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7A04合金Φ720mm圆铸锭的熔铸工艺研究
时间：2014-08-18 10:12 文章来源：http://www.lunwenbuluo.com 作者：王滨滨 点击次数：
【摘要】7A04合金具有较高的强度，在航空航天领域应用较为广泛，但该合金化学成分比较复杂，在铸造过程中极易产生裂纹，本文从化学成分控制，熔炼、铸造和生产现场实际操作等几个方面对其研究，分析裂纹产生原因，采取相应措施减少裂纹废品。
【关键词】塑性；裂纹；疏松；液穴
1.前言
7A04合金由于合金化程度比较高，熔炼铸造是铝合金制品生产过程中最主要、关键、基础性的工序，铸锭的冶金质量对产品的性能起决定性的作用，因此对7A04合金φ720mm铸锭熔铸工艺进行研究很必要。
2.研究过程
2.1成分优化
在该合金中，锌，镁是主要强化元素，而且随着锌，镁含量的增加，合金的强度提高，但塑性降低，生产实际表明，该合金具有极大的形成热裂纹和疏松的倾向性。合金中的杂质硅和铁对合金的裂纹倾向性有重要影响如下图1。
通常，在硅含量较低时，提高铁含量，合金的热脆性下降。随镁含量提高，铸锭的裂纹倾向显著下降。随锰含量降低，合金在固液态的塑性提高，因而热裂纹倾向性降低。锌和铜的含量控制在中下限时对消除裂纹有好处。该次试验把Si控制在小于0.08%，镁补至2.5%，铜1.5%，锌5.8%，同时在标准允许的范围内加入一定量的钛以提高合金抗裂纹的能力。
2.1.1试验材料
7A04合金熔炼采用的原材料有：纯度为99.7%的铝锭、电解铜、纯镁锭、纯锌锭和Al-Cr、Al-Mn中间合金，并用Al-Ti-B做晶粒细化剂。
2.2熔体净化
铝在凝固时，同一温度下在液态和固态时氢的溶解度分别为0.69cm3/100g和0.036cm3/100［1］，因此，熔体在凝固时氢易在铝中析出而形成分子氢。析出过程中它可能被封闭在凝固的金属里引起疏松，若疏松严重，成为材料断裂的裂纹源，并将明显降低材料的机械性能。
2.3铸造参数优化
2.3.1裂纹产生原因
产生裂纹的基本原因是铸锭内外层温差大，铸锭内层冷却速度大于外层冷却速度，内层的收缩受到早已冷凝的外层的阻碍，使铸锭中心层沿直径平面形成拉应力的缘故，当超过金属允许的变形值时，便产生了裂纹。
2.3.2铸造温度
铸造温度越高，液穴越深55，产生柱状晶组织的倾向性越大［2］，使裂纹废品增多，并使铸锭表面偏析浮出物增多。铸造温度过低，将促使铸锭表面冷隔的形成和增大其深度，使铸锭组织不均匀，降低力学性能。本研究将铸造温度定为750℃～770℃。
2.3.3铸造速度
铸造速度为16变时，产生中心裂纹。随着铸造速度的提高铸锭中过渡带尺寸增加，形成热裂纹的脆性区的几何尺寸增大，同时，铸锭各层冷却速度差别更大，导致拉伸变形量增大，因而使铸锭形成热裂纹的倾向增大。本研究将铸造速度由原来的16变降低到16mm/min。
2.3.4水冷强度
7A04合金φ720mm铸锭对水冷强度非常敏感，不但要求水冷强度均匀，而且要求冷却水压大小适宜，水压小液穴变深，会生产热裂纹［3］，水压太大铸锭在结晶器内形成较厚的硬壳，铸锭易产生冷隔而拉裂。本研究将采用造水压0.03Mpa~0.05Mpa。
通过以上工艺研究确定7A04合金φ720mm铸锭的铸造工艺参数见表2。
图2、图3是7A04合金Φ720mm铸锭的高倍、低倍金相组织照片，由图可见低倍组织致密，无冶金缺陷，晶粒细小；高倍组织存在大量的铸态枝晶并呈网状分布。铸锭的冶金质量比较好，说明我们所研究的熔铸工艺可行。
2.4铸造过程中加强操作
2.4.1铸造开头时的注意事项
铸造开头时流盘、漏斗、小垫必须预热充分，并且漏斗喷涂要均匀，加热不能过急，防止蹦漆。漏斗在结晶器里的位置要适中，防止铸锭内部和液穴温差大，冷却凝固不均现象。
2.4.2铸造过程中的注意事项
铸造过程中由于铸造速度较慢要勤测温，保证静置炉和除气箱的温度，开头后要检查除气箱转子的气泡大小是否合适，适当进行调整。
2.4.3铸造收尾的注意事项
收尾时不要搅动流盘里剩余的液体，流盘供流停止后平稳抬起流盘，在铸锭边部凝固100mm左右时平稳挑出漏斗，并进行回火。
3.结论
3.17A04合金φ720mm圆铸锭的裂纹倾向性比较大。
3.27A04合金φ720mm圆铸锭不产生中心裂纹的最佳工艺参数是：铸造速度16mm/min、铸造温度750～770℃、冷却水压0.03～0.05Mpa。
【参考文献】
［1］2008年01期《铸造技术》
［2］《铸锭裂纹倾向的影响因素及消除》，刘果然，蔡少勋
［3］《铝合金加工手册》
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