一种4032铝合金的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 19:28:50
技术领域
本发明属于铝合金技术领域，尤其涉及一种4032铝合金的制备方法。
背景技术
4032铝合金是一种含硅量高的共晶型铝硅合金，具有高温强度高，耐热耐磨性好，热膨胀系数小等诸多优点，被广泛应用于汽车、摩托车等高速内燃机活塞。4032的熔铸过程中通常需要进行变质处理，若不经过变质处理或变质处理工艺不当，则4032的高倍组织中会出现块状初晶硅和长针状共晶硅，割裂基体，严重影响合金的力学性能。目前主要变质方法为锶变质，通过向熔体中加入一定量的铝锶中间合金，向熔体中引入锶元素，经过变质处理后，4032组织中块状初晶硅消失，共晶硅由长针状变为小点状。
锶变质4032合金，因锶变质的孕育期不好掌握，且加锶后导致熔体吸氢增加，容易在铸棒中造成气孔等缺陷，影响产品使用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种4032铝合金的制备方法，本发明提供的方法制备得到的4032铝合金具有较好的组织性能。
本发明提供了一种4032铝合金的制备方法，包括：
将合金原料进行配料后熔化，然后进行一次精炼、一次扒渣、倒炉、加入变质剂、二次精炼、二次扒渣、静置处理、净化处理，铸造，得到4032铝合金；
所述变质剂为铝稀土中间合金。
优选的，所述配料的成分为：
余量为Al。
优选的，所述熔化的温度为740～780℃。
优选的，所述一次精炼的温度为740～760℃；
所述一次精炼的时间为18～22分钟。
优选的，所述倒炉过程中的温度控制为750～770℃，所述倒炉时向熔体中加入铝钛中间合金。
优选的，所述加入变质剂的温度为740～750℃；
所述变质剂的加入质量为合金液质量的2～4％。
优选的，所述二次精炼的温度为740～750℃；所述二次精炼的时间为18～22min。
优选的，所述述静置处理的温度为735～755℃；所述静置处理的时间为20～40min。
优选的，所述净化处理过程中采用真空除气装置在线除气；采用过滤板，所述过滤板为双级板式过滤。
优选的，所述铸造过程中的盘头温度控制为680～700℃；铸造速度为50～60mm/min；单根铸锭水量控制为12～18m
本发明解决了4032变质工艺不易掌握，变质效果不好的问题，通过稀土变质后，可获得综合性能良好的合金。本发明使用铝稀土合金变质，既有良好的变质效果，又降低了熔体吸氢的倾向，易得到无气孔、组织良好的4032合金。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的铝合金的金相图；
图2为本发明实施例2制备的铝合金的金相图；
图3为本发明实施例3制备的铝合金的金相图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种4032铝合金的制备方法，包括：
将合金原料进行配料后熔化，然后进行一次精炼、一次扒渣、倒炉、加入变质剂、二次精炼、二次扒渣、静置处理、净化处理，铸造，得到4032铝合金；
所述变质剂为铝稀土中间合金。
在本发明中，所述配料的成分优选为：
余量为Al。
在本发明中，所述硅的质量含量优选为11.9～12.3％，更优选为12.2％。在本发明中，所述铜的质量含量优选为0.88～0.92％，更优选为0.90％。在本发明中，所述镁的质量含量优选为0.98～1.02％，更优选为1.0％。在本发明中，所述镍的质量含量优选为0.68～0.72％，更优选为0.7％。在本发明中，所述钛的质量含量优选为0.02％。在本发明中，所述铁的质量含量优选为0.20～0.30％，更优选为0.25％。
在本发明中，所述合金原料优选包括：
硅源、铜源、镁源、镍源、钛源、铝源。
在本发明中，所述硅源优选为速溶硅，更优选为95#速溶硅；所述铜源优选为铜板，更优选为纯铜板，最优选为电解纯铜板；所述镁源优选为镁锭，更优选为纯镁锭；所述镍源优选为铝镍中间合金，所述铝镍中间合金中的镍质量含量优选为8～12％，更优选为10％；所述钛源优选为铝钛中间合金，所述铝钛中间合金中钛的质量含量优选为8～12％，更优选为10％；所述铝源优选为铝锭。
在本发明中，所述熔化的方法优选包括：
将95#速溶硅一次性全部倒入炉底，再加入所需的铝锭，铝镍中间合金，升温熔化；待炉料软化下榻，能完全淹没铜板时，向熔体中加入铜板；待熔化完全时，进行搅拌；使用加料框将镁锭压入熔体，待镁锭熔化完全后，再次搅拌，彻底搅匀铝熔体。
在本发明中，所述升温熔化的温度优选为740～780℃，更优选为750～770℃，最优选为760℃。在本发明中，所述进行搅拌优选为电磁搅拌，所述电磁搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min。在本发明中，所述再次搅拌优选采用电磁搅拌并辅以人工搅拌；所述电磁搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min；所述人工搅拌的时间优选为8～12min，更优选为10min。
在本发明中，所述一次精炼的温度优选为740～760℃，更优选为742～758℃，更优选为745～755℃，最优选为750℃；所述一次精炼的时间优选为18～22分钟，更优选为20分钟；所述一次精炼过程中精炼剂的用量优选为0.8～1.2kg/吨铝(合金液)，更优选为0.9～1.1kg/吨铝，最优选为1.0kg/吨铝；所述精炼剂优选采用郑州西盛铝业有限公司提供的型号为MK4357B的产品。
在本发明中，所述一次扒渣优选彻底扒去铝液表面浮渣。
在本发明中，所述一次扒渣后优选还包括进行取样，所述取样的方法优选包括：
在炉门两侧距离炉墙约1m，炉膛深度一半位置、熔池深度的1/2处各取一个有效试样。
在本发明中，所述取样后优选还包括进行成分分析，优选成分合格，则转入下道工序；成分不合格则补料或冲淡，直至成分合格。
在本发明中，所述成分分析后优选进行倒炉，所述倒炉的方法优选包括：
控制温度，将铝液由熔炼炉倒入保温炉，倒炉时在流槽加入铝钛中间合金。
在本发明中，所述控制温度优选为750～770℃，更优选为755～765℃，最优选为760℃。
在本发明中，所述加入变质剂的温度优选为740～750℃，更优选为742～748℃，最优选为745℃；所述变质剂的加入量优选为炉料总量(合金原料总质量)的2～4％，更优选为2.5～3.5％，最优选为3％；所述铝稀土中间合金优选采用徐州华中铝业有限公司提供的型号为Al-10RE的产品。
在本发明中，所述加入变质剂后优选还包括进行搅拌，所述搅拌优选为电磁搅拌，所述电磁搅拌的时间优选为15～25min，更优选为20min。
在本发明中，所述二次精炼的温度优选为740～750℃，更优选为745℃；所述二次精炼的时间优选为18～22min，更优选为20min；所述二次精炼过程中精炼剂的加入量优选为0.4～0.5kg/吨铝(合金液)，更优选为0.45kg/吨铝；所述精炼剂的来源与上述技术方案所述一致，在此步骤赘述。
在本发明中，所述二次扒渣优选扒去铝液表面浮渣。
在本发明中，所述静置处理的温度优选为735～755℃，更优选为740～750℃，最优选为745℃；所述静置处理的时间优选为20～40min，更优选为25～35min，最优选为30min。
在本发明中，所述净化处理优选为炉外净化处理，优选采用真空除气装置在线除气；优选生产1米时流槽内测氢含量；优选采用过滤板，所述过滤板优选为双级板式过滤，更优选为30目+50目的双级板式过滤。
在本发明中，所述铸造过程中的盘头温度控制优选为680～700℃，更优选为685～695℃，最优选为690℃；铸造速度优选为50～60mm/min，更优选为52～58mm/min，最优选为54～56mm/min；单根铸锭水量控制优选为12～18m
在本发明中，所述铸造得到的铸锭直径优选为350～450mm，更优选为360～430mm，最优选为380mm。
在本发明的实施例中，所述4032铝合金的制备方法优选包括：
配料：根据4032中各元素的含量，计算原材料的添加量，4032合金中各元素的质量分数：硅11.8％～12.4％，铜0.85％～0.95％，镁0.95％～1.05％，镍0.65％～0.75％，钛0.01％～0.03％，铁小于0.30％，其余元素小于0.08％；硅选用95#速溶硅，铜选用电解纯铜板，镁选用纯镁锭，镍选用10％铝镍中间合金，钛选用10％铝钛中间合金。
投料：将95#速溶硅一次性全部倒入炉底，再加入所需的铝锭，铝镍中间合金。
升温熔化：升温到760℃熔化。
加铜：待炉料软化下榻，能完全淹没铜板时，向熔体中加入铜板。
搅拌：待熔化完全时，开启电磁搅拌20min。
加镁：使用加料框将镁锭压入熔体，待镁锭熔化完全后，再次开启电磁搅拌20min，并辅以人工搅拌10min，彻底搅匀铝熔体。
精炼：精炼温度控制750±8℃，精炼时间控制20±2分钟，精炼剂用量0.8～1.2kg/吨铝，精炼剂为郑州西盛铝业有限公司提供，型号为MK4357B。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
取样：在炉门两侧距离炉墙约1m，炉膛深度一半位置、熔池深度的1/2处各取一个有效试样。
成分分析：若成分合格，则转入下道工序；不合格则补料或冲淡，直至成分合格。
倒炉：控制温度750～770℃，将铝液由熔炼炉倒入保温炉，倒炉时在流槽加入10％铝钛中间合金。
加变质剂铝稀土中间合金：740～750℃加入占炉料总重为2％～4％的铝稀土中间合金，铝稀土中间合金为徐州华中铝业有限公司提供，型号为Al-10RE。
保温炉搅拌：开启电磁搅拌20min。
保温炉精炼：精炼温度控制745±5℃，精炼时间控制20±2分钟，精炼剂用量0.4-0.5kg/吨铝。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
静置处理：控制静置温度735～755℃，静置时间30分钟。
开始铸造-炉外净化处理：使用真空除气装置在线除气，生产1米时流槽内测氢含量，过滤板采用30目+50目的双级板式过滤。
铸造结束，成品检验。
本发明中的关键在于，变质剂的选用及添加量，添加量为炉料总重的2％～4％的Al-10RE中间合金；铸造参数的选择，特别是铸造温度的控制，铸造温度盘头控制680～700℃，若温度过高，则产生气孔的倾向增加。本发明使用铝稀土合金变质，既有良好的变质效果，又降低了熔体吸氢的倾向，避免了锶变质后铸棒中容易产生气孔的问题。
实施例1
装炉：先将5500kg含量为95％的速溶硅一次性全部倒入炉底，然后加入29000kg的铝锭将速溶硅完全盖住，再加入2650kg的铝镍中间合金后，关闭炉门开始升温。
加铜：等到炉料熔化约一半左右时，向炉内不同位置一共加入340kg的铜板，关闭炉门继续升温。
升温：整个升温过程中，不进行任何搅拌，一直将铝液温度升到760℃，然后关闭天然气加热，保温20分钟。
搅拌：此时开启电磁搅拌20分钟，电磁搅拌的同时，进行人工搅拌10分钟。
加镁：使用加料框将380kg镁锭压入熔体，待镁锭熔化完全后，再次开启电磁搅拌20min，并辅以人工搅拌10min，彻底搅匀铝熔体。
精炼：升温至750℃开始精炼，精炼剂用量38kg，精炼时间20分钟。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
取样：在炉门两侧距离炉墙约1m，炉膛深度一半位置、熔池深度的1/2处各取一个有效试样。
成分分析：若成分合格，则转入下道工序；不合格则补料或冲淡，直至成分合格；最终制得的合金成分为硅12.009％，铜0.89％，镁0.998％，镍0.689％，铁0.23％。
倒炉：倒炉温度763℃，将铝液由熔炼炉倒入保温炉，倒炉时在流槽加入10％铝钛中间合金38kg。
加变质剂铝稀土中间合金：745℃加入870kg的铝稀土中间合金。
保温炉搅拌：开启电磁搅拌20min。
保温炉精炼：精炼温度控制747℃，精炼时间控制19分钟，精炼剂用量20kg。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
静置处理：控制静置温度753℃，静置时间30分钟。
开始铸造-炉外净化处理：使用真空除气装置在线除气，生产1米时流槽内测氢含量，氢含量为0.076ml/100gAl，过滤板采用30目+50目的双级板式过滤。
铸造参数的选择：铸棒直径为380mm，每铸次16根，铸造速度55mm/min，总水流量245m
对本发明实施例1制备的铝合金进行金相检测，在金相显微镜下进行高倍检测，检测结果如图1所示，可以看出，疏松一级，无气孔，无初晶硅，共晶硅呈点状。
实施例2
装炉：先将5200kg含量为95％的速溶硅一次性全部倒入炉底，然后加入27500kg的铝锭将速溶硅完全盖住，再加入2500kg的铝镍中间合金后，关闭炉门开始升温。
加铜：等到炉料熔化约一半左右时，向炉内不同位置一共加入320kg的铜板，关闭炉门继续升温。
升温：整个升温过程中，不进行任何搅拌，一直将铝液温度升到760℃，然后关闭天然气加热，保温20分钟。
搅拌：此时开启电磁搅拌20分钟，电磁搅拌的同时，进行人工搅拌10分钟。
加镁：使用加料框将360kg镁锭压入熔体，待镁锭熔化完全后，再次开启电磁搅拌20min，并辅以人工搅拌10min，彻底搅匀铝熔体。
精炼：升温至750℃开始精炼，精炼剂用量36kg，精炼时间20分钟。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
取样：在炉门两侧距离炉墙约1m，炉膛深度一半位置、熔池深度的1/2处各取一个有效试样。
成分分析：若成分合格，则转入下道工序；不合格则补料或冲淡，直至成分合格；最终制得的合金成分为硅12.152％，铜0.91％，镁0.98％，镍0.71％，铁0.24％
倒炉：倒炉温度765℃，将铝液由熔炼炉倒入保温炉，倒炉时在流槽加入10％铝钛中间合金36kg。
加变质剂铝稀土中间合金：745℃加入820kg的铝稀土中间合金。
保温炉搅拌：开启电磁搅拌20min。
保温炉精炼：精炼温度控制745℃，精炼时间控制20分钟，精炼剂用量19kg。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
静置处理：控制静置温度755℃，静置时间30分钟。
开始铸造-炉外净化处理：使用真空除气装置在线除气，生产1米时流槽内测氢含量，氢含量为0.089ml/100gAl，过滤板采用30目+50目的双级板式过滤。
铸造参数的选择：铸棒直径为380mm，每铸次16根，铸造速度55mm/min，总水流量248m
按照实施例1的方法，对本发明实施例2制备的铝合金进行金相检测，检测结果如图2所示，可以看出，疏松一级，无气孔，无初晶硅，共晶硅呈点状。
实施例3
装炉：先将4940kg含量为95％的速溶硅一次性全部倒入炉底，然后加入26100kg的铝锭将速溶硅完全盖住，再加入2350kg的铝镍中间合金后，关闭炉门开始升温。
加铜：等到炉料熔化约一半左右时，向炉内不同位置一共加入300kg的铜板，关闭炉门继续升温。
升温：整个升温过程中，不进行任何搅拌，一直将铝液温度升到760℃，然后关闭天然气加热，保温20分钟。
搅拌：此时开启电磁搅拌20分钟，电磁搅拌的同时，进行人工搅拌10分钟。
加镁：使用加料框将340kg镁锭压入熔体，待镁锭熔化完全后，再次开启电磁搅拌20min，并辅以人工搅拌10min，彻底搅匀铝熔体。
精炼：升温至752℃开始精炼，精炼剂用量34kg，精炼时间20分钟。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
取样：在炉门两侧距离炉墙约1m，炉膛深度一半位置、熔池深度的1/2处各取一个有效试样。
成分分析：若成分合格，则转入下道工序；不合格则补料或冲淡，直至成分合格；最终制得的合金成分为硅12.23％，铜0.89％，镁1.01％，镍0.72％，铁0.23％。
倒炉：倒炉温度763℃，将铝液由熔炼炉倒入保温炉，倒炉时在流槽加入10％铝钛中间合金34kg。
加变质剂铝稀土中间合金：747℃加入780kg的铝稀土中间合金。
保温炉搅拌：开启电磁搅拌20min。
保温炉精炼：精炼温度控制748℃，精炼时间控制20分钟，精炼剂用量18kg。
扒渣：彻底扒去铝液表面浮渣。
静置处理：控制静置温度752℃，静置时间30分钟。
开始铸造-炉外净化处理：使用真空除气装置在线除气，生产1米时流槽内测氢含量，氢含量为0.101ml/100gAl，过滤板采用30目+50目的双级板式过滤。
铸造参数的选择：铸棒直径为380mm,每铸次16根，铸造速度55mm/min,总水流量250m
按照实施例1的方法，对本发明实施例3制备的铝合金进行金相检测，检测结果如图3所示，可以看出，疏松一级，无气孔，无初晶硅，共晶硅呈点状。
性能检测
按照国标GB/T 16865-2013《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》的标准，对实施例制备的铸态4032合金的力学性能进行检验，检测结果如下：
本发明解决了4032变质工艺不易掌握，变质效果不好的问题，通过稀土变质后，可获得综合性能良好的合金。本发明使用铝稀土合金变质，既有良好的变质效果，又降低了熔体吸氢的倾向，易得到无气孔、组织良好的4032合金。
虽然已参考本发明的特定实施例描述并说明本发明，但是这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员可清晰地理解，在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的真实精神和范围的情况下，可进行各种改变，以使特定情形、材料、物质组成、物质、方法或过程适宜于本申请的目标、精神和范围。所有此类修改都意图在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本申请的限制。