铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法与流程

1.本发明涉及铝合金的成形技术、提高铝合金构件焊接强度和可靠性的技术领域，具体涉及一种铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法。


背景技术：

2.铝合金熔化焊时，由于合金中某些合金元素的存在而导致少量低熔点共晶体形成，极易使焊缝产生结晶裂纹，严重降低合金焊接性。抑制结晶裂纹产生的一个有效方法是对焊缝凝固组织进行充分细化。
3.对易产生焊缝结晶裂纹的铝合金，焊接时当焊接熔池中存在一定量的ti元素或zr元素，或同时存在一定量的ti、zr元素，可以显著细化焊缝的凝固组织，有效抑制结晶裂纹的产生。由于ti、zr元素在铝合金中容易产生偏析损害合金性能，现有的需要焊接成形的铝合金中通常不添加ti、zr元素或将ti、zr元素含量限定在0.20wt%以下。所以，铝合金焊接熔池中的ti、zr元素主要来自铝合金焊丝。由于熔化焊时熔合比的存在，为达到细化焊缝的凝固组织，抑制结晶裂纹的产生，要求铝合金焊丝具有超过ti、zr元素在铝合金中极限固溶度的含量，而这给铝合金焊丝的制造来了的困难。专利cn106191491b公开了一种防止zl208铝合金及其铸件产生偏析的方法，通过添加纯铝、铝铜中间合金、铝镍中间合金、铝锰中间合金、铝钴中间合金、铝钛中间合金以及铝锆中间合金，进而消除zl208合金及其铸件生产过程中出现的ti、zr化学成分偏析。专利cn111961899a公开了一种使用al-zr中间合金除去镁合金中杂质铁的方法，通过添加al-zr中间合金及控制过滤网孔隙进而除铁。
4.对于铝合金焊丝，一种典型而经济的制造方法是首先熔铸成化学成分符合要求的圆形铸锭，其次是将铸锭通过挤压和拉拔制成尺寸和表面质量符合要求的焊丝。熔铸成各处合金元素含量符合含量范围要求的铸锭是制造合格焊丝的先决条件。


技术实现要素：

5.本发明提出一种铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法，目的在于消除铝合金焊丝锭中的钛（ti）、锆（zr）元素偏析，使之各处含量符合含量范围要求，以提高焊丝的成品率。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法，提高熔配好的铝合金熔体浇铸温度，使浇铸过滤装置的预热温度不低于铝合金熔体的浇铸温度。
7.本发明公开了一种铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法，步骤如下：（1）将熔配好的铝合金熔体加热至浇铸温度；（2）将浇铸过滤装置和陶瓷过滤片预热；（3）将步骤（1）达到浇铸温度的铝合金熔体使用氩气进行除气和精炼，通过步骤（2）的过滤装置浇入焊丝锭铸模中，铸成铝合金焊丝锭。
8.进一步的，所述步骤（1）中浇铸温度为790~900℃。
9.进一步的，所述步骤（2）中预热温度为800~900℃。
10.进一步的，预热温度不低于浇铸温度。
11.进一步的，所述步骤（2）中陶瓷过滤片的孔隙率为15～50ppi，陶瓷过滤片的材质为sic或al2o3。
12.进一步的，所述步骤（3）中氩气除气和精炼时间为1～3min。
13.进一步的，所述步骤（3）中焊丝锭铸模为金属制永久模或石墨模。
14.进一步的，所述步骤（3）中浇铸时间不超过2min。
15.进一步的，所述铝合金焊丝锭中ti元素含量为0.28～0.50wt%或zr元素含量为0.28～0.50wt%，或ti、zr元素含量均为0.28～0.50wt%。
16.本发明的有益效果如下：（1）本发明公开的铝合金焊丝锭熔铸消除ti、zr元素偏析的方法适用于ti、zr元素含量要求超过0.28wt%的铝合金焊丝锭的熔铸制造，其铸锭中各处ti、zr元素含量均可到达0.28～0.50wt%的范围内。铝合金的常规熔铸温度在680~780℃，在此温度范围内，当ti元素或zr元素含量超过0.25wt%，或ti、zr元素均超过0.25wt%的铝合金熔体中，由于部分ti、zr元素将形成密度大于铝熔体密度的al3ti相、al3zr相或al3(ti,zr)相，不可避免地在铝合金熔体中形成偏析。随着熔体的温度升高，熔体中al3ti相、al3zr相或al3(ti,zr)相含量和尺寸减小直至完全溶解。在本发明中，铝合金焊丝锭中ti、zr元素虽然仍以粗大的针状al3ti相、al3zr相或树枝状al3(ti,zr)相形式存在，见附图1、附图2及附图3，但在790~900℃的铝合金熔体中，这些al3ti相、al3zr相或al3(ti,zr)相尚未形成，或以可以通过过滤网的微米或亚微米级的颗粒存在。
17.（2）在本发明中，一方面，为了为避免铝合金熔体中各种合金元素的偏析，浇铸前需向熔体中通入氩气对熔体进行扰动同时完成除气和精炼，然后迅速浇铸，因熔体扰动使悬浮于铝合金熔体中的一些夹杂不能通过熔体静置使其上浮或下沉而除去，必须通过过滤网除去。另一方面，由于浇铸温度越高，al3ti相、al3zr相及al3(ti,zr)尺寸越小，因此，对于ti、zr元素含量在0.28～0.50wt%的铝合金焊丝锭，提高浇铸温度，使al3ti相、al3zr相或al3(ti,zr)相全部溶解或形成细小颗粒可以顺利通过过滤网，而悬浮于铝合金熔体中的各种夹杂被过滤网所阻挡。
18.（3）同时，在本发明中，通过控制过滤装置连同过滤网的预热温度到不低于浇铸温度，以避免铝合金熔体通过过滤网时温度降低，导致al3ti相、al3zr相或al3(ti,zr)相尺寸增大而被过滤网阻挡，造成铸锭中ti、zr元素含量不足或偏析。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明铝合金焊丝锭中存在于合金中的al3ti相的扫描电子显微镜照片。
21.图2为本发明铝合金焊丝锭中存在于合金中的al3zr相的扫描电子显微镜照片。
22.图3为本发明铝合金焊丝锭中存在于合金中的al3(ti,zr)相的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例，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付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。
24.实施例1al99.70重熔用铝锭1.9kg，使用al-5ti中间合金在电阻坩埚炉中熔配al-ti(0.28～0.50wt%)合金锭。
25.al-ti(0.28～0.50wt%)合金熔配完成后加热至790℃，通入氩气进行除气和精炼，除气和精炼时间为1min，然后迅速将合金熔体通过预热800℃、15ppi的sic过滤片，浇入钢模中，铸成φ50
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300mm铝合金焊丝锭。
26.化学成分分析，本实施例的铝合金焊丝锭下端ti元素含量为0.36wt%，上端ti元素含量为0.39wt%，铝合金焊丝锭中部ti元素含量为0.38wt%，即本实施例中铝合金焊丝锭各处ti元素含量均在0.28～0.50wt%范围内。
27.实施例2al99.70重熔用铝锭1.7kg，使用al-5zr中间合金在中频感应炉中熔配al-zr(0.28～0.50wt%)合金锭。
28.al-zr(0.28～0.50wt%)合金熔配完成后加热至900℃，通入氩气进行除气和精炼，除气和精炼时间为1min，然后迅速将合金熔体通过预热900℃、50ppi的al2o3过滤片，浇入钢模中，铸成φ50
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300mm铝合金焊丝锭。
29.化学成分分析，本实施例中铝合金焊丝锭下端zr元素含量为0.37wt%，上端zr元素含量为0.40wt%，铝合金焊丝锭中部zr元素含量为0.37wt%，即本实施例中铝合金焊丝锭各处zr元素含量在0.28～0.50wt%范围内。
30.实施例3al99.70重熔用铝锭1.8kg，使用al-5ti中间合金、al-5zr中间合金在电阻坩埚炉中熔配al-ti(0.28～0.50wt%)-zr(0.28～0.50wt%)合金锭。
31.al-ti(0.28～0.50wt%)-zr(0.28～0.50wt%)合金熔配完成后加热至850℃，通入氩气进行除气和精炼，除气和精炼时间为2min，然后迅速将合金熔体通过预热900℃、20ppi的sic过滤片，浇入钢模中，铸成φ50
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300mm铝合金焊丝锭。
32.化学成分分析，本实施例中铝合金焊丝锭下端ti、zr元素含量为ti：0.35wt%、zr：0.34wt%，上端ti、zr元素含量为ti：0.39wt%、zr：0.38wt%，铝合金焊丝锭中部ti、zr元素含量为ti：0.38wt%、zr：0.37wt%，即本实施例中铝合金焊丝锭各处ti、zr元素含量均在0.28～0.50wt%范围内。
33.实施例4al99.70重熔用铝锭5.3kg，使用纯cu、k2tif6、k2zrf6在电阻坩埚炉中熔配al-ti(0.28～0.50wt%)-zr(0.28～0.50wt%)-cu(5.8～6.8wt%)合金锭。
34.合金熔配完成后加热至850℃，通入氩气进行除气和精炼，除气和精炼时间为3min，然后迅速将合金熔体通过预热850℃、15ppi的sic过滤片，浇入石墨模中，铸成φ90
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300mm铝合金焊丝锭。
35.化学成分分析，本实施例中铝合金焊丝锭下端ti、zr元素含量为ti：0.36wt%、zr：0.37wt%，上端ti、zr元素含量为ti：0.39wt%、zr：0.38wt%，即本实施例中铝合金焊丝锭ti、zr元素含量均在0.28～0.50wt%范围内。
36.以上对本发明所提供的铝合金焊丝锭熔铸消除钛、锆元素偏析的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体的个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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。