CN116179905B

CN116179905B - 一种大规格高性能的Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭及其铸造方法

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Publication number: CN116179905B
Application number: CN202211656622.0A
Authority: CN
Inventors: 王明坤; 王玉刚; 韩正乾; 吴茂来; 刘博�; 汤渭菊; 李士海; 孔令均; 梁明明; 欧庆峰; 傅冰霜; 魏凯歌; 冯骥; 王涛; 张寒; 董阳; 周庆涛
Original assignee: SHANDONG YANKUANG LIGHT ALLOY CO Ltd
Current assignee: SHANDONG YANKUANG LIGHT ALLOY CO Ltd
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-10-18
Anticipated expiration: 2042-12-22
Also published as: CN116179905A

Abstract

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种大规格高性能的Al‑Mg‑Zn铝合金圆铸锭及其铸造方法。铸造方法包括如下步骤：投料；熔炼：采用700‑760℃的温度熔炼，熔炼时间在5h内；对铝合金液进行精炼；铸造：采用热顶铸造方法，并在热顶工装上安装电磁线圈，实现电磁搅拌铸造效果；均质：均质第一阶段为铸锭在升温至41045℃的炉气温度下保温8h，升温时间为5h；第二阶段为将铸锭在升温至51045℃的炉气温度下保温20h，升温时间为2.5。本发明以传统5A06合金为设计原型，增加Zn、Zr、Be以及稀土元素Er，通过高纯熔炼工艺、高纯铸锭铸造细晶工艺、高纯铸锭均质工艺，获得高性能高纯铸锭。

Description

一种大规格高性能的Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭及其铸造方法

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种大规格高性能的Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭及其铸造方法。

背景技术

Al-Mg-Zn合金具有密度小、比强度高、塑性好、易于成形等特点在航空航天、船舶、核工业及兵器工业中都有着广泛的应用前景及不可替代的地位。因而铝合金技术被列为国防科技关键技术及重点发展的基础技术，随着轨道交通、航天和船舶等领域的技术发展，对Al-Mg-Zn合金的性能提出了更高的要求。制备铝合金大型结构件一个技术难题是高合金化铝合金大规格铸锭的半连续铸造成型。

随着铸锭尺寸的增大，会造成以下几个控制难点：超大直径铸锭，由于冷却速度和合金元素扩散速度的差别，降低铸锭各部位化学成分的均匀性。由于铸锭直径大和冷却速度的局限性，在晶粒细化剂添加量一定的情况下，很难实现均匀而细小的晶粒组织。

如何铸造出大型均质高纯细晶的铸锭是制备高性能铝材的前提和基础。提高材料性能的方法主要通过调整合金成分、净化铝液纯净度、高过冷度细晶铸造等手段来实现。目前髙性能铝合金的大规格铸锭一般采用半连续直接水冷铸造方法来制备。通常存在晶粒粗大，组织不均匀，铸造缺陷明显，铸锭质量差等问题。

发明内容

针对髙性能铝合金的大规格铸锭存在的晶粒粗大，组织不均匀，铸造缺陷明显，铸锭质量差等技术问题，本发明提供一种大规格高性能的Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭及其铸造方法。以传统5A06合金为设计原型，增加Zn、Zr、Be以及稀土元素Er，采用半连续铸造方法熔炼与铸造，选用高纯低铁铝锭、高纯镁锭、高纯锌锭、AlMn合金、AlEr合金、AlTi5合金、AlZr合金、AlBe合金进行配料，通过高纯熔炼工艺、大规格高纯铸锭铸造细晶工艺、大规格高纯铸锭均质工艺，获得高性能高纯铸锭。

第一方面，本发明提供一种大规格高性能Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭的铸造方法，按质量百分比计，铝合金圆铸锭的元素组成为Si≤0.15％、Fe≤0.15％、Cu≤0.10％、Mn0.5％-0.9％、Mg 5.3％-6.0％、Cr≤0.05％、Zn 0.5％-1.2％、Ti 0.02％-0.05％、Be0.0005％-0.001％、Zr 0.09％-0.2％、Er 0.06％-0.1％、Na≤0.0005％、Ca≤0.0005％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al；

铸造方法包括如下步骤：

(1)投料：按照回用料、铝锭、Mn、Be、Zr、Er元素的中间合金(如AlMn10、AlBe5、AlZr3、AlEr5等)的顺序先后装炉，AlTi合金及Zn、Mg在熔炼炉取样搅拌前加入；

(2)熔炼：采用700-760℃的温度熔炼，熔炼时间在5h内，炉料下塌后均匀地散入无钠覆盖剂全面覆盖；炉料全部熔炼成铝合金液后，用转子式精炼车对铝合金液进行精炼，装炉和导炉前在炉内撒入C₂Cl₆混合精炼剂，炉内精炼剂用量为7-9kg/吨铝；熔炼炉内铝合金液精炼处理后撒入无钠覆盖剂彻底覆盖并调整至750-760℃，准备转入静置炉；

(3)铸造：采用热顶铸造方法，并在热顶工装上安装电磁线圈，以电磁线圈产生的电磁场作为外场辅助实现电磁搅拌铸造效果，控制铸造速度为15-20mm/min，冷却水流量为45-50m³/h，冷却水温为24-28℃，采用Al-Ti-B晶粒细化剂进行细化晶粒，控制送晶粒细化剂线杆的速度为70-80rpm，控制静置炉铝液温度为745-755℃，铸造过程中平台铝液温度为695-705℃，提高熔体的流动性确保铸造过冷度，在保障铸锭成型的基础上，最大程度细化晶粒尺寸；

(4)均质：均质包括两个阶段，第一阶段为铸锭在升温至41045℃的炉气温度下保温8h，铸锭装炉时炉气温度>250℃，升温时间为5h；第二阶段为将铸锭在升温至51045℃的炉气温度下保温20h，升温时间为2.5h；均质后铸锭出炉自然冷却至室温，即得。

进一步的，步骤(1)为炉膛温度高于600℃后，按照回用料、铝锭、Mn、Be、Zr、Er元素的中间合金的顺序先后装炉，AlTi合金及Zn、Mg在熔炼炉取样搅拌前加入，使用的回用料为一级回用料，即不因杂质含量超过标准而报废，没有油污的铸件、可不经重熔直接用于配料，其用量一般不超过80％，回用料占总投料量的质量比≤40％；铝锭为纯度99.80％以上的高纯铝锭；Zn元素以纯度为99.95％以上的高纯锌锭形式加入，Mg元素以纯度为99.95％以上的高纯镁锭形式加入。

进一步的，步骤(2)炉料全部熔化后，每小时对熔体温度进行一次测温，确保熔体温度在要求范围内，严禁超温。因为熔炼温度高，特别是液态状况下，熔体的停留时间过长，不仅会使熔体的吸气量增加，氧化烧损加大，还会使非自发晶核减少，增加铸锭生成裂纹、夹渣、粗大晶的倾向。

进一步的，步骤(2)中，静置炉的炉底设有透气砖，通过透气砖自下而上吹99.999％高纯氩气40min，游离的氢将会扩散到惰性气体的气泡中，并且在高纯惰性气体上升的过程中，可将表面吸附的细小的夹杂带出铝液，附带除渣的目的。

进一步的，步骤(3)铸造前，熔体经过除气箱在线除气，除气箱设有带吹气孔的石墨转子，石墨转子边搅拌边向除气箱内通入氩气；然后熔体通过陶瓷过滤板进行在线过滤。

进一步的，在线除气采用99.999％高纯氩气，控制氩气流量为45L/min/转子，转子转速为450rpm，除气箱内熔体温度为720-740℃。除气效率与氩气气量、比表面积及熔体温度、熔体原始氢含量和环境湿度等有关。为达到好的除气效果，首先须提升通入氩气的量，提升氩气的比表面积；其次使气泡的直径尽可能小，延长气泡上浮的时间，使扩散尽可能完全进行，降低气泡直径主要通过提高转子转速达到，但过高的转速将降低转轴的使用寿命；最后须保持熔体在适宜的温度，保持熔体的流动性，使惰性气泡能顺利到达熔体表面，同时要避免温度过高造成的熔体严重反吸氢现象的发生。经过在线除气，氢气含量能够降低至0.10mL/100g铝以下，从而避免疏松倾向性。

进一步的，在线过滤采用两级过滤，一级过滤采用通孔尺寸为40ppi的陶瓷过滤板，二级过滤采用通孔尺寸为60ppi的陶瓷过滤板。陶瓷过滤板具备对熔融金属的耐腐蚀能力，拥有优秀高温机械性能，抗热震性好。

进一步的，步骤(3)铸造时，电磁线圈中交变电流的电流强度为8-15A，频率为20-25Hz。

第二方面，本发明提供一种采用上述铸造方法生产的铝合金圆铸锭，该铝合金圆铸锭可作为轨道交通用材料使用。

进一步的，铝合金圆铸锭的直径为816mm。

本发明的有益效果在于：

本发明在铝合金中加入Er和Zr元素，通过复合微合金化可显著提高合金的强度。

通过对投料结构方式、回用料比例、中间合金质量控制、高纯氩气及特殊精炼剂混合精炼净化工艺、炉底除气工艺的配合，游离的氢会扩散到氩气气泡中，并且在高纯氩气上升的过程中，可将表面吸附的细小的夹杂带出铝液，使炉内熔体除气除渣的效果到达最佳，最大限度提升炉内熔体纯净度。

采用热顶铸造方法，热顶部分的作用是使熔体保温，并使铸锭上部始终维持一个液柱，保持一定的铝液静压力，同时降低熔体在结晶器中的凝固位置。冷却部分的高度很小，通常只有15-40mm，其作用是使铸锭成形热顶结晶器的有效结晶区很小，有效防止了凝壳的二次重熔，从而抑制内外表面偏析瘤的生成。在热顶铸造的前提下新增电磁线圈，通过电磁铸造过程中由感应线圈中的交变电流(电流强度8-15A，频率为20-25Hz)产生的电磁场作为外场辅助，获得较好的电磁搅拌铸造效果，实现了同水平供流，温度场平衡，铸锭的冷却速度提高，使铸锭的晶内结构更为细薄，再配合在线细化工艺，实现大规格铸锭裂纹成型难题及晶粒粗大问题。

本发明经过均质处理使成分偏析等铸造缺陷得以改善，消除网状、块状粗大相，确保晶内弥散相均布，提高铸锭合金性能；Er和Zr这些微量元素能在基体中形成弥散分布的ErAl₃及ZrAl₃粒子，这些粒子在均质处理过程中也能起到钉扎位错，显著抑制晶粒粗化。其中均质第一阶段使ZrAl₃粒子在晶内高浓度区均匀预形核，且不致于过快地长大，使其弥散细小；同时使部分低熔点共晶相溶解；第二阶段高熔点杂质相发生转化、扩散，降低其不利影响，从而提高材料的综合性能；然后自然降至室温，得到经过均匀化处理的大规格高纯细晶均质圆铸棒。最终验证结果：铸锭均匀化程度最为良好，未见过烧。铸锭的边部枝晶网不连续，中心部位和1/2半径处连续的枝晶网组织绝大部分已溶解.呈细线条状，并从基体中析出β相(Mg5AI6)等相的弥敞小质点。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。

图1是实施例1制备的铝合金圆铸锭的高倍组织照片。

图2是对比例1制备的铝合金圆铸锭的高倍组织照片。

图3是对比例2制备的铝合金圆铸锭的高倍组织照片。

图4是对比例3制备的铝合金圆铸锭的高倍组织照片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

一种大规格高性能Al-Mg-Zn耐腐蚀轨道交通用铝合金圆铸锭的铸造方法，包括如下步骤：

(1)投料：用自投固体料方式投料，投料前确认炉料清洁干燥，无混料，并称重。装炉时，炉膛温度须高于600℃，按照一级回用料、铝锭、占所装铝锭重量95％的中间合金(AlMn10、AlBe5、AlZr3、AlEr5等)的顺序先后装炉，AlTi合金(AlTi5、AlTi3B1等)及99.95％高纯锌锭、99.95％高纯镁锭在熔炼炉取样搅拌前加入，并根据一级回用料形态，先装入小块或薄片回用料，其次加入棒头等大块料。严控一级回用料比例，装入的一级回用料占总投料量的质量比≤40％。AlMn10、AlTi5、AlTi3B1、AlBe5、AlZr3、AlEr5等合金要求高倍组织要均匀，细小断口组织致密，不允许有明显的金属颗粒聚集物以及影响使用的未熔物，无渣、无气孔、无缺陷。

其中对AlTi5、AlTi3B1和AlEr5三种中间合金的显微组织要求如下表1所示。

表1中间合金显微组织要求

(2)熔炼：确保熔炼保温炉、流槽以及工具清洁。加镁框、搅拌耙、扒渣耙、精炼管等与铝液接触的工器具每次使用前彻底清理，使用ZYP氮化硼进行粉刷，确保不污染金属纯净度。确保合金熔炼用的原材料、熔炼保温炉、流槽以及工具清洁。流槽内衬无裂纹，内衬接缝处无渗铝、无凹陷和裂缝，接缝平整光滑；用抹布将流槽表面起皮或多余的氮化硼清理干净，抛光处理；铸造平台接口流槽处使用硅酸铝毡进行密封，每铸次进行更换。每铸次后将结晶器转接板涂层、石墨环表面清理干净。每批次生产前一炉用专用刷将氮化硼涂层彻底打磨掉，平台铁块、转接板等多余氮化硼必须清理干净，平台修补完成，烘烤打磨平整后，喷氮化硼，转接板裂纹、接缝处采用浓氮化硼填实抹匀；铸造平台均匀喷氮化硼，最后用专用工具轻轻擦拭分流盘内壁，抛光处理，吸尘器清理粉。

采用700-760℃以下的高温熔炼，熔炼时间在5h内，炉料下塌后均匀地散入无钠覆盖剂全面覆盖，炉料全部熔化后，每小时对熔体温度进行一次测温，确保熔体温度在要求范围内，严禁超温。

炉料全部熔炼成铝合金液后，用转子式精炼车对合金液进行精炼，装炉和导炉前在炉内撒入C₂Cl₆混合精炼剂，炉内精炼剂用量为7-9kg/吨铝；炉内精炼后撒入15kg无钠覆盖剂彻底覆盖并调整至750-760℃准备转入静置炉，静置炉的炉底设有透气砖，通过透气砖自下而上吹99.999％高纯氩气40min。

熔体经炉内净化处理完毕，进入后续在线处理过程中，经过除气箱再次进行除气，除气箱设有带吹气孔的石墨转子，石墨转子边搅拌边向除气箱内通入99.999％高纯氩气，控制氩气流量为45L/min/转子，转子转速为450rpm，除气箱内熔体温度为720-740℃，保证在线检测氢气含量降低至0.10mL/100g铝以下，以降低疏松倾向性。

熔体经过在线除气后，转至在线过滤装置进行在线过滤，在线过滤装置包括两级陶瓷过滤板，一级陶瓷过滤板的通孔尺寸为40ppi，二级陶瓷过滤板的通孔尺寸为60ppi。

(3)铸造：

①铸造速度研究：提高铸造速度，将降低轴向的温度梯度，铸锭平均结晶速度增大，结晶壁变薄，减少了内层对外层的收缩阻力，晶内结构细化，可降低铸锭产生冷裂纹的倾向性，在一定范围内将对铸锭的力学性能产生有利影响。但是，随着铸造速度的提高，在增大横向温度梯度的同时，沿水平截面的温度分布更不均匀，作用在水平方向的横向拉应力增大，增大了铸锭在产生顺向表面热裂纹的倾向，液穴变深，过渡带尺寸变宽，区域偏析加剧，结晶补缩条件恶化。当铸造速度过快时，铸锭的组织和成分的不均匀性及疏松程度增加，力学性能下降；当铸造速度过慢时，冷却强度大，熔体供流不足，极易形成冷隔，冷隔严重时可能在冷隔处产生横向裂纹。

②冷却强度研究：随着铸造的进行，熔体温度逐渐升高，需要加大冷却强度，如果提升铸造速度，将增加产生裂纹的倾向性，所以只能增加冷却水流量。提高冷却强度，铸锭结晶速度提高，晶内结构细化，过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高，平均力学性能得到提高。但同时铸锭中的温度梯度增大，内部各处收缩不同步，裂纹倾向增大。铸锭表面产生冷隔倾向性增大，表面拉裂倾向性降低。因此，冷却强度需满足防止铸锭开裂的同时消除铸锭表面冷隔缺陷的要求。

③铸造温度研究：铝合金铸造时，由于流道较长，温降较大，开始铸造过程中，容易产生光亮晶粒、夹渣等缺陷，为了提高初始铸造阶段的内部质量，需要采用较高的铸造温度。在一定范围内提高铸造温度，使铸锭液穴中悬浮晶区尺寸缩小，形成一次晶化合物的倾向降低，排气补缩条件改善，铸锭致密度提高，铸态力学性能提高，还能降低铸锭表面形成冷隔倾向，提高铸锭表面拉裂拉痕倾向。但铸造温度过高会使铸锭晶粒粗大，合金热脆性提高，同时液穴加深，温度梯度增大，结晶器出口处铸锭的表面温度过高，导致凝壳厚度过小从而增大铸锭裂纹倾向。反之铸造温度过低则不利于气体和氧化夹杂物在铸造过程中的上浮和逸出以及增加化合物一次晶。铸造温度过低，将促使铸锭表面冷隔的形成，造成铸锭组织不均匀，降低力学性能。因此，应在防止铸锭开裂和表面拉裂的同时尽可能提高铸造温度。

综合考虑，采用热顶铸造方法，热顶部分的作用是使熔体保温，并使铸锭上部始终维持一个液柱，保持一定的铝液静压力，同时降低熔体在结晶器中的凝固位置。冷却部分的高度很小，通常只有15-40mm，其作用是使铸锭成形热顶结晶器的有效结晶区很小，有效防止了凝壳的二次重熔，从而抑制内外表面偏析瘤的生成。在热顶铸造的前提下新增电磁线圈，通过电磁铸造过程中由感应线圈中的交变电流(电流强度8-15A，频率为20-25Hz)产生的电磁场作为外场辅助，获得较好的电磁搅拌铸造效果，实现了同水平供流，温度场平衡，铸锭的冷却速度提高，使铸锭的晶内结构更为细薄，再配合在线细化工艺，实现大规格铸锭裂纹成型难题及晶粒粗大问题。最终确定铸造速度为15-20mm/min，冷却水流量为45-50m³/h，冷却水温为24-28℃，采用Al-Ti-B晶粒细化剂进行细化晶粒，控制送晶粒细化剂线杆的速度为70-80rpm，控制静置炉铝液温度为745-755℃，铸造过程中平台铝液温度为695-705℃，提高熔体的流动性确保铸造过冷度，在保障铸锭成型的基础上，最大程度细化晶粒尺寸；

按照上述铸造方法制备直径为816mm的铝合金圆铸锭(实施例1)，同时设置3个对比例。

实施例1的铝合金圆铸锭的元素组成满足如下范围：

Si≤0.15％、Fe≤0.15％、Cu≤0.10％、Mn 0.5％-0.9％、Mg 5.3％-6.0％、Cr≤0.05％、Zn 0.5％-1.2％、Ti 0.02％-0.05％、Be 0.0005％-0.001％、Zr 0.09％-0.2％、Er0.06％-0.1％、Na≤0.0005％、Ca≤0.0005％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al；

实施例1的铝合金圆铸锭的元素组成实际值为：

Si 0.07213％、Fe 0.13869％、Cu 0.06014％、Mn 0.65756％、Mg 5.86962％、Cr0.00896％、Zn 0.57358％、Ti 0.04112％、Be 0.0007％、Zr 0.09268％、Er 0.0808％、Na0.0004％、Ca 0.00018％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例1的铝合金圆铸锭的元素组成满足如下范围：

Si≤0.20％、Fe≤0.20％、Cu≤0.15％、Mn 0.4％-0.6％、Mg 4.5％-5.0％、Cr≤0.05％、Zn 0.2％-0.4％、Ti 0.02％-0.04％、Be 0.0001％-0.0003％、Zr 0.08％-0.1％、Er 0.05％-0.07％、Na≤0.01％、Ca≤0.01％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例1的铝合金圆铸锭的元素组成实际值为：

Si 0.08354％、Fe 0.14561％、Cu 0.0803％、Mn 0.5324％、Mg 4.8243％、Cr0.00758％、Zn0.35241％、Ti 0.03561％、Be 0.00025％、Zr 0.09456％、Er 0.0681％、Na0.0006％、Ca 0.0008％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例2的铝合金圆铸锭的元素组成满足如下范围：

Si≤0.20％、Fe≤0.20％、Cu≤0.15％、Mn 1.0％-1.1％、Mg 6.0％-6.2％、Cr≤0.05％、Zn 1.0％-1.5％、Ti≤0.05％、Be 0.001％-0.0015％、Zr 0.20％-0.30％、Er0.10％-0.15％、Na≤0.01％、Ca≤0.01％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例2的铝合金圆铸锭的元素组成实际值为：

Si 0.0951％、Fe 0.13646％、Cu 0.0756％、Mn 1.0567％、Mg 6.1164％、Cr0.00659％、Zn1.3451％、Ti 0.02541％、Be 0.0013％、Zr 0.25127％、Er 0.13546％、Na0.0008％、Ca 0.0007％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例3的铝合金圆铸锭的元素组成满足如下范围：

Si≤0.20％、Fe≤0.20％、Cu≤0.15％、Mn 1.5％-1.8％、Mg 6.2％-6.5％、Cr≤0.05％、Zn 1.5％-2.0％、Ti 0.04％-0.05％、Be 0.015％-0.0020％、Zr 0.20％-0.30％、Er 0.15％-0.20％、Na≤0.01％、Ca≤0.01％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

对比例3的铝合金圆铸锭的元素组成实际值为：

Si 0.07511％、Fe 0.14531％、Cu 0.0874％、Mn 1.6547％、Mg 6.4351％、Cr0.01354％、Zn1.8324％、Ti 0.04567％、Be 0.0018％、Zr 0.25417％、Er 0.18147％、Na0.0007％、Ca 0.0006％，单个杂质含量≤0.05％、杂质合计≤0.15％，余量为Al。

实施例1和对比例1-3的投料结构设计和具体工艺参数见下表2-表5。

表2投料结构设计(单位：t)

表3熔炼工艺配置

表4铸造工艺配置

表5均质工艺配置

项目	一级升温时间min	一级保温温度及时间	二级升温时间min	二级保温温度及时间
					实施例1	300	41045℃4480min	150	51045℃41200min
对比例1	300	41045℃4480min	150	54045℃41200min
					对比例2	300	35045℃4480min	150	48045℃41200min
对比例3	180	32045℃41200min	150	45045℃41440min

对实施例1级对比例1-3得到的铝合金圆铸锭进行性能检测，结果如下表6、表7所示。

表6性能检测结果一

表7性能检测结果二

项目	在线测氢含量	固态测氢含量	硬度HB	未熔相面积百分比
					实施例1	0.103/0.102	0.120/0.123	67	2.56
对比例1	0.141/0.147	0.134/0.137	71	2.65
					对比例2	0.135/0.147	0.149/0.151	72	4.21
对比例3	0.121/0.132	0.147/0.146	69	4.56

对比实施例1和对比例1-3可以看出，实例1未熔相、杂质相最少，晶粒最小，符合大规格铸锭组织要求。对比例2未增加电磁线圈实现外场辅助，大规格铸棒晶粒尺寸偏大。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种大规格高性能的Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭的铸造方法，其特征在于，按质量百分比计，Al-Mg-Zn铝合金圆铸锭的元素组成为Si≤0.15%、Fe≤0.15%、Cu≤0.10%、Mn 0.5%-0.9%、Mg 5.3%-6.0%、Cr≤0.05%、Zn 0.5%-1.2%、Ti 0.02%-0.05%、Be 0.0005%-0.001%、Zr0.09%-0.2%、Er 0.06%-0.1%、Na≤0.0005%、Ca≤0.0005%，单个杂质含量≤0.05%、杂质合计≤0.15%，余量为Al；铸造方法包括如下步骤：

（1）投料；

（2）熔炼：采用700-760℃的温度熔炼，熔炼时间在5h内，炉料下塌后均匀地散入无钠覆盖剂全面覆盖；炉料全部熔炼成铝合金液后，用转子式精炼车对铝合金液进行精炼，装炉和导炉前在炉内撒入C₂Cl₆混合精炼剂，炉内精炼剂用量为7-9kg/吨铝；熔炼炉内铝合金液精炼处理后撒入无钠覆盖剂彻底覆盖并调整至750-760℃，准备转入静置炉；

（3）铸造：采用热顶铸造方法，并在热顶工装上安装电磁线圈，控制铸造速度为15-20mm/min，冷却水流量为45-50m³/h，冷却水温为24-28℃，采用Al-Ti-B晶粒细化剂进行细化晶粒，控制静置炉铝液温度为745-755℃，铸造过程中平台铝液温度为695-705℃；

（4）均质：均质包括两个阶段，第一阶段为铸锭在升温至410±5℃的炉气温度下保温8h，铸锭装炉时炉气温度>250℃，升温时间为5h；第二阶段为将铸锭在升温至510±5℃的炉气温度下保温20h，升温时间为2.5h；均质后铸锭出炉自然冷却至室温，即得。

2.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤（1）为炉膛温度高于600℃后，按照回用料、铝锭、Mn、Be、Zr、Er元素的中间合金的顺序先后装炉，AlTi合金及Zn、Mg在熔炼炉取样搅拌前加入，使用的回用料为一级回用料，回用料占总投料量的质量比≤40%；铝锭纯度为99.80%以上；Zn元素以纯度为99.95%以上的锌锭形式加入，Mg元素以纯度为99.95%以上的镁锭形式加入。

3.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤（2）中，静置炉的炉底设有透气砖，通过透气砖自下而上吹99.999%高纯氩气40min。

4.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤（3）铸造前，熔体经过除气箱在线除气，除气箱设有带吹气孔的石墨转子，石墨转子边搅拌边向除气箱内通入氩气；然后熔体通过陶瓷过滤板进行在线过滤。

5.如权利要求4所述的铸造方法，其特征在于，在线除气采用99.999%高纯氩气，控制氩气流量为45L/min/转子，转子转速为450rpm，除气箱内熔体温度为720-740℃。

6.如权利要求4所述的铸造方法，其特征在于，在线过滤采用两级过滤，一级过滤采用通孔尺寸为40ppi的陶瓷过滤板，二级过滤采用通孔尺寸为60ppi的陶瓷过滤板。

7.如权利要求1所述的铸造方法，其特征在于，步骤（3）铸造时，电磁线圈中交变电流的电流强度为8-15A，频率为20-25Hz。

8.一种采用如权利要求1-7任一所述的铸造方法生产的铝合金圆铸锭。

9.如权利要求8所述的铝合金圆铸锭，其特征在于，铝合金圆铸锭的直径为816mm。