alsn合金超薄扁锭铸造工艺研究

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1、·84·全国第十四届轻合金加工学术交流会论文集A1一Sn合金超薄扁锭铸造工艺研究杜新宇，林红旗(南阳康远机器总厂，南阳理工学院。河南南阳473125)摘要：高锡铝合金超薄锭连续铸造，采用间接水冷、新型结晶器，合理的铸造工艺参数，不但消除了铸造裂纹，而且生产出了晶粒细小、无疏松、夹渣、气孑L等缺陷的合格产品。关键词：高锡铝合金；热裂纹；冷却；工艺近年来随着汽车、农机等工业的迅速发展，高锡铝基钢背双金属材料越来越多地应用在汽车、农用机车等运输机械的滑动轴承上。由于运输机械向着高速、重载的方向发展，对高锡铝基钢背双金属材料的要求也在提高，我厂利用固定铸模法在普通

2、水平铸造机上生产出宽厚比大于25的超薄m．Sn合金扁锭。通过实践摸索，找出了高锡铝锡合金超薄扁锭连续铸造的一般规律，设计制造出适合其连续铸造的结晶器和冷却系统，掌握了从配料、熔炼到铸造的生产工艺，生产出了质量好、力学性能合格的产品，为企业创造了良好的经济效益。1试验装置及方法高锡灿．sn合金连续铸造超薄扁锭是在普通水平铸造机上进行的，铸造装置如图1所示。贮存池微孔过滤结晶器水套二次水冷装置三次水冷装置锭机锭坯图I铸造系统示意图铸造时，经过净化的液体金属通过流槽进入贮存罐，流经导流板，使液体金属合理地分配后进人结晶器，当液体金属在贮存罐内达到一定高度时结晶器

3、供水，然后开启铸造机进行铸造。为防止铸造开头漏铝，或液体金属先期结晶，适当调整铸造速度。当铸锭引出O．2m左右时铸造速度调至正常，这时贮存罐内存有约o．03m3液体金属，并保持一定的静压头。为保证铸造顺利进行，铸锭应控制在高于结晶器出路约0．02m左右处形壳。随着铸造机的不断移动，金属的热量不断被导出，直至完全凝固。当铸锭达到要求长度时，同步锯启动锯切。铸锭连续铸造，锯切往复进行，直至铸造结束。全国第十四届轻合金加工学术交流会论文集．85．2高锡Al—Sn合金特性及铸造工艺特性2．1热裂纹倾向性大高锡舢．sn合金在缓慢冷却的条件下，灿．Sn共晶在晶界形成连

4、续的网格，导致合金变脆而无法使用。只有在快速冷却的条件下锡呈球状，弥散地分布在铝基体中，从而改善和提高合金的性能。为保证高锡m．Sn合金具有良好的使用性能，初步设想用急冷却法铸造，所以初次试验采用传统的变形铝合金铸造工艺，使用短结晶器。为减少铸造时金属与结晶器壁之间的摩擦力，使用自润滑性能良好的三向等静压高纯石墨作为结晶器材料，直接水冷法铸造，试验结果发现裂纹十分严重。通过调整化学成分，对熔体进行变质处理，反复调整铸造工艺参数(铸造温度、铸造速度、冷却速度)，不是液体金属先期结晶凝固在导流板上引不出锭坯，就是铸出的铸锭出现严重裂纹。铸锭上的裂纹形状曲折而不

5、规则，有时还有分支裂纹。裂纹断口呈暗灰色，断开时裂纹无响声，很明显此裂纹属于热裂纹。铸锭热裂纹是铸锭在结晶过程中产生的热应力所致，而且和铸锭的凝固先后和冷却速度有关。在铸锭的结晶和随后的凝固过程中，先凝固部分要阻碍后凝固部分的收缩，冷却速度小的部分对冷却速度大的部分的收缩也起阻碍作用，因而铸锭产生热应力。在某些假定条件下，铸锭中的热应力d可用以下数学式表达：盯=Ea(tl二_t2)式中：E一弹性模量；口一收缩系数；．t。一线收缩开始温度；t2一结晶终了温度；虽然，以上数学表达式是在假定条件下导出的，但仍能帮助定性的分析问题。利用数学模型结合试验情况进行分析

6、，高锡址．Sn合金超薄扁锭裂纹问题与合金特性及冷却方式有关。2．2合金化程度高高锡舢．Sn合金Sn的添加量为w(Sn)20．8％左右。而变形铝合金合金化程度较高的7A04合金zn的添加量也只有w(Zn)10．57％左右，前者比后者高10．23％。由此可见，高锡m．Sn合金有更高的合金化程度。一般规律是，合金化程度高的合金塑性差，裂纹的倾向性大。2．3结晶温度间隔宽根据m—Sn合金状态图进行分析⋯，含sn量越高，其结晶温度间隔越大。当伽(Sn)=20％左右时，其结晶温度间隔约为400K左右，比结晶温度间隔宽7A04合金的多200K。合金结晶温度间隔愈宽，凝固

7、收缩的绝对值越大，因而铸造时铸锭的内应力也越大。2．4铸锭的宽厚比大变形铝合金扁锭宽厚比一般不超过4，纯铝扁锭宽厚比一般不超过7，若超过这个比值裂纹的敏感性加在，铸锭裂纹难以避免。因而在扁锭生产中，铸锭窄面受三个方向的冷却，比宽面的冷却强度大，因而宽面表层金属处于拉应力状态。当宽面金属阻碍窄面金属收缩时，则窄面金属中发生拉伸应力。铸锭的宽厚比越大，这种作用越明显。因为宽厚比大，窄面和铸锭中部之间的温度差大，而且宽度方向上收缩的绝对值增加，因而铸锭的应力增加。·86·全国第十四届轻合金士jn-r学术交流会论文集高锡灿．Sn合金扁锭规格0．65mXO．025m

8、，宽厚比已超过25。可想而知裂纹的敏感性非常大。2．5冷却的特点如