7050合金扁錠鑄造裂紋控制

張芯華，向曙光

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

7050合金扁錠鑄造裂紋控制

張芯華，向曙光

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶 九龍坡 401326）

介紹了7050合金熔鑄特點和扁錠的鑄造難點，通過采取計算機模擬技術、擋水板技術、高效的熔體凈化技術以及自動化熔鑄技術等有效措施，攻克了該合金扁錠熔鑄難題，成功鑄造出了（400～520）mm×（1320～1600）mm規格扁錠。

7050合金；扁錠；鑄造；裂紋

0 前言

7050合金是Al-Zn-Mg-Cu系的超硬鋁合金，該合金具有高強、高韌及淬透性好的特點，是目前鋁合金中綜合性能較好的材料之一，適用于生產厚板、大規格擠壓制品、大型自由鍛件等加工制品，廣泛應用于航空、航天等領域。但7050合金成分復雜，合金化元素含量高，結晶溫度范圍寬，同時扁錠大小面冷卻收縮不一致，造成7050合金扁錠鑄造過程中熱裂和冷裂的幾率都很高[1]。因此，解決7050合金扁錠鑄造裂紋問題是十分必要的。

1 7050合金扁錠的常見裂紋形式

1.1 鑄錠大面裂紋

這種大面裂紋絕大多數情況起源于鑄錠表面冷隔、氧化膜等缺陷處，隨著鑄造進行一直向上延伸，不會自動愈合，出現這種裂紋只能停止鑄造，常見大面裂紋見圖1。

圖1 鑄錠大面裂紋

1.2 鑄錠底部裂紋

鑄錠底部二次水冷時會產生收縮翹曲變形，當翹曲變形量不一致或翹曲變形量不夠時，鑄錠底部因巨大的鑄造應力得不到釋放而開裂，常見

底部裂紋見圖2。

圖2 鑄錠底部裂紋

1.3 鑄錠小面裂紋

小面裂紋主要產生在小面和大面交接處，為橫向裂紋，裂紋深度在20～100mm之間，采用加大鋸切量或者銑面量，雖然能消除該裂紋的影響，但嚴重的降低了成品率，對生產組織也有很大影響。產生小面裂紋的主要原因是鑄錠表面質量不高，有冷隔等缺陷以及大小面過渡幅度太小造成應力集中，其常見裂紋見圖3。

圖3 鑄錠小面裂紋

2 防止鑄錠裂紋的工藝試驗

采用12t天然氣爐化料熔煉，導入12t靜置爐調整成分，按美國AMS標準進行控制，要求ω（Si）＜ω（Fe）≤0.08%以抑制對鑄造性能有害的化合物（Fe2Si2Al9）產生；ω（Zr）≤0.10%，以防止高熔點含Zr化合物的產生。靜置爐采用爐底透氣磚精煉，打渣、熔劑覆蓋。鑄造設備為法國進口的Novlies鑄造機，可以精確控制鋪底過程、有效結晶高度等鑄造參數，整個過程均由計算機控制，無需人工操作。鑄造速度40～60mm/min，水流量20～40m3/h，不鋪底，回火處理。根據鑄錠裂紋的形式，在生產中采取了以下措施加以控制。

2.1 使用擋水板減小鑄錠的冷卻

施加擋水板后減小了鑄錠的冷卻強度，鑄造應力減小，鑄錠溫度升高，鑄態塑性增加，鑄錠的裂紋傾向減小。擋水板的使用位置一般在液穴的底部，通過計算機模擬我們可以知道使用擋水板前后鑄錠內部的應力變化情況，見圖4、圖5。

圖4 未使用擋水板時鑄錠內部的應力分布

圖5 使用擋水板后鑄錠內部的應力分布

圖4、圖5中深色區域表示鑄造應力最大部分，其它區域鑄造應力依次減小。從圖4和圖5可知使用擋水板后深色區域大幅減小，鑄錠內部應力大幅降低，試驗結果表明，使用擋水板后鑄錠內部應力大幅降低。在工業化生產中采用擋水板技術后鑄錠大面裂紋發生率降低了95%以上，充分證明了該技術的有效性。

2.2 優化底座形狀

將結晶器底座設計成上表面光滑的雙曲凹面形狀，使鑄錠出結晶器時，底部逐漸見水，逐層

收縮，減少鑄錠底部凝固時的收縮抗力，有利于底部的翹曲變形釋放應力，對控制鑄錠底部裂紋有很大作用。

2.3 優化結晶器小面形狀

將結晶器小面設計成圓弧形狀，擴大小面與大面轉角的弧度，使金屬在結晶器內的流動性更好。大/小面結合處的應力減小，鑄錠小面裂紋發生率也大幅降低。

2.4 采用高效的在線凈化技術

在線采用SNIF除氣裝備，將液態氫含量控制在0.1mL/100g內，采用單級板式過濾器，過濾精度40～50ppi，同時控制好鑄造流槽液面波動，減小鑄造過程中的造渣。通過加強凈化可以減低裂紋的發生率。

3 結論

Fe、Si含量控制在0.08%以下、使用擋水板技術、提高熔體的凈化水平、優化結晶器形狀等措施，可以有效地降低7050方錠合金鑄造過程中的開裂幾率。

[1] 周家榮. 鋁合金熔鑄問答[M]. 北京：冶金工業出版社，2013

（編輯：楊毅）

鑄件用含鈣高強度鋁合金

歐洲專利 RU2478132

本專利提供了一種含有Zn和Ca的高強度鋁合金，它可用于工作溫度高達100～150℃條件下的鑄件，其硬度不低于HV150，強度大于450MPa，鑄造性能優異，能用于生產航空、汽車及其它運輸機械上的一些重要零件。

Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金及其生產方法和用途

美國專利 US8277580

本專利介紹了一種厚度為2～10英寸的軋制和鍛造Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金變形產品。該產品通過固溶熱處理，淬火及時效處理。其化學成分（質量分數，%）：Zn 6.2～7.2, Mg 1.5～2.4, Cu 1.7～2.1. Fe 0～0.13, Si 0～0.10, Ti 0～0.06, Zr 0.06～0.13, Cr 0～0.04, Mn 0～0.04, Mg 0～0.04，雜質及其它附帶元素，每種為0.05。同時還批露了合金在飛機及航空航天中的用途以及產品的制造方法。

Control of Casting Crack on 7050Aluminum Alloy Slab

ZHANG Xin-hua, XIANG Shu-guang
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Melting & casting characteristics and casting difficulty of 7050 alloy were introduced. Casting difficulties of 7050 alloy slab have been overcome by aid of computer simulation technology, water fender technology, efficient melt purification technology and automation casting technology, slabs with（400～520）×（1320～1600）mm have been obtained successfully.

7050 alloy; slabs; casting; crack

TG292

B

1005-4898（2016）03-0037-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.09

張芯華（1986-），男，四川南充人，助理工程師。

2016-04-10