不同Al-Si原料對(duì)合金鑄錠質(zhì)量影響的研究

殷云霞， 黃巖超， 姜德俊， 李曉楠

(東北輕合金有限責(zé)任公司， 黑龍江 哈爾濱 150060)

不同Al-Si原料對(duì)合金鑄錠質(zhì)量影響的研究

殷云霞， 黃巖超， 姜德俊， 李曉楠

(東北輕合金有限責(zé)任公司， 黑龍江 哈爾濱 150060)

本文對(duì)不同廠家生產(chǎn)的Al-Si中間合金在外形、實(shí)收率等方面進(jìn)行了對(duì)比，分析討論了使用兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的Al-Si中間合金生產(chǎn)工藝對(duì)4004及4032合金鑄錠質(zhì)量的影響，根據(jù)各項(xiàng)分析結(jié)果得出了初步結(jié)論。

Al-Si中間合金； 生產(chǎn)工藝； 4004合金； 4032合金

0 前言

由于硅易于氧化，如果直接將結(jié)晶硅加入鋁熔體會(huì)造成很大的燒損，難于準(zhǔn)確控制鋁合金的成分，所以一般先制成Al-Si中間合金(熔點(diǎn)約為700 ℃)加入到鋁合金中，這樣不但縮短了熔煉時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，還減少了燒損，減少了鋁合金熔體氧化、夾渣和吸氣，有利于提高鋁合金的質(zhì)量。

隨著高硅合金生產(chǎn)量的增多，公司購(gòu)進(jìn)了不同廠家生產(chǎn)的的Al-Si中間合金，通過(guò)兩個(gè)不同廠家生產(chǎn)的Al-Si中間合金及使用到產(chǎn)品中進(jìn)行對(duì)比，初步得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 Al-Si中間合金外觀質(zhì)量對(duì)比

廠家甲熔煉Al-Si中間合金使用天燃?xì)鉅t，制備的Al-Si中間合金尺寸為630 mm×180 mm×90 mm，每塊重約15 kg，廠家乙熔煉Al-Si中間合金使用煤氣爐，制備的Al-Si中間合金尺寸為670 mm×150 mm×50 mm，重約8 kg；從總體積方面講，廠家甲生產(chǎn)Al-Si中間合金的體積大于廠家乙生產(chǎn)Al-Si中間合金，中間合金表面均為亮灰色。

圖1 廠家甲生產(chǎn)Al-Si中間合金

圖2 廠家乙生產(chǎn)Al-Si中間合金

1.2 Al-Si中間合金成分

廠家甲與廠家乙生產(chǎn)的Al-Si中間合金Si含量均在18%～22%之間。

1.3 Al-Si中間合金在4004合金中的應(yīng)用

1.3.1 Si的實(shí)收率

本批使用不同廠家Al-Si中間合金共生產(chǎn)33爐4004合金，投料結(jié)構(gòu)基本相同，現(xiàn)將4004合金配料時(shí)使用廠家甲制備的Al-Si中間合金定為方案一，4004合金配料時(shí)使用廠家乙Al-Si中間合金定為方案二，兩種方案生產(chǎn)的4004合金Si的實(shí)收率見(jiàn)表1。

表1 Al-Si中間合金不同生產(chǎn)廠家實(shí)收率對(duì)比

通過(guò)以上表格可以看出廠家甲與廠家乙生產(chǎn)的Al-Si中間合金使用到4004合金中平均實(shí)收率大致相等，都已超過(guò)100%。

1.3.2 4004合金鑄錠全分析結(jié)果

在使用不同廠家Al-Si中間生產(chǎn)的4004合金中，鑄錠底部切去200 mm后加切20～30 mm厚的鑄態(tài)試片進(jìn)行鑄錠質(zhì)量全分析，質(zhì)量對(duì)比結(jié)果如下：

1.3.2.1 化學(xué)成分

分別在鑄錠試片厚度及寬度方向的邊部、1/4處、中心處取20 mm×20 mm試樣進(jìn)行化學(xué)成份分析(見(jiàn)表2)。

表2 方案一生產(chǎn)的4004合金成分

表3 方案二生產(chǎn)的4004合金成分

由表2與表3數(shù)據(jù)可以看出，使用不同廠家的Al-Si生產(chǎn)的4004合金的化學(xué)成分均符合國(guó)標(biāo)，但方案一Si的最大偏差要比方案二的稍大。

1.3.2.2 低倍組織

使用不同廠家Al-Si中間生產(chǎn)的4004合金中，鑄錠無(wú)裂紋、夾渣等缺陷，表面質(zhì)量良好。

1.3.2.3 高倍組織

4004合金鑄態(tài)的高倍組織見(jiàn)圖3。

圖3 4004合金鑄錠鑄態(tài)高倍組織

其中a1、b1、c1分別為方案一生產(chǎn)4004鑄錠寬度方向中心至邊部的高倍組織照片；a2、b2、c2分別為方案二生產(chǎn)4004鑄錠寬度方向中心至邊部的高倍組織照片；從鑄錠中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結(jié)晶的規(guī)律。整體來(lái)看，兩種方案生產(chǎn)4004鑄錠結(jié)晶規(guī)律較明顯，且兩種方案生產(chǎn)的4004合金鑄錠高倍組織中都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)初晶硅，共晶硅的尺寸肉眼無(wú)法區(qū)別。

1.3.2.4 力學(xué)性能

分別在鑄錠試片的中心厚度至邊部切取20 mm×120 mm試樣，進(jìn)行鑄錠力學(xué)性能對(duì)比(見(jiàn)圖4～圖7)。Fm——最大力;Fm——抗拉強(qiáng)度;Rp0.2——屈服強(qiáng)度;A——斷后伸長(zhǎng)率。

圖4 兩種方案生產(chǎn)的4004合金的最大力對(duì)比曲線

圖5 兩種方案生產(chǎn)的4004合金的抗拉強(qiáng)度對(duì)比曲線

圖6 兩種方案生產(chǎn)的4004合金的屈服強(qiáng)度對(duì)比曲線

圖7 兩種方案生產(chǎn)的4004合金的相對(duì)伸長(zhǎng)率對(duì)比曲線

由圖2到圖7可以看出，使用不同廠家Al-Si生產(chǎn)的4004合金其最大力與抗拉強(qiáng)度相差不多，廠家甲Al-Si中間合金生產(chǎn)的4004合金的屈服強(qiáng)度與相對(duì)伸長(zhǎng)率略高于廠家乙的Al-Si中間合金生產(chǎn)的4004合金。

1.4 Al-Si中間合金在4032合金中的應(yīng)用

1.4.1 Si的實(shí)收率

本批使用不同廠家Al-Si中間合金生產(chǎn)14爐4032合金，其投料結(jié)構(gòu)大致相同，現(xiàn)將4032合金配料時(shí)使用廠家甲制備的Al-Si中間合金定為方案三，4032合金配料時(shí)使用廠家乙Al-Si中間合金定為方案四，兩種方案生產(chǎn)的4032合金Si的實(shí)收率見(jiàn)表4。

通過(guò)以上表格可以看出廠家甲與廠家乙生產(chǎn)的Al-Si中間合金使用到4032合金中平均實(shí)收率大致相等，都已超過(guò)100%。

表4 Al-Si中間合金不同生產(chǎn)廠家實(shí)收率對(duì)比

1.4.2 4032合金鑄錠全分析結(jié)果

在使用不同廠家Al-Si中間生產(chǎn)的4032合金中，鑄錠切20～30 mm厚的鑄態(tài)試片進(jìn)行鑄錠質(zhì)量全分析，質(zhì)量對(duì)比結(jié)果如下：

1.4.2.1 化學(xué)成分

分別在鑄錠試片厚度及寬度方向的中心、1/4處、邊處取20 mm×20 mm試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析見(jiàn)表5。

表5 方案三生產(chǎn)的4032合金成分

表6 方案四生產(chǎn)的4032合金成分

由表5與表6數(shù)據(jù)可以看出，使用不同廠家的Al-Si生產(chǎn)的4032合金的化學(xué)成分均符合我公司內(nèi)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但方案四Si的最大偏差要比方案三大的多。

1.4.2.2 低倍組織

使用不同廠家Al-Si中間生產(chǎn)的4032合金中，鑄錠無(wú)裂紋、夾渣等缺陷，初晶硅尺寸均合格，鑄錠表面質(zhì)量良好。

1.4.2.3 高倍組織

4032合金鑄態(tài)的高倍組織如圖8。

圖8 4032合金鑄錠鑄態(tài)高倍組織

其中a3、b3、c3分別為方案三生產(chǎn)4032圓錠中心至邊部的高倍組織照片；a4、b4、c4分別為方案四生產(chǎn)4032圓錠中心至邊部的高倍組織照片；兩種方案生產(chǎn)的鑄錠從中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結(jié)晶的規(guī)律。肉眼觀察兩種方案生產(chǎn)的4032鑄錠高倍組織的差異不大。

2.4.2.4 力學(xué)性能

分別在鑄錠試片的中心厚度至邊部切取20 mm×120 mm試樣，進(jìn)行鑄錠力學(xué)性能對(duì)比(見(jiàn)圖9～圖11)。Rm——抗拉強(qiáng)度;Rp0.2——屈服強(qiáng)度;A——斷后伸長(zhǎng)率。

圖9 兩種方案生產(chǎn)的4032合金的抗拉強(qiáng)度對(duì)比曲線

圖10 兩種方案生產(chǎn)的4032合金的屈服強(qiáng)度對(duì)比曲線

圖11 兩種方案生產(chǎn)的4032合金的相對(duì)伸長(zhǎng)率 對(duì)比曲線

由圖可以看出，使用不同廠家Al-Si生產(chǎn)的4032合金其抗拉強(qiáng)度相差不多，但使用廠家甲Al-Si中間合金生產(chǎn)的4032合金的屈服強(qiáng)度與相對(duì)伸長(zhǎng)率高于廠家乙Al-Si中間合金生產(chǎn)的4032合金。

2 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)以上分析及結(jié)果得出以下結(jié)論：

(1)廠家甲與廠家乙生產(chǎn)的Al-Si中間合金使用到4004與4032合金中化學(xué)成分比較穩(wěn)定，Si的平均實(shí)收率相差不大。

(2)使用廠家乙Al-Si中間合金生產(chǎn)的4032合金鑄錠端面Si元素的偏差大。

(3)兩種方案生產(chǎn)的4004與4032合金鑄錠的鑄態(tài)高倍組織可以看出，鑄錠中心到邊部枝晶間距逐漸變小，枝晶臂逐漸變厚，符合順序結(jié)晶的規(guī)律，共晶硅的尺寸肉眼看不出區(qū)別。

(4)兩種方案生產(chǎn)的4004與4032合金最大力與抗拉強(qiáng)度相差不多，但使用廠家甲Al-Si中間合金生產(chǎn)的4004與4032合金的屈服強(qiáng)度與相對(duì)伸長(zhǎng)率均略高于使用廠家乙Al-Si中間合金生產(chǎn)4004與4032合金。

Quality Research of Alloy Casting Affected by Different Al-Si Material

YIN Yun-xia, HUANG Yan-chao, JIANG De-jun, LI Xiao-nan

(Northeast Light Alloy Co., Ltd. Harbin 150060, China)

The paper compares Al-Si interalloy produced by two different factories in shape and extraction yield, analyses and discusses quality of 4004 and 4032 alloys affected by this two Al-Si material, and gives preliminary conclusions according to analysis and experimental results.

Al-Si interalloy； production process； 4004 alloy； 4032 alloy

2014-08-26

殷云霞(1982-)，女，山東寧陽(yáng)人，工程師，大學(xué)本科，主要從事鋁合金工藝研究工作，現(xiàn)任東北輕合金有限責(zé)任公司熔鑄廠技術(shù)科區(qū)域工程師。

黃巖超(1981-)，男，黑龍江克東人，工程師，大學(xué)本科，主要從事鋁加工設(shè)備研究工作，現(xiàn)任東北輕合金有限責(zé)任公司熔鑄廠技術(shù)科區(qū)域工程師。

TG146.21

B

1003-8884(2014)05-0040-05

姜德俊(1981-)，男，遼寧大石橋人，工程師，大學(xué)本科，主要從事鋁合金工具及工藝研究工作，現(xiàn)任東北輕合金有限責(zé)任公司熔鑄廠技術(shù)科區(qū)域工程師。