料符合以下要求:
[0113]液氩:纯度彡99.98%, H2O ( 1ppm, [H2] ( 5ppm，[02] ( 1ppm ;2# 熔剂:工业级；在线过滤:30ppi陶瓷过滤板。
[0114]合金配料时应合理搭配使用低铁硅铝锭和本身一级废料，高精铝锭用量> 50%,一级废料用量要求< 30%，配料时要求原材料表面清洁干净，铜、镁、锌元素直接以纯金属配料，其他以中间合金配料。
[0115]实施例1
[0116]生产铸锭长度4200mm、铸锭规格为Φ850的7A85铝合金。I次铸造4根，考虑氧化烧损5%，该合金密度为2800kg/m3，则计算出总的投料量=Ji X0.852/4 X 4.2 X 4X (1+5% ) X 2800 ^ 28400kg。
[0117]在熔炼炉中均匀撒入65kg的2#溶剂粉，然后将482kg纯Cu板、2156kg纯Zn锭、142kgAl-Ti中间合金、851kgAl-Zr中间合金和24287kgAL锭按从小到大的顺序进行装炉，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。熔炼炉的炉膛温度控制在< 1050°C，熔体温度控制在< 770°C，当熔体软化下塌及化平后，向炉内均匀撒入130kg的2#熔剂粉，并适时搅拌金属。
[0118]炉料全部熔化完后，熔体温度达到730°C左右时加入482kg Mg锭和8.5kg的Al-Be中间合金。加入过程及加完后用89kg2#熔剂粉覆盖,使用量以完全覆盖住为准。加完后应进行彻底搅拌，并将温度调整稳定在740°C左右，约过20分钟后进行炉前取样。
[0119]取样必须在炉门中间熔体进行，根据炉前快速分析结果和上述技术方案中的控制要求进行成分调整。
[0120]成分调整完成后，采用精炼管进行炉内氩气精炼，精炼时间20分钟，精炼温度740°C左右，精炼时气泡高度不应超过80mm。
[0121]精炼完成后应进行静置，静置时间至少25分钟。
[0122]将静置后的熔体采用双转子除气精炼装置进行在线除气，精炼用气量为30L/min，精炼温度为720±5°C，转子转速为300±5rpm ;然后采用单级30ppi陶瓷过滤板进行在线过滤，更换过滤板时要求检查过滤板的完整性，并保证安装到位，小心放上配重物，并进行适当烘烤；然后按照1.5kg/t的量加入Al-5T1-B丝，进行在线细化。
[0123]完成在线处理后，将熔体进行铸造，铸造温度为735°C，铸造开始时，铸造起车速度为8mm/min，冷却水流量为10m3/h，待铸造长度达到300mm以后，将铸造速度以(lmm/min)/50mm的增量调整至14mm/min,将冷却水流量以(lm3/h)/50mm的增量调整至20m3/h。
[0124]铸造收尾时当浇口部液体尚有1/3时停水，当浇口部马上要脱离结晶器时停车，严禁将水滴到浇口部。
[0125]铸造完成后，将铸造得到的锭坯进行均匀化热处理，以495°C的加热温度加热，力口热至465°C后进入保温，保温32小时，完成均匀化热处理。
[0126]然后在360°C下退火8小时，然后对铸锭进行相应的进行锯切，锯切浇口部和底部均约350mm，得到7A85铝合金。铸造成型率为93%。
[0127]本发明按照上述技术方案对本发明得到的7A85铝合金进行探伤检测，结果表明，本实施例得到的7A85铝合金的探伤合格率为99%。
[0128]本发明按照上述技术方案对本实施例得到的7A85铝合金的浇口部进行了高倍检测，结果如图1?6所示，图1为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的表层在50 X下的高倍检测图；图2为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的表层在200X下的高倍检测图；图3为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的1/4处在50X下的高倍检测图；图4为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的1/4处在200X下的高倍检测图；图5为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的心部在50X下的高倍检测图；图6为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭浇口部的心部在200X下的高倍检测图。由图1?6可以看出，本实施例得到的7A85铝合金组织致密，均匀性较好。
[0129]本发明按照上述技术方案对本实施例得到的7A85铝合金的底部进行了高倍检测，结果如图7?12所示，图7为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部表层在50 X下的高倍检测图；图8为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部表层在200X下的高倍检测图；图9为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的1/4处在50X下的高倍检测图；图10为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部1/4处在200X下的高倍检测图；图11为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的心部在50X下的高倍检测图；图12为本发明实施例1得到的7A85铝合金铸锭底部的心部在200X下的高倍检测图。由图7?12可以看出，本实施例得到的7A85铝合金组织致密，均匀性较好。
[0130]实施例2
[0131]生产铸锭长度4200mm、铸锭规格为Φ850的7A85铝合金。I次铸造4根，考虑氧化烧损5%，该合金密度为2800kg/m3，则计算出总的投料量=Ji X0.852/4 X 4.2 X 4X (1+5% ) X 2800 ^ 28400kg。
[0132]在熔炼炉中均匀撒入65kg的2#溶剂粉，然后将460kg纯Cu板、2059kg纯Zn锭、135kgAl-Ti中间合金、812kgAl-Zr中间合金和24474kgAL锭按从小到大的顺序进行装炉，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。熔炼炉的炉膛温度控制在< 1050°C，熔体温度控制在< 770°C，当熔体软化下塌及化平后，向炉内均匀撒入130kg的2#熔剂粉，并适时搅拌金属。
[0133]炉料全部熔化完后，熔体温度达到730°C左右时加入460kg Mg锭和8.5kg的Al-Be中间合金。加入过程及加完后用89kg2#熔剂粉覆盖,使用量以完全覆盖住为准。加完后应进行彻底搅拌，并将温度调整稳定在740°C左右，约过20分钟后进行炉前取样。
[0134]取样必须在炉门中间熔体进行，根据炉前快速分析结果和上述技术方案中的控制要求进行成分调整。
[0135]成分调整完成后，采用精炼管进行炉内氩气精炼，精炼时间20分钟，精炼温度740°C左右，精炼时气泡高度不应超过80mm。
[0136]精炼完成后应进行静置，静置时间至少25分钟。
[0137]将静置后的熔体采用双转子除气精炼装置进行在线除气，精炼用气量为30L/min，精炼温度为720±5°C，转子转速为300±5rpm ;然后采用单级30ppi陶瓷过滤板进行在线过滤，更换过滤板时要求检查过滤板的完整性，并保证安装到位，小心放上配重物，并进行适当烘烤；然后按照1.5kg/t的量加入Al-5T1-B丝，进行在线细化。
[0138]完成在线处理后，将熔体进行铸造，铸造温度为735°C，铸造开始时，铸造起车速度为8mm/min，冷却水流量为10m3/h，待铸造长度达到300mm以后，将铸造速度以(lmm/min)/50mm的增量调整至14mm/min,将冷却水流量以(lm3/h)/50mm的增量调整至20m3/h。
[0139]铸造收尾时当浇口部液体尚有1/3时停水，当浇口部马上要脱离结晶器时停车，严禁将水滴到浇口部。
[0140]铸造完成后，将铸造得到的锭坯进行均匀化热处理，以495°C的加热温度加热，力口热至465°C后进入保温，保温32小时，完成均匀化热处理。
[0141]然后在360 V下退火8小时，然后对铸锭进行相应的进行锯切，锯切浇口部和底部均约350mm，得到7A85铝合金。铸造成型率为92%。
[0142]本发明按照上述技术方案对本发明得到的7A85铝合金进行探伤检测，结果表明，本实施例得到的7A85铝合金的探伤合格率为99%。
[0143]实施例3
[0144]生产铸锭长度4000mm、铸锭规格为Φ850的7050铝合金。I次铸造4根，考虑氧化烧损5%，该合金密度为2800kg/m3，则计算出总的投料量=Ji X0.852/4 X 4.0 X 4X (1+5% ) X 2800 ^ 26700kg。
[0145]在熔炼炉中均匀撒入40kg的2#溶剂粉，然后将614kg纯Cu板、1654kg纯Zn锭、133kgAl-Ti中间合金、800kgAl-Zr中间合金和22855kgAL锭按从小到大的顺序进行装炉，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。熔炼炉的炉膛温度控制在< 1050°C，熔体温度控制在< 770°C，当熔体软化下塌及化平后，向炉内均匀撒入80kg的2#熔剂粉，并适时搅拌金属。
[0146]炉料全部熔化完后，熔体温度达到730°C左右时加入614kg Mg锭和8.5kg的Al-Be中间合金。加入过程及加完后用54kg2#熔剂粉覆盖,使用量以完全覆盖住为准。加完后应进行彻底搅拌，并将温度调整稳定在740°C左右，约过20分钟后进行炉前取样。
[0147]取样必须在炉门中间熔体进行，根据炉前快速分析结果和上述技术方案中的控制要求进行成分调整。
[0148]成分调整完成后，采用精炼管进行炉内氩气精炼，精炼时间20分钟，精炼温度740°C左右，精炼时气泡高度不应超过80mm。
[0149]精炼完成后应进行静置，静置时间至少25分钟。
[0150]将静置后的熔体采用双转子除气精炼装置进行在线除气，精炼用气量为30L/min，精炼温度为720±5°C，转子转速为300±5rpm ;然后采用单级30ppi陶瓷过滤板进行在线过滤，更换过滤板时要求检查过滤板的完整性，并保证安装到位，小心放上配重物，并进行适当烘烤；然后按照1.5kg/t的量加入Al-5T1-B丝，进行在线细化。
[0151]完成在线处理后，将熔体进行铸造，铸造温度为735°C，铸造开始时，铸造起车速度为8mm/min，冷却水流量为10m3/h，待铸造长度达到300mm以后，将铸造速度以(lmm/min)/50mm的增量调整至14mm/min,将冷却水流量以(lm3/h)/50mm的增量调整至20m3/h。
[0152]铸造收尾时当浇口部液体尚有1/3时停水，当浇口部马上要脱离结晶器时停车，严禁将水滴到浇口部。
[0153]铸造完成后，将铸造得到的锭坯进行均匀化热处理，以495°C的加热温度加热，力口热至465°C后进入保温，保温32小时，完成均匀化热处理。
[0154]然后在360°C下退火8小时，然后对铸锭进行相应的进行锯切，锯切浇口部和底部均约350mm，得到7050铝合金。铸造成型率为90%。
[0155]本发明按照上述技术方案对本发明得到的7050铝合金进行探伤检测，结果表明，本实施例得到的7050铝合金的探伤合格率为99%。
[0156]由以上实施例可以看出，本发明提供的航空用铝合金的制备工艺能够提高合金的铸锭成型率和探伤合格率。
[0157]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种航空用铝合金铸锭的制备工艺，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，得到航空用铝合金锭坯，所述铸造的速度为8?14mm/mi η ； D)将所述步骤C)得到的航空用铝合金锭坯进行均匀化热处理，得到航空用铝合金铸锭；所述航空用铝合金铸锭包括7050铝合金铸锭和7A85铝合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述步骤A)具体包括以下步骤: 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。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述熔炼的温度为800?1050°C。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述在线除气的温度为715?725 0C ； 所述在线除气的气体流速为25?35L/min ； 所述在线细化采用Al-5T1-B丝进行。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述铸造的速度为9?13mm/min。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述铸造的温度为650?770°C。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述铸造中冷却水的流量为10?20m3/h。
8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，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?IlmVh ； 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。
9.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述均匀化热处理的保温温度为460 ?470。。； 所述均匀化热处理的保温时间为30?35小时。
10.如权利要求1?9任意一项所述的制备工艺制得的规格为Φ850mm的铝合金铸锭。
【文档编号】C22F1/053GK104404415SQ201410762704
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】刁文武, 姚勇, 王剑, 杜荣 申请人:西南铝业（集团）有限责任公司