铝合金大圆铸锭热顶铸造工艺研究

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1、．230．2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集铝合金大圆铸锭热顶铸造工艺研究郭焕林(东北轻合金加工厂。黑龙江哈尔滨150060)近一二十年以来，随着科学技术的发展对铝材产品质量的要求越来越高。而铸锭质量对铝材产品的质量则起着重要的作用。众所周知，使用普通的金属模铸锭时，模壁是被冷却的，该法在铸造过程中即使采用浮漂控制液面，力图保持稳定的低水平，除了操作相当困难外，铸锭表面不可避免地会有皱纹、冷隔、大的逆偏析、粗大晶粒层，甚至表面发生烧结、金属瘤等缺陷。这样为了生产优质加工制品，在正向挤压时，只好采取：(1)对铸锭表面进行车皮；(2)在

2、挤压时留下足够大的挤压残料，致使大量一级料人为地降为三级或混合料，提高了企业产品成本。所以目前许多国家都在研究和改进圆锭的生产方法。热顶法就是其中一种。本文将对热顶铸造的工作原理、工艺参数、铸锭质量等问题做一些初步研究。1工作原理与结晶器装置1．1工作原理借助于水冷铸模下所用的冷却液的作用，确保已凝固的金属不在铸锭表面上局部地重熔，使整个铸锭获得所要求的凝固前沿的形状。即通常所指的凝固发生在铸锭的上流导热距离UCD之内[1]。UCD系指由铸锭直接喷水线向上的冷却至铸锭表面上凝固线间的距离。呦=一号-n我等端或UCD=百15．式中：口一铸

3、造合金的热扩散系数，m2／h；卜铸造速度，m／h；C。一铸造合金的热容量，大卡／l【g·oC；t。一冷却带的激冷温度，℃；to—熔体金属的温度，oC；t，一凝固温度，oC；Q一熔化潜热，大卡／l(g；K一常数。从上式看出，对于一定的合金和水冷温度来说，UCD是铸造速度和浇铸温度的函数。当其值近似于模子中有效冷却高度加上模子底边与水湿线的距离时，便可利用调节有效冷却高度、铸造速度、液体金属静压力等参数，生产出表面光滑的铸锭来，并具有再现性。1．2结晶器装置结晶器由两部分组成：一部分是较短的，未被隔热的，为铸锭借助于成型的冷却部分，一部分是

4、被隔热的，起保温作用的“热顶”部分，如图l所示。2008年全国铝合金熔铸技术交流会文集·231·从图中看出，在结晶器内套上部之开口端内，镶有一个能降低一次冷却作用，减少铸锭与模壁摩擦，对改善铸锭偏析有良好作用的石墨套。在其上面粘贴具有良好可挠性的硅酸铝纤维毡，构成液体金属保温层。结晶器顶端有一个用保温材质制成的保温帽，使敞露熔体部分始终处于“热帽”内。对于在结晶器与“热帽”接合部之间采用气体加压法及油沟装置我们认为比较适合铸造①40～西80咖小圆锭的单一生产的车间。至于半连续生产的大直径车间，除了使操作台辅助设备繁多外，效果不一定明显。

5、2工艺参数的选择及对质量的影响图1带热帽的结晶器结构2．1有效冷却高度其值等于由铸锭直接喷水线向上至硅酸铝纤维毡下缘的距离减去喷水线向上至结晶器下缘的距离。从UCD关系式可以看出，UCD与铸造速度成反比关系。有效冷却高度的确定方法是：对某一合金、规格来说，在结晶器内液柱静压力被确定后，通过公式先进行估算，然后利用改变铸造速度与冷却高度，作一系列试验比较，从中选取生产出表面光滑、无裂纹铸锭的某一数值范围重新对估算值进行修正，便作为该合金与规格的最佳有效冷却高度值。若其值偏大，可能产生轻微偏析浮出物，偏小则会有冷隔出现，甚至凝固前沿将发生在

6、硅酸铝纤维毡上，表面有拉痕、裂口缺陷。2．2液柱静压力熔体静压力大小与通向热顶的流槽高度和操作者控制流槽内液面高度等有关。要使熔体静压力始终保持一个恒定值是不易做到的。资料幢1表明，结晶器内的熔体液柱高为501／1／／I或更小一些时，才能生产出表面相当光滑的铸锭。超过这个数值，无论怎样调整铸速或其他可变因素，都程度不同地会出现冷隔。然而，这个数值对于有效地使用热顶系统来说实在太低了，将会造成实际操作上的困难。但可通过将有效冷却高度和铸造速度控制在一个恒定数值上，使熔体的静压力相对保持在某一范围内波动。确定方法是先确定某一铸速，再按照一系

7、列不同有效冷却高度与液柱高，一一做试验。然后，不断变更铸速，重复上述试验。最后，由铸锭表面质量高低确定其值大小。应当指出，某合金和规格之液柱静压力与铸速、有效冷却高度三者是密切相关的。对某些要求限制铸速以防止通心裂纹的合金与规格，便应该采用最大容许铸速，有效冷却高度及液柱静压力值，才能生产出光滑表面铸锭。2．3铸造速度在其他参数确定后，随铸速的提高，上流导热距离下移铸锭不出现冷隔，但会有偏析浮出物。当铸速提高到裂纹扩展速度时bJ，铸锭内部会产生裂纹。此时若立刻降低速度，则上流导热距离的顶端上移，铸锭内部裂纹便能愈合。再进一步降低铸速，则

8、将会导致冷隔出现，直至表面有拉痕、拉裂现象。其次在铸造过程中，都希望UCD伸展到距“热顶”底端面约12mm。15rI】m以内，这是铸造速度的一个重要参数。这可通过改变水湿线的距离加以解决。而满足前者的措施最