[發明專利]航天大型厚鑄件用鋁合金材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610652686.1
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106048335B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 霍會娟;郭強;劉文龍;劉忠;龐會霞
• 申請（專利權）人: 天津立中合金集團有限公司
• 主分類號: C22C21/04
• 分類號: C22C21/04;C22C1/03;C22C1/06
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司12209
• 代理人: 陳娟

技術領域

本發明屬于鋁合金制造領域，涉及航天大型厚鑄件用鋁合金材料，尤其是一種航天大型厚鑄件用鋁合金材料及其制備方法。

背景技術

我國航天產品以蒙皮桁條鉚接結構成型工藝為主，鋁合金材料以強度和韌性較好的變形鋁合金為主，但隨著國內外航天產品的形狀日益趨向大型化、整體化、結構與功能一體化發展，國外越來越多的采用鑄造成型工藝，主要因為鑄造具有低成本、綜合性能優及可靠性強，制造周期短等優勢。

例如航天用底座，屬于大型厚壁件(厚度0.2m，長度10m)，需要合金兼具良好的流動性和高的力學性能。目前，航天領域主要采用選用ZL114A，因其含有較高的Si含量，液態金屬具有較好的流動性，可以成型大型厚鑄件，由于微量Mg元素的加入，可通過形成Mg2Si析出相來進行時效強化處理，因而具有較高的強度、且延展性較好。航天產品為了保證高的力學性能，使用的ZL114A鋁合金材料一般采用精鋁(Al≥99.85％)在真空試驗爐中制備，生產成本高而且無法滿足航天鑄件批量化生產的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種航天厚大鑄件用鑄高強造亞共晶鋁硅合金材料及其制備方法，關鍵技術是界定了對力學性能有影響的微量元素的含量、采用爐后鋁鈦硼絲輔助細化與Sr+RE聯合變質工藝及批量化制備工藝的控制，生產實現了批量化生產，生產成本大幅下降，滿足了航天產品批量化生產。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種航天大型厚鑄件用鋁合金材料，其組分及質量百分含量為：

一種航天大型厚鑄件用鋁合金材料的制備方法，步驟如下：

⑴將Al≥99.70％的重熔用鋁錠、金屬硅放入火焰反射爐中熔化，熔化溫度為780-800℃；

⑵然后再將AlTi10、AlBe3、AlMn10、AlSr10、RE投入反射爐中，攪拌5～8min，升溫至760-780℃；

⑶按總投料的0.1～0.2％稱取ST無鈉精煉劑，以惰性氣體氮氣為載體將ST無鈉精煉劑均勻的噴入鋁合金熔體內，噴粉時間控制在20～30min，靜置5min，將鋁液表面的浮渣撈出；

⑷用鐘罩將金屬鎂壓入鋁合金熔體內部至金屬鎂全部熔化，迅速攪拌4～5min；

⑸調整鋁液溫度為720-740℃，使用除氣耙往反射爐內的鋁合金液中吹入氮氣，去除鋁合金液中的氣體，直至鋁合金液中的含氫量達到0.3cm³/100gAl，停止爐內除氣；

⑹在澆鑄流槽尾端的過濾箱內放置陶瓷過濾板，預熱澆鑄流槽和過濾板至600-700℃；

⑺爐內鋁液靜置10min，調整鋁液溫度至700±5℃，打開爐組放水裝置，開始澆鑄；

⑻澆鑄開始后，啟動喂絲機，鈦硼絲的喂料速度為0.45-0.5m/min，澆鑄流槽的容積為0.8m³，鈦硼絲在澆鑄流槽的鋁合金液中有效合金化時間保證10min-12min；

⑽澆鑄過程，鋁合金液經過在線氮氣除氣和陶瓷過濾板除渣，進入模具內部凝固成錠。

而且，所述的金屬硅為破碎好的1～5cm³的小塊。

而且，所述的陶瓷過濾板為30目的陶瓷過濾板。

而且，所述的澆鑄過程使用在線測氫儀測量鋁液含氫量，含氫量≤0.10cm³/100gAl。

本發明鋁合金材料在QJ3185《航天用鋁合金ZL205A、ZL114A鑄件規范》中ZL114A的基礎上，進行優化：

1)增加Mn/Fe比(1/3-3/4)的控制

2)增加雜質元素P(≤0.0020％)、Ca(Ca≤0.0020％)的控制

3)合金強化細化作用：加入鋁液重量0.5-0.7％的AlTi5B1鈦硼絲

4)增加變質處理：Sr：(0.010％-0.025％)、RE(0.15-0.25％)

本發明的優點和積極效果是：

1、本發明通過加強對雜質元素P、Ca、Mn的控制，采用Sr+Re聯合變質，爐后鈦硼絲強化細化以及爐內和爐后雙重除氣除渣生產工藝，研制出一種航天大型厚鑄件用高純凈、高強韌鋁合金材料，實現了批量化生產，成本低，滿足了航天產品批量化生產需求。

2、本發明降低Ca、P等對力學性能有害元素含量，同時添加了適量的Mn元素來降低Fe元素的有害作用，提高力學性能。