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平开门铝型材成品型材出现裂纹的解决办法
更新时间:2019-5-9           点击率321:


在铝及铝合金平开门铝型材板带材加工中,选用半接连铸造法出产的扁铸锭(以下简称铸锭)的质量对后续各道的加工的质量影响较大,乃至影响最终板带材的质量。

铸锭缺陷品种较多,其间平开门铝型材铸锭裂纹是损害较大的一种缺陷。铣面无法消除铸锭外表的裂纹,在热轧前的加热时便发作氧化。尽管热轧温度高于铝及铝合金的再结晶温度,但仍是低于其熔点,平开门铝型材且受热轧乳液的影响,裂纹无法焊合,热轧时发作开裂、裂边、分层和起皮等缺陷。而铸锭内部裂纹,相同受热轧温度的约束和热轧乳液的影响,裂纹也无法消除,使铸造塑性下降,最终使冷轧产品发作裂纹、裂边、分层和起皮等缺陷。两者都会严重影响最终产品的质量。

我厂多年来选用半接连铸造出产规格为340mm×(820~1120)mm的铸锭。本文针对出产中经常呈现的铸锭裂纹,剖析其影响要素,有利于采纳办法避免和消除铸锭裂纹。


1 平开门铝型材铸锭裂纹的影响要素

铸锭裂纹的影响要素归纳起来首要与熔体质量、铸造条件和铸造设备三方面有关。

1.1平开门铝型材 熔体质量

熔体质量包含化学成分、熔体的过热温度和静置时刻、晶粒细化作用以及熔体的含气量和夹杂物含量等。

1.1.1 化学成分

铝及铝合金平开门铝型材熔体的化学成分应准确操控,其均匀性要好。意图在于缩小有用结晶温度区间,然后进步熔体的补缩才能,减小缩短应力和下降脆性。关于铸锭裂纹较敏感的首要杂质元素是Fe和Si,文献[1]认为,不只要约束杂质元素Fe和Si的含量,并且还要操控Fe、Si之间的相互关系。关于纯铝系,当w(Fe)w(Si)时,在629℃发作包晶改变:FeAl3十L=α(Al)+α(Fe3SiAl12),脆性较小,一起进步了脆性区的下限温度,其有用结晶温度区间缩小,结晶凝结缩短应力减小,因而裂纹倾向减小。关于Al-Mn系中常用的3A21铝合金,当w(Fe)0.2%时,因构成分布于晶界的熔点为575℃的三元共晶α(Al)+(FeMn)3Si2Al15十Si而易发作裂纹;当w(Fe)>w(Si)时,构成(FeMn)3SiAl12化合物,下降裂纹倾向;但当w(Fe+Mn)≥1.7%时,将构成先于α(Al)分出的粗大脆性初晶相(FeMn)Al6,然后流动性下降,补缩性和塑性变差,增大裂纹倾向。而少溶或不溶于铝及铝合金的Na、Zn、Sn、Bi和Pb等杂质元素,平开门铝型材因为能构成低熔点的共晶(或单相),扩大了有用结晶温度区间。因但凡能够扩大有用结晶温度区间的杂质都能够促使热裂纹构成[2],故为了避免铸锭热裂发作裂纹,对这些杂质有必要严格操控其含量。

1.1.2平开门铝型材 熔体的过热温度和静置时刻

在熔炼时,熔体过热不只使吸气和氧化烧损添加,并且使铸锭的热裂倾向增大。因熔体过热时异质晶核削减,形核率下降,易发作晶粒粗大现象,使铸锭中羽毛状晶增多,晶粒外表积减小,单位外表上的液膜数量和其厚度增大,然后使铸锭热裂倾向增大。而在熔化后的熔体静置时刻过长,因为熔体中存在结构崎岖(或相崎岖)和能量崎岖[3],平开门铝型材熔体的部分发作形核及长大,致使后来变得粗大,相同增大了单位外表上的液膜数量和其厚度,因而使铸锭的抗裂性下降。

1.1.3 平开门铝型材晶粒细化作用

对铝及铝合金平开门铝型材熔体进行细化处理,可削减和消除铸锭热裂倾向。其原因在于经细化处理后的铸锭晶粒被显著细化,其强度、塑性进步,凝结脆性下降,因而铸锭热裂倾向减小。现在,铝及铝合金平开门铝型材熔体的细化剂有:Ti-B晶粒细化剂、Al-Ti和Al-Ti-B中心合金及研发中的Al-Ti-B-RE和Al-Ti-C中心合金[4]。其间,Al-Ti中心合金细化现已很少选用,而Ti-B晶粒细化剂以其使用方便、用量少、平开门铝型材质量较安稳、便于运输、储存和功能较好,在出产中广泛使用。关于Ti和B细化铝晶粒的作用归纳起来有两种理论:(1)包晶理论;(2)TiB2粒子理论。

图1是Al-Ti合金相图中富Al的一角。能够看出,只有当w(Ti)达到0.15%之后,在665℃时才发作包晶改变:


平开门铝型材当发作包晶改变时,因为α(Al)相与TiAl3对应晶面能共格对应,α(Al)相就依附于TiAl3基底形核,使形核率增大;当无TiAl3时,α(Al)相的成长受到熔体中Ti的抑制。两者作用的成果使晶粒得到细化。但在实践出产中,因为是半接连铸造,冷却速度会增大,因而发作以上平衡包晶改变较为困难。据文献[5]报道,平开门铝型材冷却速度添加,包晶温度移向高温,包晶点也向高Ti含量方向移动。故在参加w(Ti)=0.01%~0.05%时,其包晶改变难以进行。但有B存在时,Al-Ti系发作包晶反应时Ti的临界含量只需0.01%[6]。TiB2化合物与α(Al)相密排面的点阵错配δ值为0.048[7],其共格对应较好,且TiB2几乎不溶于熔体,平开门铝型材有利于发作异质形核并长大。因而,在Ti-B晶粒细化剂中,起异质形核作用的是TiB2。当合金液中存在固溶的Ti时,TiB2将成为TiAl3的形核中心,而TiAl3则进一步作为α-Al的形核中心[8]。促使TiAl3晶胚发作包晶改变形核成为α(Al)相成长的基底,最终使晶粒细化。大量事实证明,平开门铝型材安稳存在的TiB2是重要的细化相。TiB2是否在铝及铝合金熔体中均匀存在,将对细化作用和衰减有着直接影响。但安稳的TiB2在熔体中几乎是不溶的,很简单集合而沉淀[9-11]。因而造成熔体的细化衰减,晶粒长大并随时刻延伸变得愈加粗大,致使铸锭晶粒细化作用下降,铸锭热裂倾向增大。所以,在使用含Ti、B元素的中心合金或晶粒细化剂时,操控和避免TiB2的集合、沉淀,进步铸锭晶粒细化作用,是增强铸锭抗裂性的要害。


1.1.4 平开门铝型材熔体的含气量和夹杂物含量

铝及铝合金平开门铝型材熔炼、保温时,空气和炉气中的N2、O2、H2O、CO2、H2、CO和CmHn等要与熔体在界面相互作用,发作化合、分解、溶解和扩散等过程,最终使熔体发作氧化和吸气。其氧化生成物有A12O3、SiO2、MnO和MgO等,其间Al2O3是首要的氧化夹杂物。

因为平开门铝型材熔体吸收的气体中H2占85%以上[12],且氢在熔体中的溶解度随温度的下降而减小,因而在熔体结晶凝结时有大量气体分出,未及时逸出的便在铸锭中构成气孔。夹杂物和气孔都可削弱晶粒间的联合,造成应力会集,使铸锭的塑性和强度下降,然后导致铸锭裂纹。

1.2 平开门铝型材铸造条件

在铸锭结晶凝结时,平开门铝型材因为受到冲突阻力和缩短应力的作用,故有构成铸锭裂纹的倾向。这首要与供流、光滑、铸造温度、冷却强度和铸造速度等铸造条件有关。

1.2.1 供流

关于单个铸锭的供流,应使液穴的中部较深,且呈轴对称形状;而关于多个铸锭的供流,其液穴深度应根本保持一致。假如供流不均匀,则或许呈现液穴偏疼、不对称及多个铸锭间液穴深度偏差较大,然后易发作铸锭“拉漏”。该“拉漏”可导致铸锭增厚,增大了铸锭和结晶器内壁外表间的冲突阻力。而铸锭的结晶凝结外壳处于脆性区,较薄弱并受拉应力,平开门铝型材当有足够大的冲突阻力作用时,便构成了铸锭外表裂纹。因而供流总的原则是要求熔体分配均匀。

1.2.2 光滑

在铸造时,平开门铝型材铸锭和结晶器内外表之间存在冲突。结晶器一次冷却凝结所构成的外壳又处于脆性区,其强度低、塑性较差、且受拉应力。如所受的冲突阻力超过其强度,平开门铝型材且无法补缩就构成外表裂纹,故对铸走与结晶器内壁的接触外表进行光滑很有必要。


1.2.3 铸造温度

平开门铝型材铸造温度越高,会减小熔体的过冷度,使形核率下降,晶粒变得粗大,使铝及铝合金结晶凝结期间的强度下降,塑性变差。单位外表上的液膜数量、厚度增大,且增大了铸锭的液穴深度及温度梯度,铸造的缩短应力也增大,然后易发作铸锭裂纹。平开门铝型材铸锭结晶凝结缩短应力可用数学式表达:σ=E·a(t1-t2),式中:σ一缩短应力,E一弹性模量,a一线缩短系鼓,(t1-t2)一温度差。因而,在保证铸锭外表平坦的情况下,应选用较低的铸造温度。

1.2.4  平开门铝型材冷却强度

当冷却强度增大时,铸锭的液穴深度减小,但液穴在边部却变陡,铸锭次外表的温度梯度较大。而缩短应力σ是与温度差(t1-t2)是成正比的,故在铸锭内部会发作较大的缩短应力。而铸锭内部是羽毛状晶,其横向晶界分布较多,晶界处又常常集合杂质和偏析化合物而构成脆性区,其强度较低,易导致铸锭裂纹。冷却强度愈大,平开门铝型材裂纹倾向也就愈大。此外,冷却强度的均匀性十分重要,若二次冷却不均匀或水温变化较大,会发作不均匀的缩短应力,易发作铸锭裂纹。

1.2.5 铸造速度

文献[13]指出,平开门铝型材铸锭液穴深度与铸造速度成正比。当铸造速度增大,铸锭液穴深度及温度梯度增大,将在液穴中心的底部呈现无法补缩的液穴区段,并发作较大的缩短应力,铸锭热裂倾向增大。因而,应挑选恰当较低的铸造速度。

1.3 铸造设备

平开门铝型材铸造设备对铸锭裂纹有较大的影响。这方面的影响要素首要包含结晶器和铸造机。

1.3.1 平开门铝型材结晶器

结晶器的高度、水套中心水孔、内腔断面形状、二次冷却水孔方位和均匀性,及其安装的平允性,对铸锭裂纹都有影响。在半接连铸锭出产中,大多选用矮(短)结晶器。但选用矮(短)结晶器时,铸锭的温度梯度大,其缩短应力大,故易发作心部裂纹。而水套中心水孔的截面因为对铸锭的结晶凝结有影响,故对裂纹的发作有影响。平开门铝型材结晶器的内腔断面形状不合理,二次冷却水孔方位不恰当及均匀性欠好,在凝结时会发作不均匀缩短,而导致铸锭裂纹。

另外,平开门铝型材结晶器安装不平坦,在铸造时会对铸锭刚凝结的外壳部分发作弯矩作用,将导致铸锭外表裂纹。

1.3.2 铸造机

平开门铝型材铸造机运转平稳性较好,在铸造时底座的歪斜、晃动愈小,对铸锭的弯矩就愈小,铸锭不易发作裂纹。故铸造机运转平稳牢靠,可减小铸锭裂纹。

2 主张

因为平开门铝型材铸锭裂纹首要与熔体质量、铸造条件及铸造设备三方面要素有关,因而可通过进步熔体质量,挑选较佳的铸造条件,以及进步铸造设备功能和牢靠性来防备铸锭裂纹。其间,进步熔体质量是最首要的办法。而最为要害的是首要应当操控熔体成分和杂质;其次是晶粒细化。然而,在实践出产中还需考虑铸锭的其他一些质量问题,平开门铝型材综合采纳相应的技术办法,并使操作者做到精心操作,严格执行工艺准则,才能从根本上防备和消除铸锭裂纹。


3  结束语

在铝及铝合金平开门铝型材板带材出产中,对铸锭外表、内部裂纹都要严格加以操控,削减或完全避免铸锭裂纹,才能出产出高平开门铝型材质量的板带材。实践证明,严格操控铸锭裂纹的影响要素后,铸锭裂纹可显着下降,成品率得到进步,取得了较好的作用。

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