7A04合金Φ720mm圓鑄錠的熔鑄工藝研究

王濱濱

（哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150081 ）

1.前言

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。

2.研究過程

2.1 成分優(yōu)化

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。

2.2 熔體凈化

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 鑄造參數(shù)優(yōu)化

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(wú)冶金缺陷，晶粒細(xì)小；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 鑄造過程中加強(qiáng)操作

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. 結(jié)論

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)》