[发明专利]铸造方法

说明书

描述了铸造方法，包括a.)以米(m)为单位确定待铸造的产品横截面的直径(D)，b.)以米/秒(m/s)为单位测定使用直接冷硬铸造待铸造的产品的预期稳态铸造速度(V)，c.)对于待用于铸造该铸造产品的熔体而言基于熔体总重量以重量百分比(重量％)为单位确定Si含量(cSi)，其中确定预期直径(D)、预期稳态铸造速度(V)和预期Si含量(cSi)使得满足公式(I)V*D≤0.00057–0.0017*cSi和(II)V*D≥0.00047–0.0017*cSi和(III)cSi≤0，d.)制备熔体，其包含Zn:5.30至5.9重量％、Mg:2.07至3.3重量％、Cu:1.2至1.45重量％、Fe:0至0.5重量％、Si:根据cSi、杂质至多每种0.2重量％和总计0.5重量％，和余量为铝，e.)使用直接冷硬铸造将熔体铸造为具有预期直径(D)的铸造产品，其中使用预期稳态铸造速度进行铸造。

背景

7000系(“AA7xxx”)合金常用于航空航天和运输应用。然而，AA7xxx合金难于铸造，因为在铸造产品中可出现热裂纹和冷裂纹。热裂纹是在熔体的凝固完成之前在铸造产品中产生的裂纹。冷裂纹是当熔体完全凝固并且铸造产品达到了较低的温度或甚至室温时在铸造产品中形成的裂纹。裂纹还称为裂缝。两种类型的裂纹在铸造产品中是不期望的，因为它们消极地影响铸造产品的性质。为了避免当铸造AA7xxx合金，特别是已知难于铸造的AA7075时裂纹的形成，发现有效的是使用与其它AA合金例如6xxx合金的铸造相比更低的铸造速度。然而，这导致铸造系统的较低效率，因为生产铸造产品需要更多时间。

本发明简要描述

本发明提供允许更高效地铸造AA7xxx合金的铸造方法。发明人发现了在铸造过程中AA7xxx合金形成热裂纹和冷裂纹的较高趋势是由它们的化学组成所致。即长的凝固间隔、构成AA7xxx合金显微组织的晶界上和枝晶之间的低熔点脆性金属间相与高热膨胀系数的相结合，使这些合金易于热开裂和冷开裂。发明人发现了当液体供给受到限制并且由高残余热应力所致的变形超过材料强度时，在共格(coherent)糊状区中熔体的凝固过程中热裂纹开始。发明人进一步发现了在已凝固材料的冷却过程中当材料处于其脆性状态时冷裂纹扩展。发明人还发现了热裂纹是冷裂纹的潜在引发位置。

因此，为了减轻前述问题，本发明提供铸造方法，其允许在铸造产品中没有裂纹的情况下高效的铸造。根据本发明的方法包括a.)以米(m)为单位确定待铸造的产品的横截面的直径(D)，

b.)以米/秒(m/s)为单位确定使用直接冷硬铸造待铸造的产品的预期稳态铸造速度(V)，c.)对于待用于铸造该铸造产品的熔体而言基于熔体总重量以重量百分比(重量％)为单位确定Si含量(cSi)，其中确定预期直径(D)、预期稳态铸造速度(V)和预期Si含量(cSi)使得满足公式(I)V*D≤0.00057–0.0017*cSi和(II)V*D≥0.00047–0.0017*cSi和(III)cSi≤0.1，d.)制备熔体，其包含Zn:5.30至5.9重量％、Mg:2.07至3.3重量％、Cu:1.2至1.45重量％、Fe:0至0.5重量％、Si:根据cSi、杂质至多每种0.2重量％和总计0.5重量％，和余量为铝，e.)使用直接冷硬铸造将熔体铸造为具有预期直径(D)的铸造产品，其中使用预期稳态铸造速度(V)进行铸造。图6显示由公式I至III限定的工艺窗口的图解表示。产品横截面的直径可任选地在0.45m和1m之间。熔体的硅含量可任选地大于0.01重量％。

根据本发明的实施方案，可基于产品或工艺要求来确定三个变量V、D和cSi中的两个并且可使用公式(I)至(III)来确定第三个变量。

根据本发明的实施方案，可使用在14和20立方米/小时之间和用于直接冷硬铸造的预期直径冷却水的米数(m³/(h*D))来进行将熔体铸造为铸造产品。

根据本发明的实施方案，在制备熔体中，可将0.025和0.1重量％之间基于Al、Ti和/或B的晶粒细化剂添加至熔体。