7A06鋁合金空心圓鑄錠裂紋產(chǎn)生的原因及其控制措施

裴長(zhǎng)世,雷延霞

(1.青海省金星礦業(yè)有限公司,青海 西寧 810000;2.青海省工業(yè)學(xué)校,青海 西寧 810000)

由于空心圓鑄錠的結(jié)晶組織要優(yōu)于實(shí)心圓鑄錠的,且加工過(guò)程中產(chǎn)生的幾何廢料少,生產(chǎn)成本低,用鋁合金空心圓鑄錠擠壓管材已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。某公司為用戶生產(chǎn)規(guī)格為Ф136 mm×4.5 mm的7A06鋁合金無(wú)縫管,結(jié)合公司擠壓設(shè)備狀況和擠壓參數(shù)計(jì)算,確定無(wú)縫管擠壓用Ф258 mm/Ф136 mm規(guī)格的空心圓鑄錠。在生產(chǎn)試驗(yàn)階段,7A06鋁合金空心圓鑄錠常常出現(xiàn)裂紋缺陷,導(dǎo)致空心鑄錠報(bào)廢。為此,對(duì)裂紋缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。

1 7A06鋁合金空心錠裂紋缺陷產(chǎn)生的原因

在Ф258 mm/Ф136 mm規(guī)格7A06鋁合金空心鑄錠的鑄造缺陷中,由于裂紋缺陷所形成的廢品最多。某公司對(duì)2017年度因鑄造缺陷而報(bào)廢的7A06鋁合金空心圓鑄錠進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果表明,在整個(gè)150件空心錠廢品中,裂紋缺陷廢品為120件,占廢品總量的80%。由此可見(jiàn),裂紋是影響7A60鋁合金空心圓鑄錠質(zhì)量的主要因素。

1.1 7A06鋁合金特性對(duì)其空心錠裂紋傾向的影響

7A06鋁合金化學(xué)成分如表1所示。

表1 7A06鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

由表1可以看出,7A06鋁合金中的合金元素除Zn、Mg、Cu外,還添加了一定量的Zr元素,該合金的組成比較復(fù)雜。7A06鋁合金的合金化程度高,各合金元素含量總和占合金總質(zhì)量的13.3%～14.8%。由于合金中Zn、Mg元素含量高,合金的結(jié)晶溫度范圍寬,固-液區(qū)塑性低,加之合金中的強(qiáng)化相種類較多,因此合金熔體流動(dòng)性差,導(dǎo)致合金鑄造性能差,因此合金鑄錠易產(chǎn)生氣孔、疏松和裂紋缺陷。同時(shí),由于合金中的ω(Mg)高達(dá)2.3%～3.0%,合金具有鈉脆性傾向,也增加了7A06鋁合金的熱裂傾向。

1.2 合金中各元素對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響

7A06鋁合金中合金元素和雜質(zhì)元素較多,幾乎每個(gè)元素對(duì)其裂紋傾向都有影響。

Zn元素:Zn元素是7A06鋁合金中的主要合金化元素。Zn元素可以與合金中的Mg元素形成η(MgZn2)和T(Al2Mg2Zn3)相,對(duì)合金產(chǎn)生明顯的強(qiáng)化作用,但使合金的塑性降低。由于7A60鋁合金的ω(Zn)高達(dá)8.0%～9.0%,使合金熔體的粘度增加,流動(dòng)性降低,鑄造性能下降,導(dǎo)致合金鑄錠凝固后期補(bǔ)縮較為困難,增大了合金形成疏松和氣孔缺陷的傾向,進(jìn)而增加了合金鑄錠開(kāi)裂傾向。因此,隨Zn含量增加,7A06鋁合金的裂紋傾向增加。

Mg元素:在7A06鋁合金中,Mg含量的增加可降低合金鑄錠的裂紋傾向性,這可能是由于合金在凝固過(guò)程中,Mg元素與Si元素形成Mg2Si相,降低合金中游離硅數(shù)量的緣故。

除了Zn、Mg各自含量對(duì)7A06鋁合金空心鑄錠的影響外,Zn、Mg元素的相對(duì)含量(即ω(Zn)/ω(Mg)比值)對(duì)7A06鋁合金空心錠也有很大的影響。隨著ω(Zn)/ω(Mg)比值增大,7A06鋁合金塑性越差,7A06鋁合金空心鑄錠鑄造時(shí)產(chǎn)生熱裂的傾向性增加[1]。

Cu元素:7A06合金中的Cu元素含量較高,雖然對(duì)提高合金強(qiáng)度有一定的積極作用,但這對(duì)于7A06合金熱裂傾向的控制極為不利。因?yàn)镃u的加入也會(huì)增加Al-Zn-Mg-Cu合金中粗大Al2CuMg相的數(shù)量。而粗大Al2CuMg相的存在,會(huì)導(dǎo)致合金韌塑性下降[2],使合金的熱裂傾向呈明顯增加的趨勢(shì)。

Zr元素:就Zr元素本身而言,對(duì)鋁合金鑄態(tài)晶粒具有一定的細(xì)化作用。但是,Zr元素是易使Al-5Ti-1B晶粒細(xì)化劑產(chǎn)生“中毒”,增大7A06鋁合金空心鑄錠產(chǎn)生羽毛狀晶缺陷的的幾率[3]。而羽毛晶缺陷的產(chǎn)生,使晶粒表面積減小,單位表面積上液膜數(shù)量和厚度增加,從而增大了7A06鋁合金空心圓鑄錠的熱裂傾向[4]。

Fe和Si元素:Fe和Si元素是Al-Zn-Mg-Cu系合金中最為常見(jiàn)、但又無(wú)法避免的雜質(zhì)元素,它們的存在對(duì)7A60鋁合金的熱裂性能有明顯的影響。Fe和Si易與Al基體形成FeAl3、Al7Cu2Fe、AlFeMnSi、Al2Fe2Si和Mg2Si等不溶或難溶化合物,這些化合物為性脆,分布于鑄錠的晶界或枝晶界上,在合金凝固結(jié)晶過(guò)程中,稍有應(yīng)力施加就會(huì)形成應(yīng)力集中,導(dǎo)致鑄錠產(chǎn)生熱裂,嚴(yán)重降低合金塑性和斷裂韌性。尤其是當(dāng)合金中的ω(Si)>ω(Fe)時(shí),優(yōu)先形成對(duì)合金危害作用很大的β-FeSiAl5或(Fe2Si2Al9)相,加劇合金在凝固過(guò)程中的熱裂傾向。

1.3 鑄造工藝參數(shù)對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響

鑄造工藝參數(shù)主要包括鑄造溫度、鑄造速度和冷卻強(qiáng)度,它們對(duì)7A06鋁合金空心錠的裂紋傾向都有很大的影響。

1.3.1 鑄造溫度對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響

由于7A06鋁合金合金化程度高,結(jié)晶溫度范圍寬,因此,其鑄造性能差。雖然提高鑄造溫度可以改善合金的流動(dòng)性和鑄造性能,并減少冷隔和疏松等缺陷,但是,鑄造溫度過(guò)高,會(huì)使空心鑄錠的液穴加深,導(dǎo)致7A06鋁合金熔體中的異質(zhì)晶核數(shù)量大大減少,形核率降低,易產(chǎn)生粗大晶粒、甚至出現(xiàn)羽毛狀晶組織缺陷。粗晶(羽毛晶)的出現(xiàn),使得晶粒表面積減小,晶粒與晶粒之間的接觸面積減小,導(dǎo)致晶粒間結(jié)合力減弱,而且晶界上存在大量低熔點(diǎn)共晶物,加之合金的凝固和不平衡結(jié)晶使鑄錠中存在較大的鑄造應(yīng)力,因此,鑄錠的熱裂傾向增加。而鑄造溫度過(guò)低,會(huì)使鑄錠凝固結(jié)晶時(shí)的過(guò)渡帶寬變大,合金熔體的粘度增加,流動(dòng)性下降,鑄錠凝固過(guò)程中的排氣和補(bǔ)縮性能降低,鑄錠產(chǎn)生氣孔、夾渣、氧化膜缺陷的機(jī)會(huì)增加。由于這些缺陷的存在,使得在稍有應(yīng)力施加的情況下,就會(huì)形成應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而增加7A06鋁合金空心鑄錠開(kāi)裂傾向。

1.3.2 鑄造速度對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響

鑄造速度直接影響7A06鋁合金空心鑄錠的結(jié)晶速度、液穴深度及過(guò)渡帶寬窄,是決定空心鑄錠裂紋傾向的重要參數(shù)。鑄造速度過(guò)快,會(huì)使空心鑄錠的液穴變深,而鑄錠的液穴深度與鑄造速度成正比。當(dāng)鑄造速度增大時(shí),鑄錠液穴深度及溫度梯度隨之增大,將會(huì)在液穴中心的底部出現(xiàn)無(wú)法補(bǔ)縮的液穴區(qū)段,產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力,使得鑄錠熱裂傾向增大。如果液穴深度過(guò)大使其底部延伸到結(jié)晶器之外,就會(huì)增加形成中心裂紋傾向,位于結(jié)晶器外的液穴底部,由于周邊金屬已經(jīng)凝固,造成空心鑄錠壁厚中心收縮發(fā)生困難,導(dǎo)致在鑄錠內(nèi)層形成拉應(yīng)力,當(dāng)這種拉應(yīng)力增大到超過(guò)當(dāng)時(shí)溫度下鑄錠的延伸率極限時(shí),便形成了中心裂紋。

1.3.3 冷卻強(qiáng)度對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響

在7A06鋁合金空心鑄錠鑄造過(guò)程中,鑄錠的冷卻強(qiáng)度及冷卻水分布的均勻性對(duì)鑄錠裂紋傾向有很大的影響。由于空心鑄錠鑄造時(shí)有兩套水冷(多了一套水冷芯子),如果冷卻水的分布不均勻,將會(huì)造成鑄錠的冷卻強(qiáng)度不均勻,導(dǎo)致鑄錠各部分收縮大小不一致和收縮的不同步。由于鑄錠是一個(gè)整體,這種收縮大小的不一致和收縮的不同步就會(huì)在各部分之間產(chǎn)生熱應(yīng)力,從而引起鑄錠裂紋傾向的增加。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到該溫度下金屬的抗拉強(qiáng)度極限時(shí),便會(huì)導(dǎo)致鑄錠開(kāi)裂。此外,由于7A06鋁合金凝固收縮率大,若冷卻強(qiáng)度過(guò)大,空心鑄錠壁厚在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的收縮量也會(huì)過(guò)大,更容易引起空心鑄錠的裂紋缺陷。

1.4 熔體質(zhì)量對(duì)7A06鋁合金空心鑄錠裂紋傾向的影響

熔體質(zhì)量對(duì)7A06鋁合金空心錠裂紋傾向的影響主要反映在熔體的氣體、氧化夾雜物和熔體過(guò)熱度等方面。

(1)熔體中的氣體主要來(lái)自不清潔、潮濕的爐料和爐氣成分,特別是在燃?xì)鉅t中熔煉7A60鋁合金時(shí)更加突出。如果熔體除氣措施不得當(dāng),就會(huì)造成熔體中氫含量升高,加之7A06鋁合金流動(dòng)性差,在合金凝固結(jié)晶過(guò)程中,氣體不容易排出,易形成氣孔或渣氣型疏松。在一定的鑄造條件下,這類缺陷就會(huì)成為應(yīng)力集中源,導(dǎo)致鑄錠開(kāi)裂。

(2)熔煉鑄造溫度。鋁合金極易與爐氣中的氧及水蒸氣發(fā)生反應(yīng)生成Al2O3夾雜物,加之7A06合金中的Mg含量較高,而Mg元素的化學(xué)活性比Al的高,7A06鋁合金熔體中含有大量Al2O3和MgO夾雜物,造成7A60鋁合金熔體純凈度比較低。如果熔體過(guò)濾除渣措施不當(dāng),就會(huì)在7A06鋁合金空心圓鑄錠中形成氧化膜夾渣缺陷。由于夾雜物與合金本體的彈性模量相差較大,在合金凝固收縮過(guò)程中二者的收縮量也會(huì)有很大差異,從而產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致鑄錠開(kāi)裂。

(3)在實(shí)際生產(chǎn)中,一方面由于各種原因會(huì)造成熔煉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)和熔體在熔煉爐和保溫爐中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致熔體長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)熱狀態(tài)。另一方面,熔煉過(guò)程中燃?xì)馊蹮挔t燒嘴噴射火焰直接與爐料碰撞,也會(huì)使得熔體局部產(chǎn)生過(guò)熱。熔體過(guò)熱使異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)數(shù)量減少和活性衰退,在凝固結(jié)晶過(guò)程中形成粗大晶粒,甚至出現(xiàn)羽毛狀晶組織。這種組織缺陷的出現(xiàn)會(huì)使得晶粒的表面積減小,造成晶粒間接觸面積的減小,而接觸面積的減小又會(huì)造成晶粒間結(jié)合力的減小,加之低熔點(diǎn)共晶和其他雜質(zhì)分布于晶界上,在鑄造應(yīng)力作用下便會(huì)導(dǎo)致裂紋缺陷的產(chǎn)生。

1.5 空心圓鑄錠工藝裝備對(duì)7A06鋁合金空心鑄錠裂紋傾向的影響

影響7A06鋁合金空心圓鑄錠裂紋傾向的鑄造工藝裝備主要是空心圓鑄錠結(jié)晶器。如果鑄造前安裝空心錠芯子系統(tǒng)時(shí),芯子表面除銹不徹底,表面光滑程度差,或者芯子表面出現(xiàn)凹凸變形等,將會(huì)在鑄造過(guò)程中影響芯子順利脫模,或者將鑄錠內(nèi)表面拉傷,并因此造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致空心鑄錠開(kāi)裂;如果對(duì)空心鑄錠外形結(jié)晶器和芯子的進(jìn)出水通道檢查疏通不徹底,水道或出水孔堵塞,將會(huì)造成冷卻水的分布不均勻,進(jìn)而造成鑄錠各處冷卻強(qiáng)度不均勻,使鑄錠各處收縮不均勻而引起鑄錠中較大應(yīng)力形成,最終導(dǎo)致鑄錠產(chǎn)生裂紋缺陷。

1.6 鑄造操作對(duì)7A06鋁合金空心鑄錠裂紋傾向的影響

鑄造操作對(duì)7A06鋁合金空心圓鑄錠裂紋傾向的影響重點(diǎn)表現(xiàn)在鑄造開(kāi)頭階段,這對(duì)于硬鋁和超硬鋁合金的鑄造尤為關(guān)鍵。由于7A06鋁合金鑄造性能差,鑄造開(kāi)頭階段冷卻速度大,合金凝固速度快,先凝固金屬的塑韌性極低,加之鑄造開(kāi)頭流入結(jié)晶器的熔體純凈度差(溜槽、除氣除渣箱內(nèi)襯及流盤上附著細(xì)微的耐火材料和金屬、氧化物顆粒),極易因夾雜物的存在造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致錠頭部位開(kāi)裂。7A06鋁合金空心圓鑄錠鑄造時(shí)進(jìn)行鋪底作業(yè)是消除錠頭裂紋的主要措施。但如果鋪底鋁的純度過(guò)低,或溫度過(guò)低,或打渣不干凈,或打渣完成后沒(méi)有及時(shí)放流鑄造等,都將使鋪底操作失去意義,造成鋪底操作失敗,最終導(dǎo)致鑄錠開(kāi)裂。

7A06鋁合金空心圓鑄錠鑄造收尾操作對(duì)于消除鑄錠尾部裂紋非常關(guān)鍵。收尾時(shí)的關(guān)鍵操作是對(duì)空心圓鑄錠進(jìn)行自回火處理,如果空心鑄錠回火溫度不夠,或鑄錠的回火長(zhǎng)度過(guò)短,必定達(dá)不到通過(guò)自回火來(lái)提高空心鑄錠尾部金屬塑性,進(jìn)而消除錠尾開(kāi)裂缺陷的目的,也將會(huì)在錠尾部位產(chǎn)生裂紋。

2 7A06鋁合金空心鑄錠裂紋缺陷的預(yù)防措施

2.1 7A06鋁合金化學(xué)成分控制及優(yōu)化

(1)在7A06鋁合金空心圓鑄錠鑄造時(shí),將Zn、Cu元素含量按照標(biāo)準(zhǔn)的下限控制,同時(shí),將Mg含量按照標(biāo)準(zhǔn)的上限控制,有利于消除空心圓鑄錠的熱裂傾向。

(2)除了控制Zn、Cu元素含量于成分范圍下限和Mg含量于成分范圍上限外,ω(Zn)/ω(Mg)比值大小對(duì)于7A06鋁合金空心圓鑄錠的裂紋傾向也有很大的影響。ω(Zn)/ω(Mg)比值越大,7A06合金的強(qiáng)度越高,但塑性越差,空心錠的熱裂傾向越大;但是,也不能將ω(Zn)/ω(Mg)比值控制的過(guò)低,否則就會(huì)使7A06鋁合金達(dá)不到要求的高強(qiáng)度。因此,將7A06鋁合金的ω(Zn)/ω(Mg)比值控制在2.7～3.0范圍,合金不僅有比較理想的強(qiáng)度和最大的應(yīng)力腐蝕抗力,而且還可以提高合金的塑性,降低合金的裂紋傾向[5]。

(3)Fe、Si含量及ω(Fe)/ω(Si)比值控制在7A06鋁合金空心圓鑄錠生產(chǎn)時(shí),控制Fe含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍的上限,控制Si含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍的下限,且保證ω(Fe)>ω(Si),使ω(Fe)/ω(Si)≥3.5,這是因?yàn)橹挥挟?dāng)ω(Fe)/ω(Si)≥3.5以后,才能在7A06鋁合金凝固結(jié)晶過(guò)程中生成較多塑性較好的骨骼狀α(FeSiAl)相,從而提高7A06鋁合金空心圓鑄錠的抗熱裂能力[4]。

(4)Na含量控制。由于7A06鋁合金中的Mg含量較高,當(dāng)合金中的Na含量較高時(shí),不僅會(huì)降低7A06鋁合金的鑄造性能[6],而且還可能因?yàn)殁c脆性原因[7]增加空心圓鑄錠的熱裂傾向。因此,在7A06鋁合金熔鑄過(guò)程中,應(yīng)控制ω(Na)<5×10-6。

根據(jù)上述措施,對(duì)7A06鋁合金空心圓鑄錠的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化,見(jiàn)表2。

表2 優(yōu)化后的7A60鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

2.2 7A06鋁合金空心鑄錠的熔鑄工藝控制

2.2.1 7A06鋁合金熔煉用爐料的質(zhì)量控制

7A06鋁合金熔煉用的主要爐料包括:99.70%的重熔鋁錠、Al-Zn-Mg-Cu系一級(jí)工藝廢料、電解銅板、純金屬鋅錠(Zn-1)、純金屬鎂錠(Mg-1)、鋯鹽(KZrF6)、Al-5Ti-1B晶粒細(xì)化劑和2號(hào)熔劑。在選用回爐料時(shí),除了要保證其干燥和無(wú)油污、泥沙、水分污染外,還要通過(guò)爐料精細(xì)化管理手段,確?；貭t料沒(méi)有粗大晶粒、羽毛狀晶粒和光亮晶粒等組織缺陷,避免因?yàn)闋t料遺傳性[8]引起7A06鋁合金空心圓鑄錠中出現(xiàn)粗大晶粒、羽毛狀晶粒和光亮晶粒等組織缺陷,導(dǎo)致7A06鋁合金空心圓鑄錠裂紋傾向增加。

2.2.2 7A06鋁合金熔煉工藝控制

以加快7A06鋁合金熔煉速度、減少金屬氧化燒損和提高熔體質(zhì)量為目的,按照以下投料順序加料熔化:熔鋁錠+工藝廢 →電解銅板(1083.4℃)→純金屬鋅錠(419.53℃)→干燥鋯鹽(KZrF6)→純金屬鎂錠(648℃)。因?yàn)橐岣遉r元素實(shí)收率,添加鋯鹽時(shí),必須將熔煉溫度提升至800℃左右[9],待鋯鹽完全熔化后,利用電磁攪拌使熔體溫度和化學(xué)成分均勻化,然后將熔體溫度降至正常熔煉溫度720～750℃。最后以裝填鎂籠形式添加金屬鎂錠。之所以將鎂的添加放在最后,是因?yàn)榻饘冁V極易氧化燒損,增加7A06鋁合金熔體的吸氣和造渣傾向,如果先加入純鎂錠,在比較長(zhǎng)的熔煉過(guò)程中,必將造成金屬鎂的嚴(yán)重?zé)龘p,使合金中的ω(Zn)/ω(Mg)比值增加,從而加大7A60鋁合金空心圓鑄錠的裂紋傾向。熔煉過(guò)程中用電磁攪拌裝置對(duì)熔體進(jìn)行攪拌,以降低由于Zn、Cu元素偏析而導(dǎo)致的7A06鋁合金空心鑄錠熱裂傾向增加[10]。

2.2.3 7A06鋁合金熔體的爐內(nèi)精煉工藝控制

為提高熔體純潔度,在熔煉爐內(nèi)用四氯化碳浸泡磚對(duì)熔體進(jìn)行預(yù)精煉,然后靜置、扒渣、取樣分析并用2號(hào)熔劑覆蓋熔體。

7A06鋁合金熔體轉(zhuǎn)入靜置爐后,同時(shí)用爐底透氣磚精煉裝置和高純氬氣為載體向熔體通入四氯化碳的方式對(duì)7A06鋁合金熔體進(jìn)行聯(lián)合精煉,以除去熔體中的非金屬夾雜物、溶解氫和鈉等堿金屬雜質(zhì)。在熔體成分和溫度調(diào)整至工藝要求后,用2號(hào)熔劑覆蓋熔體并進(jìn)行10～15 min靜置后,進(jìn)行放流鑄造。

2.2.4 7A06鋁合金空心鑄錠鑄造工藝控制

(1)選擇熱頂鑄造工藝進(jìn)行Ф258 mm/Ф136 mm規(guī)格空心鑄錠鑄造。這是因?yàn)闊犴旇T造具有下列特點(diǎn)[11]:因?yàn)闊犴斀Y(jié)晶器的有效結(jié)晶高度小,鑄錠冷卻速度提高,使鑄錠晶內(nèi)結(jié)構(gòu)更為細(xì)薄,也使鑄錠的液穴變淺,過(guò)渡帶變窄,因而鑄錠密度提高,化學(xué)成分沿鑄錠截面的分布更為均勻,力學(xué)性能高(尤其是鑄錠邊部);同時(shí)由于熱頂鑄造取消了漏斗,實(shí)現(xiàn)了同水平供流,結(jié)晶器內(nèi)液面氧化膜穩(wěn)定,不發(fā)生攪動(dòng),因而有效防止了熔體的二次污染,提高了金屬內(nèi)部純潔度。

(2)7A06鋁合金空心鑄錠熱頂鑄造工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 7A06鋁合金空心錠的熱頂鑄造工藝參數(shù)

(3)7A06鋁合金空心圓鑄錠的鋪底和回火工藝。為防止7A06鋁合金空心圓鑄錠的錠頭開(kāi)裂,在鑄造開(kāi)始之前,必須進(jìn)行鋪底作業(yè),控制鋪底鋁液的純度不低于99.70%,鋪底鋁液厚度不小于35 mm,鋪底鋁液溫度在700～720℃,并在鋪底后認(rèn)真進(jìn)行打渣操作,防止因夾渣造成應(yīng)力集中導(dǎo)致錠頭產(chǎn)生裂紋。上述操作完成后,立即使進(jìn)行放流鑄造,以防時(shí)間過(guò)長(zhǎng)鋪底鋁液凝固失去鋪底的意義[12-13]。為防止7A06鋁合金空心圓鑄錠產(chǎn)生錠尾裂紋,對(duì)錠尾部位進(jìn)行自回火處理。其方法是,鑄造結(jié)束時(shí),讓鑄錠上部80～100 mm長(zhǎng)度范圍依靠液穴內(nèi)殘余金屬的余熱自動(dòng)加熱至350℃以上的操作過(guò)程,可使?jié)部诓课坏木Ц裢崤せ貜?fù),從而提高鑄錠澆口部位的塑性,同時(shí)適當(dāng)補(bǔ)縮處理和減少澆口部位夾渣,使?jié)部诓课灰呀?jīng)產(chǎn)生的應(yīng)力得以消除[14],達(dá)到降低鑄錠裂紋傾向的目的。

(4)采用爐內(nèi)添加Al-5Ti-1B和在線Al-5Ti-1B晶粒細(xì)化劑的方式進(jìn)行7A60鋁合金的晶粒細(xì)化[15]。為防止晶粒細(xì)化劑細(xì)化效果衰退,通常在放流鑄造之前的15 min,將計(jì)量好的Al-5Ti-1B細(xì)化劑添加到保溫爐內(nèi)的7A060合金熔體中;放流鑄造后,用喂絲機(jī)以逆流方式將Al-5Ti-1B晶粒細(xì)化劑添加在靜置爐出口與在線除氣箱入口之間的鋁液溜槽中,對(duì)7A06鋁合金熔體進(jìn)行晶粒細(xì)化,控制ω(Ti)元素的加入量不大于0.03%。

(5)用Hycast?I-60 SIR型在線除氣箱對(duì)7A06鋁合金熔體進(jìn)行在線除氣,確保氫含量不大于0.11 mL/100 g-Al[16]。

(6)用30 ppi/50 ppi孔目配置的雙級(jí)泡沫陶瓷過(guò)濾裝置對(duì)7A06鋁合金熔體進(jìn)行在線過(guò)濾。

(7)7A06鋁合金空心鑄錠鑄造完成后,盡快進(jìn)行均勻化處理,防止鑄錠停放期間由于振動(dòng)、碰撞等造成鑄錠內(nèi)應(yīng)力釋放過(guò)快導(dǎo)致鑄錠開(kāi)裂。7A06鋁合金均勻化處理的工藝參數(shù)見(jiàn)表4。由于7A06鋁合金中Zn、Mg、Cu含量較高,在半連續(xù)鑄造過(guò)程中形成大量非平衡凝固結(jié)晶相和殘余鑄造應(yīng)力,通過(guò)均勻化處理可以消除非平衡結(jié)晶相[17],并使殘余鑄造應(yīng)力得以消除,從而避免空心錠在后續(xù)加工過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

表4 7A06鋁合金空心錠的均勻化處理工藝

2.2.5 鑄造工藝裝備的維護(hù)保養(yǎng)

(1)鑄造前對(duì)鋁液溜槽、鑄造流盤、除氣箱和除渣箱內(nèi)襯耐火材料進(jìn)行檢查、修補(bǔ)、干燥并用鈦白粉涂料進(jìn)行保護(hù)處理,避免因鋁液溜槽、除氣、除渣箱內(nèi)襯及流盤上附著細(xì)微耐火材料和氧化物顆粒,隨熔體流入結(jié)晶器在鑄錠中形成非金屬夾雜物,造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致頂頭部位開(kāi)裂。

(2)鑄造前安裝空心錠芯子系統(tǒng)時(shí),提前做好芯子表面打磨除銹,確保芯子表面光滑;對(duì)表面出現(xiàn)凹凸缺陷而影響鑄錠正常成形的芯子予以更換;檢查和疏通芯子的進(jìn)出水孔的通暢程度,確保鑄造過(guò)程中芯子冷卻水的均勻分布,避免由于鑄錠冷卻不均勻造成鑄錠不均勻收縮而導(dǎo)致的鑄錠開(kāi)裂。

3 實(shí)施結(jié)果

上述措施在7A06鋁合金空心圓鑄錠熔鑄生產(chǎn)中實(shí)施后,7A06鋁合金空心圓鑄錠的裂紋缺陷大幅下降。對(duì)2018年1月至6月底的7A06鋁合金空心圓鑄錠廢品情況分析表明,在整個(gè)75件空心錠廢品中,裂紋缺陷廢品為35件,占廢品總量的46.7%,比2018年下降了33.3%,取得了較為滿意的效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

在7A06鋁合金空心圓鑄錠熔鑄生產(chǎn)過(guò)程中,除了合金特性對(duì)其裂紋傾向有顯著影響外,幾乎所有的生產(chǎn)工序、工藝裝備和鑄造工藝參數(shù)對(duì)7A06鋁合金空心圓鑄錠的裂紋傾向都有影響。因此,必須認(rèn)真分析研究7A06鋁合金空心圓鑄錠裂紋傾向的影響因素,并針對(duì)這些因素逐一制定切實(shí)可行的預(yù)防措施,在實(shí)際生產(chǎn)中加以認(rèn)真實(shí)施、總結(jié)和完善,只有這樣才能穩(wěn)定生產(chǎn)出滿足下游加工工序要求的高品質(zhì)7A60鋁合金空心圓鑄錠。