电磁连铸复合净化法制备铝合金铸坯

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1、电磁连铸复合净化法制备铝合金铸坯1前言1．1引言在材料加工领域，开发新技术、采用新工艺是提高材料性能和开发新材料的前提。对材料的凝固过程进行控制，可以改善铸锭的表面和内部质量，挖掘材料的潜在性能以扩大铸造材料的应用范围，提高材料的利用率，减少能源消耗。材料的电磁成型和加工技术就是重要的手段之一⋯。熔铸是铝加工材加工生产的头道工序，若熔铸质量不高，不及时排除央杂物(A1203等)和气体(氢)等冶金缺陷，其后一系列加工工序<如轧制、挤压、热处理等)也难以消除夹杂物和气体等对材料强度、疲劳抗力、塑韧性、加工成形性等的不利

2、影响【2训。因此，提高铝熔铸技术水平，尤其是净化技术水平至关重要【5】。1．2铝合金铝自1825年由丹麦科学工作者厄尔斯泰德发现以来至今已有180余年的历史。铝是一种轻金属，其密度只有钢铁的三分之一；铝构成多种合金，具有很大的比强度；有良好的导电性，可制作电缆；有良好的导热性，可制作热交换器；表面有一层氧化膜保护，不受大气的腐蚀；易加工、易成形、还可再生；无低温脆性；反射性强；无磁性；冲击不产生火花；有吸音性；耐核辐射；美观等。铝是地壳中储量最多的矿产资源之一，占地壳质量的8％。据报道，1998年已探明的铝矿储量全

3、球为286亿t，中国为26亿t。据预测，2010年探明储量全球和中国将分别达到550亿t和41亿t。可以毫不夸张的说，无论是军工还是民用，各行各业都离不开铝。建筑业、交通运输业、包装业和电力工业更是铝的大用户【6'7l。世纪之交的中国铝工业可简单描述为：已发展成为全球铝的消费大国、生产大国和贸易大国，但还不是铝工业强国。目前全球铝的人均消费为5kg，而我国只有3蚝多，工业发达国家如美国、日本和德国的人均消费高达28～32kg。由此可见铝的消费空间还很大"x电磁连铸复合挣化法制备铝台金铸坯大原铝生产国及第二大铝消费国

4、)。按照我国近年来铝工业的发展趋势推算，预计到2005年底，国内原铝产量将达到700万t，到2l世纪50年代，将要达到looO万t，此时人均用铝量约为6～7kg⋯J。2000年我国氧化铝、原铝、铝合金、废杂铝、各类铝加工材及制品的进出口总量已达440万t。虽然我国铝的生产和消费基本处于平衡状态，但不意味着我国铝的生产已完全满足国家对铝的发展需求。每年我国都需要从国外进口大量的铝，这主要集中在一些国内尚不能奏啡﮵勒．饵净；墅曾i暂彝薹羹蓥蒌荽；，堂辜牵薹仅囱摧箱盟则⋯i；露蔓ll萋；i釜露黉衰r冀攀够短蠹墓褰妻置薤s

5、ii?二ii；i；爨f薹覃巴研"囊如伊墨；i；≤?口fFig．1-lConsumpnonquant啪forec∞tofAiinchinain2005表1-22005年铝市场(行业消费量)预测(万t)F噜．1_2consumptionqu醐tuInforecastofAlmarketjnchinain20051．3电磁连铸技术1．3．1连铸技术的产生和发展铝的铸造，有成型铸造和铸锭铸造之分。成型铸造用的是铸造铝合金，即共晶型铝合金；而铸锭铸造用的是变形铝合金，即固溶体型铝合金。铸锭是压力加工的坯料，包括供挤压和锻造加

6、工的圆铸锭，供压延加工的扁铸锭和方铸锭等f10】。铸锭的凝固组织形态、致密度、成分偏析等对后续加工工艺及最终的制件质量具有决定性的影响。传统的铸锭生产主要采用钢锭模铸造，其生产过程是非连续的。由于凝固条件所限，钢锭模铸锭的凝固组织、成分及致密度在轴向和径向上都是不均匀的。且由于在锭头和锭尾处存在缩孔及缩松等缺陷，需切头去尾，降低了铸锭的实际利用率。连续铸造ccfConnnuouscasdng)技术的应用是冶金工业的一次技术革命，它不仅提高了生产效率，减少材料的消耗和浪费，而且使材料的内部冶金质量得到极大改善。193

7、5年，Alcoca公司及VLw公司的直接水冷铸造法是现代铝合金连续铸造的开端。当液态金属注入到水冷结晶器内时，金属液在结晶器内结壳，在结晶器壁的一次冷却和电磁连铸复合净化法制各铝台金铸坯用这种方法生产铝合金铸锭具有占地面积小、设备成本低、效率高等优点，并大大改善了劳动条件。因此，连续铸造法在有色金属铸造中得到迅速发展。但是，在连续铸造过程中，结晶器冷却区和喷水冷却区的冷却强度不同，在这两个冷却区之间，由于凝固壳的热收缩使铸锭和结晶器之间形成空隙，铸锭传向外界的热流量显著减少。边界热流量的降低使凝固壳发生重熔，枝晶间

8、的低熔点合金在液态金属静压力和枝晶间隙毛细管的作用下，渗出到铸锭表面，形成偏析瘤。即使是Al—Mg—si类的建筑型材铝合金，其表层和近表层的显微组织也明显不同于内部的显微组织。一是枝晶网粗、枝晶间距大；二是有反偏析区；三是晶粒尺寸大和有冷隔层。这些问题导致铸锭在进行轧制加工时产生裂边及氧化条纹，大大影响铸锭的质量。研究发现减少结晶器壁的导热，缩短两次冷却间距