一种铝合金铸锭及其生产工艺的制作方法

本发明涉及铝棒铸造
技术领域：
，尤其涉及一种铝合金铸锭及其生产工艺。
背景技术：
：6063铝棒属于低合金化的al-mg-si系高塑性合金，是al-mg-si系中具有中等强度的可热处理强化合金，mg和si是主要合金元素。mg的作用和影响是mg和si组成强化相mg2si，mg的含量越高，mg2si的数量就越多，热处理强化效果就越大，型材的抗拉强度就越高，但变形抗力也随之增大，合金的塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏。si的作用和影响是si的数量使合金中所有的mg都能以mg2si的形式存在，以确保mg的作用得到充分的发挥。随着si含量增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏。现有的6063材质铝合金铸锭在经过热处理后进行低倍组织试验检测过程中发现试片的1/2半径位置有羽毛状晶现象以及边缘有出现严重的粗晶现象(如图1和图2所示)，晶粒度和疏松度都较高，均为2级，造成铝棒头尾报废较多，导致生产成本增加。因此，为了克服现有生产工艺的缺陷，亟待寻求新的铝合金铸锭生产工艺。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提出一种铝合金铸锭，提高6063材质铝合金铸锭内部的晶粒度。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：一种铝合金铸锭，原材料包括铝锭和铝板废料，其中铝锭和铝板废料的质量比为4:1-10:1。优选地，原材料还包括镁锭、硅锭和铝钛硼线al-ti5-b0.2。本发明还提供一种铝合金铸锭的生产工艺，结合上述原材料，通过调整精炼温度、铸造温度、铸造速度、冷却水流量等参数，提高铝液中形核率，增加铝液内的形核质点，使其在结晶时形成足够的晶核。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：一种铝合金铸锭的生产工艺，包括如下步骤：步骤(1)，原料熔炼：将铝锭和铝板废料放入熔炼炉内熔炼；步骤(2)，上炉炉内一次精炼、扒渣；步骤(3)，转至下炉精炼、扒渣；步骤(4)，取样，通过添加镁锭和硅锭调整铝液中si元素和mg元素含量；重复步骤(3)和步骤(4)，直至铝液中各化学元素含量达到目标值；步骤(5)，除气、除渣，净化铝液；步骤(6)，铸造成铝棒，铸造过程中添加铝钛硼线al-ti5-b0.2；步骤(7)，高温退火；步骤(8)，出炉冷却后锯切铝棒的头部和尾部。优选地，步骤(1)中铝锭和铝板废料的质量比为4:1-10:1。优选地，步骤(1)中熔炼温度为680℃-730℃。优选地，步骤(2)精炼时的熔炼温度为720℃-740℃。优选地，步骤(2)采用精炼剂和氩气进行精炼，精炼时间为20-30min。优选地，所述精炼剂用量为0.6-1.0kg/吨铝液，氩气压力为0.15-0.20mpa，氩气纯度超过90％，例如99.99％。优选地，步骤(3)精炼时的熔炼温度为725℃-730℃，并同时对铝液进行搅拌。优选地，步骤(3)采用精炼剂和氩气进行精炼，精炼时间为25-50min。优选地，所述精炼剂用量为0.2-0.6kg/吨铝液，氩气压力为0.15-0.20mpa，氩气纯度超过90％，例如99.99％。优选地，步骤(4)中硅锭的si元素质量百分比含量为10％-14％，镁锭的mg元素质量百分比含量≥90％，更优选地≥99.99％。优选地，步骤(4)添加镁锭或硅锭前铝液温度为735℃-740℃。优选地，步骤(4)每次添加镁锭或硅锭后铝液需要保持静置。优选地，步骤(5)中除气、除渣是在除气箱、采用snf双转子在线除气系统中进行在线除气、除渣。优选地，除气气体为纯度为99.99％、压力为0.2-0.4mpa的氩气，在线转子流量为50-60l/min，转子转速为360-400r/min，除气后氢含量控制在0.12ml/100g铝以下。优选地，步骤(5)中除渣是采用陶瓷过滤板+管式过滤系统进行除渣，过滤前进行预热处理。优选地，陶瓷过滤板的孔密度为30-50ppi，过滤系统的气氛温度控制在750℃-850℃，过滤时控制铝液温度在710℃-720℃。优选地，步骤(6)铸造过程中，铸造前炉内温度为725℃-730℃，铸造速度为175-185mm/min，冷却水流量为3800-3900l/min。优选地，步骤(6)中控制ti的质量百分比为0.015％。优选地，步骤(7)高温退火时，装炉时的炉温不超过100℃，1.5小时内将炉温升温至480℃、空气保温2h，再升温至560℃、空气保温9h-11h，然后出炉、进入冷却炉冷却，冷却速度≥250℃/h。优选地，步骤(8)中，头部切除500mm，尾部切除200mm，切除端面切斜度≤3mm，弯曲度≤2mm/m。本发明还进一步提供如上所述的生产工艺生产的铝合金铸锭。优选地，通过上述的生产工艺生产的铝合金铸锭的化学成分及其质量百分比包括：sifecumnmgzncrti其他al0.25-0.270.1-0.12＜0.01＜0.010.52-0.54＜0.01＜0.010.015＜0.15余量。与现有技术相比较，本发明的铝合金铸锭及其生产工艺具有如下有益效果：通过本发明的生产工艺生产的铝合金铸锭，在原材料中加入铝板废料和铝钛硼线al-ti5-b0.2，增加铝合金晶粒细化强度、提高6063材质铝合金铸锭内部组织的晶粒度，并通过调整精炼温度、铸造温度、冷却水流量等参数，提高铝液中形核率，增加铝液内的形核质点，使其在结晶时形成足够的晶核，减少铸锭边缘粗大晶粒和羽毛状晶的缺陷，减少报废率，降低生产成本。附图说明图1为现有技术中6063材质铝合金铸锭在经过热处理后进行低倍组织试验的试片图；图2为现有技术中6063材质铝合金铸锭在经过热处理后进行低倍组织试验的试片图；图3为采用本发明生产工艺得到的铸锭进行低倍组织试验的试片图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。本发明的铝合金铸锭的生产工艺包括如下步骤：步骤1、原料熔炼：将铝锭和铝板废料放入熔炼炉内熔炼，铝板废料优选6系挤压铝板，其中铝锭和铝板废料的质量比为a，原料熔炼温度为680℃-730℃。步骤2、上炉炉内一次精炼、扒渣：控制熔炼温度为720℃-740℃，达到规定温度后，采用常规精炼剂+氩气精炼，精炼剂用量为0.6-1.0kg/吨铝液，例如0.8kg/吨铝液，氩气压力为0.15-0.20mpa，氩气纯度超过90％，例如99.99％，精炼持续时间为20-30min，例如25min，精炼路线为“n”或“z”字型。精炼完成后，使用渣扒以轻和快的动作将渣扒入炉门口的铝渣斗内。步骤3、转至下炉精炼、扒渣；步骤4、第1次搅拌、精炼、扒渣、取样：控制熔炼温度为b，达到规定温度后，对铝液进行搅拌，例如用电磁搅拌机对铝液进行搅拌，搅拌时间为10-20min，例如15min，同时进行第一次精炼(常规精炼剂+氩气)，精炼剂用量为0.2-0.6kg/吨铝液，例如0.4kg/吨铝液，氩气压力为0.15-0.20mpa，氩气纯度超过90％，例如99.99％，精炼时间为25-50min，例如40min，精炼路线为“n”或“z”字型。精炼完成后，使用渣扒以轻和快的动作将渣扒入炉门口的铝渣斗内，炉内不允许有浮渣。炉内取样后进行光谱仪化学成分分析，取样位置为炉内左中、正中、右中，且在铝液的中部。步骤5、第1次调整成分：根据客户给出的如表1所示的6系铝合金元素含量范围，计算需要添加的中间合金重量。表1sifecumnmgzncrti其他al0.22-0.27＜0.12＜0.01＜0.010.47-0.54＜0.01＜0.010.008-0.015＜0.15余量si元素添加使用硅锭(si元素质量百分数为10％-14％)，mg元素添加使用镁锭(mg元素质量百分数≥90％，更优选地≥99.99％)。添加硅锭或镁锭前，确保铝液温度为735℃-740℃。添加硅锭或镁锭后，保持铝液静置20min，以便合金快速扩散均匀。步骤6、第n次搅拌、精炼、扒渣、取样、成分调整：重复步骤5和步骤6，直至光谱仪化学成分分析结果达到目标值。步骤7、静置：超过60分钟。步骤8、除气箱除气除渣：采用双转子在线除气系统进行在线除气除渣，净化铝液。除气气体为纯度为99.99％、压力为0.2-0.4mpa的氩气，在线转子流量为50-60l/min，转子转速为360-400r/min，除气后氢含量控制在0.12ml/100g铝以下。除渣是采用陶瓷过滤板+管式过滤系统进行除渣，过滤前进行预热处理。陶瓷过滤板的孔密度为30-50ppi，例如40ppi，过滤系统的气氛温度控制在750℃-850℃，例如800℃，过滤时控制铝液温度在710℃-720℃，例如715℃，以保证铝液的流动性。步骤9、铸造成铝棒：9.1、烘烤热顶模模盘：热顶模模盘直径例如为对模盘进行烘烤预热，温度控制在50℃-100℃；9.2、热顶结晶器做模准备：清理结晶器吹水口，流槽、过滤箱、模盘等部位喷上氮化硼浆液涂料，滑石粉膏填补石墨环，涂抹完滑石粉膏后，将油用毛刷涂于滑石粉膏上；9.3、模盘处理：清理完模盘后，喷上氮化硼浆液涂料，并用吸尘器将模盘表面尘土吸附干净，待用；9.4、将静置处理后的铝液熔体转入除气箱和过滤箱，启动在线除气/在线过滤系统；9.5、将除气和过滤除渣后的纯净铝液流转到模盘内，经过热顶工艺铸造成直径例如为的6系铝合金圆铸锭；9.6、炉内铸造温度为c，模盘盘头温度为690℃-710℃，模盘盘尾温度为680℃-710℃，铸造速度为175-185mm/min；冷却水流量为d，入口水温为20℃-25℃，出口水温为30℃-40℃，冷却水水压为5-10mpa；铸造过程中在线添加晶粒细化剂铝钛硼线al-ti5-b0.2，添加量为e。步骤10、高温均匀化退火：采用炉气控温方式退火，装炉时的炉温不超过100℃，1.5小时内将炉温升温至480℃、空气保温2h，再升温至560℃、空气保温9h-11h，然后出炉、进入冷却炉冷却，冷却速度≥250℃/h，冷却方式为强风冷+水雾冷。步骤11、锯切铝棒的头尾：将铝棒的头部和尾部易产生缺陷的部位切除，头部切除500mm，尾部切除200mm，切除端面切斜度≤3mm，弯曲度≤2mm/m。上述的部分工艺参数请见下表2。表2在表2中，对比例为现有的6063材质铝合金铸锭的生产工艺，现有的生产工艺得到的铝棒会出现如图1和图2所示的铸锭边缘粗大晶粒和羽毛状晶的缺陷，晶粒度和疏松度都较高，均为2级。本发明的实施例1～3中，在原材料中加入铝板废料和铝钛硼线al-ti5-b0.2，增加铝合金晶粒细化强度、提高6063材质铝合金铸锭内部组织的晶粒度，并通过调整精炼温度、铸造温度、冷却水流量等参数，提高铝液中形核率，增加铝液内的形核质点，使其在结晶时形成足够的晶核，本发明的生产工艺得到的铝棒减少铸锭边缘粗大晶粒和羽毛状晶的缺陷(如图3所示)，晶粒度和疏松度都较低，均为1级。通过本发明的生产工艺得到的铝合金铸锭的化学成分及其质量百分比请见表3所示。表3sifecumnmgzncrti其他al0.25-0.270.1-0.12＜0.01＜0.010.52-0.54＜0.01＜0.010.015＜0.15余量本发明的铝合金铸锭可以应用在例如感光鼓材料中。应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12