7050合金扁錠鑄造裂紋控制

張芯華，向曙光

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

7050合金扁錠鑄造裂紋控制

張芯華，向曙光

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

介紹了7050合金熔鑄特點(diǎn)和扁錠的鑄造難點(diǎn)，通過采取計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、擋水板技術(shù)、高效的熔體凈化技術(shù)以及自動(dòng)化熔鑄技術(shù)等有效措施，攻克了該合金扁錠熔鑄難題，成功鑄造出了（400～520）mm×（1320～1600）mm規(guī)格扁錠。

7050合金；扁錠；鑄造；裂紋

0 前言

7050合金是Al-Zn-Mg-Cu系的超硬鋁合金，該合金具有高強(qiáng)、高韌及淬透性好的特點(diǎn)，是目前鋁合金中綜合性能較好的材料之一，適用于生產(chǎn)厚板、大規(guī)格擠壓制品、大型自由鍛件等加工制品，廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域。但7050合金成分復(fù)雜，合金化元素含量高，結(jié)晶溫度范圍寬，同時(shí)扁錠大小面冷卻收縮不一致，造成7050合金扁錠鑄造過程中熱裂和冷裂的幾率都很高[1]。因此，解決7050合金扁錠鑄造裂紋問題是十分必要的。

1 7050合金扁錠的常見裂紋形式

1.1 鑄錠大面裂紋

這種大面裂紋絕大多數(shù)情況起源于鑄錠表面冷隔、氧化膜等缺陷處，隨著鑄造進(jìn)行一直向上延伸，不會(huì)自動(dòng)愈合，出現(xiàn)這種裂紋只能停止鑄造，常見大面裂紋見圖1。

圖1 鑄錠大面裂紋

1.2 鑄錠底部裂紋

鑄錠底部二次水冷時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮翹曲變形，當(dāng)翹曲變形量不一致或翹曲變形量不夠時(shí)，鑄錠底部因巨大的鑄造應(yīng)力得不到釋放而開裂，常見

底部裂紋見圖2。

圖2 鑄錠底部裂紋

1.3 鑄錠小面裂紋

小面裂紋主要產(chǎn)生在小面和大面交接處，為橫向裂紋，裂紋深度在20～100mm之間，采用加大鋸切量或者銑面量，雖然能消除該裂紋的影響，但嚴(yán)重的降低了成品率，對(duì)生產(chǎn)組織也有很大影響。產(chǎn)生小面裂紋的主要原因是鑄錠表面質(zhì)量不高，有冷隔等缺陷以及大小面過渡幅度太小造成應(yīng)力集中，其常見裂紋見圖3。

圖3 鑄錠小面裂紋

2 防止鑄錠裂紋的工藝試驗(yàn)

采用12t天然氣爐化料熔煉，導(dǎo)入12t靜置爐調(diào)整成分，按美國AMS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，要求ω（Si）＜ω（Fe）≤0.08%以抑制對(duì)鑄造性能有害的化合物（Fe2Si2Al9）產(chǎn)生；ω（Zr）≤0.10%，以防止高熔點(diǎn)含Zr化合物的產(chǎn)生。靜置爐采用爐底透氣磚精煉，打渣、熔劑覆蓋。鑄造設(shè)備為法國進(jìn)口的Novlies鑄造機(jī)，可以精確控制鋪底過程、有效結(jié)晶高度等鑄造參數(shù)，整個(gè)過程均由計(jì)算機(jī)控制，無需人工操作。鑄造速度40～60mm/min，水流量20～40m3/h，不鋪底，回火處理。根據(jù)鑄錠裂紋的形式，在生產(chǎn)中采取了以下措施加以控制。

2.1 使用擋水板減小鑄錠的冷卻

施加擋水板后減小了鑄錠的冷卻強(qiáng)度，鑄造應(yīng)力減小，鑄錠溫度升高，鑄態(tài)塑性增加，鑄錠的裂紋傾向減小。擋水板的使用位置一般在液穴的底部，通過計(jì)算機(jī)模擬我們可以知道使用擋水板前后鑄錠內(nèi)部的應(yīng)力變化情況，見圖4、圖5。

圖4 未使用擋水板時(shí)鑄錠內(nèi)部的應(yīng)力分布

圖5 使用擋水板后鑄錠內(nèi)部的應(yīng)力分布

圖4、圖5中深色區(qū)域表示鑄造應(yīng)力最大部分，其它區(qū)域鑄造應(yīng)力依次減小。從圖4和圖5可知使用擋水板后深色區(qū)域大幅減小，鑄錠內(nèi)部應(yīng)力大幅降低，試驗(yàn)結(jié)果表明，使用擋水板后鑄錠內(nèi)部應(yīng)力大幅降低。在工業(yè)化生產(chǎn)中采用擋水板技術(shù)后鑄錠大面裂紋發(fā)生率降低了95%以上，充分證明了該技術(shù)的有效性。

2.2 優(yōu)化底座形狀

將結(jié)晶器底座設(shè)計(jì)成上表面光滑的雙曲凹面形狀，使鑄錠出結(jié)晶器時(shí)，底部逐漸見水，逐層

收縮，減少鑄錠底部凝固時(shí)的收縮抗力，有利于底部的翹曲變形釋放應(yīng)力，對(duì)控制鑄錠底部裂紋有很大作用。

2.3 優(yōu)化結(jié)晶器小面形狀

將結(jié)晶器小面設(shè)計(jì)成圓弧形狀，擴(kuò)大小面與大面轉(zhuǎn)角的弧度，使金屬在結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)性更好。大/小面結(jié)合處的應(yīng)力減小，鑄錠小面裂紋發(fā)生率也大幅降低。

2.4 采用高效的在線凈化技術(shù)

在線采用SNIF除氣裝備，將液態(tài)氫含量控制在0.1mL/100g內(nèi)，采用單級(jí)板式過濾器，過濾精度40～50ppi，同時(shí)控制好鑄造流槽液面波動(dòng)，減小鑄造過程中的造渣。通過加強(qiáng)凈化可以減低裂紋的發(fā)生率。

3 結(jié)論

Fe、Si含量控制在0.08%以下、使用擋水板技術(shù)、提高熔體的凈化水平、優(yōu)化結(jié)晶器形狀等措施，可以有效地降低7050方錠合金鑄造過程中的開裂幾率。

[1] 周家榮. 鋁合金熔鑄問答[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2013

（編輯：楊毅）

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本專利提供了一種含有Zn和Ca的高強(qiáng)度鋁合金，它可用于工作溫度高達(dá)100～150℃條件下的鑄件，其硬度不低于HV150，強(qiáng)度大于450MPa，鑄造性能優(yōu)異，能用于生產(chǎn)航空、汽車及其它運(yùn)輸機(jī)械上的一些重要零件。

Al-Zn-Cu-Mg鋁基合金及其生產(chǎn)方法和用途

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Control of Casting Crack on 7050Aluminum Alloy Slab

ZHANG Xin-hua, XIANG Shu-guang
(Southwest Aluminum (Group) Co.,Ltd., Chongqing 401326, China)

Melting & casting characteristics and casting difficulty of 7050 alloy were introduced. Casting difficulties of 7050 alloy slab have been overcome by aid of computer simulation technology, water fender technology, efficient melt purification technology and automation casting technology, slabs with（400～520）×（1320～1600）mm have been obtained successfully.

7050 alloy; slabs; casting; crack

TG292

B

1005-4898（2016）03-0037-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.09

張芯華（1986-），男，四川南充人，助理工程師。

2016-04-10