一种铝合金铸锭的制备方法与流程

本发明涉及铝合金制作技术领域，特别涉及一种铝合金铸锭的制备方法。

背景技术：

铝合金具有比强度高、综合性能好、易加工、成本低等一系列有点，长期以来一直是飞机机体的主要结构材料，航空用铝合金材料主要包括2×××系（al-zn-mg系）及7×××系（al-zn-mg-cμ系）铝合金。随着飞机尺寸的增大及强烈的减重需求，对结构件的整体制造需求不断增加，航空用铝合金板材或锻件等半成品规格不断增大，且对产品质量要求越来越高。

在铝合金铸锭的制作中，氢在熔体中是按“吸附—扩散—溶解”三个连续的过程进行，熔体吸氢严重，加上熔体氧化夹渣导致渣气共存，熔体氢含量、渣含量多寡已成为制约和影响铸锭冶金质量的最主要因素。现有技术制备大规格铝合金铸锭时，不能有效控制熔体内氢含量，导致铝合金铸锭的冶金质量无法得到保证。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铝合金铸锭的制备方法，能够有效控制熔体内氢含量，进而提高铝合金铸锭的制作质量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种铝合金铸锭的制备方法，包括步骤：

s100、将用以制作所述铝合金铸锭的原料装入熔炼设备中，并将其熔炼成铝液；

s200、将所述铝液装入静置炉进行精炼；

s300、将精炼完毕后的所述铝液装入除气装置进行除气；

s400、对经所述除气装置除气后的所述铝液进行过滤；

s500、将步骤s400处理后的所述铝液浇铸成所述铝合金铸锭；

其中，在步骤s200中，采用炉内多块透气砖通入氩气的方式进行精炼，在步骤s300中，采用双级转子通氩气的方式进行除气。

较优地，在步骤s200中，精炼温度控制为720℃～760℃，精炼时间控制为20min～40min。

较优地，在步骤s200中，通入氩气纯度大于或等于99.99%，氩气流量控制在0.1m³/h～1.5m³/h，氩气压力控制为0.05mpa～0.8mpa。

较优地，在步骤s300中，通入氩气纯度大于或等于99.99%，氩气压力控制为0.2mpa～1.8mpa，除气温度控制为720℃～750℃。

较优地，所述除气装置具有熔体入口和熔体出口，所述铝液能够通过所述熔体入口进入所述除气装置进行除气后，通过所述熔体出口流出，所述双级转子包括靠近所述熔体入口的第一转子和靠近所述熔体出口的第二转子；

在步骤s300中，所述第一转子的转速控制为200rpm～1000rpm，并且通过所述第一转子的氩气流量控制为1.0m³/h～7.0m³/h；

所述第二转子的转速控制为100rpm～500rpm，并且通过所述第二转子的氩气流量控制为1.0m³/h～5.0m³/h。

较优地，在步骤s100中，将所述熔炼设备的熔炼温度控制为700℃～780℃。

较优地，在步骤s100中包括：

扒渣步骤、当用以制作所述铝合金铸锭的原料融化成所述铝液之后，通过扒渣车对所述铝液进行扒渣操作；

其中，扒渣时间小于45min。

较优地，在步骤s100中包括：

成分调整步骤、对所述铝液进行取样分析，并根据分析结果调整所述铝液的成分。

较优地，在步骤s400中，分别通过第一过滤板和第二过滤板依次对步骤s300处理后的铝液进行过滤；

所述第一过滤板和所述第二过滤板均为陶瓷过滤板。

较优地，所述第一过滤板的孔隙度为30+50ppi，厚度为50mm～60mm；

和/或，所述第二过滤板的孔隙度为30+50ppi，厚度为50mm～60mm。

本发明的铝合金铸锭制备方法通过采用在在步骤s200中，采用炉内多块透气砖通入氩气的方式进行精炼，在步骤s300中，采用双级转子通氩气的方式进行除气的技术方案，能够有效控制熔体内氢含量，进而提高铝合金铸锭的制作质量。

附图说明

图1为本发明的铝合金铸锭的制备方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的铝合金铸锭的制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种铝合金铸锭的制备方法，包括步骤：

s100、将用以制作铝合金铸锭的原料装入熔炼设备中，并将其熔炼成铝液；

s200、将铝液装入静置炉进行精炼；

s300、将精炼完毕后的铝液装入除气装置进行除气；

s400、对经除气装置除气后的铝液进行过滤；

s500、将铝液浇铸成铝合金铸锭；

其中，在步骤s200中，采用炉内多块透气砖通入氩气的方式进行精炼，在步骤s300中，采用双级转子通氩气的方式进行除气。

在步骤s200中采用透气砖进行静置炉内精炼，透气砖具有自搅拌的作用，可使熔体成分、温度更均匀，通过控制氩气的纯度和流量，可克服炉内熔体静压力，使熔体内的氢释放到大气中，有效降低熔体中氢含量，进而能够提高铝合金铸锭的制作质量。

具体地，在步骤s200中，精炼温度控制为720℃～760℃，精炼时间控制为20min～40min。更优地，在步骤s200中，通入氩气纯度大于或等于99.99%，氩气流量控制在0.1m³/h～1.5m³/h，氩气压力控制为0.05mpa～0.8mpa。

作为一种可实施方式，在步骤s300中，通入氩气纯度大于或等于99.99%，氩气压力控制为0.2mpa～1.8mpa，除气温度控制为720℃～750℃。

进一步地，除气装置具有熔体入口和熔体出口，铝液能够通过熔体入口进入除气装置进行除气后，通过熔体出口流出，双级转子包括靠近熔体入口的第一转子和靠近熔体出口的第二转子；

在步骤s300中，第一转子的转速控制为200rpm～1000rpm，并且通过第一转子的氩气流量控制为1.0m³/h～7.0m³/h；

第二转子的转速控制为100rpm～500rpm，并且通过第二转子的氩气流量控制为1.0m³/h～5.0m³/h。

这样可以通过控制熔体入口侧和出口侧的氩气流量和压力，控制转子搅拌形成微小弥散的气泡，使得气泡上浮过程中吸附铝液中的氢和夹渣，达到熔体净化的效果，降低熔体中氢含量。

作为一种可实施方式，在步骤s100中，将熔炼设备的熔炼温度控制为700℃～780℃。

较优地，在步骤s100中包括：

扒渣步骤、当用以制作铝合金铸锭的原料融化成铝液之后，通过扒渣车对铝液进行扒渣操作。其中，扒渣时间小于45min。

更优地，在步骤s100中包括：

成分调整步骤、对铝液进行取样分析，并根据分析结果调整铝液的成分。需要说明的是，对铝液的熔炼时间不能超过12h。在成分调整步骤中，对铝液进行取样分析，并根据分析结果调整铝液的成分，并非是本发明的发明点，而是一种现有技术，本发明只是利用了这一现有技术，并不意图对其进行改进，因此对其具体的操作方式此处不再一一详述。

作为一种可实施方式，在步骤s400中，分别通过第一过滤板和第二过滤板依次对铝液进行过滤。其中第一过滤板和第二过滤板均为陶瓷过滤板。并且第一过滤板的孔隙度为30+50ppi，厚度为50mm～60mm，和/或，第二过滤板的孔隙度为30+50ppi，厚度为50mm～60mm。这样可通过沉积作用、流体动力作用和直接截取作用机械分离熔体中的固体夹杂物，并且能够有效去除熔体中≥20μm的夹渣，控制熔体中杂质数量，进一步提高了铝合金铸锭的质量。需要说明的是步骤s400中，对铝液进行过滤的方式并不仅限于次，也可以采用其他能够实现发明目的的过滤方式。

为验证本发明的效果，发明人分别采用本发明的铝合金铸锭的制备方法对以下几种铝合金铸锭进行制作：

一、7050铝合金大规格铸锭

在步骤s100中，根据合金元素配比称重精铝锭、锌锭、镁锭、al-cμ中间合金、al-zr中间合金等原材料装入熔炼设备中进行熔炼，熔炼过程中采用电磁搅拌等方式加快熔炼速度，熔炼温度控制在720℃～760℃，融化成铝液后采用扒渣车进行扒渣操作，扒渣时间为40min，扒渣后取样进行成分分析，根据成分分析结果对合金成分进行调整，使其成分达到要求，熔炼时间8h。

在步骤s200中，对完全熔化后的铝液转移至静置炉，进行静置炉内精炼，静置炉温度控制在730℃～750℃，采用炉内多块透气砖通氩气的方式进行精炼，氩气纯度不低于99.999%，氩气流量控制在0.8m³/h，氩气压力0.4mpa，精炼时间30min。

在步骤s300中，将铝液转移至在线除气装置进行在线除气，温度控制在720℃～750℃，在线除气采用双级转子通氩气的方式进行，氩气纯度不低于99.999%，氩气压力控制在1.6mpa。双级转子中靠近熔体入口侧的第一转子速度控制在700rpm，氩气流量控制在6.0m³/h。靠近熔体出口侧第二转子速度控制在300rpm，氩气流量控制在4.0m³/h。

在步骤s400中，在线除气后，采用陶瓷过滤板式过滤装置对铝液过滤除渣，除渣采用双级陶瓷过滤板，双级过滤板的孔隙度为30+50ppi，过滤板厚度50mm，并在线测氢、测渣；

在步骤s500中，选择合适的铸造工艺参数，将7050铝合金大规格铸锭制作成型，然后检测铸锭的显微疏松尺寸。

在制作完毕后对7050铝合金大规格铸锭进行检测，该铸锭的含氢量为0.05μg/g～0.08μg/g，大于20μm渣含量为17904个/kg，显微疏松尺寸小于20μm。

而对采用现有技术制作的7050铝合金大规格铸锭进行检测，其含氢量为0.20μg/g～0.25μg/g，大于20μm渣含量为230483个/kg，显微疏松尺寸小于120μm。

二、2124铝合金大规格铸锭

在步骤s100中，根据合金元素配比称重精铝锭、镁锭、al-cμ中间合金等原材料装炉熔炼，熔炼过程中采用电磁搅拌等方式加快熔炼速度，熔炼温度控制在730℃～770℃，融化成后采用扒渣车进行扒渣操作，扒渣时间45min，扒渣后取样进行成分分析，根据成分分析结果对合金成分进行调整，使其成分达到要求，熔炼时间12h。

在步骤s200中，将完全熔化后的铝液转移至静置炉，进行静置炉内精炼，静置炉温度控制在740℃～760℃，采用炉内多块透气砖通氩气的方式进行精炼，氩气纯度不低于99.999%，氩气流量控制在0.1m³/h，氩气压力0.8mpa，精炼时间40min。

在步骤s300中，将铝液转移至在线除气装置进行在线除气，温度控制在720℃～750℃，在线除气采用双级转子通氩气的方式进行，氩气纯度不低于99.999%，氩气压力控制在1.2mpa，双级转子中靠近熔体入口侧第一转子速度控制在1000rpm，氩气流量控制在1.0m³/h，靠近熔体出口侧第二转子速度控制在500rpm，氩气流量控制在5.0m³/h；

在步骤s400中，采用陶瓷过滤板式过滤装置对铝液进行过滤除渣，除渣采用双级陶瓷过滤板，双级过滤板的孔隙度为30+50ppi，过滤板厚度55mm；在线测氢、测渣。

在步骤s500中，选择合适的铸造工艺参数，将2124铝合金大规格铸锭制作成型，然后检测铸锭的显微疏松尺寸。

在制作完毕后对2124铝合金大规格铸锭进行检测，该铸锭的含氢量为0.03μg/g～0.06μg/g，大于20μm渣含量为16725个/kg，显微疏松尺寸小于10μm。

而对采用现有技术制作的2124铝合金大规格铸锭进行检测，其含氢量为0.18μg/g～0.20μg/g，大于20μm渣含量为197821个/kg，显微疏松尺寸小于100μm。

三、7a85铝合金大规格铸锭

在步骤s100中，根据合金元素配比称重精铝锭、锌锭、镁锭、al-cμ中间合金、al-zr中间合金等原材料装炉熔炼，熔炼过程中采用电磁搅拌等方式加快熔炼速度，熔炼温度控制在700℃～760℃，铝液融化后采用扒渣车进行扒渣操作，扒渣时间45min，扒渣后取样进行成分分析，根据成分分析结果对合金成分进行调整，使其成分达到要求，熔炼时间9h。

在步骤s200中，将完全熔化后的铝液转移至静置炉，进行静置炉内精炼，静置炉温度控制在720℃～740℃，采用炉内多块透气砖通氩气的方式进行精炼，氩气纯度不低于99.999%，氩气流量控制在1.5m³/h，氩气压力0.05mpa，精炼时间35min。

在步骤s300中，将铝液转移至在线除气装置进行在线除气，温度控制在720℃～740℃，在线除气采用双级转子通氩气的方式进行，氩气纯度不低于99.999%，氩气压力控制在1.2mpa，双级转子中靠近熔体入口侧第一转子速度控制在600rpm，氩气流量控制在4.0m³/h，靠近熔体出口侧第二转子速度控制在200rpm，氩气流量控制在2.0m³/h。

在步骤s400中，采用陶瓷过滤板式过滤装置铝液进行过滤除渣，除渣采用双级陶瓷过滤板，双级过滤板的孔隙度为30+50ppi，过滤板厚度55mm；在线测氢、测渣。

在步骤s500中，选择合适的铸造工艺参数，将7a85铝合金大规格铸锭制作成型，然后检测铸锭的显微疏松尺寸。

在制作完毕后对7a85铝合金大规格铸锭进行检测，该铸锭的含氢量为0.06μg/g～0.10μg/g，大于20μm渣含量为16402个/kg，显微疏松尺寸小于18μm。

而对采用现有技术制作的7a85铝合金大规格铸锭进行检测，其含氢量为0.23μg/g～0.28μg/g，大于20μm渣含量为194296个/kg，显微疏松尺寸小于95μm。

四、7b50铝合金大规格铸锭

在步骤s100中，根据合金元素配比称重精铝锭、锌锭、镁锭、al-cμ中间合金、al-zr中间合金等原材料装炉熔炼，熔炼过程中采用电磁搅拌等方式加快熔炼速度，熔炼温度控制在720℃～780℃，铝液融化后采用扒渣车进行扒渣操作，扒渣时间45min，扒渣后取样进行成分分析，根据成分分析结果对合金成分进行调整，使其成分达到要求，熔炼时间9h。

在步骤s200中，将完全熔化后的铝液转移至静置炉，进行静置炉内精炼，静置炉温度控制在720℃～750℃，采用炉内多块透气砖通氩气的方式进行精炼，氩气纯度不低于99.999%，氩气流量控制在1.2m³/h，氩气压力0.4mpa，精炼时间35min。

在步骤s300中，将铝液转移至在线除气装置进行在线除气，温度控制在720℃～750℃，在线除气采用双级转子通氩气的方式进行，氩气纯度不低于99.999%，氩气压力控制在0.4mpa，双级转子中靠近熔体入口侧第一转子速度控制在400rpm，氩气流量控制在7.0m³/h，靠近熔体出口侧第二转子速度控制在100rpm，氩气流量控制在1.5m³/h。

在步骤s400中，采用陶瓷过滤板式过滤装置进行熔体过滤除渣，除渣采用双级陶瓷过滤板，双级过滤板的孔隙度为30+60ppi，过滤板厚度60mm；在线测氢、测渣。

在步骤s500中，选择合适的铸造工艺参数，将7b50铝合金大规格铸锭制作成型，然后检测铸锭的显微疏松尺寸。

在制作完毕后对7b50铝合金大规格铸锭进行检测，该铸锭的含氢量为0.05μg/g～0.10μg/g，大于20μm渣含量为17930个/kg，显微疏松尺寸小于15μm。

而对采用现有技术制作的7b50铝合金大规格铸锭进行检测，其含氢量为0.24μg/g～0.29μg/g，大于20μm渣含量为289042个/kg，显微疏松尺寸小于150μm。

以上实施例使本发明具有能够降低熔体内的氢含量和大于20μm渣含量，减小铝合金铸锭的显微疏松尺寸，进而提高了铝合金金铸锭质量的优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。