楊孟剛，文東輝，張 虎

(中國鋁業貴州分公司電解鋁廠，貴州貴陽550014)

　　摘要：鋁合金圓鑄錠的氣幕鑄造工藝是當今世界上最先進的技術之一，以其具有生產效率高、勞動強度低、鑄錠質量好、成品率高等優點，得到廣泛應用和迅速發展。對采用德國VAW公司的Air VeilTM氣幕鑄造技術生產6005A鋁合金大直徑圓鑄錠時的熔煉、凈化、鑄造、鑄錠均勻化工藝進行了闡述。

　　關鍵詞：氣幕鑄造；鋁合金；大直徑圓鑄錠

　　6005A鋁合金擠壓型材的強度比6063鋁合金的高，工業的發展需要這種高性能的材料，它首先在歐洲得到研發。目前，國內生產6005A鋁合金大直徑圓鑄錠的廠家較少。為了生產高質量的6005A擠壓型材，我們采用從德國聯合鋁業公司引進的氣幕鑄造生產線，開發生產6005A鋁合金Φ380mm圓鑄錠，共給55MN擠壓機積壓型材。

　　1 試驗研究

　　1.1合金化學成分的優化

　　根據材料介紹的6005A鋁合金成分，結合市場上對該合金型材性能的要求，我們對6005A合金化學成分進行優化設計，列于表1

表1 6005A鋁合金的化學成分（質量分數）    %

 

　　（1）設計成分w(Mg)：w(Si)=(0.667～0.744)：1，為Si過剩合金，有利于合金強度的提高。

　　（2）設計成分中加入微量的Cr和Mn，主要目的是細化晶粒，抑制固溶處理時發生再結晶，從而進一步強化合金；此外，進一步改善合金的韌性，降低應力腐蝕開裂敏感性。同時通過MnCl6添加Mn還能熔解雜質發Fe，以減少Fe的有害作用，進一步提高合金的力學性[1]。

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

　　1.2工藝裝備的設計

　　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引入結晶環的上部，在鑄造過程中對鑄錠實現連續潤滑的裝備。這種空氣/油混合物具有很好的絕熱作用，當鋁合金熔體迸入結晶環后，散熱減少，減輕了鑄錠的一次冷卻，當鑄錠離開結晶器受到直接水冷時，即加強了軸向冷卻，使鑄錠的液穴變得平坦，生產工藝得到穩定，從而獲得優良的鑄錠表面和表層組織質量。

圖1氣幕鑄造示意圖

　　主要技術參數：采用較低的結晶環高度，結晶器內徑為380mm，熱頂帽高度為75mm。圖2為向結晶器供應空氣和潤滑油并帶有相應測量控制儀表的工藝示意圖。

圖2空氣、油供應工藝流程示意圖

　　1.3工藝制度設計

　　從熔煉、凈化、鑄造、均勻化四個方面設計其工藝制度。

　　(1)熔煉工藝制度

　　熔煉流程：原鋁液加Al-Si中間合金→加Cr添加劑→加Mn添加劑→加Mg錠。熔煉溫度750℃～760℃；熔煉時間30min。操作要點：充分攪拌鋁液，確保合金化學成分均勻；Cr添加劑、Mn添加劑、Mg錠均用鐘罩壓入鋁液中熔化，確保金屬實收率高。

　　采用添加劑的方法加入合金元素，解決了Mn、Cr等高熔點金屬在正常鋁液溫度條件下熔化難的問題，實現了熔煉快速、金屬液不過熱且化學成分均勻的目的。

　　(2)凈化工藝制度

　　熔體內的非金屬夾雜物及氣體(主要是H2)是影響鑄造工藝和鑄錠質量的關鍵因素，給擠壓型材的力學性能帶來極壞的影響。因此，試驗中采用在熔煉爐除渣，在保溫爐N2噴粉精煉除氣、除渣，在線N2除氣，在線陶瓷片過濾等一系列先進的凈化技術凈化鋁液，確保鋁液質量。凈化1藝制度如表2。

表2 6005A合金熔體凈化工藝制度

　　(3)細化晶粒

　　用Al-Ti-C線桿在線細化晶粒，確保鑄錠的晶粒度符合要求，同時有效抑制鑄錠裂紋傾向。這對大直徑鑄錠的生產十分重要。

　　(4)鑄造工藝制度

　　在氣幕鑄造過程中，要確保空氣流量、空氣壓力、潤滑油流量供應的穩定性。根據氣幕鑄造Φ380mm6005A合金圓鑄錠的工藝特點，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量的措施，可進一步改善鑄錠的擠壓特性，提高制品力學性能和表面質量。AI-Mg-Si系合金的過燒溫度為595℃[1]，基于此設計的均勻化制度為:溫度(570士10)℃，保溫10h；冷卻方式，風+水冷；冷卻速度大于200℃/h；鑄錠終了溫度，外部50℃，心部150℃。

　　2鑄錠生產實踐

　　生產中重點在于控制熔體質量，控制現場鑄造參數，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線桿細化晶粒→在線精煉→鑄造鑄錠→均勻化→鋸切。

　　2.2防止鑄錠裂紋

　　現場分析認為，由于鑄錠直徑大，心部和外部的溫差大，冷卻過程中應力增大，裂紋傾向增加，矛盾的焦點在于鑄造速度。因此我們通過適當降低鑄造速度，并增加Al-Ti-C線桿送給速度以細化晶粒，防止了鑄錠裂紋。表3列出現場鑄錠外觀及裂紋的檢查結果。

表3生產現場對鑄錠外觀和裂紋的檢查結果

　　由表3可見，鑄錠外觀符合要求，內部裂紋在端部正常范圍內，按工藝要求鋸切頭、尾后即為無裂紋鑄錠。

　　2.3化學成分分析

　　鑄錠的化學成分符合試驗標準要求，成分分析結果見表4。

表4化學成分(質量分數)分析結果 %

　　2.3金相檢查情況

　　單位面積晶粒數測定值40個/mm2~75個/mm2，超過了16個mm2的要求。

　　晶粒度評級(按ASTWll2-S1美國國家標準《金屬平均晶粒度測定的標準方法》評級)：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，晶粒度級別為2.5-3.5級，超過了ASTM1級的要求。

　　金相檢查未見其他缺陷。

　　3結束語

　　生產的6005A鋁合金Φ380mm，大直徑圓鑄錠化學成分穩定、均勻，外表光滑，晶粒組織致密均勻。鑄錠有優良的擠壓特性，擠壓型材的強度、伸長率等力學性能完全滿足高速列車、汽車、敞車、船舶等對鋁合金材料的要求。生產過程中熔煉快速，凈化工藝和鑄造參數的控制，防止了6005A鋁合金鑄錠成分易偏析、易裂紋等問題。