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精密儀器

6005A鋁合金鑄錠生產(chǎn)技術(shù)及力學(xué)性能分析

  6005A鋁合金擠壓型材的強(qiáng)度比6063鋁合金的高,工業(yè)的發(fā)展需要這種高性能的材料,它首先在歐洲得到研發(fā)。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)6005A鋁合金大直徑圓鑄錠的廠家較少。為了生產(chǎn)高質(zhì)量的6005A擠壓型材,我們采用從德國(guó)聯(lián)合鋁業(yè)公司引進(jìn)的氣幕鑄造生產(chǎn)線,開發(fā)生產(chǎn)6005A鋁合金Φ380mm圓鑄錠,共給55MN擠壓機(jī)擠壓型材,以此類推,滿足各類機(jī)臺(tái)適用6004A鋁棒生產(chǎn)。


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1、試驗(yàn)研究表明


1.1 合金化學(xué)成分的優(yōu)化


  根據(jù)材料介紹的6005A鋁合金成分,結(jié)合市場(chǎng)上對(duì)該合金型材性能的要求,我們對(duì)6005A合金化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),列于表1

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  通過MnCl6添加Mn還能熔解雜質(zhì)發(fā)Fe,以減少Fe的有害作用,進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性。


  對(duì)Fe范圍的控制,主要考慮Fe可減小壓力加工產(chǎn)品的晶粒尺寸,有利于合金強(qiáng)度的提高。但是w(Fe)>0.25后,會(huì)使合金產(chǎn)生脆性,因此給出了一個(gè)范圍同。


1.2 工藝裝備的設(shè)計(jì)


  如圖1所示,氣幕鑄造的工藝裝備是把空氣、油混合物通過油氣分配環(huán)引入結(jié)晶環(huán)的上部,在鑄造過程中對(duì)鑄錠實(shí)現(xiàn)連續(xù)潤(rùn)滑的裝備。這種空氣/油混合物具有很好的絕熱作用,當(dāng)鋁合金熔體迸入結(jié)晶環(huán)后,散熱減少,減輕了鑄錠的一次冷卻,當(dāng)鑄錠離開結(jié)晶器受到直接水冷時(shí),即加強(qiáng)了軸向冷卻,使鑄錠的液穴變得平坦,生產(chǎn)工藝得到穩(wěn)定,從而獲得優(yōu)良的鑄錠表面和表層組織質(zhì)量。


  主要技術(shù)參數(shù):采用較低的結(jié)晶環(huán)高度,結(jié)晶器內(nèi)徑為380mm,熱頂帽高度為75mm。圖2為向結(jié)晶器供應(yīng)空氣和潤(rùn)滑油并帶有相應(yīng)測(cè)量控制儀表的工藝示意圖。


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圖 1工藝流程示意


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(3)細(xì)化晶粒


  用Al-Ti-C線桿在線細(xì)化晶粒,確保鑄錠的晶粒度符合要求,同時(shí)有效抑制鑄錠裂紋傾向。這對(duì)大直徑鑄錠的生產(chǎn)十分重要。


(4)鑄造工藝制度


  在氣幕鑄造過程中,要確??諝饬髁俊⒖諝鈮毫?、潤(rùn)滑油流量供應(yīng)的穩(wěn)定性。根據(jù)氣幕鑄造Φ380mm6005A合金圓鑄錠的工藝特點(diǎn),鑄造速度控制在50mm/min~56mm/min,冷卻水里控制在2000L/min~2400L/min,冷卻水溫低于30℃,送晶粒細(xì)化劑線桿的速度控制在100cm/min~l80cm/min。


(5)鑄錠均勻化制度


  均勻化處理是改善鑄錠質(zhì)量的措施,可進(jìn)一步改善鑄錠的擠壓特性,提高制品力學(xué)性能和表面質(zhì)量。AI-Mg-Si系合金的過燒溫度為595℃,基于此設(shè)計(jì)的均勻化制度為:溫度(570士10)℃,保溫10h;冷卻方式,風(fēng)+水冷;冷卻速度大于200℃/h;鑄錠終了溫度,外部50℃,心部150℃。

2、鑄錠生產(chǎn)實(shí)踐


  生產(chǎn)中重點(diǎn)在于控制熔體質(zhì)量,控制現(xiàn)場(chǎng)鑄造參數(shù),控制鑄錠的晶粒度,避免鑄錠裂紋和改善外觀貢量。


2.1 熔鑄工藝流程


  ZLDl02合金入爐→原鋁液入爐→攪拌→Mn、Cr添加劑入爐→Mg錠入爐斗→攪拌→造渣劑入爐→攪拌→扒渣→中間分析→轉(zhuǎn)注至保溫爐→N2噴粉精煉→攪拌扒渣→中間分析→靜置→在線加AI-Ti-C線桿細(xì)化晶?!诰€精煉→鑄造鑄錠→均勻化→鋸切。 



2.2 防止鑄錠裂紋


  現(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為,由于鑄錠直徑大,心部和外部的溫差大,冷卻過程中應(yīng)力增大,裂紋傾向增加,矛盾的焦點(diǎn)在于鑄造速度。


  因此我們通過適當(dāng)降低鑄造速度,并增加Al-Ti-C線桿送給速度以細(xì)化晶粒,防止了鑄錠裂紋。


表3列出現(xiàn)場(chǎng)鑄錠外觀及裂紋的檢查結(jié)果。


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  表 3 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鑄錠外觀和裂紋的檢查結(jié)果 熔次號(hào) 6005A-1 6005A-2 6005A-3 外觀檢查 光滑、無其他缺陷 光滑 探傷檢查 距端部 150mm 以內(nèi)有裂紋 距端部 100mm 以內(nèi)有裂紋 距端部 120mm 以內(nèi)有裂紋


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2.3 化學(xué)成分分析


  鑄錠的化學(xué)成分符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求,成分分析結(jié)果見表4。


表4化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分析結(jié)果 %


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2.4 金相檢查情況


  單位面積晶粒數(shù)測(cè)定值40個(gè)/mm2~75個(gè)/mm2,超過了16個(gè)mm2的要求。


  晶粒度評(píng)級(jí)(ASTWll2-S1美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬平均晶粒度測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法》評(píng)級(jí)):鑄錠縱、橫向晶粒大小基本一致,均為等軸晶粒,未見變形晶粒,晶粒度級(jí)別為2.5-3.5級(jí),超過了ASTM1級(jí)的要求。金相檢查未見其他缺陷。


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3、6005A鋁合金力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)整理分析


(一)GB 5237.1—2008 鋁合金建筑型材 第1部分


  6005,6005A供貨狀態(tài):T5、T6室溫力學(xué)性能要求(取樣部位的公稱壁厚小于1.20mm時(shí),不測(cè)斷后伸長(zhǎng)率。)


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a 硬度僅供參考


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(二)GB/T 6892—2006 一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材


  車輛型材指適用于鐵道、地鐵、輕軌等軌道車輛車體結(jié)構(gòu)及其他車輛車體結(jié)構(gòu)的型材。6005,6005A供應(yīng)狀態(tài):T6 型材的室溫縱向拉伸力學(xué)性能:


  a.A5.65表示原始標(biāo)距(L0)為5.65S的斷后伸長(zhǎng)率。


  b.壁厚不大于1.6mm的型材不要求伸長(zhǎng)率。


(三)GB/T 10623—2008 金屬材料 力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)


  A伸長(zhǎng)率:原始標(biāo)距L0的伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距之比的百分率。


  Rp規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度:非比例延伸率等于引伸計(jì)標(biāo)距(Le)規(guī)定百分率時(shí)的應(yīng)力。


  注:使用的符號(hào)應(yīng)附以下腳標(biāo)注說明所規(guī)定的百分率,例如:Rp0.2。


(四)GB/T 3191—2010 鋁及鋁合金擠壓棒材


  6005,6005A供貨狀態(tài)T5、T6 棒材的室溫縱向拉伸力學(xué)性能:


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(五)GB/T4437.2-2003 鋁及鋁合金熱擠壓管 第2部分:有縫管6005,6005A供貨狀態(tài)T5 管材的縱向室溫力學(xué)性能


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(六)GB/T 26494—2011 軌道列車車輛結(jié)構(gòu)用鋁合金擠壓型材6005,6005A供貨狀態(tài)T6 室溫縱向拉伸力學(xué)性能


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4. 結(jié)束語(yǔ)


  生產(chǎn)的6005A鋁合金大直徑圓鑄錠化學(xué)成分穩(wěn)定、均勻,外表光滑,晶粒組織致密均勻。鑄錠有優(yōu)良的擠壓特性,擠壓型材的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能完全滿足高速列車、汽車、敞車、船舶等對(duì)鋁合金材料的要求。生產(chǎn)過程中熔煉快速,凈化工藝和鑄造參數(shù)的控制,防止了6005A鋁合金鑄錠成分易偏析、易裂紋等問題。



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