鋁合金鑄造復合

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1、全國第十四屆輕合金加工學術交流會論文集．15．鋁合金鑄造復合崔建忠(東北大學。遼寧沈陽110004)摘要：介紹鋁合金復合錠坯的先進的制備方法——鑄造復合，鑄造復合的原理，以及復合鑄錠的應用。重點介紹東北大學最近開發(fā)的新技術——電磁鑄造復合。關鍵詞：鋁合金；鑄造復合；電磁場1前言復合材料是將兩種或多種性質不同的材料，加工到一起組成的新材料，由于復合材料可以人為地設計，發(fā)揮各組分的優(yōu)勢，所以成為材料的一個新領域。層狀復合材料是復合材料中的一種，也是目前在工業(yè)上應用最廣泛的復合材料。其中復合軋輥是將低合金鋼與高

2、速鋼鑄造復合而成，已在軋制行業(yè)廣泛應用。銅包鋁線或帶，是一種新的低成本導電材料，鋁與鋼、鋁與不銹鋼、鋼與不銹鋼復合板、帶、管、棒已是工業(yè)產品。鋁合金(或鋁)與鋁合金的復合板實際上已是工業(yè)上大量應用的產品，如汽車水箱帶復合箔，高強鋁合金的工藝包鋁等，但是傳統(tǒng)的鋁合金復合材的生產方法是軋制復合，其工藝路線如下：鋁合金熔鑄鑄錠一均勻化一銑面一??一包覆鋁一熱軋一熱處理+包覆鋁熔鑄鑄錠一銑面一熱軋一表面處理_j由于鋁氧化速度很高，在加工中表面可能遺留油污等，所以軋制復合后在復合界面可能產生氣孔、夾雜等缺陷，大大降

3、低復合材的質量。如果能在鑄造時實現(xiàn)復合，則可以消除這些缺陷，同時縮短工序。因此鑄造復合是鋁加工工作者多年的愿望。在1935年直接水冷連續(xù)鑄造法(DCcasting)投入商業(yè)運行后約10年左右，鋁行業(yè)的工程師與材料工作者就想利用DC方法鑄造多層復合錠坯，美國鋁業(yè)公司與前蘇聯(lián)航空材料研究院都為此做了許多工作與探索，但都未獲得成功。2006年6月13日美國諾威力公司(NovelisInc．)對外宣布t經(jīng)過多年的研究開發(fā)，該公司的鑄造復合法(NovelisFusion刪Process)已進人商業(yè)化生產，該公司的位

4、于紐約州的奧斯威戈軋制廠(NovelisOswegoMill)已鑄造50多種不同規(guī)．格的鋁合金復合錠。復合扁錠的商業(yè)化生產有著相當大的經(jīng)濟與技術意義，在鋁合金半連續(xù)鑄造發(fā)展過程中具有里程碑意義，突破了傳統(tǒng)的工序多、勞動強度大、結合不甚理想、生產成本較高的壓接焊合法，可以生產由任何鋁合金組合的復合板帶材，產品品質顯著提高，大大擴大了復合鋁合金板帶箔的品種，許多用傳統(tǒng)復合法難以生產或甚至根本無法生產的軋制材料現(xiàn)在都可以生產了。與傳統(tǒng)的軋制復合工藝相比較，鑄造復合工藝具有如下的優(yōu)點：*可生產傳統(tǒng)軋制復合法生產中

5、難以實現(xiàn)冶金結合的復合材；*包覆層較均勻，厚度公差減小；*包覆層／芯材界面十分潔凈且無氧化物；．16·全國第十四屆輕合金加工學術交流會論文集*兼顧強度、成形性及耐腐蝕性；*輕量化、降低成本。復合錠鑄造法工藝靈活，可鑄造所有鋁合金復合錠，因此它的潛在市場與產品種類遠遠超出了傳統(tǒng)工藝僅能生產包鋁及釬焊板帶箔材的范圍，可使交通運輸、建筑學產品、建筑與結構(工民建)、耐用消費品、電子電器產品可用的鋁材大大拓寬，因為可通過芯材與表面材料的選擇與完美結合，使材料既具有所要求的力學性能又具有所希望的表面性能和外觀特性，

6、這非常有利于用戶設計新產品與推出新一代的產品，即對產品的更新?lián)Q代非常有利。目前諾威力公司奧斯威戈軋制廠集中生產包鋁的薄板與釬焊薄板，以及排水管與電纜管道薄板，而主要的潛在應用領域有：*強度與成形性能俱全的汽車薄板；*優(yōu)秀表面性能與高強度兼?zhèn)涞慕ㄖ牧希?既有亮麗表面性能又有更高抗凹陷性能的耐用消費品鋁板帶；*有高抗腐蝕性與高強度的地下管道材料；*負載容量大及耐磨性能良好的軌道車輛鋁材；*耐用性強的與有高技術外觀的電子設備外殼薄板與箱體薄板。面對如此巨大的市場前景，自2006年美國諾威力公司宣布其復合錠鑄造

7、法已進入商業(yè)化生產后，世界各國的鋁合金生產廠商和科研工作者都加快了對鋁合金鑄造復合技術的研究與開發(fā)，中國亟需對復合錠鑄造工藝進行研究。以釬焊薄板為例，到2006年中國有14家釬焊箔生產企業(yè)，其總的生產能力超過130kt／a，生產能力居全世界之首，采用復合錠軋制這類熱交換材料無疑比傳統(tǒng)法要優(yōu)越得多。而在電解鋁廠鑄造復合錠可以節(jié)約能源，更有利于形成優(yōu)化的產、l匕結構。、2復合鑄造的工藝原理復合鑄造的原理見圖1和圖2。兩種合金分別熔煉后，經(jīng)導流管流入結晶器，其中高熔點的合金要先與冷卻板接觸，先形成凝固殼，低熔點

8、的合金不與冷卻板接觸，直接與高熔點合金已形成的初凝殼接觸，兩者形成冶金結合的界面。隨著鑄錠下移，二冷水冷卻，鑄錠全部凝固，形成復合鑄坯‘1

9、。圖2詳細劃出了復合鑄錠凝固時的界面形成的原理。合金l(高熔點合金)進入結晶器后，與冷卻板接觸，形成初凝殼，此時的初凝殼是處于半固態(tài)(固態(tài)體積分數(shù)根據(jù)合金的成分不同)，但是要確保此初凝殼有較高的支撐強度，內部合金液的靜壓力不使之破裂而產生泄漏。合金2(低熔點合金)是略低于冷卻板后與合金1的