一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法
【专利摘要】一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法。本发明涉及一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法。本发明目的是解决现有Al?Mg?Mn合金高温下易软化以及强度不高的问题。方法：一、称取熔炼原料；二、熔炼；三、精炼；四、铸造。本发明选择合理的熔铸工艺流程，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；提高了合金强度，克服了高镁铝合金受热易软化的缺点；有效地提高了合金的力学性能；通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、内部质量合格的大规格含Sc高Mg铝合金扁铸锭，可广泛应用于国防、航天航空和舰舶等领域。
【专利说明】
一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法。
【背景技术】
[0002] Al-Mg-Mn合金是热处理不可强化型合金，具有优良的抗腐蚀性、高的比强度、较好 的塑性和可焊性，同时热导和电导性能也很出色。Al-Mg-Mn合金主要用来制作容器、部件、 水管、装饰物品等。A1 -Mg-Mn合金在铝制焊接结构中应用最广，在航空航天、车辆制造、电工 电子等领域受到了青睐。
[0003] 但Al-Mg-Mn合金仍存在高温下易软化以及强度不高等缺点，因此开发一种在高温 下具有高强度且不易软化的Al-Mg-Mn合金具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是解决现有Al-Mg-Mn合金高温下易软化以及强度不高的问题，而提供 一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法。
[0005] 本发明的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法按以下步骤进行：
[0006] -、称取熔炼原料:①按各元素的质量百分比:Μη为0.15%~0.4%、Mg为5.8%~ 6 · 4%、Sc为0 · 2%~0 · 3%、Zr为0 · 1 %~0 · 18%、Ti为0 · 02%~0 · 04%以及余量的A1称取铝 锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金;②按照Al-Be 中间合金的质量与称取的熔炼原料的总质量之比为(1~3): 9 X 103称取A1 -Be中间合金；
[0007] 二、熔炼:按照铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金的顺序依次将原料装入电阻 反射炉炉内进行熔化，当熔体温度达到800 °C~810 °C后，在温度为800 °C~810 °C恒温条件 下先加入Al-Sc中间合金，然后加入镁锭、Al-Be中间合金、Al-Ti中间合金，每20min搅拌一 次，共搅拌4次，搅拌至混合均匀，搅拌过程中熔体温度保持在800°C~810°C，完成熔炼，然 后在温度不低于760°C的条件下从熔体深度一半处g取样品进行化学成分检测，调整化学 成分至各元素满足步骤一中的质量百分比为止，然后采用Ar-Cl 2混合气体精炼熔体8min~ 12min，得到错合金恪体；
[0008] 三、精炼:将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为730°C~750°C 时，向静置炉中通入Ar-Cl2混合气体精炼lOmin~20min，然后静置20min~40min，得到铸造 熔体；
[0009] 四、铸造 :将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法 进行铸造，得到含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为730°C~750°C，半连续 铸造速度为40mm/min~45mm/min，半连续铸造冷却水压为0.08MPa~0.15MPa，润滑方式为 自动润滑。
[0010] 步骤一中所述铝锭为Fe<0.003、Si<0.003的高纯铝锭。
[0011 ]本发明得到的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的规格为420mm X 1620mm。
[0012]本发明的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭中的杂质含量为:Si<0.1 %，Fe<0.2%， 其余单个杂质彡0.05%，全部杂质的范围为彡0.10%，此范围内的杂质对含Sc高Mg铝合金 扁铸锭铸造成型和冶金质量没有影响。
[0013] 本发明的有益效果：
[0014] 1、本发明选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不同作 用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；
[0015] 2、通过加入Sc元素，提高了合金强度，克服了高镁铝合金受热易软化的缺点；
[0016] 3、通过加入Zr元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能；
[0017] 4、通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；
[0018] 5、通过使用氩氯混合气体精炼，减少熔体氢含量及碱金属；
[0019] 6、通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷 的产生；
[0020] 7、通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、 内部质量合格的大规格含Sc高Mg铝合金扁铸锭，可广泛应用于国防、航天航空和舰舶等领 域。
【附图说明】
[0021] 图1为试验一制备的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的照片；
[0022] 图2为试验一及试验二取样位置图；其中标号1~7代表试样号。
【具体实施方式】
[0023]【具体实施方式】一:本实施方式的一种含Sc的高Mg错合金扁铸锭的制造方法按以下 步骤进行：
[0024] 一、称取熔炼原料:①按各元素的质量百分比：Μη为0 · 15 %~0 · 4%、Mg为5 · 8%~ 6 · 4%、Sc为0 · 2%~0 · 3%、Zr为0 · 1 %~0 · 18%、Ti为0 · 02%~0 · 04%以及余量的A1称取铝 锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金;②按照Al-Be 中间合金的质量与称取的熔炼原料的总质量之比为(1~3): 9 X 103称取A1 -Be中间合金；
[0025]二、熔炼:按照铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金的顺序依次将原料装入电阻 反射炉炉内进行熔化，当熔体温度达到800 °C~810 °C后，在温度为800 °C~810 °C恒温条件 下先加入Al-Sc中间合金，然后加入镁锭、Al-Be中间合金、Al-Ti中间合金，每20min搅拌一 次，共搅拌4次，搅拌至混合均匀，搅拌过程中熔体温度保持在800°C~810°C，完成熔炼，然 后在温度不低于760°C的条件下从熔体深度一半处g取样品进行化学成分检测，调整化学 成分至各元素满足步骤一中的质量百分比为止，然后采用Ar-Cl 2混合气体精炼熔体8min~ 12min，得到错合金恪体；
[0026]三、精炼:将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为730°C~750°C 时，向静置炉中通入Ar-Ch混合气体精炼lOmin~20min，然后静置20min~40min，得到铸造 熔体；
[0027]四、铸造 :将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法 进行铸造，得到含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为730°C~750°C，半连续 铸造速度为40mm/min~45mm/min，半连续铸造冷却水压为0.08MPa~0.15MPa，润滑方式为 自动润滑。
[0028] 本实施方式步骤一中Be元素的质量百分比为0.0005%~0.05%。
[0029] 本实施方式步骤一中所述铝锭为Fe<0.003、Si <0.003的高纯铝锭。
[0030]本实施方式得到的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的规格为420mm X 1620mm。
[0031 ]本实施方式的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭中的杂质含量为：Si <0.1 %，Fe< 0.2%，其余单个杂质彡0.05%，全部杂质的范围为彡0.10%，此范围内的杂质对含Sc高Mg 铝合金扁铸锭铸造成型和冶金质量没有影响。
[0032]本实施方式的有益效果：
[0033] 1、本实施方式选择合理的熔铸工艺流程，通过电阻反射炉、静置炉两台炉子的不 同作用，使铝合金熔体成分更加均匀稳定；
[0034] 2、通过加入Sc元素，提高了合金强度，克服了高镁铝合金受热易软化的缺点；
[0035] 3、通过加入Zr元素，细化了合金的晶粒组织，并能有效地提高合金的力学性能；
[0036] 4、通过加入Be元素，在熔体表面形成致密的氧化膜，减少Mg元素的烧损；
[0037] 5、通过使用氩氯混合气体精炼，减少熔体氢含量及碱金属；
[0038] 6、通过使用炉外在线除气，减少熔体中的气体和夹杂物，避免铸锭内部组织缺陷 的产生；
[0039] 7、通过对铸造过程中速度、温度和水流量三大参数的合理控制，生产出了无拉裂、 内部质量合格的大规格含Sc高Mg铝合金扁铸锭，可广泛应用于国防、航天航空和舰舶等领 域。
【具体实施方式】 [0040] 二:本实施方式与一不同的是:步骤一中按各元素的 质量百分比：Μη为0 · 3 %、Mg为6 · 2%、Sc为0 · 22% ~0 · 26 %、Zr为0 · 14%、Ti为0 · 03 % 以及余 量的A1称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金。 其他步骤及参数与一相同。
【具体实施方式】 [0041] 三:本实施方式与一或二不同的是：步骤一中按各元 素的质量百分比:Μη为0.3%、Mg为6.25%、3。为0.25%、2^为0.14%、1^为0.02%以及余量 的A1称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金。其 他步骤及参数与一或二相同。
[0042]【具体实施方式】四：本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是：步骤一中按 照Al-Be中间合金的质量与称取的熔炼原料的总质量之比为2:9X103称取Al-Be中间合金。 其他步骤及参数与【具体实施方式】一至三之一相同。
【具体实施方式】 [0043] 五:本实施方式与一至四之一不同的是：步骤二中当 熔体温度达到800 °C~805 °C后，在温度为800 °C~805 °C恒温条件下先加入Al-Sc中间合金。 其他步骤及参数与一至四之一相同。
【具体实施方式】 [0044] 六:本实施方式与一至五之一不同的是：步骤二中当 熔体温度达到803 °C后，在温度为803 °C恒温条件下先加入Al-Sc中间合金。其他步骤及参数 与一至五之一相同。
[0045]
【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是：步骤三中将 步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为740°C~750°C时，向静置炉中通入 Ar-Cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体。其他步骤及参数与具体实施方 式一至六之一相同。
【具体实施方式】 [0046] 八:本实施方式与一至七之一不同的是：步骤三中将 步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为745°C时，向静置炉中通入Ar-Cl 2混 合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体。其他步骤及参数与一至七 之一相同。
【具体实施方式】 [0047] 九:本实施方式与一至八之一不同的是：步骤四中将 步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到含Sc的 高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740 °C，半连续铸造速度为40mm/min~45mm/ min，半连续铸造冷却水压为0.08MPa~0.15MPa，润滑方式为自动润滑。其他步骤及参数与 一至八之一相同。
【具体实施方式】 [0048] 十:本实施方式与一至九之一不同的是：步骤四中将 步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到含Sc的 高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740 °C，半连续铸造速度为40mm/min~45mm/ min，半连续铸造冷却水压为0.1 IMPa，润滑方式为自动润滑。其他步骤及参数与具体实施方 式一至九之一相同。
[0049] 用以下试验验证本发明的有益效果：
[0050] 试验一:本试验的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法按以下步骤进行：
[0051] -、称取熔炼原料：①按各元素的质量百分比：Μη为0.3%、Mg为6.2%、Sc为 0.25 %、Zr为0.14%、Ti为0.03 %以及余量的A1称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、 Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金;②按照Al-Be中间合金的质量与称取的熔炼原料的 总质量之比为2:9 X 103称取A1-Be中间合金；
[0052]二、熔炼：按照铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金的顺序依次将原料装入电阻 反射炉炉内进行熔化，当熔体温度达到803°C后，在温度为803°C恒温条件下先加入Al-Sc中 间合金，然后加入镁锭、Al-Be中间合金、Al-Ti中间合金，每20min搅拌一次，共搅拌4次，搅 拌至混合均匀，搅拌过程中熔体温度保持在803°C，完成熔炼，然后在温度不低于760°C的条 件下从熔体深度一半处g取样品进行化学成分检测，调整化学成分至各元素满足步骤一中 的质量百分比为止，然后采用Ar-Ch混合气体精炼熔体lOmin，得到铝合金熔体；
[0053]三、精炼:将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为740°C时，向静 置炉中通入Ar-Cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；
[0054]四、铸造:将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法 进行铸造，得到含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740°C，半连续铸造速 度为42mm/min，半连续铸造冷却水压为0.1 IMPa，润滑方式为自动润滑。
[0055] 本试验步骤一中所述铝锭为Fe<0.003、Si <0.003的高纯铝锭。
[0056] 本试验得到的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的规格为420mm X 1620mm。
[0057]本试验制备的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的照片如图1所示。
[0058](一)对试验一制备的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭进行低倍组织检查和力学性能测 试，将试验一制备的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的底部切掉后，切取20mm厚试片，取试片宽度 方向的一半对铸锭进行低倍组织检查和力学性能测试等分析。待检测用试样的取样位置如 图2所示。
[0059] 对7号试样进行低倍组织检查，未发现夹渣、气孔、缩孔、缩松等缺陷。
[0060] 对1~6号试样进行力学性能测试，结果见表1。
[0061]表1力学性能测试结果
[0063]对比试验:对不含Sc的高Mg铝合金扁铸锭进行除了力学性能测试，除了 Sc元素，其 他元素含量与试验一中铸锭相同，切掉底部后，切取20mm厚试片，取试片宽度方向的一半对 铸锭进行力学性能测试等分析。待检测用试样的取样位置如图2所示。
[0064] 对1~6号试样进行力学性能测试，结果见表2。
[0065]表2力学性能测试结果
[0067]试验二:本试验的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法按以下步骤进行： [0068] 一、称取熔炼原料：①按各元素的质量百分比：Μη为0.3%、Mg为6.25%、Sc为 0.25%、Zr为0.14%、Ti为0.02%以及余量的A1称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、 Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金;②按照Al-Be中间合金的质量与称取的熔炼原料的 总质量之比为2:9 X 103称取A1-Be中间合金；
[0069]二、熔炼：按照铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金的顺序依次将原料装入电阻 反射炉炉内进行熔化，当熔体温度达到805°C后，在温度为805°C恒温条件下先加入Al-Sc中 间合金，然后加入镁锭、Al-Be中间合金、Al-Ti中间合金，每20min搅拌一次，共搅拌4次，搅 拌至混合均匀，搅拌过程中熔体温度保持在805°C，完成熔炼，然后在温度不低于760°C的条 件下从熔体深度一半处g取样品进行化学成分检测，调整化学成分至各元素满足步骤一中 的质量百分比为止，然后采用Ar-Ch混合气体精炼熔体lOmin，得到铝合金熔体；
[0070]三、精炼:将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为740°C时，向静 置炉中通入Ar-Cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体；
[0071]四、铸造:将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法 进行铸造，得到含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740°C，半连续铸造速 度为42mm/min，半连续铸造冷却水压为0.1 IMPa，润滑方式为自动润滑。
[0072] 本试验步骤一中所述铝锭为?6<0.003、3丨<0.003的高纯铝锭。
[0073]本试验得到的含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的规格为420_X 1620_。
【主权项】
1. 一种含Sc的高Mg错合金扁铸锭的制造方法，其特征在于该方法按以下步骤进行： 一、 称取熔炼原料：①按各元素的质量百分比：Mn为0.15%~0.4%、Mg为5.8%~ 6 · 4%、Sc为0 · 2%~0 · 3%、Zr为0 · 1 %~0 · 18%、Ti为0 · 02%~0 · 04%以及余量的Al称取铝 锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和Al-Ti中间合金;②按照Al-Be 中间合金的质量与称取的熔炼原料的总质量之比为(1~3): 9 X IO3称取Al -Be中间合金； 二、 熔炼:按照铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金的顺序依次将原料装入电阻反射 炉炉内进行熔化，当熔体温度达到800°C~810°C后，在温度为800°C~810°C恒温条件下先 加入Al-Sc中间合金，然后加入镁锭、Al-Be中间合金、Al-Ti中间合金，每20min搅拌一次，共 搅拌4次，搅拌至混合均匀，搅拌过程中熔体温度保持在800 °C~810 °C，完成熔炼，然后在温 度不低于760°C的条件下从熔体深度一半处g取样品进行化学成分检测，调整化学成分至 各元素满足步骤一中的质量百分比为止，然后采用Ar-Cl 2混合气体精炼熔体8min~12min， 得到铝合金熔体； 三、 精炼:将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为730°C~750°C时， 向静置炉中通入Ar-Cl2混合气体精炼IOmin~20min，然后静置20min~40min，得到铸造熔 体； 四、 铸造:将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法进行 铸造，得到含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为730°C~750°C，半连续铸造 速度为40mm/min~45mm/min，半连续铸造冷却水压为0.08MPa~0.15MPa，润滑方式为自动 润滑。2. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 一中按各元素的质量百分比:Mn为0.3%、MgS6.2%、ScS〇.22%~0.26%、ZrS〇.14%、Ti 为0.03%以及余量的Al称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和 Al-Ti中间合金。3. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 一中按各元素的质量百分比：Mn为0.3 %、Mg为6.25 %、Sc为0.25 %、Zr为0.14%、Ti为 0.02%以及余量的Al称取铝锭、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金、Al-Sc中间合金、镁锭和 Al-Ti中间合金。4. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 一中按照Al-Be中间合金的质量与称取的熔炼原料的总质量之比为2:9 X IO3称取Al-Be中 间合金。5. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 二中当熔体温度达到800 °C~805 °C后，在温度为800 °C~805 °C恒温条件下先加入Al-Sc中 间合金。6. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 二中当熔体温度达到803 °C后，在温度为803 °C恒温条件下先加入Al-Sc中间合金。7. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 三中将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为740°C~750°C时，向静置炉 中通入Ar-Cl 2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体。8. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 三中将步骤二得到的铝合金熔体导入静置炉中，在熔体温度为745°C时，向静置炉中通入 Ar-Cl2混合气体精炼15min，然后静置30min，得到铸造熔体。9. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 四中将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到 含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740°C，半连续铸造速度为40mm/min~ 45mm/min，半连续铸造冷却水压为0.08MPa~0.15MPa，润滑方式为自动润滑。10. 根据权利要求1所述的一种含Sc的高Mg铝合金扁铸锭的制造方法，其特征在于步骤 四中将步骤三得到的铸造熔体在炉外在线除气的条件下采用半连续铸造法进行铸造，得到 含Sc的高Mg铝合金扁铸锭;所述的半连续铸造温度为740°C，半连续铸造速度为40mm/min~ 45mm/min，半连续铸造冷却水压为0.1 IMPa，润滑方式为自动润滑。
【文档编号】C22C1/06GK105950923SQ201610560689
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月15日
【发明人】孙海波, 吕新宇, 李欣斌, 殷云霞, 胥健秋, 滕志贵, 金磊, 韩再旭, 刘学
【申请人】东北轻合金有限责任公司