一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸锭生产技术领域，尤其涉及一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法。

背景技术

基于行业需求和经验积累，针对环锻用大直径(600mm＜Φ≤830mm)7050合金锻造毛坯用铸锭，环锻厂对铸锭提出如下内部冶金质量要求：1)整个横截面晶粒度≤1级；2)整个横截面疏松≤1级；3)车皮后铸锭低倍检测，不允许有气孔、光亮晶粒、羽毛晶、非金属夹杂、化合物偏析、粗大金属化合物、白斑缺陷、夹渣等冶金缺陷；4)车皮铸锭按照YS/T 1188进行超声波检测，满足A级探伤要求。

熔铸厂基于环锻厂提出的质量要求，结合前期累积的生产经验，制定了如图1所示的技术方案；熔铸技术方案简述如下：1)原材料为99.90％铝锭+中间合金+(15～20％同牌号特品一级自产废料)；2)加料后点火熔化，整个熔铸过程严禁出现熔体过热(控制铝液温度≤780℃)；3)精炼采用熔炼炉3次+保温炉2次；4)保温炉铝水起铸温度控制在760～770℃；5)使用40+60ppi过滤板，一炉一换；6)铸造参数设置为：起铸速度＝75％×稳态速度，起铸水流量＝70％×稳态水流量，速度和冷却水均在650mm爬坡至稳态。

按上述技术方案生产的环锻用大直径(600mm＜Φ≤830mm)7050合金铸锭，熔铸生产阶段无异常，熔铸成品检测结果均能满足环锻厂提出的内部冶金质量要求，铸锭的高倍图片如图2所示。环锻厂使用检测合格的熔铸铸锭生产出的环锻件成品，性能和尺寸公差均满足最终制品要求，但全部因超声波探伤不合格(不满足A级探伤要求)而报废。

上述技术方案生产的铸锭在熔铸成品检测阶段高低倍检测和成品探伤均不能发现任何异常，而铸锭在环锻厂过程中发现：1)冲孔前能满足A级探伤要求；2)冲孔环轧后出现超标缺陷，个数为几个到几十个不等；3)环锻件内存在大量无规律未超标缺陷，个数为几十到几百个不等，部分环锻成品探伤结果如图3所示；4)对缺陷部位解剖分析后，确认超标缺陷为氧化物和金属间化合物聚集，属于铸锭内部冶金缺陷。环锻厂多次投料生产和解剖分析后确认：1)上述技术方案生产的铸锭不能在环锻厂生产出满足A级探伤要求的环锻件成品；2)需优化熔铸技术方案提升铸锭内部冶金质量(主要减少氧化物和金属间化合物聚集)，实现自产铸锭在环锻厂稳定批产出满足A级探伤要求的环锻件成品。

因此，提供一种提升7050内部冶金质量的熔铸方法对于环锻厂成品质量的提高具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，本申请提供的熔铸方法可减少铸锭内部氧化物和金属间化合物聚集，减少铸锭在熔铸成品探伤时形成杂波，最终实现铸锭应用在环锻厂的A级探伤要求。

有鉴于此，本申请提供了一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，包括以下步骤：

A)按照7050铝合金的成分配比将铝锭、中间合金和纯金属加入熔炼炉后熔炼，所述熔炼过程中铝液温度≤750℃，控制物料处于熔融状态下的时间＜10h；

B)将成分合格的铝液精炼静置扒渣3次，再在保温炉中精炼静置扒渣2次；所述精炼静置的温度均为740～750℃；

C)将步骤B)得到的铝液进行铸造，起铸温度为720～745℃且保证铸造阶段盘尾铝液温度为690±3℃；起铸速度＝稳态速度；起铸水流量＝70％×稳态水流量，速度和冷却水均在650mm爬坡至稳态，得到7050铝合金铸锭。

优选的，在熔炼的过程中，物料软化下塌后使用2#熔剂覆盖，所述2#熔剂的加入量为0.5～0.8kg/T·Al。

优选的，在精炼的过程中，精炼剂在整个精炼时段内匀速喷出，且保证全方位无死角精炼。

优选的，所述铸造的过程中，起铸前炉气温度为800～830℃，炉气温度保持直至铸造长度为600～1000mm时炉气温度下调至740～750℃。

优选的，在保温炉最后一次精炼结束至开机起铸的时间间隔为45～60min。

优选的，所述铸造的过程中，过滤板目数为60+60ppi。

优选的，所述铸造的过程中，铸造流槽和分流盘采用耐火材料，所述耐火材料的内部均有电阻加热。

优选的，在所述铸造流槽和分流盘内衬的耐火材料内预埋加热元件，在开机起铸前将所有耐火材料加热至450～600℃。

优选的，所述7050铝合金铸锭的直径为600mm～830mm。

本申请提供了一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，其通过优化熔炼过程、精炼过程和铸造过程中的相关参数和步骤，减少了熔铸阶段外来氧化物的带入和形成，提升了熔体中已经形成的氧化物从铝液中除去的能力，减少了流槽和热帽内先期结晶形成粗大金属间化合物的可能性，即使形成先期结晶，也将其压缩至引头端可锯切区域内。因此，本申请制备的7050铝合金铸锭内部纯净度更高、晶界尺寸更细，晶界处金属间化合物聚集更少，最终实现了铸锭应用在环锻厂的A级探伤要求。

附图说明

图1为本发明7050铝合金锻造毛坯用铸锭的熔铸工艺流程图；

图2为本发明7050铝合金铸锭未优化工艺前的高倍金相照片；

图3为本发明7050铝合金铸锭未优化工艺前的环锻成品探伤结果数据表；

图4为本发明实施例1制备的7050铝合金铸锭的高倍金相照片；

图5为本发明实施例1制备的7050铝合金铸锭环锻件成分探伤结果数据表。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

针对现有技术中7050铝合金铸锭在环锻厂应用时环锻件成品难以满足A级探伤要求的问题，本申请提供了一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，其通过优化熔铸工艺，实现了减少铸锭内部氧化物和金属间化合物聚集；减少了铸锭在熔铸成品探伤时形成的杂波；最终实现了铸锭在环锻厂稳定批产出满足A级探伤要求的环锻件成品。具体的，本发明实施例公开了一种提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，包括以下步骤：

A)按照7050铝合金的成分配比将铝锭、中间合金和纯金属加入熔炼炉后熔炼，所述熔炼过程中铝液温度≤750℃，控制物料处于熔融状态下的时间＜10h；

B)将成分合格的铝液精炼静置扒渣3次，再在保温炉中精炼静置扒渣2次；所述精炼静置的温度均为740～750℃；

C)将步骤B)得到的铝液进行铸造，起铸温度为720～745℃且保证铸造阶段盘尾铝液温度为690±3℃；起铸速度＝稳态速度；起铸水流量＝70％×稳态水流量，速度和冷却水均在650mm爬坡至稳态，得到7050铝合金铸锭。

本申请中，7050铝合金铸锭的制备流程具体如图1所示，在大方向上，其包括熔炼-精炼-铸造。

具体的，本申请首先按照7050铝合金的成分配比将铝锭、中间合金和纯金属加入熔炼炉后熔炼；其中，铝锭具体采用质量比为1:1的纯度为99.90％的铝锭和纯度为99.92％的铝锭，合金元素均使用中间合金和纯金属，并且所有物料入炉前均使用压缩空气吹扫干净且干燥无杂物，表层物料只允许是原铝锭。将中间合金和铝锭加入熔炼炉点火后升温，铝液温度≤750℃，且物料软化下塌后使用0.5～0.8kg/t·Al的2#熔剂覆盖，控制物料处于熔融状态下的总时长＜10h，减少熔铸阶段氧化物的形成。

在物料全部熔化后按炉前快分结果和内控要求补充添加部分中间合金和纯金属，重复取样调整成分过程直至炉内化学成分满足内控要求。

在本申请中，所有物料入炉前均使用压缩空气吹扫干净且干燥无杂物，确保除气箱、过滤箱彻底清理干净，修补流槽流盘时杜绝有尖锐突出并彻底烘透(表层温度450～600℃)，减少了熔铸阶段外来氧化物的引入。

在熔炼阶段铝液成分合格后则再进行精炼，精炼静置扒渣3次，精炼静置扒渣后将熔炼炉内铝液倒在保温炉，在保温炉精炼静置扒渣2次；严控精炼操作确保无死角，精炼剂必须在整个精炼时段内匀速喷出、精炼静置温度均为740～750℃。上述调整提升了将熔体已经形成的氧化物从铝液中除去的能力。

在精炼之后，保温炉精炼静置扒渣完成后，倾翻保温炉开始铸造；保温炉最后一次精炼结束至开机起铸的时间间隔为45～60min，以确保静置效果最佳且再次氧化吸氢的倾向降至最低。在铸造的过程中，过滤板目数为60+60ppi；铝液起铸温度为720～745℃，且起铸前炉气温度为800～830℃，炉气温度保持在800～830℃直至铸造长度为600～1000mm时下调炉气温度至740～750℃，保证铸造阶段盘尾铝液温度为690±3℃。

同时，铸造过程中起铸速度＝稳态速度，持续至长度为50±20mm开始逐步降速，铸造长度200mm时降低至90％×稳态速度后再次缓慢提速至稳态铸造速度；起铸水流量＝70％×稳态水流量，速度和冷却水均在650mm爬坡至稳态；以减少流槽和热帽内先期结晶形成粗大金属间化合物的可能性，即使形成先期结晶，也将其压缩至引头端可锯切区域内。在本申请中，所述起铸速度为25±1mm/min，所述起铸水流量为63±1m

在本申请中，所述铸造过程中，铸造流槽和分流盘采用耐火材料，保证铸造流槽和分流盘所用耐火材料彻底清理干净，修补流槽流盘时杜绝有尖锐突出；且在所述铸造流槽和分流盘内衬的耐火材料内预埋加热元件，在开机起铸前将所有耐火材料加热至450～600℃。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的提升7050铝合金内部冶金质量的熔铸方法，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1采用熔铸方法生产φ630mm的7050铝合金铸锭

1)原铝锭采用99.90％+99.92％铝锭(1:1)，合金元素添加均使用中间合金+纯金属，不添加任何废料，所有物料入炉前均使用压缩空气吹扫干净且干燥无杂物，表层物料只允许是原铝锭；

将中间合金和原铝锭加入熔炼炉后点火升温，整个熔铸过程控制铝液温度≤750℃(包括铝液上表面)，并在物料软化下塌后使用2#熔剂覆盖，使用量为0.5Kg/T Al；

2)物料全部熔化后按炉前快分结果和内控要求补充添加部分中间合金和纯金属，重复取样调整成分过程直至炉内化学成分满足内控要求；控制物料处于熔融状态下的总时长＜10h，所有精炼、搅拌、取样时需要接触铝液的工器具均涂刷钛白粉并彻底烘烤干燥；

3)成分合格后再精炼静置扒渣3次，精炼静置扒渣后将熔炼炉内铝液倒至保温炉，在保温炉精炼静置扒渣2次，严控精炼操作确保无死角；精炼剂必须在整个精炼时段内匀速喷出；精炼静置温度控制在740～750℃；

4)保温炉精炼静置扒渣完成后，倾翻保温炉开始铸造，保温炉铝液起铸温度740～745℃、同时稳态阶段炉气温度750℃，确保整个稳态铸造阶段盘尾铝液温度＝690±3℃；

保温炉最后一次精炼结束到开机起铸的时间间隔45～60min，确保静置效果最佳且再次氧化吸氢的倾向降至最低；

铸造的起铸速度＝稳态速度(25±1mm/min)，铸造长度200mm时降低至90％×稳态速度后再次缓慢提速至稳态铸造速度，起铸水流量＝70％×稳态水流量(稳态水流量为63±1m

使用进口过滤板，目数为60+60ppi，确保除气箱、过滤箱彻底清理干净，修补流槽流盘时杜绝有尖锐突出并彻底烘透(表层温度450～600℃)，以减少熔铸阶段外来氧化物的带入。

采用上述熔铸技术方案生产5炉Φ630mm直径7050铸锭，熔铸成品检测结果均能满足环锻厂提出的内部冶金质量要求，部分铸锭的高倍照片如图4，对比未优化熔铸工艺前的铸锭高倍照片图2，由此可知：优化熔铸工艺后的铸锭内部纯净度更高、晶界尺寸更细、晶界处金属间化合物聚集更少。

该批次铸锭交付至环锻厂使用后，共生产84件环锻件成品，满足A级探伤合格的件数比例为95.24％(不合格的4件环锻件皆是因为环锻过程产生的单点机械缺陷导致探伤不合格)，其中有6件能达到双AA级探伤合格；且存在无规律未超标缺陷的环锻件比例＜10％、单个环锻件未超标缺陷的个数减少至＜8个，部分探伤结果如图5所示。

对比熔铸工艺优化前后的铸锭高倍照片以及环锻厂最终产品的探伤结果，本发明实现了：1)减少铸锭内部氧化物和金属间化合物聚集；2)减少铸锭在熔铸成品探伤时形成的杂波；3)最终实现自产铸锭在环锻厂稳定批产出满足A级探伤要求的环锻件成品。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。