一种低氢含量高强度铸造铝合金及其制备方法与流程

1.本发明涉及金属合金技术领域，尤其涉及一种低氢含量高强度铸造铝合金及其制备方法。


背景技术：

2.铸造铝合金属于轻量化装备领域常用的合金材料，主要通过铸造工艺制造壳体、骨架、箱体和舱体类零件，具有成形性能优良、复杂结构适应性强、焊接性能好以及综合力学性能匹配度佳的特点，广泛应用于海、陆、空、天、火、电等领域的重要承力关键构件制造。
3.现有铸造铝合金广泛采用复合氯盐除渣除气法、氩气喷吹法、真空法和陶瓷过滤法等多种方法的联合运用，进行渣气去除处理。目前国内外成熟的技术手段，均能较好的将铸造铝合金中的含气量降低到一定水平，使得铸件能够通过热处理进行强化，并且使得铝合金铸件的内部质量达到hb963、gb9438等铝合金铸件的最优等级。但是随着铝合金铸件在海陆空天电等领域的深入应用，复杂结构铝合金铸件的连接技术除了常规的铆接、螺栓连接、电阻点焊、氩弧焊接等工艺，逐步升级采用了变形更小、焊接性能损失低和自动化程度更好的真空电子束焊接。目前现有铝合金通过真空电子束进行焊接成形时，焊缝部位的强度损失率在20％左右，并且焊缝处会出现直径在0.2～0.5mm的析出性气孔，焊接质量难以满足未来重要装备发展需求，因此，亟需一种铸造铝合金制备方法，能够具有良好的吸氢效果，制备出的铸造铝合金含气量低，进行真空电子束焊接时，可以避免出现焊接部位强度降幅过大，焊缝气孔过大的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，用以解决现有铝合金铸件进行真空电子束焊接时，焊缝部位强度降幅较大、焊缝气孔过大的问题。
5.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
6.一方面，本发明提供了一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0～7.3％，cu：0.38～0.48％，ce+la：0.2～0.3％，sr：0.05～0.2％，mg：0.45～0.55％，sb：0.1～0.2％，ti：0.05～0.1％，fe：《0.2％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质≤0.3％，单个杂质≤0.08％。
7.另一方面，本发明还提供了一种低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，用于制备上述低氢含量高强度铸造铝合金，所述制备方法包括如下步骤：
8.步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金、al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金作为原材料；
9.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液，转液；
10.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
11.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼、保温、冷却、浇筑，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件，铸件依次进行固溶处理和时效处理，得到铝合金。
12.进一步地，步骤2中，熔炼过程具体为：将纯al锭熔化后依次加入al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金和颗粒精炼剂，静置，然后加入覆盖剂，进行一次熔炼，得到第一熔炼液，转液至真空加压铸造机的下层中频坩埚内。
13.进一步地，所述纯al锭熔化温度为690～710℃，所述al-ti10中间合金在400～450℃下进行预热。
14.进一步地，所述颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.6～0.65％。
15.进一步地，所述覆盖剂为kcl和nacl混合盐，使用前在300～310℃下烘烤，烘烤时间≥2h。
16.进一步地，所述步骤3中，熔炼过程具体为：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入真空加压铸造机的上层中频炉，密封真空罐，抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉进行熔炼，熔炼温度740～750℃，获得第二熔炼液。
17.进一步地，所述步骤4精炼过程为：混合第一熔炼液与第二熔炼液，向混合液中通入高纯度氩气，气压0.02～0.04mpa，流量0.1～0.2m3/h，旋转精炼时间30～35min，精炼温度720～730℃。
18.进一步地，所述步骤4中，保温时间30～40min。
19.进一步地，所述步骤4中，固溶温度为500～540℃，固溶时间为8～12h，时效温度为150～180℃，时效时间为6～12h。
20.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
21.1、本发明制备方法通过添加混合稀土、优化高强度合金元素含量，控制铝合金成分配比；结合多元素变质处理以及分阶段熔炼合金，实现了真空浇注高强度铝合金制备，本发明制备的铝合金在含氢量低的同时，保证了铝合金同时具有较高的强度，与常规方法制备的铝合金相比，在进行真空电子束焊接时，焊缝部位强度降幅小、没有焊缝气孔或气孔较小。
22.2、本发明制备方法通过分阶段熔炼合金，降低了易氧化和易吸氢元素在大气环境下的暴露时间，直接有效控制熔体吸氢，降低了铝合金含气量。
23.3、本发明制备方法通过在第一阶段熔炼过程的除渣处理、混合氯盐覆盖防止吸氢、第二阶段真空处理、稀土除氢和低压氩气除氢喷吹处理，实现分阶段、多维度除氢，有效降低了铝合金含氢量。
24.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
25.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
26.图1为本发明实施例1铝合金进行真空电子束焊接焊缝区域图；
27.图2为本发明对比例2铝合金进行真空电子束焊接焊缝区域图。
具体实施方式
28.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
29.本发明提供了一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0～7.3％，cu：0.38～0.48％，ce+la：0.2～0.3％，sr：0.05～0.2％，mg：0.45～0.55％，sb：0.1～0.2％，ti：0.05～0.1％，fe：《0.2％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质≤0.3％，单个杂质≤0.08％。
30.对本发明中低氢含量高强度铸造铝合金及其制备方法的铸坯合金成分限定理由进行说明，以下仅用％表示组成中的质量百分比：
31.si：提高铸造成型性能，与mg形成强化相mg2si，通过热处理工艺提升材料强度。本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的si含量选择在7.0～7.3％范围内。
32.cu：具有固溶强化效果，通过时效处理可析出cual2，时效强化效果明显；cu在al中的溶解度在5.6％，cu含量过高，则过剩的cu原子会与合金中的fe原子结合形成粗大的al7cu2fe析出相，该相属于脆性相，会使合金的断裂韧性大幅度下降，在固溶时还易造成过烧，降低合金的力学性能和抗腐蚀性能；cu含量过低，强化效果不足，合金性能不高，本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的cu含量选择在0.38～0.48％范围内。
33.ce+la：使铝合金的凝固过程增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，球化异质相；降低铝合金熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成型，但是熔炼过程中易于氧化烧损；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的ce+la含量选择在0.2～0.3％范围内。
34.sr：含硅铝合金长效变质剂，能减小初晶硅粒子尺寸，明显提高强度指标和断后伸长率，但经过sr变质的铝合金吸气倾向大，铝铸件针孔缺陷多，缺陷出现概率变大；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的sr含量选择在0.05～0.2％范围内。
35.mg：与硅元素形成强化相，可提高强度和屈服极限，提高了合金的切削加工性，但是在熔炼过程易于氧化烧损；mg含量过高，会有未溶相形成，mg含量过低，强化效果不足，合金性能不高；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的mg含量选择在0.45～0.55％范围内。
36.sb：锑可对al-si铸造铝合金进行非典型变质处理，良好的变质长效性，提升铸件力学性能，还可以抑制铝合金吸气，减小产生针孔的倾向；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的sb含量选择在0.1～0.2％％范围内。
37.ti：钛与铝形成tial2相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织和焊缝组织的作用；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的ti含量选择在0.05～0.1％范围内。
38.fe：在alsi系合金中形成针状β-alsife相，对基体形成严重的割裂效应，显著降低
合金综合力学性能，因此要严格控制其含量；本发明提供的低氢含量高强度铸造铝合金的fe含量《0.2％。
39.本发明还提供了一种低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，用于制备上述铝合金，包括如下步骤：
40.步骤1：根据铝合金中各元素质量百分比，称重选取纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金、al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金作为原材料；
41.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
42.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
43.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件，铸件依次进行固溶处理和时效处理，得到铝合金。
44.具体的，步骤2中，将纯al锭熔化后依次加入al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金和颗粒精炼剂，静置，然后加入覆盖剂，进行一次熔炼，得到第一熔炼液。
45.需要说明的是，纯al锭熔化温度为690～710℃，将al-ti10中间合金在400～450℃下进行预热，提高ti元素的收得率；加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.6～0.65％，精炼剂主要是用于清除铝液内部的氢和浮游的氧化夹渣，使铝液更纯净，并兼有清渣剂的作用，现有铸造工艺精炼剂的用量一般为铝液重量的0.3％，本发明的精炼剂用量远大于0.3％，这是因为精炼剂主要是除渣和除气，但是对于含有表面活性元素(sr、re)或者易氧化元素mg时，大量精炼剂会使其烧损严重，本发明分阶段对合金进行熔炼，步骤2熔炼纯铝锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金得到第一熔炼液的过程中，没有易氧化元素，可以适当提高精炼剂比例，达到更好的初步除渣除气效果。之后将熔炼液在695～700℃下静置30～40min进行除渣净化。然后使用在300～310℃烘烤2h以上的kcl和nacl混合盐作为覆盖剂，kcl和nacl按照质量比1:1混合而成，将覆盖剂覆盖于第一熔炼液表面，用量为第一熔炼液重量的0.2～0.25％，待覆盖剂熔化后，升温至730～740℃保温2～2.5h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700～720℃。真空加压铸造机包括上层中频炉、下层中频炉、石墨塞杆、石墨精炼杆、真空罐、铸型。
46.需要说明的是，本发明采用氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，以液体的方式覆盖于第一熔炼液表面，覆盖范围大，只起到隔绝熔体和空气的作用，没有精炼除气效果，该混合盐分散度强，在第一熔炼液表面形成一层致密稀薄的熔盐层，熔盐层体积与第一熔炼液差距明显，既起到了隔绝效果，又由于与第一熔炼液的密度差和互斥性，不至于污染第一熔炼液。
47.具体的，步骤3中，将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在720～750℃，预热炉体；当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至740～750℃，获得第二熔炼液。
48.启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，第一熔炼液和第二熔炼液混合，混合液在下层中频炉中，于720～730℃下保温10～20min。
49.具体的，步骤4中，此时，第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.02-0.04mpa，流量0.1-0.2m3/h，旋转精炼30-35min，精炼温度720～730℃，精炼完成，继续在720～730℃保温30-40min，炉冷，待温度降低至705～710℃时，倾转浇注，得到铸件。
50.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为500～540℃，固溶时间为8～12h，时效温度为150～180℃，时效时间为6～12h，得到所述低氢含量高强度铝合金。
51.通过本发明方法制备的铸造铝合金，含气量为0.056-0.062ml/100gal，砂型试块热处理后抗拉强度：365-375mpa，断后伸长率6-8.5％；石膏型试块热处理后抗拉强度：345-358mpa，断后伸长率4.5-5.5％。将本发明的铸造铝合金进行真空电子束焊接，与常规熔炼方法相比，焊缝区域无气孔或气孔很小。
52.下面将以具体的实施例来展示本发明元素化学成分、含量和制备工艺参数精确控制的优势。
53.实施例1
54.本实施例为砂型铸件。
55.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0％，cu：0.38％，ce+la：0.2％，sr：0.05％，mg：0.45％，sb：0.2％，ti：0.1％，fe：0.1％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.12％，单个杂质0.04％。
56.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
57.步骤1：根据铝合金中各元素质量百分比，称重选取纯al锭104.48kg、al-cu50中间合金1.52kg、al-ti 10中间合金2kg、al-si20中间合金70kg、al-sb 5中间合金8kg、al-mg10中间合金9kg、al-sr10中间合金1kg、al-(ce+la)10中间合金4kg作为原材料；
58.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
59.其中，将纯al锭在710℃熔化，将al-ti10中间合金进行预热，预热温度400℃；
60.加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.6％，静置温度695℃，静置时间30min。
61.使用在300℃烘烤2h以上的氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，覆盖第一熔炼液表面，所述混合盐用量为第一熔炼液重量的0.2％，待混合盐熔化后，升温至730℃保温2h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700℃。
62.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
63.将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，对下层中频炉抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在720℃，当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至740℃，获得第二熔炼液。启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，在720℃保温10min，断电。
64.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件。
65.第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.04mpa，流量0.1m3/h，旋转精炼30min，精炼温度720℃，保温温度720℃，保温时间30min，待温度降低705℃倾转浇注，得到铸件。
66.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为500℃，固溶时间为12h，时效温度为180℃，时效时间为8h。得到所述低氢含量高强度铝合金。
67.实施例2
68.本实施例为砂型铸件。
69.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.16％，cu：0.42％，ce+la：0.27％，sr：0.11％，mg：0.51％，sb：0.12％，ti：0.07％，fe：0.10％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.16％，单个杂质0.05％。
70.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
71.步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭205.44kg、al-cu50中间合金3.36kg、al-ti10中间合金2.8kg、al-si20中间合金143.2kg、al-sb5中间合金9.6kg、al-mg10中间合金20.4kg、al-sr10中间合金4.4kg、al-(ce+la)10中间合金10.8kg作为原材料；
72.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
73.将纯al锭在710℃熔化，将al-ti10中间合金进行预热，预热温度400℃，加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.62％，静置温度700℃，静置时间40min。
74.使用在300℃烘烤2h以上的氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，覆盖第一熔炼液表面，所述混合盐用量为第一熔炼液重量的0.25％，待混合盐熔化后，升温至740℃保温2.5h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700℃。
75.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
76.将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，对下层中频炉抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在736℃，当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至750℃，获得第二熔炼液。启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，在730℃保温20min，断电。
77.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件。
78.第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.032mpa，流量0.14m3/h，旋转精炼35min，精炼温度725℃、保温温度725℃，保温时间34min，待温度降低706℃倾转浇注，得到铸件。
79.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为530℃，固溶时间为10h，
时效温度为150℃，时效时间为12h，得到所述低氢含量高强度铝合金。
80.实施例3
81.本实施例为砂型铸件。
82.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0％，cu：0.38％，ce+la：0.2％，sr：0.05％，mg：0.45％，sb：0.2％，ti：0.1％，fe：0.1％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.12％，单个杂质0.04％。
83.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
84.步骤1：根据铝合金中各元素质量百分比，称重选取纯al锭104.48kg、al-cu50中间合金1.52kg、al-ti 10中间合金2kg、al-si20中间合金70kg、al-sb 5中间合金8kg、al-mg10中间合金9kg、al-sr10中间合金1kg、al-(ce+la)10中间合金4kg作为原材料；
85.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
86.将纯al锭在710℃熔化，将al-ti10中间合金进行预热，预热温度400℃，加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.62％，静置温度700℃，静置时间40min。
87.使用在300℃烘烤2h以上的氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，覆盖第一熔炼液表面，所述混合盐用量为第一熔炼液重量的0.25％，待混合盐熔化后，升温至740℃保温2.5h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700℃。
88.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
89.将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，对下层中频炉抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在736℃，当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至750℃，获得第二熔炼液。启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，在730℃保温20min，断电。
90.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件。
91.第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.032mpa，流量0.14m3/h，旋转精炼35min，精炼温度725℃、保温温度725℃，保温时间34min，待温度降低706℃倾转浇注，得到铸件。
92.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为530℃，固溶时间为10h，时效温度为150℃，时效时间为12h，得到所述低氢含量高强度铝合金。
93.实施例4
94.本实施例为石膏型铸件。
95.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.3％，cu：0.48％，ce+la：0.3％，sr：0.2％，mg：0.55％，sb：0.1％，ti：0.05％，fe：0.2％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.18％，单个杂质0.08％。
96.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
97.步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭24.77kg、al-cu50中间合金0.48kg、al-ti10中间合金0.25kg、al-si20中间合金18.25kg、al-sb5中间合金1kg、al-mg10中间合金2.75kg、al-sr10中间合金1kg、al-(ce+la)10中间合金1.5kg作为原材料；
98.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
99.将纯铝锭在710℃熔化，将al-ti10中间合金进行预热，预热温度400℃；加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.65％，静置温度698℃，静置时间30min。
100.使用在300℃烘烤2h以上的氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，覆盖第一熔炼液表面，所述混合盐用量为第一熔炼液重量的0.22％，待混合盐熔化后，升温至736℃保温2.1h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700℃。
101.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
102.将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，对下层中频炉抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在750℃，当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至746℃，获得第二熔炼液。启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，在725℃保温16min，断电。
103.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件。
104.第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.02mpa，流量0.2m3/h，旋转精炼33min，精炼温度730℃、保温温度730℃，保温时间40min，待温度降低710℃倾转浇注，得到铸件。
105.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为540℃，固溶时间为8h，时效温度为165℃，时效时间为6h，得到所述低氢含量高强度铝合金。
106.对比例1
107.本对比例为砂型铸件。
108.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0％，cu：0.1％，ce+la：0.05％，sr：0.05％，mg：0.45％，sb：0.04％，ti：0.1％，fe：0.1％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.12％，单个杂质0.04％。
109.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
110.步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭为172.5kg、、al-cu50中间合金0.6kg、al-ti10中间合金3kg、al-si20中间合金105kg、al-sb5中间合金2.4kg、al-mg10中间合金13.5kg、al-sr10中间合金1.5kg、al-(ce+la)10中间合金1.5kg作为原材料；
111.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液；
112.将纯铝锭在710℃熔化，将al-ti10中间合金进行预热，预热温度400℃，加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.6％，静置温度695℃，静置时间20min。
113.使用在300℃烘烤2h以上的氯化钾和氯化钠混合盐作为覆盖剂，覆盖第一熔炼液表面，所述混合盐用量为第一熔炼液重量的0.2％，待混合盐熔化后，升温至730℃保温2h后，将第一熔炼液转移至真空加压铸造机内下层中频坩埚内，坩埚转液前预热至700℃。
114.步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；
115.将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入上层中频炉，上层中频炉和下层中频炉的上盖为一体，盖上盖子，密封真空罐，对下层中频炉抽真空，抽真空过程中下层中频炉始终保温在720℃，当抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉，直至将炉料熔化至740℃，获得第二熔炼液。启动上层中频炉底部的石墨塞杆，第二熔炼液全部落入下层中频炉，在720℃保温10min，断电。
116.步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件。
117.第一熔炼液和第二熔炼液已经混合，回转石墨塞杆，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.04mpa，流量0.1m3/h，旋转精炼30min，精炼温度720℃，保温温度720℃，保温时间30min，待温度降低705℃倾转浇注，得到铸件。
118.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为500℃，固溶时间为12h，时效温度为180℃，时效时间为8h，得到所述低氢含量高强度铝合金。
119.对比例2
120.本对比例为砂型铸件。
121.一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.1％，cu：0.4％，ce+la：0.21％，sr：0.08％，mg：0.47％，sb：0.13％，ti：0.07％，fe：0.2％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质0.16％，单个杂质0.05％。
122.本实施例中，低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法为：
123.步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭182.26kg、al-cu50中间合金1.6kg、al-ti10中间合金1.4kg、al-si20中间合金71kg、al-sb5中间合金5.2kg、al-mg10中间合金9.4kg、al-sr10中间合金1.6kg、al-(ce+la)10中间合金4.2kg中间合金作为原材料；
124.步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金、al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金在780℃熔化；
125.加入颗粒精炼剂，颗粒精炼剂的用量为熔炼液重量的0.3％，静置温度710℃，静置时间20min。
126.将熔体转移至真空炉内的下层中频炉中，启动上层中频炉外侧石墨精炼杆，石墨精炼杆沿着上层中频炉外侧的圆环轨道旋转，且通过石墨精炼杆中部向下层中频炉中通入高纯度氩气，气压0.04mpa，流量0.1m3/h，旋转精炼30min，精炼温度720℃，保温温度720℃，保温时间30min，待温度降低705℃倾转浇注，得到铸件。
127.将得到的铸件依次进行固溶处理和时效处理，固溶温度为500℃，固溶时间为12h，时效温度为180℃，时效时间为8h。得到铝合金铸件。
128.实施例1～4和对比例1～2铝合金组分见表1，对比例1中铝合金部分组分含量不符合本发明要求的范围。分别测试实施例1～4和对比例1～2的铸造铝合金的含气量，结果如
表2所示；分别测试实施例1-4和对比例1～2的铸造铝合金的室温下的性能，测试标准参考gb/t 228.1-2010，结果如表3所示；将实施例1～4和对比例1-2的铸造铝合金分别进行真空电子束焊接，焊缝区域气孔情况见表4；将实施例1～4和对比例1～2的铸造铝合金分别进行真空电子束焊接，焊缝区域强度见表5。
129.表1实施例和对比例铝合金组分(wt，％)
130.编号sicuce+lasrmgsbtife总杂质单个杂质实施例17.00.380.20.050.450.20.10.10.120.04实施例27.160.420.270.110.510.120.070.10.160.05实施例37.00.380.20.050.450.20.10.10.120.04实施例47.30.480.30.20.550.10.050.20.180.08对比例17.00.10.050.050.450.040.10.10.120.04对比例27.10.40.210.080.470.130.070.20.160.05
131.表2实施例和对比例铝合金含气量
132.组别含气量(ml/100gal)实施例10.056ml/100gal实施例20.062ml/100gal实施例30.057ml/100gal实施例40.059ml/100gal对比例10.062ml/100gal对比例20.10ml/100gal
133.表3实施例和对比例铝合金室温下的力学性能
134.组别抗拉强度(mpa)屈服强度(mpa)断后伸长率(％)实施例13753008.5实施例23712807实施例33722938.0实施例43652886对比例13532766对比例23322684.5
135.表4实施例和对比例铝合金真空电子束焊接后焊缝区域气孔情况
136.组别有无气孔气孔个数气孔大小(mm)实施例1无//实施例2有10.05实施例3无//实施例4无//对比例1无//对比例2有30.13
137.表5实施例和对比例铝合金真空电子束焊接后焊缝区域强度
[0138][0139]
对比例1中，铝合金部分组分的含量不符合本发明要求的范围，制备工艺参数同实施例1相同，制备得到的铸造铝合金力学性能低于实施例1。对比例2，虽然铝合金的组分含量在本发明所要求的范围内，但制备工艺方法不同于本发明，没有进行分阶段熔炼合金，最终制备的铝合金含气量明显高于本发明实施例，在进行真空电子束焊接后，焊缝区域的气孔数量及气孔大小明显高于本发明实施例；焊缝区域强度低于实施例；相比室温下的铝合金的力学性能，焊缝区域强度降幅大于实施例。
[0140]
通过本发明方法制备的铸造铝合金，含气量为0.056～0.062ml/100gal；力学性能：抗拉强度为365～375mpa，屈服强度288～300mpa，断后伸长率6～8.5％。将本发明的铸造铝合金进行真空电子束焊接，与常规熔炼方法相比，焊缝区域无气孔或气孔很小，焊缝区域强度降幅低。
[0141]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低氢含量高强度铸造铝合金，其特征在于，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：si：7.0～7.3％，cu：0.38～0.48％，ce+la：0.2～0.3％，sr：0.05～0.2％，mg：0.45～0.55％，sb：0.1～0.2％，ti：0.05～0.1％，fe：<0.2％，余量为al和不可避免的杂质，总杂质≤0.3％，单个杂质≤0.08％。2.一种低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，用于制备权利要求1所述低氢含量高强度铸造铝合金，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：步骤1：根据各元素质量百分比称重选取纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金、al-sb5中间合金、al-mg10中间合金al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金作为原材料；步骤2：将纯al锭、al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金进行熔炼，得到第一熔炼液，转液；步骤3：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金进行熔炼，得到第二熔炼液；步骤4：将第一熔炼液和第二熔炼液混合进行精炼、保温、冷却、浇筑，得到铝合金熔炼液，浇注成铸件，铸件依次进行固溶处理和时效处理，得到铝合金。3.根据权利要求2所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，步骤2中，熔炼过程具体为：将纯al锭熔化后依次加入al-cu50中间合金、al-ti10中间合金、al-si20中间合金和颗粒精炼剂，静置，然后加入覆盖剂，进行一次熔炼，得到第一熔炼液，转液至真空加压铸造机的下层中频坩埚内。4.根据权利要求3所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述纯al锭熔化温度为690～710℃，所述al-ti10中间合金在400～450℃下进行预热。5.根据权利要求3所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法。其特征在于，所述颗粒精炼剂的用量为第一熔炼液重量的0.6～0.65％。6.根据权利要求3所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法。其特征在于，所述覆盖剂为kcl和nacl混合盐，使用前在300～310℃下烘烤，烘烤时间≥2h。7.根据权利要求2所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，熔炼过程具体为：将al-sb5中间合金、al-mg10中间合金、al-sr10中间合金、al-(ce+la)10中间合金加入真空加压铸造机的上层中频炉，密封真空罐，抽真空至-0.09mpa～-0.095mpa时，启动上层中频炉进行熔炼，熔炼温度740～750℃，获得第二熔炼液。8.根据权利要求2所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4精炼过程为：混合第一熔炼液与第二熔炼液，向混合液中通入高纯度氩气，气压0.02～0.04mpa，流量0.1～0.2m3/h，旋转精炼时间30～35min，精炼温度720～730℃。9.根据权利要求8所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，保温时间30～40min。10.据权利要求3所述的低氢含量高强度铸造铝合金的制备方法，其特征在于，所述步骤4中，固溶温度为500～540℃，固溶时间为8～12h，时效温度为150～180℃，时效时间为6～12h。

技术总结
本发明涉及一种低氢含量高强度铸造铝合金及其制备方法，属于金属合金技术领域。一种低氢含量高强度铸造铝合金，铝合金的化学成分按照质量百分比计为：Si：7.0～7.3％，Cu：0.38～0.48％，Ce+La：0.2～0.3％，Sr：0.05～0.2％，Mg：0.45～0.55％，Sb：0.1～0.2％，Ti：0.05～0.1％，Fe：<0.2％，余量为Al和不可避免的杂质，总杂质≤0.3％，单个杂质≤0.08％。本发明通过优化铝合金成分组成以及分阶段熔炼合金，所得铝合金含气量低的同时，具有较高强度，与常规方法制备的铝合金相比，在进行真空电子束焊接时，焊缝部位强度降幅小、没有焊缝气孔或气孔较小。较小。较小。


技术研发人员：柳森 万元元 王长朋 宁海青 屈俊岑 陈璐 刘昌鹏 刘俊 陈健 樊喜刚 郭诗瑶 程运超 周耀忠 冯广召
受保护的技术使用者：中国兵器装备集团第五九研究所有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31