2055鋁合金鑄錠導(dǎo)電率初步研究

姚 勇，林順巖

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 九龍坡 401326）

2055鋁合金鑄錠導(dǎo)電率初步研究

姚 勇，林順巖

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 九龍坡 401326）

摘要：測試了2055鋁合金半連續(xù)鑄造鑄錠的導(dǎo)電率。研究發(fā)現(xiàn)，沿鑄錠縱向橫截面導(dǎo)電率平均值分布呈現(xiàn)一定規(guī)律：從澆口部往底部方向，橫截面導(dǎo)電率平均值距澆口部一定長度內(nèi)呈上升趨勢，隨后趨于平穩(wěn)，距底部一定長度內(nèi)又開始呈現(xiàn)上升趨勢；沿鑄錠徑向?qū)щ娐蕪倪叢康叫牟恐饾u減小。鑄錠導(dǎo)電率的分布規(guī)律可為以后制定更加合理的頭尾鋸切量工藝提供參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金；鑄錠；導(dǎo)電率；頭尾鋸切量

0 前言

鋁合金半連續(xù)鑄造鑄錠為了防止鑄造開裂，進(jìn)行了鋪底（或鋪假底）和回火操作。純鋁鋪底產(chǎn)生一個純鋁和基本金屬的混合區(qū)域，且充型時鋁液翻滾造渣嚴(yán)重?；鼗鸩僮鲗?dǎo)致冷卻速度急劇降低，引發(fā)鑄錠內(nèi)部組織致密性下降等。因此，鑄錠鋪底（或鋪假底）段和回火段內(nèi)部質(zhì)量較鑄造穩(wěn)定狀態(tài)差，需進(jìn)行頭尾鋸切操作。

目前制定頭尾鋸切量工藝的主要依據(jù)是低倍檢測、后續(xù)加工及使用性能，有時也同時采用高倍組織、力學(xué)性能和化學(xué)成分分析來進(jìn)行綜合評判。但低倍檢測數(shù)據(jù)不能精確定量，高倍組織檢測、力學(xué)性能檢測和化學(xué)成分分析成本相對較高、且不能全面評價整個斷面質(zhì)量情況，而采用鑄錠導(dǎo)電率來協(xié)助制定頭尾鋸切量工藝尚未見報(bào)道。鑒于導(dǎo)電率受鑄錠冷卻速度、成分偏析和疏松等影響較大，本文選取2055鋁合金鑄錠進(jìn)行導(dǎo)電率檢測，探究鑄錠導(dǎo)電率分布規(guī)律，希望為以后制定更加合理的頭尾鋸切量工藝提供一種新的思路。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2055鋁合金半連續(xù)鑄造φ540mm圓鑄錠（僅進(jìn)行去應(yīng)力退火），選取化學(xué)成分與熔鑄工藝相當(dāng)一致的2個熔次（記做熔次A、熔次B）進(jìn)行分析，化學(xué)成分均符合美國鋁業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 試片準(zhǔn)備和網(wǎng)格化

將鑄錠鋸切下的底部和澆口部料頭沿縱軸進(jìn)行縱剖取試片，并在2根鑄棒中部位置分別切取一塊低倍試片。將所有試片車光至Ra6.3μm，導(dǎo)電率測試前將試片表面油脂用煤油或者酒精清洗干凈，再用水沖洗并吹干，確保試片表面狀況符合GB/T12966-2008《鋁合金導(dǎo)電率渦流測試方法》的要求。

為在全試片范圍測試導(dǎo)電率，測試前先將縱剖試片網(wǎng)格化，按如下步驟進(jìn)行：

（1）去除邊緣?？紤]到邊緣效應(yīng)(見GB/ T12966-2008鋁合金導(dǎo)電率渦流測試方法)和鑄錠邊部冷隔等缺陷，試片邊緣一定區(qū)域內(nèi)不測試導(dǎo)電率，去除邊緣約30mm。

（2）網(wǎng)格化?？紤]到試片大小，確定所有試片單個網(wǎng)格沿鑄錠徑向長度設(shè)置為48mm（即沿徑向測試6個點(diǎn)），單個網(wǎng)格沿鑄錠縱向長度設(shè)置為50mm，如圖1所示。

（3）網(wǎng)格標(biāo)記。為便于在網(wǎng)格點(diǎn)處測試導(dǎo)電率，先在試片邊部標(biāo)記等分點(diǎn)，測試導(dǎo)電率時直接沿徑向擺放的塑膠直尺(建議不要用鋼直尺)測試導(dǎo)電率。

圖1 截面網(wǎng)格化示意圖

1.3 導(dǎo)電率測試和數(shù)據(jù)處理

在每一個網(wǎng)格點(diǎn)處測試并記錄導(dǎo)電率，導(dǎo)電率儀器和測試操作應(yīng)符合GB/T12966-2008《鋁合金導(dǎo)電率渦流測試方法》要求，數(shù)據(jù)處理方法如下：

其中1≤i≤m，1≤j≤n，i，j，m，n均為自然數(shù)，在EXCEL中分別以[（i-1）×50，Ai]，[（j-1）×50，Bj]為坐標(biāo)值繪圖。

2塊低倍試片導(dǎo)電率也同樣測試從心部到邊部的6個點(diǎn)，分布與縱向試片相同。

2 試驗(yàn)結(jié)果

導(dǎo)電率測試結(jié)果見表1～表6，變化趨勢見圖2～圖5。

表1 熔次A澆口部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

表2 熔次A底部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

表3 熔次A中部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

表4 熔次B澆口部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

表5 熔次B底部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

表6 熔次B中部截面導(dǎo)電率數(shù)據(jù)（IACS%）

圖2 熔次A澆口部橫截面平均導(dǎo)電率曲線圖

圖4 熔次B澆口部橫截面平均導(dǎo)電率曲線圖

圖5 熔次B底部橫截面平均導(dǎo)電率曲線圖

從表1和圖2可以看出：距澆口部約300mm范圍內(nèi)，熔次A澆口部截面距澆口越遠(yuǎn)其導(dǎo)電率平均值越大，但澆口部橫截面導(dǎo)電率平均值在距離澆口約50mm處存在一個最低點(diǎn)；距離超過300mm后，其導(dǎo)電率平均值趨于穩(wěn)定；導(dǎo)電率從鑄棒邊部到心部逐漸減小。

從表2和圖3可以看出：距底部約350mm范圍內(nèi)，熔次A底部截面距底部端越遠(yuǎn)其導(dǎo)電率平均值越?。痪嚯x超過350mm后，其導(dǎo)電率平均值趨于穩(wěn)定；導(dǎo)電率從鑄棒邊部到心部逐漸減小。

表3數(shù)據(jù)表明熔次A鑄棒中部截面導(dǎo)電率平均值與其澆口部和底部截面導(dǎo)電率平均值的穩(wěn)定值均相等。

表4～表6和圖4～圖5表明熔次B鑄錠導(dǎo)電率分布規(guī)律與熔次A基本相同。

3 討論分析

作為金屬材料電學(xué)性能指標(biāo)之一的導(dǎo)電率，不僅反映了材料的導(dǎo)電能力，而且也與材料的成分和內(nèi)部組織有關(guān)。導(dǎo)電率與合金的塑性變化趨勢相似，即合金化程度愈高，導(dǎo)電率愈低。根據(jù)復(fù)相導(dǎo)電理論，合金的導(dǎo)電率主要取決于導(dǎo)電率較高的物相，在鋁合金中則主要取決于基體固溶體。導(dǎo)電率對點(diǎn)缺陷的密度很敏感，不同組織狀態(tài)對電子散射作用不同[1、2]。2055鋁合金鑄錠沿鑄錠縱向橫截面導(dǎo)電率平均值從澆口部往底部方向，距離澆口部300mm內(nèi)呈上升趨勢，隨后趨于平穩(wěn)，距離底部300～400mm內(nèi)時又開始呈現(xiàn)上升趨勢，鑄錠導(dǎo)電率沿徑向從邊部到心部逐漸減小。導(dǎo)電率數(shù)據(jù)在縱向和徑向的分布特征表明：鑄錠導(dǎo)電率隨著冷卻速度提高而提高。這可能與結(jié)晶時隨著冷卻速度提高晶界非平衡相析出增多，固溶體內(nèi)元素含量減少有關(guān)，也可能與隨著冷卻速度提高顯微疏松等缺陷減少有一定關(guān)系。此外底部導(dǎo)電率的變化趨勢也與鋪底段存在一個純鋁和基本金屬的混合區(qū)域有關(guān)。澆口部橫截面導(dǎo)電率平均值曲線圖中均存在一個最低點(diǎn)，可能與該處冷卻速度不及離澆口部最近處橫截面快有關(guān)。

從上述試驗(yàn)結(jié)果及分析可知，鑄錠距澆口端約300mm以內(nèi)和距底部端約400mm范圍內(nèi)其截面導(dǎo)電率平均值處于非穩(wěn)態(tài)，對應(yīng)鑄錠質(zhì)量也應(yīng)處于非穩(wěn)態(tài)。

目前生產(chǎn)中該規(guī)格合金頭尾實(shí)際鋸切量為：澆口部鋸切300mm，底部鋸切400mm，對應(yīng)各項(xiàng)檢測結(jié)果和后續(xù)加工未見異常。由此可見鑄錠導(dǎo)電率的分布規(guī)律對于制定頭尾鋸切量工藝有一定參考價值。

4 結(jié)論

2055鋁合金鑄錠沿鑄錠縱向橫截面導(dǎo)電率平均值分布呈現(xiàn)一定規(guī)律：從澆口部往底部方向，橫截面導(dǎo)電率平均值距離澆口部一定長度內(nèi)呈上升趨勢，隨后趨于平穩(wěn)，距離底部一定長度內(nèi)時，又開始呈現(xiàn)上升趨勢；沿鑄錠徑向?qū)щ娐蕪倪叢康叫牟恐饾u減小。

鑄錠導(dǎo)電率測試方便，較易實(shí)現(xiàn)試片全范圍掃描式檢測，且導(dǎo)電率測試還可以查找試片上的化合物、光晶等影響導(dǎo)電性能的缺陷，下一步可以尋找并確定鑄錠導(dǎo)電率與鑄錠內(nèi)部組織和鑄造工藝內(nèi)在聯(lián)系，從而為制定更加合理的頭尾鋸切量工藝提供一種新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 寧愛林，蔣壽生，彭北山.鋁合金的力學(xué)性能及其導(dǎo)電率[J].輕金屬，2005（6）:34-36

[2] 韓亞利，陳勇，周志平.應(yīng)用渦流導(dǎo)電率檢測技術(shù)評定鋁合金的熱損傷[J].航空精密制造技術(shù)，2006，42(3)：37-40

（編輯：楊毅）

中圖分類號：TG113.22+4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4898（2014）06-0046-04

doi:10.3969/j.issn.1005-4898.2014.06.11

作者簡介：姚勇（1983-），男，重慶人，工程師。

收稿日期：2014-10-05

Research on Electrical Conductivity of 2055 Aluminum Alloy Ingot

YAO Yong, LIN Shun-yan
(Southwest Aluminum(Group)Co.,Ltd., Chongqing 401326,China)

Abstract:Electrical conductivity of semicontinuous casting 2055 aluminum alloy ingot is determined. Distribution rules of electrical conductivity of ingot is obtained, so as to reference for process of head to tail cutting quantity in the future.

Keywords:aluminum alloy; ingot; conductivity; head to tail cutting quantity