新型超高強(qiáng)鋁合金扁錠鑄造工藝研究

　　收稿日期:2009-06-25 　　作者簡(jiǎn)介:馮正海(1960-),男,遼寧錦州人,高級(jí)工程師。 超高強(qiáng)鋁合金的固溶處理及雙級(jí)時(shí)效研究 馮正海 (東北輕合金有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱150060) 摘要:研究了固溶處理溫度對(duì)7×××超高強(qiáng)鋁合金雙級(jí)時(shí)效后的組織和性能的影響,確定了最佳的固溶處理溫度 范圍。 關(guān)鍵詞:固溶處理;時(shí)效;剝落腐蝕 中圖分類號(hào):tg146121;tg16613　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a　　文章編號(hào):1007-7235(2009)10-0052-03 effectofsolutiontreatmenttemperatureonmicrostructureandproperties of7×××aluminiumalloyaftertwo2stageaging feng

由山東南山鋁業(yè)股份有限公司研發(fā)的“鋁合金扁錠的鑄造工藝”順利通過了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的審查，獲國(guó)家發(fā)明專利。

分析了5083鋁合金的力學(xué)性能和鑄造過程的表象;闡明了該合金扁錠在鑄造開頭階段冷卻過快是產(chǎn)生鑄錠懸掛的主要原因;根據(jù)其產(chǎn)生原因,可以通過縮短充型時(shí)間或提高鑄造溫度來避免懸掛現(xiàn)象發(fā)生。

對(duì)al-zn-mg-cu系超高強(qiáng)鋁合金采用zr細(xì)化組織處理后,研究了管材的組織和性能之間的關(guān)系,通過金相組織觀察和斷口掃描,分析了影響管材斷裂韌性kc值的主要因素。

鑄造的任務(wù)是獲得尺寸、形狀、內(nèi)外部質(zhì)量符合要求的鑄錠。鑄錠質(zhì)量好壞的標(biāo)志主要是內(nèi)部質(zhì)量,內(nèi)部質(zhì)量主要表現(xiàn)在3個(gè)方面,一是鑄錠結(jié)晶組織的細(xì)密程度,即晶粒的大小,晶粒結(jié)構(gòu)的細(xì)化程度及局部組織的不均勻程度;二是鑄錠內(nèi)部的合金組元分布的均勻性;三是鑄錠的致密度,即破壞鑄錠連續(xù)性的缺陷和疏松、氣孔、裂紋、夾渣等的有無程度。金屬材料的晶粒度,對(duì)其自身的熱處理特性、材料質(zhì)量都有很大影響。

分析了4343a鋁合金的特性,介紹了4343a鋁合金扁錠的生產(chǎn)工藝和提高si元素實(shí)收率的方法,分析了4343a鋁合金扁錠通裂缺陷產(chǎn)生的原因,總結(jié)了避免通裂缺陷的方法。

文章闡述了5182鋁合金熔煉過程中合金成分的保證、熔體除鈉、除氫工藝,氧化夾雜物的凈化等工藝,并通過試驗(yàn)研究?jī)?yōu)化了5182合金大規(guī)格扁錠的鑄造工藝參數(shù)。

本文主要從合金化學(xué)成分控制、鋁熔體處理技術(shù)等方面對(duì)采用原鋁直接鑄造3104大扁錠的工藝技術(shù)條件進(jìn)行了探討?，F(xiàn)代飲料包裝越來越多采用鋁罐取代傳統(tǒng)的玻璃瓶和塑料瓶包裝,目前采用3104鋁合金生產(chǎn)易拉罐的罐體。近些年來為了節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本,加工廠普遍推行了熔鑄前移的生產(chǎn)模式——由冶煉廠直接用電解原鋁鑄造3104合金扁錠。由于電解原鋁具有"溫

電解鋁液溫度高、夾雜物多、氣體含量高。用電解鋁液直接生產(chǎn)鋁合金扁鑄錠時(shí),采取熔體預(yù)處理、兩次爐內(nèi)精煉、爐外在線除氣除渣等熔體凈化處理措施,可以獲得純潔度高的鋁合金熔體。

1 鋁合金鑄造工藝 一、鑄造概論 鋁合金鑄造的種類如下： 由于鋁合金各組元不同，從而表現(xiàn)出合金的物理、化學(xué)性能均有所不同，結(jié)晶過程也不盡相同。 故必須針對(duì)鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可范圍內(nèi)減少鑄造缺陷的產(chǎn)生，從而優(yōu) 化鑄件。 1、鋁合金鑄造工藝性能 鋁合金鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結(jié)晶和冷卻過程中表現(xiàn)最為突出的那些性能的 綜合。流動(dòng)性、收縮性、氣密性、鑄造應(yīng)力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄 造因素、合金加熱溫度、鑄型的復(fù)雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關(guān)。 (1)流動(dòng)性 流動(dòng)性是指合金液體充填鑄型的能力。流動(dòng)性的大小決定合金能否鑄造復(fù)雜的鑄件。在鋁合金中 共晶合金的流動(dòng)性最好。 影響流動(dòng)性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他 污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力（俗稱澆

在中鋁貴州分公司電解鋁廠廣大工程技術(shù)人員的努力下,3104電解鋁成功地鑄造成扁錠。＂電解鋁液直接鑄造大規(guī)格3104鋁合金扁錠技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化＂榮獲貴陽(yáng)市2011年科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

通過研究單級(jí)、雙級(jí)和三級(jí)時(shí)效對(duì)新型高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)韌性的影響,探索使該合金具有最佳強(qiáng)韌性配合的熱處理工藝。此外,對(duì)該合金在不同熱處理?xiàng)l件下的kic試樣的斷裂特征進(jìn)行了觀察。

以美國(guó)almex制造75噸內(nèi)導(dǎo)式液壓半連續(xù)鑄造機(jī)為應(yīng)用研究對(duì)象,闡述了在鑄造5052鋁合金扁錠時(shí)出現(xiàn)偏析瘤和邊角拉裂的情況,分析了出現(xiàn)這些缺陷的原因,提出了處理方法和改進(jìn)措施,并成功應(yīng)用于5052鋁合金扁錠實(shí)際生產(chǎn)中。

文章主要分析了7075鋁合金扁錠裂紋產(chǎn)生的主要原因,并提出了一些解決措施,還通過其成分分析,從控制合金成分、改善鑄造條件等方面提出了解決裂紋產(chǎn)生的措施。

某金屬型鑄造鋁合金鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易出現(xiàn)縮松缺陷,產(chǎn)品合格率低。通過對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)和工藝性進(jìn)行分析,找到了該鑄件的鑄造工藝難點(diǎn)及合理的鑄造工藝方法。通過試驗(yàn)改進(jìn),解決了該鋁合金鑄件易出現(xiàn)的縮松問題。

介紹了5052鋁合金扁錠的用途和生產(chǎn)工藝流程,分析了鈉對(duì)5052鋁合金扁錠dc鑄造熱裂紋和熱軋裂邊缺陷的影響以及鈉的來源,總結(jié)了控制5052鋁合金熔體中鈉含量的措施。

某金屬型鑄造鋁合金鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易出現(xiàn)縮松缺陷,產(chǎn)品合格率低。通過對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)和工藝性進(jìn)行分析,找到了該鑄件的鑄造工藝難點(diǎn)及合理的鑄造工藝方法。通過試驗(yàn)改進(jìn),解決了該鋁合金鑄件易出現(xiàn)的縮松問題。

超高強(qiáng)鋁合金是現(xiàn)代航空航天工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。研究了國(guó)內(nèi)外超高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展?fàn)顩r，從鋁熔體凈化技術(shù)、超高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化技術(shù)和微觀組織結(jié)構(gòu)等三個(gè)方面分析和提出了超高強(qiáng)鋁合金的研究和發(fā)展趨勢(shì)，并對(duì)高強(qiáng)鋁合金鑄造裝備及其控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究。

鋁錠鑄造工藝 產(chǎn)品質(zhì)量的好壞主要在這一步驟，而且整個(gè)鑄造工藝，也是以這一過程為主。鑄造過程 是一個(gè)由液態(tài)鋁冷卻、結(jié)晶成為固體鋁錠的物理過程。 1．連續(xù)澆鑄 連續(xù)澆鑄可分為混合爐澆鑄和外鑄兩種方式。均使用連續(xù)鑄造機(jī)?；旌蠣t澆鑄是將 鋁液裝入混合爐后，由混合爐進(jìn)行澆鑄，主要用于生產(chǎn)重熔用鋁錠和鑄造合金。外鑄是由抬 包直接向鑄造機(jī)澆鑄，主要是在鑄造設(shè)備不能滿足生產(chǎn)，或來料質(zhì)量太差不能直接入爐的情 況下使用。由于無外加熱源，所以要求抬包具有一定的溫度，一般夏季在690～740℃，冬 季在700～760℃，以保證鋁錠獲得較好的外觀。 混合爐澆鑄，首先要經(jīng)過配料，然后倒人混合爐中，攪拌均勻，再加入熔劑進(jìn)行精煉。 澆鑄合金錠必須澄清30min以上，澄清后扒渣即可澆鑄。澆鑄時(shí)，混合爐的爐眼對(duì)準(zhǔn)鑄造 機(jī)的第二、第三個(gè)鑄模，這樣可保證液流發(fā)生變化和換模時(shí)有一定的機(jī)動(dòng)性。爐眼和鑄造機(jī)

近幾十年來,國(guó)內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)鋁合金的熱處理工藝及其力學(xué)性能等進(jìn)行了廣泛的研究,獲得令人滿意的綜合性能。前者強(qiáng)度雖高,但抗應(yīng)力腐蝕性能較差;而后者則是以較大幅度地犧牲合金強(qiáng)度為代價(jià)來改善其應(yīng)力腐蝕敏感性的。本研究選用7175鋁合金,對(duì)其在140～180℃下的長(zhǎng)期時(shí)效特征,常規(guī)力學(xué)性能,性能預(yù)測(cè)與工藝優(yōu)化,應(yīng)力腐蝕行為,氫對(duì)合金機(jī)械性能的影響及其微觀結(jié)構(gòu)的變化等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究;同時(shí)從理論上詳細(xì)地研究了晶界偏析對(duì)晶界強(qiáng)度的影響。主要結(jié)果如下:①首次提出將遺傳、進(jìn)化算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來研究材料工藝優(yōu)化問題,為今后材料工藝優(yōu)化研究探索了一條嶄新的途徑。②首次研究了高強(qiáng)鋁合金在長(zhǎng)期時(shí)效過程中的應(yīng)力腐蝕行為及氫對(duì)合金力學(xué)性能的影響,并提出了氫致高強(qiáng)鋁合金韌脆斷裂轉(zhuǎn)變的新觀點(diǎn)。為改善高強(qiáng)鋁合金的抗scc性能,指導(dǎo)熱處理工藝的制定指出了新的研究方向。③首次提出了用自由電子理論研究晶偏析與晶間脆性的新方法。④首次提出了三元合金晶界偏析與沿晶斷裂模型,運(yùn)用該模型與準(zhǔn)化學(xué)理論相結(jié)合系統(tǒng)地研究了高強(qiáng)鋁合金的氫致斷裂問題;并首次從理論上證實(shí)了viswanadham關(guān)于mg-h相互作用的預(yù)言。⑤深入揭示了高強(qiáng)鋁合金的氫致斷裂機(jī)理,這對(duì)今后抗氫鋁合金的設(shè)計(jì)具有十分重要的理論

根據(jù)鋁合金連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了鋁合金連桿的間接擠壓鑄造工藝,對(duì)模具進(jìn)行了設(shè)計(jì),采用ug進(jìn)行了制件造型并使用procast軟件完成了鋁合金液充型、凝固過程的數(shù)值模擬。通過模擬研究了工藝參數(shù)對(duì)制件質(zhì)量的影響,最終得出在澆注溫度700℃、模具溫度200℃、比壓80mpa、保壓40s工藝下制件質(zhì)量最佳。

對(duì)用電解鋁液鑄造的3104合金扁錠中的夾雜進(jìn)行了形態(tài)、存在形式及成分分析。夾雜一般出現(xiàn)在疏松、氣孔、基體、析出相周圍,其成分主要由c、o、al等元素組成的氧化物和碳化物、可能還存在少量的金屬間化合物和其他金屬雜質(zhì)。合金中夾雜的來源除了電解鋁液帶入外,還包括熔鑄過程中的氧化膜因鋁液流動(dòng)不平穩(wěn)而形成的夾雜、加入的原材料和操作工具帶入的夾雜等。本文還列舉了生產(chǎn)中有效的夾雜控制措施。