5005铝合金Φ166mm圆铸锭热顶铸造工艺研究

5005铝合金Φ166mm圆铸锭热顶铸造工艺研究
周金全;江俊
【摘要】为了降低生产成本,保护生态环境,提高5005铝合金Φ166 mm圆铸锭表面质量,采用热顶铸造进行生产试验研究.结果表明,5005铝合金熔炼温度控制在770~790℃,精炼温度控制在730~760℃,精炼时间控制在20~30 min,采用二次喷粉精炼工艺,浇铸温度控制在720~740℃,浇铸速度为70~100 mm/min,冷却水流量为220~280 m3/h,能生产出外观质量及内部组织结构均满足使用要求的铸锭.%The experimental study on hot-top casting production is adopted in order to reduce the production cost, protect the ecological environment, and improves the surface quality of Φ166mm circular ingots of 5005 aluminum alloy. The results show, the smelting temperature of 5005 aluminum alloy is controlled in 770~790℃, the refining temperature is controlled in 730~760℃, the refining time is controlled in 220~30min, the secondary powder spraying refining process is adopted, the casting temperature is controlled in 720~740℃, the casting time is
70~100mm/min, the cooling water flow is 220~280m3/h, thereby the ingot that the appearance quality and internal organization structure all can meet the operating requirements can be produced.
【期刊名称】《云南冶金》
【年(卷),期】2016(045)005
【总页数】4页(P79-82)
【关键词】5005铝合金;熔炼;精炼;热顶铸造;外观质量
【作者】周金全;江俊
【作者单位】云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧 661000;云南云铝润鑫铝业有限公司,云南个旧 661000
【正文语种】中文
【中图分类】TF821
5005铝合金主要元素为镁，含镁量在0.6%～1.2%之间，又称为铝镁合金，其与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性能、密度低、抗拉强度高、延伸率高等特点，阳极氧化膜比3003铝合金上的氧化膜更加明亮[1]，并与6063铝合金的色调协调一致[2]，因此5005铝合金常用作导体、炊具、仪表板、壳及建筑装饰件等[3]，在航空航天、船舶、汽车制造等领域[4]应用也较为广泛。

生产其圆铸锭主要是经过熔炼、精炼、静置、在线处理、浇铸、锯切、包装等工艺步骤。

热顶铸造技术目前国内比较成熟，也是普遍使用的一种先进的铸造技术。

其是在矮结晶器上面用耐火绝缘材料制造的贮槽(即热顶)，贮槽内的熔体至少与分流盘内的熔体保持在同一水平，这种连续铸造法称为热顶铸造[5]。

热顶铸造的结晶器是由一个隔热的热顶部分和一个未隔热的冷却部分(即有效结晶部分)所组成。

热顶部分的作用是使熔体保温，并使铸锭上部始终维持一个液柱，保持一定的铝熔体静压力，同时降低熔体在结晶器中的凝固位置，与普通DC铸造相比，热顶铸造具有铸锭内部质量优良、铸锭表面质量优良、生产操作简便等优点[2]。

试验用的5005铝合金的化学成分见表1。

1.1 配料
在熔炼炉内预加一定量的铝硅中间合金，通过向熔炼炉内进铝时铝液的紊流搅拌致使成分硅较均匀，Mg以纯金属的形式加入，加入75Ti剂，系数法进行配料。

1.2 熔炼精炼工艺
待熔炼炉内铝液量满足生产要求时，通过设置于熔炼炉上的升温系统对铝合金熔体进行升温，在770～800℃下熔炼30 min，同时加入Ti剂。

然后对铝合金熔体进行喷粉精炼，加入打渣剂扒出浮渣，取样分析并静置，化学成分合格后转入静置炉进行二次喷粉精炼、扒渣、取样分析、静置。

1.3 在线处理工艺
精炼完将成分合格的铝合金熔体从保温炉转入溜槽，通过在线晶粒细化、在线除气处理和过滤后，得到满足浇铸要求的铝合金熔体。

1.4 铸造工艺参数的制定
主要的铸造工艺参数有：铸造速度，铸造温度，冷却水流量等
1.4.1 铸造速度的制定
由于生产5005铝合金圆铸锭的批次产量比较大，达到每批次35 t，在这种情况下，调整铸造速度主要考虑以下几点：一是保证铸造液面衡定；二是保证铸锭不出现裂纹；三是保证铸锭表面光滑，不出现拉裂、拉痕、冷隔等表面缺陷。

因此，我们把铸造5005铝合金Φ166 mm圆铸锭的铸造速度设为60～120 mm/min。

1.4.2 铸造温度的制定
调整铸造温度主要考虑以下几点：首先保证铝合金熔体具有充分的流动性，能够很好地填充结晶器，避免产生缩孔、缺肉等缺陷；然后保证在铸造过程中不产生中心裂纹、漏铝；最后是节约生产成本。

因此，我们把铸造温度设定为740～790℃。

1.4.3 冷却水流量
调整冷却水流量，主要考虑降低铸锭的裂纹倾向及偏析物的生产，提高铸锭力学性能。

因此，我们将冷却水流量设为200～310 m3/h。

通过热顶多模连续铸造方式，铸造形成5005铝合金圆铸锭。

铸造工艺参数见表2 当铝合金熔体在770～800℃下熔炼30 min，然后进行喷粉精炼，加入打渣剂扒
出浮渣，静置且化学成分合格后转入静置炉进行二次喷粉精炼，经过在线除氢除渣处理后，以铸造速度为70～100 mm/min、铸造温度为710～720℃、冷却水流
量220～280 m3/h、冷却水水压为0.5 MPa的工艺参数能生产出外观质量及内部组织结构均满足使用要求的Φ166 mm 5005铝合金圆铸锭。

试验过程发现，当铸造速度小于70 mm/min时铸锭表面会出现冷隔，大于100 mm/min时会出现中心裂纹；当铸造温度小于710℃时极易产生光亮晶粒，大于720℃时极易产生中
心裂纹；当冷却水流量小于220 m3/h时会产生拉痕、漏铝，大于280 m3/h会
生产冷隔，见图1。

2.1 铸锭表面质量
观察Φ166 mm 5005铝合金圆铸锭表面可以看出，铸锭表面较光滑，没有出现拉裂、拉痕、冷隔、缩孔等表面缺陷，同时表面偏析瘤也较小，满足客户对外观质量的要求，见图2。

2.2 铸锭内部质量
2.2.1 低倍组织
热顶铸造5005铝合金Φ166 mm铸锭低倍组织见图3。

先采用质量分数为9%～13%的NaOH溶液对5005 Φ166 mm铝合金棒头与棒
尾的样品腐蚀15 min，再采用HF∶HNO3∶HCl比例为1∶5∶15的溶液腐蚀3 min后，观察棒头与棒尾的样品均没有发现裂纹、夹渣、粗大晶粒、气孔、疏松、白斑等质量缺陷。

2.2.2 高倍组织
热顶铸造5005铝合金Φ166 mm铸锭高倍组织见图4。

从图4可以看出，从试片边部到中心，5005铝合金圆铸锭的晶粒、第二相分布较
为均匀。

2.3 分析与讨论
本次试验为提高5005铝合金Φ166 mm圆铸锭表面质量及内部组织质量，满足
客户使用要求，降低生产成本，我们采用目前国内较为成熟的热顶铸造工艺技术，并且采取了以下几项工艺措施：
2.3.1控制投料方式
为提高5005铝合金成分硅的均匀程度，减少硅偏析给产品质量带来的影响，在往熔炼炉进铝以前，预先加入一定量的铝硅中间合金，通过向熔炼炉内进铝时铝液的紊流搅拌致使成分硅较均匀。

2.3.2 采用合理的熔炼、精炼工艺制度
在加入金属镁配制合金过程中，为了减少金属镁的烧损，我们采用了铝合金熔炼用加镁装置，将需要加入铝液中的金属镁压入熔炼炉底，避免了由于金属镁的漂浮燃烧造成的损失，提高了配料准确度，降低了生产成本。

同时，在保温炉内采用二次喷粉精炼工艺措施，最大程度的减少铝合金熔体中的夹杂及气体含量，保证产品质量。

2.3.3 加强晶粒细化
根据生产实践经验，在熔炼炉对5005铝合金配料时对Ti含量留有一定余地，铸
造前向熔体拨入一定量的Al-Ti-B丝。

1)热顶铸造生产5005铝合金Φ166 mm圆铸锭时，将浇铸温度控制在720～740℃，浇铸速度控制为70～100 mm/min，冷却水流量控制为220～280 m3/h，能生产出外观质量及内部组织结构满足使用要求的5005铝合金Φ166 mm圆铸锭。

2) 在熔炼炉进铝前预先加入适当的铝硅中间合金，加入金属镁时采用加镁装置，
可以有效提高配料准确度，降低金属镁的烧损。

3)采用二次喷粉精炼工艺技术，可以改善5005铝合金熔体的纯净度，提高铸锭内部组织质量。

【相关文献】
[1]李广钦，左秀荣.铸态及均匀化处理3003铝锰合金的组织与性能[J].材料热处理学报，2007，28(3)：63-66.
[2] 陈朝轶，张鹏，刘静，高国丁. 6063铝合金阳极氧化膜腐蚀行为研究[J].热加工工艺，2013,16:50-53.
[3]刘静安，谢水生. 铝合金材料应用与开发[M].北京：冶金工业出版社，2011:325-326.
[4]王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙：中南大学出版社，1989.
[5]周家荣.铝合金熔铸生产技术问答[M].北京：冶金工业出版社，2008:195-208.。