4004鋁合金420mm×1620mm規(guī)格熔鑄工藝研究

李海仙，胥健秋，殷云霞，黃巖超，崔晉濱

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

4004鋁合金420mm×1620mm規(guī)格熔鑄工藝研究

李海仙，胥健秋，殷云霞，黃巖超，崔晉濱

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

主要對(duì)大規(guī)格4004鋁合金扁鑄錠熔鑄工藝進(jìn)行了研究，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的4004鋁合金420mm×1620mm規(guī)格鑄錠進(jìn)行了全面分析，從化學(xué)成分、低倍和高倍幾個(gè)方面來(lái)看，鑄錠質(zhì)量良好，工藝穩(wěn)定，確定了生產(chǎn)該規(guī)格鑄錠的工藝參數(shù)。

4004合金；細(xì)化；羽毛晶；熔鑄

0　前言

4004鋁合金是Al-Si系合金中硅含量較高的鋁合金，具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、體積穩(wěn)定性好、熔點(diǎn)低、耐磨性能和高溫性能好等特點(diǎn)，作為434復(fù)合鋁帶箔的包覆層，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、空調(diào)機(jī)、制氧機(jī)等散熱器的制造。目前4004鋁合金鑄錠多數(shù)是300mm厚鑄錠，難以滿足新生產(chǎn)線軋制的需求，因此準(zhǔn)備試制生產(chǎn)大規(guī)格4004鋁合金，提高其綜合成品率。

另外，由于4004鋁合金中Si含量較高，Si相呈粗大的片狀或針狀，對(duì)基體產(chǎn)生嚴(yán)重的割裂作用，降低了鑄錠成型率，通常采用Na變質(zhì)的方法改善4004鋁合金的組織和性能。但Na變質(zhì)的時(shí)效性較短，而通常大規(guī)格鑄錠的鑄造時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此需要在變質(zhì)劑的有效時(shí)間內(nèi)摸索大規(guī)格4004鋁合金扁鑄錠的熔鑄工藝；但隨著鑄錠厚度的增加，鑄錠心部易出現(xiàn)宏觀偏析、粗晶等缺陷。為滿足生產(chǎn)需求，提高合金的成品利用率和生產(chǎn)效率，特對(duì)大規(guī)格4004合金扁鑄錠熔鑄工藝進(jìn)行合理的摸索。

1　試驗(yàn)方案

1.1試樣材料

4004化學(xué)成分如表1所示。鑄錠規(guī)格：低液位生產(chǎn)4004合金的規(guī)格為420mm×1620mm。配料：每爐加2kgAl-Be中間合金，合金化元素Si以中間合金的形式加入，Mg以純金屬的形式加入。

表1　4004鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2實(shí)驗(yàn)方法

采用天然氣爐供電爐液體料方式生產(chǎn)，來(lái)料后在電爐加Mg錠、Al-Be中間合金后進(jìn)行對(duì)流攪拌，熔煉溫度為740℃～800℃，在熔煉溫度范圍內(nèi)取樣分析成分。

導(dǎo)爐后Ar氣精煉15min，靜置10min以上，在不低于740℃變質(zhì)處理，充分?jǐn)嚢杈鶆?，變質(zhì)后不扒渣，走在線除氣裝置，鑄完大清爐。鑄造工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　鑄造工藝參數(shù)

分別切取在線不播種Al-Ti絲的4-353熔次與播種Al-Ti絲的4-548熔次鑄錠切取1/4試片，進(jìn)行化學(xué)成分分析、低倍組織和高倍組織的各項(xiàng)檢測(cè)。

2　試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1成分及組織

由試片中心向邊部取樣，分析4004合金中化學(xué)成分偏析程度。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看兩熔次中鑄錠厚度的1/4處Si含量要大于邊部及中心，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，符合晶粒偏析發(fā)展規(guī)律。不點(diǎn)Al-Ti絲的4-353熔次Si的最大偏析為0.76%，點(diǎn)入Al-Ti絲的4-548熔次Si的最大偏析為0.55%。點(diǎn)入Al-Ti絲Si的最大偏析略低于不加Al-Ti絲的。

通過(guò)低倍檢查發(fā)現(xiàn)，不同細(xì)化方式生產(chǎn)的兩熔次4004合金的晶粒度均較大，一般在4～5級(jí)，而且均存在羽毛晶。4004合金試片顯微組織如表3所示。

從表3可以看出：從鑄錠心部到邊部枝晶臂逐漸變薄，晶粒越來(lái)越細(xì)小，符合結(jié)晶規(guī)律，另外無(wú)論是否在鑄造過(guò)程中點(diǎn)入Al-Ti絲，對(duì)晶粒影響不是很大，兩熔次的晶粒大小相近。

從低倍組織上來(lái)看，4004合金存在有羽毛晶。該鑄錠產(chǎn)生羽毛晶的主要原因可能是熔體過(guò)熱或液體金屬停留時(shí)間長(zhǎng)，使非自發(fā)晶核減少，還可能是鑄造準(zhǔn)備時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致變質(zhì)劑失效，從而產(chǎn)生羽毛晶。其預(yù)防方法是避免液體金屬停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，另外在鑄造過(guò)程中在線播種Al-Ti絲對(duì)熔體進(jìn)行細(xì)化處理。

2.24004鋁合金的Na鹽變質(zhì)

2.2.1Na 鹽變質(zhì)機(jī)制

Na鹽變質(zhì)劑的組成物一般為NaF、NaCl、KCl，其中只有NaF在變質(zhì)溫度下能與鋁液反應(yīng)分解出Na元素，起變質(zhì)作用，其反應(yīng)方程式為6NaF+ Al→Na3AlF6+3Na，鋁液中的Na原子會(huì)彌散分布在Si原子周?chē)?，使得Si相表面呈現(xiàn)凹凸不平，阻滯了Si晶體的生長(zhǎng)速度，從而導(dǎo)致Si晶體生長(zhǎng)形態(tài)的變化。

2.2.2Na鹽變質(zhì)的影響因素

變質(zhì)處理工藝的影響因素有：變質(zhì)劑加入溫度、變質(zhì)時(shí)間和變質(zhì)劑用量。

（1）溫度：變質(zhì)溫度過(guò)高，增加鋁液氧化、吸氣，變質(zhì)效果衰退快；溫度過(guò)低，變質(zhì)反應(yīng)慢，Na的實(shí)收率低，浪費(fèi)變質(zhì)劑，變質(zhì)效果差。在生產(chǎn)中，變質(zhì)溫度通常稍高于澆注溫度，此外還應(yīng)考慮變質(zhì)效果、鋁液冶金質(zhì)量，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定最佳的變質(zhì)溫度為730～770℃。

（2）時(shí)間：變質(zhì)溫度越高，鋁液和變質(zhì)劑反應(yīng)速度越快，所需變質(zhì)時(shí)間也越短，具體時(shí)間通過(guò)試驗(yàn)確定。生產(chǎn)中采用“攪拌”法進(jìn)行變質(zhì)，攪拌的時(shí)間就是變質(zhì)的時(shí)間。由于變質(zhì)劑加入后能完全混入鋁液中，與鋁液接觸面積大、反應(yīng)完全，因此時(shí)間可以進(jìn)一步縮短。一般變質(zhì)劑的有效時(shí)間在60min以內(nèi)，變質(zhì)結(jié)束后在熔體表面均勻的漂浮一層透明的熔劑液體。

（3）用量：鋁液中含有ω(Na)0.01%的Na，就能使Al-Si共晶合金完全變質(zhì)，得到纖維狀的共晶硅，則熔煉100kg的Al-Si共晶合金只需0.018kgNaF中的Na。熔體中的ω(Na)一般控制在0.008%～0.015%，考慮到實(shí)際生產(chǎn)條件下不是所有的NaF都參與反應(yīng)，因此計(jì)算時(shí)Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)可適當(dāng)提高，但一般不應(yīng)超過(guò)0.02%。

表3　4004合金兩熔次不同位置的顯微組織

3　結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)及分析結(jié)果可以得出結(jié)論：

（1）不同細(xì)化方式生產(chǎn)的4004合金其化學(xué)成分均符合偏析規(guī)律。

（2）根據(jù)高倍分析結(jié)果來(lái)看，符合晶粒的結(jié)晶規(guī)律。

（3）不同細(xì)化方式生產(chǎn)的4004合金其晶粒度均較大，且存在羽毛晶，下一步打算從控制爐料組成、防止金屬液停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起變質(zhì)失效及保證變質(zhì)劑的用量等幾個(gè)方面減少羽毛晶的產(chǎn)生。

（4）從全分析結(jié)果看，Ti的加入與否，對(duì)高Si合金的晶粒細(xì)化作用不大。

（5）4004合金420mm×1620mm規(guī)格工藝參數(shù)為：鑄造速度40～55mm/min，鑄造溫度700～730℃，冷卻水壓0.03～0.1MPa。

（編輯：余東梅）

Study on Melting & Casting Process for 4004 Aluminum Alloy with 1620mm×420mm

LI Hai-xian，XU Jian-qiu，YIN Yun-xia，HUANG Yan-chao，CUI Jin-bin
（Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060,China）

Melting & casting process of 4004 alloy flat ingot with large size was researched, and the ingot of 4004 alloy with 420mm × 1620mm ingot was completely analyzed. From the aspects of chemical composition, macrostructure and microstructure, the quality was good,process was stable, and the parameters of production process of the ingot were determined.

4004 alloy; refinement; feather crystal;melting & casting

TG292

B

1005-4898（2016）02-0061-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.02.13

李海仙（1978-），女，山西平遙人，高級(jí)工程師。

2015-11-16