维斯塔金属公司的特大2×××系及7×××系铝合金锭铸造

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1、．160．2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集维斯塔金属公司的特大2X×X系及7×××系铝合金锭铸造芦德惠1，石磊1，李姿肠1，王祝堂2，刘英3，徐增1(1．东北轻合金有限责任公司．黑龙江哈尔滨150060；2．安泰科信息开发有限公司，北京100814；3．哈尔滨市计量检定测试所。黑龙江哈尔滨150050}摘要：扼要地介绍了美国维斯塔金属公司(VistaMetalsCorporation)铸造超大硬铝合金(2×××系、7×××系)圆锭及扁锭的工艺。维斯塔金属公司在铸造硬铝合金特大锭方面居世界领先地位，2003年初铸出直径1068mill的7175合金圆锭，2004年秋铸出宽2438mm、厚

2、1067mm、长4369肿的2618铝合金扁锭，这都是创世界纪录的。特大2×××系及7×××系铝合金锭在航天航空工业、交通运输工业、模具制造业有着重要用途。关键词：铝合金；特大圆锭；特大扁锭；维斯塔金属公司；航空航天工业美国加利福尼亚州芬塔纳市(Fontana)维斯塔金属公司(VistaMetalsCorporation)于2004年建成了一个利用阿卢美克斯公司(Almex)铸造技术的硬合金大锭铸造车间，现已成为美国而且也是全球唯一的一家专门铸造高技术、高难度、高附加值铝合金锭的专业企业。今年该公司成功铸得了宽2438．4mnl、厚1066．8toni、长4368．8nlln的、质量达31．

3、752t的2618型硬铝合金扁锭，这在世界铝合金铸造史上尚属首次。所铸的合金W(Cu)=4％、叫(Ni)=1％、埘(Fe)=1％，凝固时易形成疏松，是一种很难铸造的合金。不过这种合金有良好的高温性能与尺寸稳定性，锻造与工具业可用它制造重型卡车的整体模块及其他高负载大型零件。维斯特金属公司的扁锭及圆锭铸造生产线全部采用阿卢美克斯公司的技术与装备，因为该公司在铝熔体净化处理与铸造方面有独特的技术与丰富的经验。2003年它们合作铸出了当时世界上最大的直径达1066．8mm、质量达16．33t的特大7175、7075、6061、2219合金圆锭，供航空工业加工大型飞机所需的铝材。维斯特金属公司采用阿

4、卢美克斯公司的EARSTM除气与过滤系统，以及CASTRIGHTⅡTM铸造盘铸造直径127mnl一1066．8lllln的圆锭。在铸造超大硬铝合金扁锭方面，为保证产品品质，铸锭中不得有疏松与气孑L，晶粒应细小，并应有超细的技晶网，氢含量应低于0．12mI／(100gAI)。应分别严格控制№、Ca、Li的含量，碱金属盐含量应保证扁锭能顺利通过美国军用标准Milstd2154A级超声探测。1大扁锭的铸造‘112618型硬铝合金大扁锭是最难铸造的铝合金之一，因为它的收缩量大，对杂质含量敏感，为了铸出宽2440rnm、厚1067姗的特大锭，必须精心设计结晶器，精心铸造。1．1结晶器的选材与设计阿卢美

5、克斯公司的工程师在设计结晶器之前，首先分析了传统铝合金结晶器的用材。通常，铝合金的结晶器是用5052、6061铝合金制造的，他们决定用强度高的6061合金T6状态整体板材制造，可是在将一块厚板切削加工到近成品状态(near-finishedstate)时，结晶器发生了．结构性弯曲，这说明这种合金的抗弯强度(flexuralstrength)低于板材中固有的内应力。于是，工程师们确定了两种改进方案，～是加大结晶的壁厚，二是改进设计。可是增大厚度行不通，因为2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集这将降低结晶器的导热性能，于是决定改变设计方案与材料状态。选用消除应力的6061．T651板材，不用整

6、块厚板加工，而用4块板从对角处焊成框形后加工成结晶器。采用这种方式制造结晶器虽然克服了结构上的缺陷与材料强度的不足，可是又面临有4道焊缝的挑战，为了将焊接的结晶器的内外表面加工成光滑平坦且适于冷却水层流的平面(指外表面)，阿卢美克斯公司开发出了一套数控(CNC)设计程序。阿卢美克斯公司对结晶器壁尺寸、热传输方式、水流挡板(baffle)形式作了模型程序研究。当前用的常规结晶器的4面各有一个直径64mill的水孔，但为了调节结晶器四周冷却水的压力与流量，该公司开发出了一套专用挡板，它与压力控制系统串联。结晶器的润滑剂为有专利的非合成油。阿卢美克斯公司分析了铸锭头的三种形状：平头(flathea

7、d)，矩形托盘式头，双辐射状(dou．bleradius)头。最后决定选用后一种，因为：2618型铝合金的凝固收缩量大，平弯量(buttcurl)高；锭的宽厚比大于2．25，远大于平弯现象。另外，在凝固初期，双辐射状头可以提供自然的调节作用。设计形式确定之后，接着确定铺底材料，首先考虑用工业纯铝。可是由于结晶器已设计定型，而铝的线膨胀系数又大，如果用它，铝会有破坏结晶器的危险，因为锭头需要140mm厚(最深处