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2A12合金330mm×1200mm规格熔铸工艺研究

    2A12合金330mm×1200mm规格熔铸工艺研究

  • 来源:大秦铝业梁舫、李强强    作者:admin    时间:2018/7/9 14:11:31    点击率:3120
  • 关键词:2A12、铸造工艺研究
  • 摘要:2A12合金330mm×1200mm规格熔铸工艺研究
  • 2A12合金330mm×1200mm规格熔铸工艺研究

    摘要:介绍2A12合金的主要用途及特点,结合现场生产经验及铸锭试片分析结果确定出2A12合           金330mmx1200mm规格铸锭生产工艺。

    关键词2A12;熔铸工艺;铸造;化学成分;工艺参数

    前言

    2A12合金属于Al-Cu-Mg系合金,该系合金的特点是强度高,通常称为硬铝合金,主要应用于飞机蒙皮、骨架、肋梁、隔板,柳钉,卡车轮毂,螺旋桨等其他各种结构件。该规格宽厚比约为3.6,比例适中。该牌号合金形成热裂纹倾向性较小,而冷裂纹倾向性较大,综合而言,该合金的扁锭铸造难度较大,易产生裂纹、表面拉裂等铸造缺陷。

    合金成分

            2A12合金国标化学成分表(见表1)。

    1  2A12铝合金国标化学成分(质量分数/%

    Si

    Fe

    Cu

    Mn

    Mg

    Ni

    Zn

    Ti

    Al

    0.5

    0.5

    3.8-4.9

    0.30-0.9

    1.2-1.8

    0.30

    0.15

    余量

    2A12合金内控化学成分表(见表2)。

    2  2A12铝合金内控化学成分(质量分数/%

    Si

    Fe

    Cu

    Mn

    Mg

    Ni

    Zn

    Ti

    Be

    Al

    0.5

    0.5

    4.3-4.7

    0.30-0.9

    1.6-1.8

    0.30

    0.15

    4ppm

    余量

    生产过程

    工艺流程:备料→熔炼及合金化→精炼、静置→在线净化→铸造→均匀化退火→机加。

    铝锭定额70%100%,其余为一级废料,不允许使用复化锭,CuMg以纯金属形式加入,TiBe以中间合金的形式加入。

    熔炼温度应控制在700-750℃,在熔炼温度范围内取样,炉前化学成分按表2要求控制。用氮气加无钠精炼剂精炼30min,静置30min,走在线净化装置,使用20+30ppi陶瓷片过滤,在线加入Al-5Ti-0.2B丝。铸造工艺参数见表3

    3  2A12铝合金330厚主要铸造工艺参数

    温度(℃)

    水流量(L/min)

    速度(mm/min)

    水温(℃)

    铺底

    回火

    6xx-7xx

    1xxx-1xxx

    xx-xx

    xx-xx

    纯铝

    回火

        

    均匀化退火制度见表4

    4  2A12铝合金330厚均匀化退火工艺参数

    规格(mm

    升温时间(min

    保温时间(min

    保温温度(℃)

    冷却方式

    330x1200

    120

    600

    490-500

    空冷

     

    生产结果

    按照生产过程的方案操作,现场成型良好,取成品铸锭,切距离底部300-350mm试样,切成试片,对铸锭进行低倍、高倍、化学成分等进行质量分析。

    4.1 化学成分分析

          在生产过程中取两铸次成品进行取样分析,在铸造过程中流槽取样标记为1#号样,沿试片厚度方向,从中心到1/2处再到边部取试样,分别标记为2#3#4#,对其进行化学成分分析,C03底部和C06浇口部的主要元素化学成分分别见表5和表6

    5  2A12铝合金C03底部各试样化学成分(质量分数/%

    编号

    位置

    Si

    Fe

    Cu

    Mg

    Mn

    Ti

    1#

    流槽

    0.06

    0.17

    4.47

    1.58

    0.38

    0.03

    2#

    中心

    0.06

    0.16

    4.09

    1.52

    0.39

    0.03

    3#

    1/2

    0.06

    0.19

    4.39

    1.56

    0.39

    0.02

    4#

    边部

    0.06

    0.19

    4.45

    1.61

    0.40

    0.02

                             

       6  2A12铝合金C06浇口部各试样化学成分(质量分数/%                   

    编号

    位置

    Si

    Fe

    Cu

    Mg

    Mn

    Ti

    1#

    流槽

    0.07

    0.19

    4.51

    1.61

    0.40

    0.03

    2#

    中心

    0.06

    0.17

    3.96

    1.44

    0.41

    0.03

    3#

    1/2

    0.06

    0.18

    4.14

    1.48

    0.41

    0.02

    4#

    边部

    0.06

    0.18

    4.28

    1.52

    0.41

    0.02

          从表5和表6可以看出,CuMg元素化学成分的分布来看,中心最低,到1/2处到边部最高,从整体成分分布来看,符合以往结晶偏析规律。

    4.2 低倍组织检测

          在试片取330mmx600mm试样,进行铸锭低倍组织检查,低倍组织试样中无偏析、疏松、缩孔、裂纹、夹杂、气泡等宏观缺陷,低倍检查符合要求。

    4.3 高倍组织检查

    沿试片厚度方向,从中心到边部取20mmx20mm试样,进行铸锭高倍组织检查,各试样高倍组织照片见图1

    1  2A12铝合金扁锭高倍组织照片(50μm

     

     

    从图1可以看出,该铸锭无过烧组织及显微疏松,从中心到边部枝晶间距逐渐变小,较均匀,晶粒从大到小,说明边部冷却强度大,符合结晶规律。  

    分析与讨论

    5.1 熔体质量对产生铸锭缺陷的影响

         加强熔体净化处理。通过现场熔炼经验,2A12铝合金熔炼时易吸氢和氧化,经熔炼后的金

    属被氢和夹杂物污染,铸造时铸锭受激冷收缩,产生应力集中区域,特别是在表面的拉应力区,

    若铸造前熔体净化不彻底,在铸锭拉应力区形成气孔、夹渣等易引起应力集中的缺陷,将易导致

    裂纹。

    5.2 熔体化学成分控制对铸锭裂纹倾向性的影响

    为消除铸锭裂纹,在成分上控制硅小于0.35%,并保证铁大于硅0.05%-0.10%2A12合金形成热裂纹的倾向随硅含量的最大而增大。同时,合金中杂质铁和硅的含量数量愈多,合金铸态塑性愈低,形成冷裂纹的倾向性愈大,所以,为了消除热裂纹和冷裂纹的倾向性,尽量降低硅含量,并保证铁大于硅。铜和镁按照内控标准执行。

    5.3 在线加钛硼丝对裂纹倾向性的影响

    当晶粒和枝晶细小时,分布在晶界和枝晶界上的低熔点金属相分布均匀,塑性提高,抵抗变形能力增强,裂纹倾向性减小。根据之前生产经验总结,加入硼含量较低的钛硼丝对抑制皮下裂纹有明显作用,因此,在线加Al-Ti-0.2B细化晶粒作用。

    5.4 铸造参数对裂纹倾向性的影响

    铸造速度、铸造温度、铸造水流量是决定液穴深度的主要因素。提高铸造速度,尤其是铸造开头时的速度可使铸造冷裂纹的倾向性降低,这是因为较高的铸造速度可使铸锭温度提高,降低了铸锭不同方向的收缩变形带来的压力不均导致的不利影响,同时采用较高的铸造速度,铸锭的塑性相对更好,铸锭抵御变形的收缩变形的能力提高。经过之前的铸造经验摸索,2xxx系扁锭的铸造温度偏低有利于铸造成型。水流量越大,铸锭内部组织越均匀,晶粒度越小,在铸造稳态一般采用较高的水流量,但在开头时如果水流量过大,会导致铸锭底部冷却强度过大,易形成成层,甚至翘曲过大漏铝。因此在开头时采用较低的水流量,在铸造稳定后逐步提高水流量,来保证铸锭内部组织的均匀性和尺寸较小的晶粒度。

     

    参考文献:【1】周家荣 等编著 铝合金熔铸生产技术问答  2007年版

               2】肖亚庆 等编著 铝加工技术实用手册      2005年版

       【3】韩再旭,刘学等2A12合金420mmx1320/1620mm规格熔铸工艺研究  

      铝加工  20173):34-37   

      第一作者简介:梁舫(1987- ),男,陕西彬县人,助理工程师。  




                                                                  大秦铝业梁舫、李强强

                                                                                       

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