北線5083鋁合金520～620×2120mm規(guī)格扁鑄錠工藝研究

李曉楠，常學(xué)治，王 穎，劉海濤，李愛華

(東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060)

北線5083鋁合金520～620×2120mm規(guī)格扁鑄錠工藝研究

李曉楠，常學(xué)治，王 穎，劉海濤，李愛華

(東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060)

本文研究了5083合金520～620×2120mm規(guī)格扁鑄錠的熔鑄工藝，進(jìn)行了鑄錠的質(zhì)量分析，確定了適宜的熔鑄生產(chǎn)工藝。

內(nèi)部質(zhì)量;化合物;成分

大規(guī)格鑄錠鑄造成型難度高，鑄錠易出現(xiàn)裂紋、疏松、成分偏析、化合物聚集等缺陷，我公司原有5083合金扁鑄錠最大規(guī)格為300×1 500mm，但隨著市場(chǎng)上對(duì)板材寬度、厚度規(guī)格要求的增大，對(duì)性能要求的提高，軋制所需的扁鑄錠坯料尺寸也在不斷增大，為了滿足市場(chǎng)的需求，我公司進(jìn)行了5083合金620×2 120mm規(guī)格扁鑄錠的試制。

1 試驗(yàn)過程

1．1 合金成分見表1。

表1 5083合金化學(xué)成分

1．1．1 Fe、Si元素作用

Fe和Si是合金中的雜質(zhì)。Fe與Mn形成難熔的金屬間化合物，鑄錠中又脆又硬的多元化合物會(huì)破壞鋁基體組織的均勻性，降低合金耐蝕性，且使鑄錠軋制時(shí)容易開裂，故Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0．3%以下。

Si的負(fù)作用比 Fe的更大。Si與 Mg形成Mg2Si后，存在過剩Mg時(shí)，降低Mg2Si在基體中的溶解度，其強(qiáng)化作用不但不大，而且降低合金的塑性。只有當(dāng)Si接近于0．1%，且Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠大時(shí)，上述負(fù)作用才能減小。

1．1．2 Mg 元素作用

Mg主要以固溶狀態(tài)和 β相(Mg2Al3或Mg5Al8)存在，是5083合金中的主要強(qiáng)化元素。在5083合金中(Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于5%)，隨Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，合金的再結(jié)晶溫度、焊接裂紋傾向有所降低，焊縫強(qiáng)度提高，合金的塑性降低。

1．1．3 Mn 元素作用

Mn部分固溶于鋁基體，其余以MnAl6的形式存在于組織中。Mn可以提高合金的再結(jié)晶溫度，阻止晶粒粗化，提高合金強(qiáng)度。并可使Mg在鋁基體中的溶解度降低，減少焊縫裂紋傾向，對(duì)提高基體組織和焊接處的強(qiáng)度及抗應(yīng)力腐蝕破裂能力有一定作用。

1．1．4 Be 元素作用

合金中Mg質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，因?yàn)镸gO的體積小于金屬M(fèi)g的體積，因此在熔體表面形成一層疏松的氧化膜，氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，直到熔體全部被氧化。因此需要對(duì)高M(jìn)g合金進(jìn)行合金化保護(hù)，從而使熔體表面形成致密的氧化膜，防止氧化反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行和氣體的進(jìn)入。生成完整保護(hù)性氧化膜的必要條件是氧化物的體積大于生成這部分氧化物而消耗的金屬體積。生產(chǎn)實(shí)踐中通常利用Be的原子半徑小、氧化時(shí)發(fā)熱量等特點(diǎn)而采用Be對(duì)熔體進(jìn)行合金化保護(hù)。

1．2 生產(chǎn)工藝

1．2．1 工藝流程

配料→熔化及調(diào)整成分→鑄造→均勻化退火→機(jī)加。

1．2．2 配料

新鋁用量在20%以上，Mg以純鎂錠的形式加入，Mn、Cr以添加劑的形式加入，Be以中間合金的形式加入，配料計(jì)算時(shí)控制Fe＞Si0．1%以上。

1．2．3 熔煉與凈化工藝

熔煉過程中采用2#熔劑進(jìn)行熔體覆蓋，熔煉溫度700℃ ～760℃，爐前調(diào)整化學(xué)成分時(shí)保證Fe＞Si 0．1% ，并在熔煉溫度范圍內(nèi)導(dǎo)入保溫爐，保溫爐加入一定量的Ti(以Al－Ti絲的形式加入)、取樣、調(diào)整化學(xué)成分。

1．2．4 鑄造

鑄造過程采用在線除氣，40ppi陶瓷片單級(jí)過濾，采用2號(hào)熔劑覆蓋熔體。鑄造時(shí)在線雙點(diǎn)Al－Ti－0．2B絲 700mm/min。鑄造工藝參數(shù)見表2。

表2 5083合金主要鑄造工藝參數(shù)

2 檢測(cè)項(xiàng)目

在5083鋁合金620mm×2120mm鑄錠底部鋸切一片厚20～30mm的試片，沿厚度方向?qū)⒃嚻驍啵】拷牟康乃姆种贿M(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)。試樣的選取位置如圖1所示。

圖1 取樣位置示意圖

成分試樣自心部至邊部分別依次編號(hào)為:1－1～1－3;

金相試樣自心部至邊部分別依次編號(hào)為:2－1～2－3;

力學(xué)性能試樣自心部至邊部分別依次編號(hào)為:3－1～3－11。

2．1 化學(xué)分析結(jié)果

表3分析結(jié)果表明，主要成分 Mn，Cr，Mg在控制范圍內(nèi)，其中Mn，Cr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，未見明顯成分偏析。Mg元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，分布波動(dòng)較大，最大差值0．42%，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大差值較大，由取樣位置看出Mg元素分布呈現(xiàn)出在鑄錠心部及邊部較少，四分之一處濃度達(dá)到最大值。說明鑄錠中Mg元素偏析程度較大，出現(xiàn)這種現(xiàn)象一方面是由于鑄錠較厚，另一方面是Mg元素本身性質(zhì)所決定。

表3 5083合金化學(xué)成分分析結(jié)果

2．2 金相組織

試樣金相組織照片包括未經(jīng)腐蝕過的50倍高倍組織照片和經(jīng)過酸腐蝕的200倍高倍組織照片。低倍金相組織與高倍金相組織照片如圖2所示。

圖2 5083合金偏光及高倍組織(1－1、1－2、1－3為偏光組織，2－1、2－2、2－3為高倍組織)

從2－1至2－3一組50倍金相組織照片可以看出，鑄錠從邊部到中心枝晶網(wǎng)絡(luò)厚，但枝晶間距逐漸變小、較均勻，晶粒從小到大，符合鋁合金熔煉過程中的結(jié)晶規(guī)律。

2．3 力學(xué)性能

每一個(gè)試片選取11個(gè)試樣進(jìn)行抗拉強(qiáng)度(Rm)，屈服強(qiáng)度(Rp0．2)及斷后伸長(zhǎng)率(A)測(cè)試分析。表明自心部至邊部，鑄錠抗拉強(qiáng)度逐漸增大，最小強(qiáng)度為245MPa，最大強(qiáng)度為276MPa;鑄錠屈服強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，最小值為118MPa，最大值為140MPa;斷后伸長(zhǎng)率很不穩(wěn)定，邊部伸長(zhǎng)率高于心部，最小值為9．56%，最大值為12．0%。

3 結(jié)論

(1)通過成分分析得出鑄錠中Mg元素偏析程度較大;

(2)通過高倍組織分析可以看出鑄錠從邊部到中心枝晶網(wǎng)絡(luò)厚，但枝晶間距逐漸變小、較均勻，晶粒從小到大，符合鋁合金熔煉過程中的結(jié)晶規(guī)律。

(3)由力學(xué)性能可以看出鑄錠自心部至邊部，抗拉強(qiáng)度逐漸增大;

(4)生產(chǎn)5083合金620×2120mm規(guī)格鑄造工藝參數(shù)為T=720－750℃，V=30－50mm/min，冷卻水流量為75－135 m3/h，填充時(shí)間為100－120s，此工藝生產(chǎn)出的鑄錠表面質(zhì)量良好，內(nèi)部組織致密，未見疏松等缺陷，滿足質(zhì)量要求。

Study of Casting Process ofsouth product line's 5083 Alloy 520～620×2120mm standard

Li Xiaonan，Chang Xuezhi，Wang Ying，Liu Haitao Li Aihua
(Northeast Light Alloy Co．，Ltd．，Harbin 150060 China)

This article research melting and casting teachnology of A level flaw detection products about south product line ＇s 5083 Alloy 520 ～620 ×2120mm standard，Take the quality analysis and determine the appropriate melting and casting the production process．

internal quality;compound;chemical composition

2014－11－08

李曉楠(1982－)，女，黑龍江哈爾濱人，助理工程師。