一種Al-Cu合金的製備方法
2023-04-23 17:43:41
一種Al-Cu合金的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種Al-Cu合金的製備方法。本發明採用佔熔煉爐容量1/5的鋁熔體配製w(Cu)=2.5%的Al-Cu中間合金，再用電解鋁液將熔體稀釋至Al-Cu合金要求的化學成分，這樣有利於降低AlCu合金的氣、渣含量及疏鬆等缺陷，同時使合金產品的組織均勻緻密，並且採用廢銅降低了成本，節約了資源。本發明的工藝得到的Al-Cu合金產品的組織較為均勻，偏析減少，晶粒細小，氣、渣含量減少。
【專利說明】—種Al-Cu合金的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及合金的冶煉方法，具體涉及Al-Cu合金的製備方法。
【背景技術】
[0002]Al-Cu合金有較高的強度，優異的塑性，良好的處理可強化性、切削加工性和拋光性，良好的高溫超低溫性能，被廣泛應用於航空航天飛行器、輕型甲車及汽車的某些零部件等領域。
[0003]Al-Cu合金熔體有良好的流動性，主要採用直接水冷鑄造方式生鑄錠，再將鑄錠進行熱軋加工成板材、棒材和線材，很少採用連鑄連軋法生產線材。因此相對於熱軋而言，連鑄連軋生產工藝不成熟，熔煉工藝等有待進一步的研發。
[0004]目前採用的Al-Cu熔煉技術有以下幾種:
[0005]( I)直接添加純銅合金化
[0006]將電解鋁液溫度升高至950°C?1000°C，扒淨表面浮渣，並向熔體表面撒上覆蓋齊IJ，然後加入預先破碎好的純銅，保溫熔煉60min?90min，徹底攪拌熔體，並加入打渣劑和精煉劑對熔體進行精煉處理，這樣熔制Al-Cu合金。
[0007]該生產工藝存在的問題:
[0008](I)熔煉Al-Cu合金時的溫度高，熔體的吸氫量較多，鑄件容易產生氣孔、疏鬆、夾渣等缺陷。
[0009](2)純銅直接加入電解鋁液配料，銅的吸收效果差，熔體成分均勻性差。純銅的熔點為1083°C，且銅的密度大於鋁的，容易導致銅富集於熔體下部，偏析嚴重，使鑄件組織不均勻。同時將整爐的鋁熔體升溫至950°C?1000°C，消耗大量的柴油或電能，加工成本較高。且獲得的Al-Cu合金內部組織不均勻，偏析較大，有明顯的氣孔、夾渣及未完全溶解的金屬銅。
[0010](2)採用A1-75CU中間合金間接合金化
[0011]採用含w (Cu)為75%的Al-Cu中間合金配製Al-Cu合金，在溫度為760°C?840°C電解鋁液中加入中間合金，保溫20min?40min，徹底攪拌熔體並添加打渣劑、精煉劑對熔體進行處理，靜置40min以上,從而完成合金化。
[0012]該生產工藝存在的問題:
[0013](I)Al-Cu中間合金成本高，市場價格為5萬元/t。生產成本較高，不利於產品批量生產。
[0014](2)產品性能的均勻性差，相對於直接添加純銅而言，產品內部組織有明顯的改善，但仍存在組織不均勻、有偏析和氣孔等問題。
【發明內容】
[0015]針對現有技術的不足，本發明的目的之一在於提供一種Al-Cu合金的製備方法。所述方法獲得的合金組織較為均勻，偏析少，晶粒細小，且成本低，節約資源。
[0016]為解決上述問題，本發明採用了以下技術方案:
[0017]一種Al-Cu合金的製備方法，其工藝流程包括:
[0018](I)利用適量廢銅加入到溫度在950°C左右鋁液的熔煉爐內(鋁液量為1/5熔煉爐容量)，配製w (Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，保溫1-1.5h左右，讓銅充分溶解；
[0019](2)當Al-2.5Cu中間合金配製好後，加入溫度為760V?840°C的電解鋁液，稀釋至鋁合金產品的化學成分要求，撒上覆蓋劑，保溫30min-lh左右，加入打渣劑除渣，並將表面浮渣扒除；
[0020](3)向鋁熔體中加入Al-B中間合金(0.5kg/tAl?5kg/tAl)對鋁熔體進行硼化處理。
[0021](4)將處理過的熔體導入靜置爐內靜置20_30min以上，使鋁合金產品的組織更加均勻緻密。
[0022](5)鑄造，在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。
[0023]其中，所製備的Al-Cu合金的以質量分數(wt%)計，成分為:0.1Si, 0.4Fe,
0.35-0.8Cu，0.ΟΙΜη,Ο.03Ga，0.01Cr,0.05Zn,0.05B，0.02V+Ti，不可避免的雜質 0.1，餘量Al。
[0024]其中，熔煉過程中採用電磁攪拌；
[0025]其中，精煉劑用純度99.99%的氮氣噴吹法加入鋁熔體中，對鋁熔體進行再一次的除氣、除渣，淨化處理。
[0026]本發明具有以下優點:
[0027](I)本發明採用加入Al-B中間合金。由於加入的Al-B中間合金中存在大量的AlB相，由Al-B中間合金溶解出的硼元素還會與低鈦鋁合金中的溶質鈦反應生成細小而彌散分布的TiB2相，這樣，熔體中的異質結晶核心將大大增多，使晶粒細化效果明顯增強，從而使產品具有較好的晶粒度。
[0028](2)本發明採用在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。因此為Al-T1-B絲的細化作用在6h左右開始衰減。因此，對於澆鑄時間較長或熔體在加入細化劑後又長時間停留的生產作業，必須考慮細化作用的持續時間。細化劑中的TiB2粒子在熔體中長時間停留易發生聚集，聚集團塊沉積後會汙染爐膛，若進入製品後會成為夾雜；同時鋁合金熔體中存在鋯、鉻、釩等元素時會使Al-T1-B細化劑「中毒」而失去細化能力。因此，採用線添加Al-T1-B絲，避免了上述問題，並提高了晶粒的細化效果，同時均勻分布的鈦在熔體澆鑄過程中，對於抑制招合金晶粒的生長、減小晶粒尺寸更有效。
[0029](3)採用電磁攪拌替代人工攪拌，使鋁合金熔體溫度和組織更加均勻。通過生產試驗和研究發現電磁攪拌的頻率對Al-Cu合金的組織有顯著影響，電磁攪拌的頻率越高，Al-Cu合金的晶粒度越細小、均勻。主要是由於在電磁攪拌下液相在枝晶間凝固，因而使得枝晶在二維條件下呈現出一個個獨立的晶核；電磁攪拌在一定程度上能夠抑制枝晶的生長。這種抑制作用是由於液相流動引起的黏性力使得一次枝晶臂從枝晶主幹上脫落下來成為另一個枝晶，最終使初生固相以團塊狀聚結在一起。
[0030](4)本發明採用佔熔煉爐容量1/5的鋁熔體配製w(Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，再用電解鋁液將熔體稀釋至Al-Cu合金要求的化學成分，這樣有利於降低AlCu合金的氣、渣含量及疏鬆等缺陷，同時使合金產品的組織均勻緻密，並且採用廢銅降低了成本，節約了資源。
[0031](5)本發明的工藝得到的Al-Cu合金產品的組織較為均勻，偏析減少，晶粒細小，氣、渣含量減少。
【具體實施方式】
[0032]為便於理解本發明，本發明列舉實施例如下。本領域技術人員應該明了，所述實施例僅僅是幫助理解本發明，不應視為對本發明的具體限制。
[0033]實施例一
[0034]一種Al-Cu合金的製備方法，其工藝流程包括:
[0035](I)利用適量廢銅加入到溫度在950°C左右鋁液的熔煉爐內(鋁液量為1/5熔煉爐容量)，配製w (Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，保溫Ih左右，讓銅充分溶解；
[0036](2)當Al-2.5Cu中間合金配製好後，加入溫度為760°C °C的電解鋁液，稀釋至鋁合金產品的化學成分要求，撒上覆蓋劑，保溫30minh左右，加入打渣劑除渣，並將表面浮渣扒除；
[0037](3)向鋁熔體中加入Al-B中間合金(0.5kg/tAl)對鋁熔體進行硼化處理。
[0038](4)將處理過的熔體導入靜置爐內靜置20min以上，使鋁合金產品的組織更加均勻緻密。
[0039](5)鑄造，在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。
[0040]其中，所製備的Al-Cu合金的以質量分數(wt%)計，成分為:0.1Si,0.4Fe,0.35Cu,
0.ΟΙΜη,Ο.03Ga，0.01Cr,0.05Zn,0.05B，0.02V+Ti，不可避免的雜質 0.1，餘量 Al。
[0041 ] 其中，熔煉過程中採用電磁攪拌；
[0042]其中，精煉劑用純度99.99%的氮氣噴吹法加入鋁熔體中，對鋁熔體進行再一次的除氣、除渣，淨化處理。
[0043]實施例二
[0044]一種Al-Cu合金的製備方法，其工藝流程包括:
[0045](I)利用適量廢銅加入到溫度在950°C左右鋁液的熔煉爐內(鋁液量為1/5熔煉爐容量)，配製w (Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，保溫1.5h左右，讓銅充分溶解；
[0046](2)當Al-2.5Cu中間合金配製好後，加入溫度為840°C的電解鋁液，稀釋至鋁合金產品的化學成分要求，撒上覆蓋劑，保溫Ih左右，加入打渣劑除渣，並將表面浮渣扒除；
[0047](3)向鋁熔體中加入Al-B中間合金(5kg/tAl)對鋁熔體進行硼化處理。
[0048](4)將處理過的熔體導入靜置爐內靜置30min以上，使鋁合金產品的組織更加均勻緻密。
[0049](5)鑄造，在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。
[0050]其中，所製備的Al-Cu合金的以質量分數(wt%)計,成分為:0.lSi,0.4Fe,0.8Cu,
0.ΟΙΜη,Ο.03Ga，0.01Cr,0.05Zn,0.05Β，0.02V+Ti，不可避免的雜質 0.1，餘量 Al。
[0051]其中，熔煉過程中採用電磁攪拌；
[0052]其中，精煉劑用純度99.99%的氮氣噴吹法加入鋁熔體中，對鋁熔體進行再一次的除氣、除渣，淨化處理。
[0053]實施例三
[0054]一種Al-Cu合金的製備方法，其工藝流程包括:
[0055](I)利用適量廢銅加入到溫度在950°C左右鋁液的熔煉爐內(鋁液量為1/5熔煉爐容量)，配製w (Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，保溫1.25h左右，讓銅充分溶解；
[0056](2)當Al-2.5Cu中間合金配製好後，加入溫度為800°C的電解鋁液，稀釋至鋁合金產品的化學成分要求，撒上覆蓋劑，保溫45min左右，加入打渣劑除渣，並將表面浮渣扒除；
[0057](3)向鋁熔體中加入Al-B中間合金2.5kg/tAl)對鋁熔體進行硼化處理。
[0058](4)將處理過的熔體導入靜置爐內靜置25min以上，使鋁合金產品的組織更加均勻緻密。
[0059](5)鑄造，在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。
[0060]其中，所製備的Al-Cu合金的以質量分數(wt%)計，成分為:0.1Si,0.4Fe,0.6Cu,
0.ΟΙΜη,Ο.03Ga，0.01Cr,0.05Zn,0.05B，0.02V+Ti，不可避免的雜質 0.1，餘量 Al。
[0061]其中，熔煉過程中採用電磁攪拌；
[0062]其中，精煉劑用純度99.99%的氮氣噴吹法加入鋁熔體中，對鋁熔體進行再一次的除氣、除渣，淨化處理。
[0063] 申請人:聲明，本發明通過上述實施例來說明本發明的詳細工藝設備和工藝流程，但本發明並不局限於上述詳細工藝設備和工藝流程，即不意味著本發明必須依賴上述詳細工藝設備和工藝流程才能實施。所屬【技術領域】的技術人員應該明了，對本發明的任何改進，對本發明產品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發明的保護範圍和公開範圍之內。
【權利要求】
1.一種Al-Cu合金的製備方法，其工藝流程包括: (1)利用適量廢銅加入到溫度在950°C左右鋁液的熔煉爐內(鋁液量為1/5熔煉爐容量)，配製w (Cu) =2.5%的Al-Cu中間合金，保溫1-1.5h左右，讓銅充分溶解； (2)當Al-2.5Cu中間合金配製好後，加入溫度為760V?840°C的電解鋁液，稀釋至鋁合金產品的化學成分要求，撒上覆蓋劑，保溫30min-lh左右，加入打渣劑除渣，並將表面浮渣扒除； (3)向鋁熔體中加入Al-B中間合金(0.5kg/tAl?5kg/tAl)對鋁熔體進行硼化處理； (4)將處理過的熔體導入靜置爐內靜置20-30min以上，使鋁合金產品的組織更加均勻緻密； (5)鑄造，在線添加晶粒細化劑Al-T1-B絲。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所製備的Al-Cu合金的以質量分數(wt%)計，成分為:0.1Si, 0.4Fe，0.35-0.8Cu，0.ΟΙΜη,Ο.03Ga，0.01Cr,0.05Ζη，0.05Β，0.02V+Ti，不可避免的雜質0.1，餘量Al。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，熔煉過程中採用電磁攪拌。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，精煉劑用純度99.99%的氮氣噴吹法加入鋁熔體中，對鋁熔體進行再一次的除氣、除渣，淨化處理。
【文檔編號】C22C1/03GK104232957SQ201310234230
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2013年6月13日
【發明者】華兆紅 申請人:無錫市森信精密機械廠