2A14合金420mm×1320/1620mm規(guī)格熔鑄工藝研究

韓再旭，劉學(xué)，趙大明

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060）

2A14合金420mm×1320/1620mm規(guī)格熔鑄工藝研究

韓再旭，劉學(xué)，趙大明

（東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150060）

結(jié)合鑄錠試片全分析及現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，確定出2A14合金420mm×1320/1620mm規(guī)格合金鑄錠鑄造工藝參數(shù)為：T=705～735℃，V=45～55mm/min，冷卻水壓力0.03～0.10MPa。按此工藝生產(chǎn)出的合金扁錠滿足合同要求。

2A14；熔鑄工藝；熔體質(zhì)量；工藝參數(shù)

0 前言

2A14合金屬于Al-Cu-Mg-Si系鋁合金，其強(qiáng)度高于2A11合金，接近或超過2A12合金[1]，工藝性能優(yōu)于2A12合金，屬于高強(qiáng)度鍛鋁，主要應(yīng)用于高載荷的結(jié)構(gòu)件[2]?，F(xiàn)有扁鑄錠的規(guī)格較小，不能滿足公司中厚板合同的需求，隨著公司中厚板合同的不斷訂貨，需要大規(guī)格的合金扁鑄錠，為了滿足公司2A14合金大規(guī)格扁鑄錠的合同需求，我公司進(jìn)行了2A14合金420mm×1320/1620mm規(guī)格熔鑄工藝研究。

1 合金成分

2A14合金的國標(biāo)化學(xué)成分見表1。

表1 2A14鋁合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2 試驗(yàn)過程

工藝流程：配料→熔煉及調(diào)整成分→精煉、靜置→鑄造→均勻化退火→機(jī)加。

新鋁定額50%～100%，其余為一級料廢料，不允許使用復(fù)化錠，Cu、Mg以純金屬形式配入，Si、Ti以中間合金形式加入。

熔煉溫度為700～750℃，在熔煉溫度范圍內(nèi)取樣，爐前化學(xué)成分按表1要求控制。使用1號熔劑覆蓋熔體，出爐前加0.01%的Ti（Al-Ti絲）。

用干燥的1#熔劑塊疊壩，精煉15min，靜置30min，走在線凈化裝置，使用30+50ppi陶瓷片過濾，在線播種Al-Ti絲。鑄造工藝參數(shù)見表2。

表22 A14鋁合金主要鑄造工藝參數(shù)

3 試驗(yàn)結(jié)果

按試驗(yàn)方案中的工藝操作，現(xiàn)場鑄錠成型良好，取成品鑄錠，切掉澆口部450mm后，切取20～30mm厚試片，對鑄錠進(jìn)行低倍、高倍、化學(xué)成分、力學(xué)性能等質(zhì)量分析。

3.1 化學(xué)成分分析

沿試片厚度方向，從中心到邊部取20mm×20mm試樣，編號進(jìn)行化學(xué)成分分析，各試樣化學(xué)成分見表3。

表3 2A14鋁合金各試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

從表3中可以看出Cu、Mg元素化學(xué)成分均為中心最低，1/4處最高，符合結(jié)晶規(guī)律和以往鑄錠成分偏析規(guī)律，鑄錠偏析小于0.4%，相對于其他規(guī)格鑄錠成分偏析較小。

3.2 低倍組織檢查

在試片中心部取150mm×150mm試樣，進(jìn)行鑄錠低倍組織檢查，低倍組織試樣中無偏析、疏松、縮孔、氣泡、裂紋、低倍夾雜等宏觀缺陷。鑄錠低倍檢查符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 高倍組織檢查

沿試片厚度方向，從中心到邊部取20mm× 20mm試樣，進(jìn)行鑄錠高倍組織檢查，各試樣高倍組織照片見圖1。

圖1 2A14鋁合金扁錠高倍組織照片

從圖1中可以看出鑄錠從中心到邊部枝晶間距逐漸變小、較均勻，晶粒從大到小，說明邊部冷卻強(qiáng)度大，符合結(jié)晶規(guī)律。

3.4 組織力學(xué)性能

均火后沿厚度方向分別在試片的中心厚度至邊部切取20mm×120mm試樣，編號進(jìn)行鑄錠力學(xué)性能對比，結(jié)果見圖2。

圖2 2A14鋁合金力學(xué)性能檢測結(jié)果

從圖2中可以看出，鑄錠厚度方向從中心到邊部抗拉強(qiáng)度的平均值為181MPa，屈服強(qiáng)度的平均值為124MPa，延伸率15.2%，整體比較均勻，說明該鑄錠各部分組織比較均勻，具有良好的綜合性能。

4 分析與討論

4.1 熔體質(zhì)量對鑄錠裂紋傾向性的影響

（1）加強(qiáng)熔體凈化處理。2A14鋁合金熔煉時易吸氫和氧化，經(jīng)熔煉后的金屬被氫和夾雜物污染，鑄造時鑄錠受激冷收縮，產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)域，特別是在大面表層的拉應(yīng)力區(qū)，若鑄造前熔體凈化不徹底，在鑄錠拉應(yīng)力區(qū)形成了氣孔、夾渣等易引起應(yīng)力集中的缺陷，將導(dǎo)致鑄錠裂紋[3]。

本次試制熔煉及鑄造過程中使用1號熔劑進(jìn)行熔體保護(hù)，通過熔劑的浸潤、隔離、轉(zhuǎn)移-分離作用，一方面可以將熔體與爐氣（空氣）隔開，防止?fàn)t氣（空氣）和金屬液體接觸，因而減弱了熔體與爐氣（空氣）作用的物理化學(xué)過程的強(qiáng)度。另一方面將非金屬夾雜物捕集在熔鹽中，并將其中混雜的金屬液滴分離開來，起到了除渣的作用。

在熔體鑄造開頭前，通過向熔體中吹入Ar氣進(jìn)行精煉操作，根據(jù)分壓理論，氫氣可隨著氣泡上浮而逸入大氣，上浮過程中還可以通過浮選作用將懸浮在熔體中的微小分子氫氣泡和夾雜物中的氣體一并帶出界面。

鑄造過程中使用雙級在線除氣提高除氣效率，使用雙級陶瓷片過濾，通過陶瓷片的阻擋、沉積、吸附作用，使渣子停留在陶瓷片表面、孔道等一切可能停留的場所，實(shí)現(xiàn)熔體與渣子的分離。

（2）適量添加晶粒細(xì)化劑。熔煉過程中熔體局部過熱是不可避免的，這將引起熔體內(nèi)非自發(fā)晶核的活性衰退，導(dǎo)致鑄錠粗晶組織的形成。粗晶組織包括粗大等軸晶、柱狀晶和羽毛晶，它們都可增大鑄錠裂傾向性。多年生產(chǎn)實(shí)踐證明，向合金中加入微量的晶粒細(xì)化劑可以細(xì)化組織，對抑制裂紋有明顯的作用[4]。細(xì)晶組織的這種效果是由于它不僅降低線收縮開始溫度，減少有效結(jié)晶區(qū)的線收縮值，而且由于細(xì)晶便于晶界塑性變形，因而也縮小了脆性區(qū)溫度區(qū)間，提高了脆性溫度區(qū)間的伸長率，使合金熱脆性下降。當(dāng)鑄錠中晶粒粗大時，結(jié)晶末期存在于晶界和枝晶界上的低熔點(diǎn)金屬相粗大，而且增大分布不均勻程度，所以塑性低，抵抗拉應(yīng)力的能力降低，裂紋傾向增加。反之，當(dāng)晶粒和枝晶比較細(xì)小時，分布在晶界和枝晶界上的低熔金屬相分布均勻，塑性提高，抵抗變形能力增強(qiáng)，裂紋傾向減小。因此，加入適量的細(xì)化劑，可以改善鑄錠組織，有利于防止裂紋。本次試制選擇在鑄造過程中在線播種Al-Ti絲。

4.2 合理調(diào)整鑄造應(yīng)力

在鑄造過程中，由于鑄錠規(guī)格較大，鑄錠各部位的凝固時間和冷卻速度不同，使鑄錠中存在應(yīng)力集中區(qū)域。為達(dá)到減小鑄造應(yīng)力、均勻分布應(yīng)力的目的，應(yīng)合理調(diào)整鑄造工藝參數(shù)。

鑄造速度、溫度及冷卻水壓都是決定液穴深度的主要參數(shù)，液穴深度與鑄造速度、溫度成正比，與冷卻水壓成反比。扁錠大面表層始終處于拉應(yīng)力狀態(tài)，液穴過深、液穴壁薄，都易導(dǎo)致鑄錠大面裂紋，液穴過淺及“肩”形液穴易導(dǎo)致小面冷隔缺陷，因此選擇合適的工藝參數(shù)十分重要。結(jié)合合金性質(zhì)和其熔鑄工藝特點(diǎn)，確定鑄造速度為45～55mm/min，鑄造溫度為705～725℃，冷卻水壓為0.03～0.07 MPa。

5 結(jié)論

采用上述工藝生產(chǎn)的鑄錠可以滿足工藝要求，從而可以得出以下結(jié)論：

（1）熔煉溫度720～760℃，電爐出爐前使用Ar精煉10min。

（2）鑄造前靜置爐使用Ar氣體精煉15min，靜置30min，鑄造過程中采用在線除氣+雙級過濾對熔體進(jìn)行熔體凈化處理。

（3）鑄造工藝參數(shù)：鑄造速度V=45～55mm/min，鑄造溫度T=705～735℃，冷卻水壓P=0.03～0.10 MPa，鑄造開頭采用純鋁鋪底。

[1]胡國強(qiáng)，劉靜安.交通運(yùn)輸工業(yè)用鋁材的開發(fā)與應(yīng)用[J].鋁加工，2002（2）：23-27

[2]鄧小三，劉靜安.地鐵車輛用6005A大型鋁合金型材的研制與開發(fā)[J].鋁加工，2004（4）：42-48

[3]王猛，盧治森．輕金屬材料加工手冊（上冊）[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1986：38-43

[4]劉宏，趙剛，劉春明，劉延?xùn)|，左良.6000系鋁合金組織性能的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程材料，2004（6）：11-19

Research on Melting and Casting Process of 2A14 Alloy with 420mm×1320/1620mm

HAN Zai-xu，LIU Xue，ZHAO Da-ming
(Northeast Light Alloy Co.，Ltd.，Harbin 150060，China)

Charicteristics and element effect of 2A14 ingot are introduced.And melting and casting process of large-sized 2A14 alloy with 420mm×1320/1620mm are prepared.Casting process parameters of 2A14 alloy ingot with 420mm×1320/1620mm by compre?hensive analysis are determined:T=705～735℃，V=45～55mm/min，pressure of cooling water is 0.03～0.10MPa.

2A14;melting and casting process;melt quality;process parameter

TG292

A

1005-4898(2017)03-0034-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.08

韓再旭（1984-），男，黑龍江齊齊哈爾人，大學(xué)本科。

2016－11－20