一种均匀型中间合金铸条的生产工艺的制作方法

本发明涉及中间合金制造领域，特别是涉及一种均匀型中间合金铸条的生产工艺。

背景技术：

在现代高端制造业中，铝合金凭借其优异的性能被广泛应用于汽车制造、航空航天、军工武器等，而中间合金作为铝合金生产的原材料，是造就铝合金各种优异性能的关键。中间合金通过对铝合金进行元素添加、晶粒细化、晶粒变质、去氧脱硫和溶液净化等作用，可以使铝合金具备高导电性、耐热、耐腐蚀、高强度及其他较强的综合力学性能。其中，中间合金铸条由于具有均匀性高、添加量准确等优点逐渐成为高端中间合金的一种发展方向。但是由于ti、b、zr等元素在铝溶液中以高密度中间化合物存在，极易发生成分偏析现象，而现有方法不能满足此类中间合金铸条的生产和质量要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种均匀型中间合金铸条的生产工艺，以解决上述现有技术存在的问题，显著改善产品中元素偏析的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种均匀型中间合金铸条的生产工艺，具体步骤如下：

步骤1：将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至700-900℃，并通过除气机进行除气精炼，除气时间10-15min，除气完毕后进行清渣处理。

步骤2：调整熔液温度至700-1100℃，通过自动加料设备精确控制第二种金属原材料的加料速度，所述第二种金属原材料分为金属单质、合金类和氟盐类；将加料时间设定为5-30min，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为200-400v。加料速度对显微组织有一定影响，尤其对于氟盐类原材料，加料速度与显微组织中盐类夹渣尺寸和数量直接相关，直接影响中间合金产品的纯净度。

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至800-1200℃，进行合金化的时间设定为20-100分钟，合金化期间所述电磁搅拌装置的电压调整为200v。合金化温度与溶液流动性紧密相关，良好的流动性便于除气精炼过程中渣、气的去除；同时避免了第二相粒子在炉内的不均匀分布，可有效减少偏析程度。

步骤4：合金化完毕后，调整溶液温度至700-1200℃，根据所述第二种金属原材料的不同进行相应操作；当原材料为金属单质时进行除气精炼操作，当原材料为氟盐类时进行除气精炼操作和排盐操作，操作完毕后将表面浮渣清理干净。

步骤5：调整溶液温度至700-1000℃，将溶液浇铸到溜槽中，浇铸方法包括底部放水浇铸和倾翻浇铸；通过溜槽底部的电磁加热系统将溶液温度控制在750-800℃，铸机转速为2-5r/min，铸机冷却水流量控制在30-70m³/h，使铸条快速凝固。合适的浇铸温度凝固可有效地抑制溶液显微组织中粒子尺寸的增大，同时在浇铸过程中配合一定的冷却水流量制造的冷却强度，保证显微组织第二相粒子均匀弥散地析出。

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为铸条。

优选的，步骤1所述铝锭中铝的重量百分比为al≥99.7wt.％。

优选的，步骤2所述第二种金属在中间合金中的质量百分含量为3-20％。

优选的，步骤2所述第二种金属为钛时，添加原材料为金属钛、钛合金或氟钛酸钾；所述第二种金属为锆时，添加原材料为金属锆或氟锆酸钾；所述第二种金属为硼时，添加原材料为氟硼酸钾。

优选的，所述金属钛或钛合金的粒径为2-5mm；所述金属锆的粒径为5-50mm；所述氟盐中的80％以上的粒径为80-100目。根据材料组织遗传特性，原材料粒度对中间合金显微组织中粒子尺寸及聚集状况具有关键影响。

优选的，浇铸过程中合金液易发生重力偏析的合金种类选择底部放水浇铸，例如，alti中间合金、alzr中间合金；浇铸过程中合金液偏析较小的合金种类选择倾翻浇铸，例如，alb中间合金。

本发明公开了以下技术效果：

1、本发明通过电炉熔炼、铸条快速凝固和在线铸条切断工序结合，简化了生产流程，提高了生产效率，并可以连续生产不同长度的中间合金铸条。

2、本发明通过两次除气精炼提高了中间合金铸条的纯净度。

3、本发明通过控制合金化温度、不同熔炼阶段的电磁搅拌电压、两种可选择的浇铸方式、铸条凝固速度，提高了中间合金中第二相粒子的分布均匀性，减少了成分偏析，大大提高了中间合金铸条的产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明工艺流程图；

图2为实施例1产品显微组织图(alti10)；

图3为实施例1产品中ti成分分布图(alti10)；

图4为对比例1产品显微组织图(alti10)；

图5为对比例1产品中ti成分分布图(alti10)；

图6为实施例2产品显微组织图(alzr10)；

图7为对比例2产品显微组织图(alzr10)；

图8为实施例3产品显微组织图(alb5)；

图9为对比例3产品显微组织图(alb5)；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参见图1-5，本实施例提供一种均匀型alti10中间合金铸条的生产工艺，具体步骤如下：

步骤1：根据alti10中间合金的配料要求分别称取600kg铝锭和70kg金属钛，铝锭中铝的重量百分比为al≥99.7wt.％，添加物原材料中金属钛的含量大于99.0％，金属钛颗粒的粒径为2mm。将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至730℃，并通过除气机进行除气精炼，除气精炼时间为10min，除气完毕后进行清渣处理。

步骤2：通过自动加料设备精确控制金属钛颗粒的加料速度，加料时间设定为20min，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为300v。

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至900-1000℃，进行合金化的时间设定为20分钟，合金化期间电磁搅拌装置的电压调整为200v。

步骤4：合金化完毕后，调整溶液温度至800-900℃，进行除气精炼操作，操作完毕后将表面浮渣清理干净。

步骤5：调整溶液温度至700-800℃，将溶液通过底部放水浇铸到溜槽中，溜槽底部的电磁加热系统将溶液温度控制在750℃；铸机转速为2r/min，铸机冷却水流量控制在50m³/h，使铸条快速凝固。

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

实施例1生产的alti10中间合金，对其进行金相组织检测得到显微组织图如图2，对其进行取样点ti含量检测得到ti成分分布图如图3，通过图2和图3可以看出ti在中间合金中分布均匀，成分偏析情况微弱。

对比例1：

本对比例1为商购的市售产品alti10中间合金，生产工艺如下：

步骤1：将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至700-900℃，并通过除气机进行除气精炼，除气时间10-15min，除气完毕后进行清渣处理；

步骤2：调整熔液温度至700-750℃，将金属钛颗粒加入铝熔体中，加料过程中电磁搅拌电压为0-100v，压入完毕后将电磁搅拌电压调整为300-400v；金属类原材料直接加入，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为200-400v；

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至1000-1300℃，进行合金化的时间设定为20-100分钟，合金化期间所述电磁搅拌装置的电压调整为200v；

步骤4：合金化完毕后，进行打渣操作；

步骤5：调整溶液温度至700-1000℃，将电炉倾翻，使合金液通过溜槽进入铸机，铸机转速为2-5r/min，铸机冷却水流量控制在30-70m³/h，使铸条快速凝固；

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

对其进行金相组织检测得到显微组织图如图4，对其进行取样点ti含量检测得到ti成分分布图如图5，通过图4和图5可以看出，对比例1中ti在alti10中间合金中的分布不均匀，成分偏析情况严重。

实施例2

本实施例提供一种均匀型alzr10中间合金铸条的生产工艺，具体步骤如下：

步骤1：根据alzr10中间合金的配料要求分别称取200kg铝锭和65kg氟锆酸钾颗粒，铝锭中铝的重量百分比为al≥99.7wt.％，添加物原材料中氟锆酸钾的含量大于98％，氟锆酸钾颗粒中80％以上的粒径为80-100目。将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至700℃，并通过除气机进行除气精炼，除气精炼时间10min，除气完毕后进行清渣处理。

步骤2：通过自动加料设备精确控制金属钛颗粒的加料速度，加料时间设定为20min，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为250v。

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至1000-1100℃，进行合金化的时间设定为15分钟，合金化期间电磁搅拌装置的电压调整为200v。

步骤4：合金化完毕后，调整溶液温度至800-900℃，进行除气精炼操作，操作完毕后将表面浮渣清理干净；清渣完毕后倾翻电炉排出表面氟盐副产物，并加入打渣剂进行打渣。

步骤5：调整溶液温度至700-800℃，将溶液通过底部放水浇铸到溜槽中；溜槽底部的电磁加热系统将溶液温度控制在750℃，铸机转速为4r/min，铸机冷却水流量控制在50m³/h，使铸条快速凝固。

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

实施例2生产的alzr10中间合金，对其进行金相组织检测得到显微组织图如图6，通过图6可以看出zr在中间合金中分布均匀，成分偏析情况微弱。

对比例2：

本对比例2为商购的市售产品alzr10中间合金，生产工艺如下：

步骤1：将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至700-900℃，并通过除气机进行除气精炼，除气时间10-15min，除气完毕后进行清渣处理；

步骤2：调整熔液温度至700-750℃，将氟锆酸钾原材料加入铝熔体中，原材料采取人工压入加盐法进行加料，加料过程中电磁搅拌电压为0-100v，压入完毕后将电磁搅拌电压调整为300-400v；金属类原材料直接加入，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为200-400v；

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至1000-1300℃，进行合金化的时间设定为20-100分钟，合金化期间所述电磁搅拌装置的电压调整为200v；

步骤4：合金化完毕后，进行排盐和打渣操作；

步骤5：调整溶液温度至700-1000℃，将电炉倾翻，使合金液通过溜槽进入铸机，铸机转速为2-5r/min，铸机冷却水流量控制在30-70m³/h，使铸条快速凝固；

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

对其进行金相组织检测得到显微组织图如图7，通过图7可以看出，对比例2中zr在alzr10中间合金中的分布不均匀，存在团聚现象，成分偏析情况严重。

实施例3

本实施例提供一种均匀型alb5中间合金铸条的生产工艺，具体步骤如下：

步骤1：根据alb5中间合金的配料要求分别称取200kg铝锭和125kg氟硼酸钾颗粒，铝锭中铝的重量百分比为al≥99.7wt.％，添加物原材料中氟硼酸钾的含量大于98％，氟硼酸钾颗粒中的80％以上的粒径为80-100目。将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至770℃，并通过除气机进行除气精炼，除气精炼时间10min，除气完毕后进行清渣处理。

步骤2：通过自动加料设备精确控制金属钛颗粒的加料速度，加料时间设定为10min，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为300v。

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至900-950℃，进行合金化的时间设定为40分钟，合金化期间电磁搅拌装置的电压调整为200v。

步骤4：合金化完毕后，调整溶液温度至830℃，进行除气精炼操作，操作完毕后将表面浮渣清理干净；清渣完毕后倾翻电炉排出表面氟盐副产物，并加入打渣剂进行打渣。

步骤5：调整溶液温度至700-750℃，将溶液通过倾翻浇铸到溜槽中；溜槽底部的电磁加热系统将溶液温度控制在750℃，铸机转速为4r/min，铸机冷却水流量控制在50m³/h，使铸条快速凝固。

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

实施例3生产的alb5中间合金，对其进行金相组织检测得到显微组织图如图8，通过图8可以看出b在中间合金中分布均匀，成分偏析情况微弱。

对比例3：

本对比例3为商购的市售产品alb5中间合金，生产工艺如下：

步骤1：将铝锭投入熔炼设备熔化，调整铝液温度至700-900℃，并通过除气机进行除气精炼，除气时间10-15min，除气完毕后进行清渣处理；

步骤2：调整熔液温度至700-750℃，将氟硼酸钾颗粒原材料加入铝熔体中，采取人工压入加盐法进行加料，加料过程中电磁搅拌电压为0-100v，压入完毕后将电磁搅拌电压调整为300-400v；金属类原材料直接加入，加料过程中电磁搅拌装置的电压设定为200-400v；

步骤3：加料完毕后，调整溶液温度至1000-1300℃，进行合金化的时间设定为20-100分钟，合金化期间所述电磁搅拌装置的电压调整为200v；

步骤4：合金化完毕后，进行排盐和打渣操作；

步骤5：调整溶液温度至700-1000℃，将电炉倾翻，使合金液通过溜槽进入铸机，铸机转速为2-5r/min，铸机冷却水流量控制在30-70m³/h，使铸条快速凝固；

步骤6：通过铸条自动切断设备将铸机产出的铸条在线切断为所需长度的铸条。

对其进行金相组织检测得到显微组织图如图9，通过图9可以看出，对比例3中b在alb5中间合金中的分布不均匀，存在团聚现象，成分偏析情况严重。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。