一种Mg含量4.4%的Al-Mg-Mn-Zr-Sc系变形铝合金大规格扁铸锭及制造方法与流程

本发明涉及一种铝合金大规格扁铸锭及其制造方法。

背景技术：

1、al-mg-mn-zr-sc系超高强铝合金拥有较高的比强度、高断裂韧性、在极端环境下优异的耐腐蚀性能、抗疲劳性强等优点，多用于航空航天、空间站等领域制造中。随着最终产品性能指标要求的不断提高，新产品的不断出现，对于原材料的基础性能要求也在不断提升，为满足在大规格条件下提高合金综合性能降低了mg含量，但目前低mg含量的含sc大规格扁铸锭难以成型，具有较强的夹渣、气孔、拉裂倾向，铸造废品率高达40％以上。因此结合实际生产情况，通过调整铸造工艺参数及铸造工装具，降低大规格扁铸锭铸造过程中的气孔、夹渣、拉裂倾向性、提高铸锭表面质量。探索出了一种mg含量为4.4％的al-mg-mn-zr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的半连续铸造方法。

技术实现思路

1、本发明为了降低mg含量为4.4％的al-mg-mn-zr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭铸造气孔、夹渣、拉裂倾向，提高其成型能力，提出一种mg含量为4.4％的al-mg-mn-zr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭及其制造方法。

2、本发明的一种mg含量为4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭，该铝合金扁铸锭中各元素质量百分比为：mn：0.15％～0.2％，mg：4.0％～4.6％，ti：0.05％～0.1％，zr：0.10％～0.13％，sc：0.1～0.3％，si：﹤0.20％，fe﹤0.25％，余量为al。

3、进一步地，各元素质量百分比如下：mn：0.18％，mg：4.4％，ti：0.1％，zr：0.12％，sc：0.20％，si﹤0.20％，fe＜0.25％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为al。

4、本发明的mg含量为4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，mg含量为4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法按以下步骤进行：

5、一、配料：按照各元素质量百分比为：mn：0.15％～0.2％，mg：4.0％～4.6％，ti：0.05％～0.1％，zr：0.10％～0.13％，sc：0.1％～0.3％，si：﹤0.2％，fe﹤0.25％，余量为al。秤取铝锭、纯镁锭、铝钛中间合金、铝钪中间合金、铝锆中间合金、铝铍中加合金。

6、二、熔炼：

7、a、将称取的熔炼原料按先加入纯铝锭，使其在760℃～800℃的设定温度下熔化；

8、b、炉内金属完全熔化后，在熔体温度达到780℃以上时将铝钪中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金装入燃气熔化炉内熔化，并在780℃以上每隔半小时搅拌一次，总搅拌三次，搅拌结束20分钟后，在不低于760℃条件下加入纯镁锭，并按熔炼炉中熔体质量的0.03％加入铝铍中间合金，充分搅拌10～15min后，取化学成分分析试样，化学成分合格后，按熔炼炉中熔体质量的0.4％～0.6％加入覆盖剂覆盖，得到熔体；

9、c、将得到的合金熔体在不低于800℃的温度下导入燃气保温炉，向熔炼炉中熔体中通入高纯ar-cl2混合气体精炼、静置。将静置炉中得到的精炼后合金熔体先流经在线除气装置，再经过滤装置后铸造。

10、三、铸造：将熔体在温度为760℃～780℃、水流量为40m3/h～50m3/h、速度为42mm/min～48mm/min的条件下进行铸造，并在线播种al-5ti-b丝的条件下的熔体注入结晶器中，进行水冷半连续铸造得到厚度为520mm、宽度为1620mm、长度为5000mm～6000mm的合金铸锭。

11、进一步地，步骤一按照各元素质量百分比为：mn：0.18％，mg：4.4％，ti：0.1％，zr：0.12％，sc：0.20％，si﹤0.20％，fe＜0.25％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为al。

12、进一步地，步骤二b所述的覆盖剂为2#熔剂。

13、进一步地，步骤二c所述的ar-cl2气为氯气含量为5％的高纯度氩氯混合气体。

14、进一步地，步骤三所述的在温度为780℃、水流量为42m3/h、速度为45mm/min条件下将步骤二所得的铝合金熔液铸造成厚度为520mm、宽度为1620mm、长度为5600mm的合金铸锭。

15、本发明mg含量为4.4％的al-mg-mn-zr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭中的杂质元素来源于铝锭；si：﹤0.12％，fe≤0.15％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，此范围内的杂质对铝合金板材的性能没有影响。

16、本发明mg含量为4.4％的al-mg-mn-zr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭与一般的al-mg-mn-zr-sc系合金相比，为了提高抗疲劳性能，降低了mg元素含量。由于大幅度降低了mg元素，使得熔体粘度增大，流动性降低，大规格扁铸锭易产生夹渣、气孔、拉裂缺陷，通过提高铸造熔体温度来改善熔体的流动性，保温炉内高纯ar-cl2混合气体精炼，在线熔体除气装置处理熔体，铸造末端过滤等措施，提高熔体质量；调整铸造速度，加强铸造过程冷却润滑，改善铸锭气孔、夹渣、拉裂缺陷。本发明制备的520*1620大规格的扁锭，可用于工业化生产大厚铝板的铸锭，因其规格大，铸锭的凝固成型难度和铸造工艺相差很大的。可以满足航空航天领域实际使用的厚板，其实用性能远超小规格的该合金铸锭。

技术特征：

1.一种mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭，其特征在于：该铝合金扁铸锭中各元素质量百分比为：mn：0.15％～0.2％，mg：4.0％～4.6％，ti：0.05％～0.1％，zr：0.10％～0.13％，sc：0.1～0.3％，si：﹤0.20％，fe﹤0.25％，余量为al。

2.根据权利要求1所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭，其特征在于：各元素质量百分比如下：mn：0.18％，mg：4.4％，ti：0.1％，zr：0.12％，sc：0.20％，si﹤0.20％，fe＜0.25％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为al。

3.如权利要求1所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，其特征在于：mg含量为4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法按以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，其特征在于：步骤一按照各元素质量百分比为：mn：0.18％，mg：4.4％，ti：0.1％，zr：0.12％，sc：0.20％，si﹤0.20％，fe＜0.25％，单个杂质≤0.05％，合计杂质≤0.15％，余量为al。

5.根据权利要求3所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，其特征在于：步骤二b所述的覆盖剂为2#熔剂。

6.根据权利要求3所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，其特征在于：步骤二c所述的ar-cl2气为氯气含量为5％的高纯度氩氯混合气体。

7.根据权利要求3所述的mg含量4.4％的al-mg-mn-cr-sc系变形铝合金大规格扁铸锭的制造方法，其特征在于：步骤三所述的在温度为780℃、水流量为42m3/h、速度为45mm/min条件下将步骤二所得的铝合金熔液铸造成厚度为520mm、宽度为1620mm、长度为5600mm的合金铸锭。

技术总结
一种Mg含量4.4％的Al‑Mg‑Mn‑Zr‑Sc系变形铝合金大规格扁铸锭及制造方法，铸锭主元素中Mg元素含量高达4.4％，高温铸造。制造方法：配料并熔炼，熔炼纯锭、纯镁锭、铝锰中间合金、铝钪中间合金、铝锆中间合金、铝钛中间合金，铝铍中间合金得到熔体，升温后加入覆盖剂，然后采用Ar‑Cl<subgt;2</subgt;气精炼，最后铸造。本发明较一般的Al‑Mg‑Mn‑Zr‑Sc系变形铝合金相比，大幅度降低了Mg元素含量，增加了铸锭的厚度，使得铸锭生产时产生气孔、夹渣、拉裂倾向性增大，通过提高铸造温度，降低铸造速度，改善铸锭质量。本发明采用现有熔炼及配料工艺并通过改进铸造过程中工艺降低铸锭质量缺陷的产生，铸锭成品率达到94％。

技术研发人员：刘义虎,韩再旭,李欣斌,吴龙庆,孔祥生,刘锐,甄湛鑫,王显刚
受保护的技术使用者：东北轻合金有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19