[发明专利]具有改进的微孔率的铝合金半成品及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过立式直接冷却（vertical direct chill）半连续铸造制造的由铝合金制成的半成品，例如轧制板坯和挤压坯料，更具体地，涉及所述半成品、其制造方法和用途，特别用于航空航天工程。

背景技术

铝合金板和厚型材（thick section）特别用于航空航天工程业。这些产品通常通过包括以下步骤的方法获得：半成品（轧制板坯和挤压坯料）的立式半连续铸造、任选对铝合金进行均质化、通过滚轧或挤压进行热加工、固溶热处理和淬火。最通常使用的合金为2XXX系列、7XXX系列的合金以及某些含锂的8XXX系列的合金。

这些产品必须特别具有某些常规特性，特别是在静态机械耐性特性（拉伸和压缩屈服应力、断裂强度）和损伤容限特性（断裂韧性、抗疲劳裂纹裂纹扩展）之间的平衡方面，这些特性通常是矛盾的。

已知损伤容限特性可特别受到存在于厚型产品中的非金属夹杂物和微孔率的影响。

微孔出现于板坯铸造的过程中并且然后通过轧制加工而被部分或完全填充。因此，力图消除大于约90μm的微孔，其证明对损伤容限特别不利。

美国专利5,772,800描述了一种用于获得厚度大于50mm的板的方法，其特征在于尺寸大于80μm的微孔的密度小于0.025微孔/cm²并且板坯的微孔率体积小于0.005%，其中根据热轧滚筒的半径调节热轧条件和压缩比。

所述方法需要用于热轧的专用工具，并且在某些情况下，根据可用的工具和所追求的厚度，不可能获得可使多孔结构有效填满的转化条件。

因此，需要获得铸造阶段的具有低的大尺寸微孔密度和低微孔率体积的半成品。

通常公认的是，对熔融金属进行脱气可减少微孔的数量，特别是通过降低氢含量。例如使用本领域技术人员已知的Telegas^TM或Alscan^TM型探针来测量熔融金属中的氢含量。

用于降低氢含量的已知方法为例如在脱气钢包中用转子通过引入氯气和/或氩气来处理。用超声波发射来将熔融金属脱气也是已知的。

专利申请CH669.795描述了例如将超声头引入熔炉至铸造车间的传输槽中以达到脱气。

专利申请US2007/235159描述了装置和方法，其中在吹扫气体例如氩气或氮气的存在下用超声波振动将熔融金属脱气。

国际申请WO00/65109描述了一种用于将气泡注入熔融金属中的装置，其中可使用超声波降低气泡的直径。

美国专利4,546,059描述了一种用于连续铸造轻合金的方法，其中超声波处理任选在凝固装置中在被多孔材料与凝固前沿隔开的区域中进行。该方法同时导致均匀的子树突状结构的形成、氢含量的降低以及孔隙率的降低。在凝固装置中安装超声头是不便利的。

已证明实现氢含量的降低是困难的并且其取决于外部条件例如环境湿度。因此，能够限制大尺寸微孔的存在对于恒定的氢含量来说将有利的。

此外，凝固金属的后期热处理（具体包括均质化，其通常出于冶金学的原由是必需的）的结果之一是提高微孔的尺寸。

最后，一种替代通常难以执行的现有方法的简化方法将是有利的。

需要一种改进的方法来获得特别是均化状态的未加工的铝合金半成品，例如轧制板坯和挤压坯料，其特别是由合金2XXX或7XXX制成、具有低的尺寸大于约90μm的微孔的密度，以及需要一种装置来执行所述方法。

发明内容

本发明的第一主题为一种用于制造未加工的铝合金半成品（例如轧制板坯和挤压坯料）的方法，包括以下步骤：

（i）制备合金的熔融金属浴，所述合金的组成以重量%计为：

Zn:0-12

Cu:0-6

Mg:0-6

Li:0-3

Ag:0-1

Si<0.5

Fe<0.5

任选含量<0.5的Cr、Zr、Mn、Hf、Ti、Sc、V、B中的至少一种，

其余为铝，

（ii）在熔炉和/或容器中用包括至少一个超声波发射器的浸没装置对所述熔融金属浴进行超声波处理，

（iii）将所述经上述处理的熔融金属浴转移至凝固设备中，

（iv）对所述经处理的熔融金属浴进行立式直接冷却半连续铸造。