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6005A铝合金大直径圆铸锭生产技术
6005A铝合金挤压型材的强度比6063铝合金的高,工业的发展需要这种高性能的材料,它首先在欧洲得到研发。目前,国内生产6005A铝合金大直径圆铸锭的厂家较少。为了生产高质量的6005A挤压型材,我们采用从德国联合铝业公司引进的气幕铸造生产线,开发生产6005A铝合金Φ380mm圆铸锭,共给55MN挤压机积压型材。
1 试验研究
1.1合金化学成分的优化
根据材料介绍的6005A铝合金成分,结合市场上对该合金型材性能的要求,我们对6005A合金化学成分进行优化设计,列于表1
表1 6005A铝合金的化学成分(质量分数)??? %
项目
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Cr
Zn
Pb
Al
美国标准
0.6~0.9
0.35
0.1
0.1
0.40~0.60
0.1
0.1
0.05
余量
设计成分
0.62~0.78
0.15~0.25
0.1
0.08~0.20
0.42~0.58
0.04~0.20
0.1
0.01
余量
?
(1)设计成分w(Mg):w(Si)=(0.667~0.744):1,为Si过剩合金,有利于合金强度的提高。
(2)设计成分中加入微量的Cr和Mn,主要目的是细化晶粒,抑制固溶处理时发生再结晶,从而进一步强化合金;此外,进一步改善合金的韧性,降低应力腐蚀开裂敏感性。同时通过MnCl6添加Mn还能熔解杂质发Fe,以减少Fe的有害作用,进一步提高合金的力学性[1]。
(3)对Fe范围的控制,主要考虑Fe可减小压力加工产品的晶粒尺寸,有利于合金强度的提高。但是w(Fe)0.25后,会使合金产生脆性,因此给出了一个范围同。
1.2工艺装备的设计
如图1所示,气幕铸造的工艺装备是把空气/油混合物通过油气分配环引入结晶环的上部,在铸造过程中对铸锭实现连续润滑的装备。这种空气/油混合物具有很好的绝热作用,当铝合金熔体迸入结晶环后,散热减少,减轻了铸锭的一次冷却,当铸锭离开结晶器受到直接水冷时,即加强了轴向冷却,使铸锭的液穴变得平坦,生产工艺得到稳定,从而获得优良的铸锭表面和表层组织质量。
1.3工艺制度设计
从熔炼、净化、铸造、均匀化四个方面设计其工艺制度。
(1)熔炼工艺制度
熔炼流程:原铝液加Al-Si中间合金→加Cr添加剂→加Mn添加剂→加Mg锭。熔炼温度750℃~760℃;熔炼时间30min。操作要点:充分搅拌铝液,确保合金化学成分均匀;Cr添加剂、Mn添加剂、Mg锭均用钟罩压入铝液中熔化,确保金属实收率高。
采用添加剂的方法加入合金元素,解决了Mn、Cr等高熔点金属在正常铝液温度条件下熔化难的问题,实现了熔炼快速、金属液不过热且化学成分均匀的目的。
(2)净化工艺制度
熔体内的非金属夹杂物及气体(主要是H2)是影响铸造工艺和铸锭质量的关键因素,给挤压型材的力学性能带来极坏的影响。因此,试验中采用在熔炼炉除渣,在保温炉N2喷粉精炼除气、除渣,在线N2除气,在线陶瓷片过滤等一系列先进的净化技术净化铝液,确保铝液质量。净化1艺制度如表2。
表2 6005A合金熔体净化工艺制度
设备
净化物
净化时间/min
净化温度/℃
目的
熔炼炉
造渣剂
10
750
除渣
保温炉
N2+精炼粉
30
750
除气、除渣
除气炉
N2 6 L/h,转子速度250r/min
铸造全过程
710~720
除气、H2低于0.2mL/100gAL
过滤器
过滤板(30ppi)
铸造全过程
705~710
除渣
(3)细化晶粒
用Al-Ti-C线杆在线细化晶粒,确保铸锭的晶粒度符合要求,同时有效抑制铸锭裂纹倾向。这对大直径铸锭的生产十分重要。
(4)铸造工艺制度
在气幕铸造过程中,要确保空气流量、空气压力、润滑油流量供应的稳定性。根据气幕铸造Φ380mm6005A合金圆铸锭的工艺特点,铸造速度控制在50mm/min~56mm/min,冷却水里控制在2000L/min~2400L/min,冷却水温低于30℃,送晶粒细化剂线杆的速度控制在100cm/min~l80cm/min。
(5)铸锭均匀化制度
均匀化处理是改善铸锭质量的措施,可进一步改善铸锭的挤压特性,提高制品力学性能和表面质量。AI-Mg-Si系合金的过烧温度为595℃[1],基于此设计的均匀化制度为:温度(570士10)℃,保温10h;冷却方式,风+水冷;冷却速度大于200℃/h;铸锭终了温度,外部50℃,心部150℃。
2铸锭生产实践
生产中重点在于控制熔体质量,控制现场铸造参数,控制铸锭的晶粒度,避免铸锭裂纹和改善外观贡量。
2.1熔铸工艺流程
ZLDl02合金入炉→原铝液入炉→搅拌→Mn、Cr添加剂入炉→Mg锭入炉斗
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