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(kāi)發(fā)生產(chǎn)6005A鋁合金Φ380mm圓鑄錠，共給55MN擠壓機(jī)積壓型材。

　　1 試驗(yàn)研究

　　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

表1 6005A鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）    %

　　（1）設(shè)計(jì)成分w(Mg)：w(Si)=(0.667～0.744)：1，為Si過(guò)剩合金，有利于合金強(qiáng)度的提高。

　　（2）設(shè)計(jì)成分中加入微量的Cr和Mn，主要目的是細(xì)化晶粒，抑制固溶處理時(shí)發(fā)生再結(jié)晶，從而進(jìn)一步強(qiáng)化合金；此外，進(jìn)一步改善合金的韌性，降低應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性。同時(shí)通過(guò)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[1]。

　　(3)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(guò)油氣分配環(huán)引入結(jié)晶環(huán)的上部，在鑄造過(guò)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(kāi)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。

圖1氣幕鑄造示意圖

　　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。

圖2空氣、油供應(yīng)工藝流程示意圖

　　1.3工藝制度設(shè)計(jì)

　　從熔煉、凈化、鑄造、均勻化四個(gè)方面設(shè)計(jì)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(shí)間30min。操作要點(diǎn)：充分?jǐn)嚢桎X液，確保合金化學(xué)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(shí)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(diǎn)金屬在正常鋁液溫度條件下熔化難的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了熔煉快速、金屬液不過(guò)熱且化學(xué)成分均勻的目的。

　　(2)凈化工藝制度

　　熔體內(nèi)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(zhì)量的關(guān)鍵因素，給擠壓型材的力學(xué)性能帶來(lái)極壞的影響。因此，試驗(yàn)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(guò)濾等一系列先進(jìn)的凈化技術(shù)凈化鋁液，確保鋁液質(zhì)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(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(guò)程中，要確保空氣流量、空氣壓力、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(guò)燒溫度為595℃[1]，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)化晶粒→在線精煉→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(guò)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(guò)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。

表3生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鑄錠外觀和裂紋的檢查結(jié)果

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

　　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(jiàn)表4。

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

　　2.3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(guò)了16個(gè)mm2的要求。

　　晶粒度評(píng)級(jí)(按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(jiàn)變形晶粒，晶粒度級(jí)別為2.5-3.5級(jí)，超過(guò)了ASTM1級(jí)的要求。

　　金相檢查未見(jiàn)其他缺陷。

　　3結(jié)束語(yǔ)

　　生產(chǎn)的6005A鋁合金Φ380mm，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(mǎn)足高速列車(chē)、汽車(chē)、敞車(chē)、船舶等對(duì)鋁合金材料的要求。生產(chǎn)過(guò)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(wèn)題。