6005A铝合金大直径圆铸锭生产技术.doc

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wMgwSi0.667～0.7441，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wFe0.25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/min56mm/min，冷却水里控制在2000L/min2400L/min，冷却水温低于30℃，送晶粒细化剂线杆的速度控制在100cm/minl80cm/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→搅拌→造渣剂入炉→搅拌→扒渣→中间分析→转注至保温炉→N2喷粉精炼→搅拌扒渣→中间分析→静置→在线加AI-Ti-C线杆细化晶粒→在线精炼→铸造铸锭→均匀化→锯切。 2.2防止铸锭裂纹 现场分析认为，由于铸锭直径大，心部和外部的温差大，冷却过程中应力增大，裂纹倾向增加，矛盾的焦点在于铸造速度。因此我们通过适当降低铸造速度，并增加Al-Ti-C线杆送给速度以细化晶粒，防止了铸锭裂纹。表3列出现场铸锭外观及裂纹的检查结果。 表3生产现场对铸锭外观和裂纹的检查结果 熔次号 外观检查 探伤检查 6005A-1 光滑、无其他缺陷 距端部150mm以内有裂纹 6005A-2 光滑 距端部100mm以内有裂纹 6005A-3 光滑 距端部120mm以内有裂纹 由表3可见，铸锭外观符合要求，内部裂纹在端部正常范围内，按工艺要求锯切头、尾后即为无裂纹铸锭。 2.3化学成分分析 铸锭的化学成分符合试验标准要求，成分分析结果见表4。 表4化学成分质量分数分析结果 熔次号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Pb Al 6005A-1 0.71 0.18 0 0.12 0.47 0.08 0.01 0.016 ﹤0.01 余量 6005A-2 0.68 0.18 0 0.11 0.52 0.09 0.01 0.016 ﹤0.01 余量 6005A-3 0.68 0.18 0 0.12 0.52 0.08 0.01 0.019 ﹤0.01 余量 2.3金相检查情况 单位面积晶粒数测定值40个/mm275个/mm2，超过了16个mm2的要求。 晶粒度评级按ASTWll2-S1美国国家标准金属平均晶粒度测定的标准方法评级铸锭纵、横向晶粒大小基本一致，均为等轴晶粒，未见变形晶粒，晶粒度级别为2.5-3.5级，超过了ASTM1级的要求。 金相检查未见其他缺陷。 3结束语 生产的6005A铝合金Φ380mm，大直径圆铸锭化学成分稳定、均匀，外表光滑，晶粒组织致密均匀。铸锭有优良的挤压特性，挤压型材的强度、伸长率等力学性能完全满足高速列车、汽车、敞车、船舶等对铝合金材料的要求。生产过程中熔炼快速，净化工艺和铸造参数的控制，防止了6005A铝合金铸锭成分易偏析、易裂纹等问题。