王濱濱
(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150081 )
7A04 合金由于合金化程度比較高,熔煉鑄造是鋁合金制品生產(chǎn)過程中最主要、關(guān)鍵、基礎(chǔ)性的工序,鑄錠的冶金質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品的性能起決定性的作用,因此對(duì)7A04合金φ720mm鑄錠熔鑄工藝進(jìn)行研究很必要。
在該合金中,鋅,鎂是主要強(qiáng)化元素,而且隨著鋅,鎂含量的增加,合金的強(qiáng)度提高,但塑性降低,生產(chǎn)實(shí)際表明,該合金具有極大的形成熱裂紋和疏松的傾向性。合金中的雜質(zhì)硅和鐵對(duì)合金的裂紋傾向性有重要影響如下圖1。
1—硅含量;2—鐵含量
通常,在硅含量較低時(shí),提高鐵含量,合金的熱脆性下降。隨鎂含量提高,鑄錠的裂紋傾向顯著下降。隨錳含量降低,合金在固液態(tài)的塑性提高,因而熱裂紋傾向性降低。鋅和銅的含量控制在中下限時(shí)對(duì)消除裂紋有好處。該次試驗(yàn)把Si控制在小于0.08%,鎂補(bǔ)至2.5%,銅1.5%,鋅5.8%,同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)加入一定量的鈦以提高合金抗裂紋的能力。
2.1.1 試驗(yàn)材料
7A04 合金熔煉采用的原材料有:純度為99.7%的鋁錠、電解銅、純鎂錠、純鋅錠和Al-Cr、Al-Mn中間合金,并用Al-Ti-B做晶粒細(xì)化劑。
鋁在凝固時(shí),同一溫度下在液態(tài)和固態(tài)時(shí)氫的溶解度分別為0.69cm3/100g和0.036cm3/100[1],因此,熔體在凝固時(shí)氫易在鋁中析出而形成分子氫。析出過程中它可能被封閉在凝固的金屬里引起疏松,若疏松嚴(yán)重,成為材料斷裂的裂紋源,并將明顯降低材料的機(jī)械性能。
2.3.1 裂紋產(chǎn)生原因
產(chǎn)生裂紋的基本原因是鑄錠內(nèi)外層溫差大,鑄錠內(nèi)層冷卻速度大于外層冷卻速度,內(nèi)層的收縮受到早已冷凝的外層的阻礙,使鑄錠中心層沿直徑平面形成拉應(yīng)力的緣故,當(dāng)超過金屬允許的變形值時(shí),便產(chǎn)生了裂紋。
2.3.2 鑄造溫度
鑄造溫度越高,液穴越深55,產(chǎn)生柱狀晶組織的傾向性越大[2],使裂紋廢品增多,并使鑄錠表面偏析浮出物增多。鑄造溫度過低,將促使鑄錠表面冷隔的形成和增大其深度,使鑄錠組織不均勻,降低力學(xué)性能。本研究將鑄造溫度定為750℃~770℃。
2.3.3 鑄造速度
鑄造速度為16變時(shí),產(chǎn)生中心裂紋。隨著鑄造速度的提高鑄錠中過渡帶尺寸增加,形成熱裂紋的脆性區(qū)的幾何尺寸增大,同時(shí),鑄錠各層冷卻速度差別更大,導(dǎo)致拉伸變形量增大,因而使鑄錠形成熱裂紋的傾向增大。本研究將鑄造速度由原來的16變降低到16mm/min。
2.3.4 水冷強(qiáng)度
7A04 合金φ720mm鑄錠對(duì)水冷強(qiáng)度非常敏感,不但要求水冷強(qiáng)度均勻,而且要求冷卻水壓大小適宜,水壓小液穴變深,會(huì)生產(chǎn)熱裂紋[3],水壓太大鑄錠在結(jié)晶器內(nèi)形成較厚的硬殼,鑄錠易產(chǎn)生冷隔而拉裂。本研究將采用造水壓0.03Mpa~0.05Mpa。通過以上工藝研究確定7A04合金φ720mm鑄錠的鑄造工藝參數(shù)見表2。
表2 鑄造工藝參數(shù)
圖2 7A04合金φ720mm鑄錠的高倍組織
圖3 7A04合φ720mm鑄錠的低倍組織
圖2、圖3是7A04合金Φ 720mm鑄錠的高倍、低倍金相組織照片,由圖可見低倍組織致密,無冶金缺陷,晶粒細(xì)??;高倍組織存在大量的鑄態(tài)枝晶并呈網(wǎng)狀分布。鑄錠的冶金質(zhì)量比較好,說明我們所研究的熔鑄工藝可行。
2.4.1 鑄造開頭時(shí)的注意事項(xiàng)
鑄造開頭時(shí)流盤、漏斗、小墊必須預(yù)熱充分,并且漏斗噴涂要均勻,加熱不能過急,防止蹦漆。漏斗在結(jié)晶器里的位置要適中,防止鑄錠內(nèi)部和液穴溫差大,冷卻凝固不均現(xiàn)象。
2.4.2 鑄造過程中的注意事項(xiàng)
鑄造過程中由于鑄造速度較慢要勤測(cè)溫,保證靜置爐和除氣箱的溫度,開頭后要檢查除氣箱轉(zhuǎn)子的氣泡大小是否合適,適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。
2.4.3 鑄造收尾的注意事項(xiàng)
收尾時(shí)不要攪動(dòng)流盤里剩余的液體,流盤供流停止后平穩(wěn)抬起流盤,在鑄錠邊部凝固100mm左右時(shí)平穩(wěn)挑出漏斗,并進(jìn)行回火。
3.1 7A04合金φ720mm圓鑄錠的裂紋傾向性比較大。
3.2 7A04合金φ720mm圓鑄錠不產(chǎn)生中心裂紋的最佳工藝參數(shù)是:鑄造速度16mm/min、鑄造溫度750~770℃、冷卻水壓0.03~0.05Mpa。
[1]2008年01期《鑄造技術(shù)》
[2]《鑄錠裂紋傾向的影響因素及消除》,劉果然,蔡少勛
[3]《鋁合金加工手冊(cè)》