一种高性能ZL114A铸件合金熔炼工艺的制作方法

一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺
技术领域
1.本发明属于铝合金熔炼领域，具体涉及一种高性能优质铸件合金熔炼工艺。


背景技术：

2.铝合金是一种常见的轻质金属材料，其中zl114a是一种具有较高强度与韧性的铸造合金，由于其流动性好，充型能力好，相对于其它铸造铝合金，其内部组织更为致密，已在导弹壳体、机匣类铸件中大量应用，还被广泛应用于各种大型结构产品的铸造成型过程，如航空、航天、汽车、船舶等工业。
3.为了保证高力学性能，使用的zl114a铝合金材料一般采用精铝(al≥99.85％)在真空试验炉中制备。但是在实际生产过程中，操作比较复杂，熔炼时间长，且合金不易吸气，导致生产效率低，得到的合金质量差，合金中气体的含量、光杂物和杂质元素的控制不够理想。故此亟需开发一种zl114a合金的熔炼方法来解决现有技术中的问题。传统铸造铝硅合金熔炼工艺无法满足高性能优质铸件的需求，同时，由于合金中硅含量较高，如果不采取变质措施会导致其合金塑性较差，限制了其在某些高强、高压油路管道铸件的使用。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，异于传统的zl114a合金熔炼工艺，颠覆传统铝合金熔炼技术，采用电阻炉五段处理工艺，包括高温纯化，中温细化，中温净化、变质处理和低温除气净化，技术特征如下：
5.一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，包括如下步骤：
6.s1、高温纯化：升温使炉料熔化，搅拌；将铝液升温至800℃～830℃进行过热处理后再次搅拌；
7.s2、中温细化：将合金液降温至740-760℃，以杆状铝钛硼丝形式加入钛，待铝钛硼丝完全熔化后进行搅拌；
8.s3、中温净化：将合金液温度降至710-730℃进行净化处理，采用c2cl6和al2o3混合精炼剂对合金液进行精炼，混合精炼剂用铝箔包裹，用钢制钟罩压入铝液；
9.s4、变质处理：精炼完成后，控制合金液温度到700-710℃，加入锶，锶以alsr10a中间合金的形式缓慢加入合金液，待alsr10a中间合金完全熔化后搅拌；
10.s5、悬浮处理：将合金液静置，再次以杆状铝钛硼丝形式加入钛，熔化后搅拌；
11.s6、低温复合精炼：将合金液温度降至690-710℃，用高纯氩气精炼；最后用抽真空设备进行抽真空处理。
12.作为优选，所述s1步骤中搅拌时间为12min-15min；过热处理时间为为20min～45min；再次搅拌的时间为15-20min。
13.作为优选，所述s2步骤中加入钛的质量为铝液总质量的0.10-0.17％。
14.作为优选，所述s3步骤中c2cl6为分析纯；al2o3目数大于300目。
15.作为优选，所述s3步骤中c2cl6和al2o3的质量比为1：2.5～3；c2cl6的质量为铝液总
质量的5～7
‰
。
16.作为优选，所述s3步骤中铝箔包裹混合精炼剂的总重量控制在400～500g。
17.作为优选，所述s3步骤中铝液压入深度距坩埚底面100～150mm；精炼时间为20-30min。
18.作为优选，所述s4步骤中锶的质量为铝液总质量的0.04～0.06％；搅拌时间为5min。
19.作为优选，所述s5步骤中静置时间为15～20min；加入钛的质量为铝液总质量的0.05-0.08％；搅拌时间为5min。
20.作为优选，所述s6步骤中氩气流量为15l/min，喷吹时间氩气20min；真空条件为600～1000pa，真空处理5～15min。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.1、本发明提供了一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，颠覆传统铝合金熔炼技术，采用电阻炉五段处理工艺，包括高温纯化(≥830℃)，中温细化(740-760℃)，中温净化(710-720℃)、变质处理，低温(690-710℃)除气净化步骤，大大增加了铸件的力学性能。
23.2、经过本发明工艺熔炼得到的zl114a铸件合金，在抗拉强度、屈服强度和伸长率都优于传统工艺，并且铸件的含气量也显著降低
24.3、低温复合精炼步骤采用氩气通入到合金体内部形成气泡，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进这些气泡中并随气泡的上浮而被排除达到除气的目的，同时气泡在上浮的过程中还能吸附部分氧化夹杂起到除杂的作用。
具体实施方式
25.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
26.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
27.若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；若未特别指明，实施例中所用试剂均为市售。
28.实施例1
29.熔炼高性能zl114a铸件合金
30.1、高温纯化：送电升温使炉料熔化，搅拌15min；将铝液升温至830℃进行过热处理，过热处理时间为45min，再用搅拌勺搅拌20min；
31.2、中温细化：将合金液降温至760℃，加入0.17％的钛，ti以杆状铝钛硼丝(alti5ba)形式加入，待铝钛硼丝完全熔化后搅拌15mim；
32.3、中温净化：将合金液温度降至730℃进行净化处理，净化采用c2cl6和al2o3混合物对合金液进行精炼，其中c2cl6为分析纯，al2o3目数为350目，al2o3与c2cl6的质量比为3：1，c2cl6总量为熔化铝液的7
‰
，混合精炼剂用铝箔包裹，一包的重量控制在为500g，将混合精炼剂用钢制钟罩压入铝液，压入深度距坩埚底面150mm，精炼时间为30min；
33.4、变质处理：精炼完成后，控制合金液温度到710℃，加入0.06％的锶，锶以alsr10a中间合金的形式加入，用搅拌勺托着alsr10a中间合金慢慢加入合金液，待alsr10a
中间合金完全熔化后搅拌5mim；
34.5、悬浮处理：合金静置20min，加入0.08％的钛，以杆状铝钛硼丝形式加入，搅拌5mim；
35.6、低温复合精炼：将合金液冷却至690℃，用高纯氩气精炼(氩气流量：15l/min，喷吹20min)；最后用抽真空设备进行抽真空处理：600～1000pa，处理5～15min。
36.实施例2
37.熔炼高性能zl114a铸件合金
38.1、高温纯化：送电升温使炉料熔化，搅拌12min；将铝液升温至800℃进行过热处理，过热处理时间为20min，再用搅拌勺搅拌15min；
39.2、中温细化：将合金液降温至740℃，加入0.10％的钛，ti以杆状铝钛硼丝(alti5ba)形式加入，待铝钛硼丝完全熔化后搅拌15mim；
40.3、中温净化：将合金液温度降至710℃进行净化处理，净化采用c2cl6和al2o3混合物对合金液进行精炼，其中c2cl6为分析纯，al2o3目数为400目，al2o3与c2cl6的质量比为2.5：1，c2cl6总量为熔化铝液的5
‰
，混合精炼剂用铝箔包裹，一包的重量控制在为400g，将混合精炼剂用钢制钟罩压入铝液，压入深度距坩埚底面100mm，精炼时间为20min；
41.4、变质处理：精炼完成后，控制合金液温度到700℃，加入0.04％的锶，锶以alsr10a中间合金的形式加入，用搅拌勺托着alsr10a中间合金慢慢加入合金液，待alsr10a中间合金完全熔化后搅拌5mim；
42.5、悬浮处理：合金静置15min，加入0.05％的钛，以杆状铝钛硼丝形式加入，搅拌5mim；
43.6、低温复合精炼：将合金液冷却至690℃，用高纯氩气精炼(氩气流量：15l/min，喷吹20min)；最后用抽真空设备进行抽真空处理：600～1000pa，处理5～15min。
44.实验例1
45.考察熔炼高性能zl114a铸件合金与传统处理工艺性能对比
46.将实施例1制备的高性能zl114a铸件合金与传统工艺得到的zl114a铸件合金在相同部位进行抗拉强度σb、屈服强度σ0.2、铸件拉伸变形到5％时的伸长率δ5和含气量的对比。
47.σb、σ0.2、δ5按照gb/t 228-2010进行检测、含气量按照gb/t 20975.30-2019进行检测，结果如表1所示：
48.表1传统工艺处理铸件与实施例1铸件性能对比
49.工艺σbσ0.2δ5(％)含气量传统处理工艺34027050.12～0.21ml/100g实施例136528580.09ml～0.2ml/100g
50.结果表明，经过本发明工艺熔炼得到的zl114a铸件合金，在抗拉强度、屈服强度和伸长率都优于传统工艺，并且铸件的含气量也显著降低，这说明，本发明提供的一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺其铸件力学性能远优于传统工艺制备的铸件。
51.以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，本发明专利的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明专利的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明专利的保护范围。

技术特征：
1.一种高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：s1、高温纯化：升温使炉料熔化，搅拌；将铝液升温至800℃～830℃进行过热处理后搅拌；s2、中温细化：将合金液降温至740-760℃，以杆状铝钛硼丝形式加入钛，待铝钛硼丝完全熔化后进行搅拌；s3、中温净化：将合金液温度降至710-730℃进行净化处理，采用c2cl6和al2o3混合精炼剂对合金液进行精炼，混合精炼剂用铝箔包裹，用钢制钟罩压入铝液；s4、变质处理：精炼完成后，控制合金液温度到700-710℃，加入锶，锶以alsr10a中间合金的形式缓慢加入合金液，待alsr10a中间合金完全熔化后搅拌；s5、悬浮处理：将合金液静置，再次以杆状铝钛硼丝形式加入钛，熔化后搅拌；s6、低温复合精炼：将合金液温度降至690-710℃，用高纯氩气精炼；最后用抽真空设备进行抽真空处理。2.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s1步骤中过热处理时间为为20min～45min。3.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s2步骤中加入钛的质量为铝液总质量的0.10-0.17％。4.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s3步骤中c2cl6为分析纯；al2o3目数大于300目。5.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s3步骤中c2cl6和al2o3的质量比为1：2.5～3；c2cl6的质量为铝液总质量的5～7
‰
。6.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s3步骤中铝箔包裹包裹混合精炼剂的总重量控制在400～500g。7.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s3步骤中铝液压入深度距坩埚底面100～150mm；精炼时间为20-30min。8.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s4步骤中锶的质量为铝液总质量的0.04～0.06％。9.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s5步骤中静置时间为15～20min；加入钛的质量为铝液总质量的0.05-0.08％。10.根据权利要求1所述的高性能zl114a铸件合金熔炼工艺，其特征在于，所述s5步骤中氩气流量为15l/min，喷吹时间氩气20min；真空条件为600～1000pa，真空处理5～15min。

技术总结
本发明提供了一种高性能ZL114A铸件合金熔炼工艺，异于传统的ZL114A合金熔炼工艺，颠覆传统铝合金熔炼技术，采用电阻炉五段处理工艺，包括高温纯化，中温细化，中温净化、变质处理和低温除气净化。其中中温细化中加入钛，并以杆状铝钛硼丝的形式加入；中温净化采用C2Cl6和Al2O3混合精炼剂用铝箔包裹，用钢制钟罩压入铝液；变质处理中锶以AlSr10A中间合金的形式加入；最后用高纯氩气低温复合精炼，经过此工艺制备的ZL114A铸件合金在抗拉强度、屈服强度铸件拉伸变形到5％时的伸长率δ5和含气量都优于传统工艺制备的铸件。气量都优于传统工艺制备的铸件。


技术研发人员：杜旭初 黄粒 刘崇证 厉沙沙
受保护的技术使用者：航材国创（青岛）高铁材料研究院有限公司
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/11