鋁合金大圓鑄錠熱頂鑄造工藝研究

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1、．230．2008年全國鋁合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)文集鋁合金大圓鑄錠熱頂鑄造工藝研究郭煥林(東北輕合金加工廠。黑龍江哈爾濱150060)近一二十年以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)鋁材產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。而鑄錠質(zhì)量對(duì)鋁材產(chǎn)品的質(zhì)量則起著重要的作用。眾所周知，使用普通的金屬模鑄錠時(shí)，模壁是被冷卻的，該法在鑄造過程中即使采用浮漂控制液面，力圖保持穩(wěn)定的低水平，除了操作相當(dāng)困難外，鑄錠表面不可避免地會(huì)有皺紋、冷隔、大的逆偏析、粗大晶粒層，甚至表面發(fā)生燒結(jié)、金屬瘤等缺陷。這樣為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)加工制品，在正向擠壓時(shí)，只好采?。?1)對(duì)鑄錠表面進(jìn)行車皮；(2)在

2、擠壓時(shí)留下足夠大的擠壓殘料，致使大量一級(jí)料人為地降為三級(jí)或混合料，提高了企業(yè)產(chǎn)品成本。所以目前許多國家都在研究和改進(jìn)圓錠的生產(chǎn)方法。熱頂法就是其中一種。本文將對(duì)熱頂鑄造的工作原理、工藝參數(shù)、鑄錠質(zhì)量等問題做一些初步研究。1工作原理與結(jié)晶器裝置1．1工作原理借助于水冷鑄模下所用的冷卻液的作用，確保已凝固的金屬不在鑄錠表面上局部地重熔，使整個(gè)鑄錠獲得所要求的凝固前沿的形狀。即通常所指的凝固發(fā)生在鑄錠的上流導(dǎo)熱距離UCD之內(nèi)[1]。UCD系指由鑄錠直接噴水線向上的冷卻至鑄錠表面上凝固線間的距離。呦=一號(hào)-n我等端或UCD=百15．式中：口一鑄

3、造合金的熱擴(kuò)散系數(shù)，m2／h；卜鑄造速度，m／h；C。一鑄造合金的熱容量，大卡／l【g·oC；t。一冷卻帶的激冷溫度，℃；to—熔體金屬的溫度，oC；t，一凝固溫度，oC；Q一熔化潛熱，大卡／l(g；K一常數(shù)。從上式看出，對(duì)于一定的合金和水冷溫度來說，UCD是鑄造速度和澆鑄溫度的函數(shù)。當(dāng)其值近似于模子中有效冷卻高度加上模子底邊與水濕線的距離時(shí)，便可利用調(diào)節(jié)有效冷卻高度、鑄造速度、液體金屬靜壓力等參數(shù)，生產(chǎn)出表面光滑的鑄錠來，并具有再現(xiàn)性。1．2結(jié)晶器裝置結(jié)晶器由兩部分組成：一部分是較短的，未被隔熱的，為鑄錠借助于成型的冷卻部分，一部分是

4、被隔熱的，起保溫作用的“熱頂”部分，如圖l所示。2008年全國鋁合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)文集·231·從圖中看出，在結(jié)晶器內(nèi)套上部之開口端內(nèi)，鑲有一個(gè)能降低一次冷卻作用，減少鑄錠與模壁摩擦，對(duì)改善鑄錠偏析有良好作用的石墨套。在其上面粘貼具有良好可撓性的硅酸鋁纖維氈，構(gòu)成液體金屬保溫層。結(jié)晶器頂端有一個(gè)用保溫材質(zhì)制成的保溫帽，使敞露熔體部分始終處于“熱帽”內(nèi)。對(duì)于在結(jié)晶器與“熱帽”接合部之間采用氣體加壓法及油溝裝置我們認(rèn)為比較適合鑄造①40～西80咖小圓錠的單一生產(chǎn)的車間。至于半連續(xù)生產(chǎn)的大直徑車間，除了使操作臺(tái)輔助設(shè)備繁多外，效果不一定明顯。

5、2工藝參數(shù)的選擇及對(duì)質(zhì)量的影響圖1帶熱帽的結(jié)晶器結(jié)構(gòu)2．1有效冷卻高度其值等于由鑄錠直接噴水線向上至硅酸鋁纖維氈下緣的距離減去噴水線向上至結(jié)晶器下緣的距離。從UCD關(guān)系式可以看出，UCD與鑄造速度成反比關(guān)系。有效冷卻高度的確定方法是：對(duì)某一合金、規(guī)格來說，在結(jié)晶器內(nèi)液柱靜壓力被確定后，通過公式先進(jìn)行估算，然后利用改變鑄造速度與冷卻高度，作一系列試驗(yàn)比較，從中選取生產(chǎn)出表面光滑、無裂紋鑄錠的某一數(shù)值范圍重新對(duì)估算值進(jìn)行修正，便作為該合金與規(guī)格的最佳有效冷卻高度值。若其值偏大，可能產(chǎn)生輕微偏析浮出物，偏小則會(huì)有冷隔出現(xiàn)，甚至凝固前沿將發(fā)生在

6、硅酸鋁纖維氈上，表面有拉痕、裂口缺陷。2．2液柱靜壓力熔體靜壓力大小與通向熱頂?shù)牧鞑鄹叨群筒僮髡呖刂屏鞑蹆?nèi)液面高度等有關(guān)。要使熔體靜壓力始終保持一個(gè)恒定值是不易做到的。資料幢1表明，結(jié)晶器內(nèi)的熔體液柱高為501／1／／I或更小一些時(shí)，才能生產(chǎn)出表面相當(dāng)光滑的鑄錠。超過這個(gè)數(shù)值，無論怎樣調(diào)整鑄速或其他可變因素，都程度不同地會(huì)出現(xiàn)冷隔。然而，這個(gè)數(shù)值對(duì)于有效地使用熱頂系統(tǒng)來說實(shí)在太低了，將會(huì)造成實(shí)際操作上的困難。但可通過將有效冷卻高度和鑄造速度控制在一個(gè)恒定數(shù)值上，使熔體的靜壓力相對(duì)保持在某一范圍內(nèi)波動(dòng)。確定方法是先確定某一鑄速，再按照一系

7、列不同有效冷卻高度與液柱高，一一做試驗(yàn)。然后，不斷變更鑄速，重復(fù)上述試驗(yàn)。最后，由鑄錠表面質(zhì)量高低確定其值大小。應(yīng)當(dāng)指出，某合金和規(guī)格之液柱靜壓力與鑄速、有效冷卻高度三者是密切相關(guān)的。對(duì)某些要求限制鑄速以防止通心裂紋的合金與規(guī)格，便應(yīng)該采用最大容許鑄速，有效冷卻高度及液柱靜壓力值，才能生產(chǎn)出光滑表面鑄錠。2．3鑄造速度在其他參數(shù)確定后，隨鑄速的提高，上流導(dǎo)熱距離下移鑄錠不出現(xiàn)冷隔，但會(huì)有偏析浮出物。當(dāng)鑄速提高到裂紋擴(kuò)展速度時(shí)bJ，鑄錠內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋。此時(shí)若立刻降低速度，則上流導(dǎo)熱距離的頂端上移，鑄錠內(nèi)部裂紋便能愈合。再進(jìn)一步降低鑄速，則

8、將會(huì)導(dǎo)致冷隔出現(xiàn)，直至表面有拉痕、拉裂現(xiàn)象。其次在鑄造過程中，都希望UCD伸展到距“熱頂”底端面約12mm。15rI】m以內(nèi)，這是鑄造速度的一個(gè)重要參數(shù)。這可通過改變水濕線的距離加以解決。而滿足前者的措施最