5754铝合金熔铸工艺研究_郑宪

5754铝合金熔铸工艺研究

东北轻合金加工厂　郑　宪　吴欣凤　郭焕林

【摘要】　试验研究了5754铝合金化学成分的控制及对铸锭力学性能影响,熔炼、铸造工艺参数选择,对铸锭质量进行了全面分析。

关键词　5754铝合金　Mg2Al3　熔铸工艺　力学性能

1　前　言

5754铝合金属于Al-Mg系热处理不可强化变形铝合金。近年来,随着国内外汽车制造业突飞猛进的发展,减轻车体自重提高车速,寻求代替钢、铜部件的铝合金材料,已成为铝加工业和汽车工业部门面临的重要课题。我厂近年来开展了这方面的研制工作,现将适用于汽车工业的5754铝合金材板的熔铸工艺试验研究,以及现场生产实践情况介绍如下。

2　合金成分和组织

5754铝合金化学成分(%)为:Cu≤0.10,M g2.6～ 3.6,M n≤0.5,Fe≤0.40,Si ≤0.40,Zn≤0.20,Ti≤0.15,Cr≤0.30,M n +Cr0.10～0.6,Al余量。对照Al-Mg系相图〔1〕,该合金结晶组织中主要相组成为Mg2Al3(U)、Mn Al6,杂质相为Mg2Si、Fe Al3、(M nFe)Al6等。因此,合金的力学性能与Mg 含量高低即T+U不平衡共晶多寡有着必然的联系。

3　熔铸工艺特性

郑宪、吴欣凤——哈尔滨东北轻合金加工厂工程师,郭焕林——高级工程师

(邮编:150060)

3.1　熔炼时易吸气和氧化

资料〔2〕表明,随着Mg含量的增高,合金表面氧化膜的组成和性质发生变化。当Mg 含量在 1.0%以上时,其氧化膜则由Al和Mg的氧化物混合组成,且氧化膜的致密性差。因此,该合金在熔化时,突出表现为:①氧化膜失去保护作用,合金烧损严重,影响合金成分;②氧化膜致密性差,使熔融合金的吸气增加,铸锭气孔、疏松废品增多;③易形成氧化夹渣,铸锭表面易引起应力集中,甚至导致表面裂纹。

3.2　有一定程度钠脆性倾向

Al-Mg系合金的钠脆性是众所周知的。在工业生产条件下,由于熔剂使用不当或炉体自身的污染,Na元素必然存在。另一方面,所使用原材料中含有比Na高得多的Si元素。因此在Mg含量较高情况下,杂质Si被Mg全部夺走形成Mg2Si。即使先形成Na Al-Si,也不稳定,M g能夺取Na AlSi中的Si而形成Mg2Si,使Na只能呈游离态存在,增大了钠脆性的可能性。

3.3　铸锭的裂纹敏感性较低

通常随着Mg含量的增加,合金的热裂倾向增大。但由于5754合金中其它元素的合金化程度较低,因而合金的有效结晶温度范围相对变窄,线收缩小,使合金在脆性区的塑性得以提高,所以裂纹敏感性较低。

5

1997,V ol.25,№9轻　合　金　加　工　技　术 DOI:10.13979/j.1007-7235.1997.09.002

4　熔铸工艺

4.1　配料

配料时,除使用纯金属和原铝外,为了抑制铸锭裂纹倾向,适当配入占总投料量25%～35%的LF2、LF3合金一、二级废料。

4.2　熔炼

可采用电炉或煤气炉熔炼,该合金熔炼温度范围定为700～750℃。无论是在电炉或煤气炉熔化,投料前炉子必须进行认真清炉和洗炉,同时M g锭必须在电炉中加入。熔化过程一律使用2号粉状熔剂覆盖。

4.3　熔体净化及铸造

熔体从电炉转入静置炉中用N2-Cl2气体精炼10～15min,然后静置10min,取样测量氢含量,要求H2≤0.2m L/100g Al。由于合金的有效结晶温度范围较窄,故铸造温度和铸造速度都应偏高。操作时应防止夹渣和产生表面热裂纹。为了防止底部裂纹,须采用纯铝铺底,考虑到合金有较好低温塑性,铸锭浇口部不必回火处理。对于铸锭规格为255mm ×1500mm的扁锭。铸造速度为60～65mm/ min,铸造温度为695～715℃,水压为0.08～0.15M Pa。铸造生产线上采有陶瓷管过滤。

5　试制结果

5.1　总的情况

试制先后分四次进行,共生产34炉。最终化学成分均符合标准要求,Mg含量在2.6%～ 2.87%之间。测定熔体氢含量为0.13～0.17m L/100g Al,铸锭无裂纹缺陷,经均匀化处理后无过烧现象。

5.2　铸锭低倍组织

从扁锭上切试片检查均火态低倍组织,晶粒度为一级,无疏松、夹渣和其它缺陷。5.3　铸锭成分偏析情况

沿试片边部至厚度中心取样,分析M g、Mn元素偏析情况,结果如图1所示。可以看出

,元素M n几乎不发生成分偏析,说明它不

图1　5754铝合金成分偏析情况

参与形成低熔点共晶物。Mg元素有轻微逆偏析现象,其最大差值仅为0.4%,是相当均匀的。

5.4　铸锭力学性能

沿试片边部与厚度中心取样,检查力学性能,结果如图2所示。可以看出:铸锭(均火态)断面上e b、e0.2和W的平均值分别为201.7 M Pa、100M Pa和22.3%。合金屈强比值为0.50,且伸长率很高,说明该合金具有良好的铸造和加工工艺塑性。

图2　5754铝合金力学性能

5.5　高倍组织

从试片不同部位取样检测金相组织,其结果如表1。表1数据说明:铸锭晶粒较细小,且符合结晶规律,第二相体积分数最大差值为0.6%,表明该合金在铸造过程中,铸锭各断面上其结晶速度基本上是均匀的。

6　结果讨论

合金化学成分对力学性能的影响。用于

6 轻　合　金　加　工　技　术1997,Vol.25,№9

　表1 5754铝合金金相组织检测结果试样部位第二相,V%平均晶粒尺寸,μm 边部 4.1225.7

1/4厚度 4.1357.6

1/2厚度 3.5356.2

制作轿车门板的5754合金,应具有良好的塑性变形能力,以满足制品深冲及一次成型不裂边的工艺要求。显然该合金的力学性能与Mg及其它元素含量高低有关。资料〔3〕表明:通常在Mg作为唯一强化元素时,有一定的固溶强化作用。随着Mg的增加(3.0%以上),合金中M g2Al3(U)相也随之增多。U相在共晶组织中呈骨骼状,具有面心立方晶格,在室温下较脆,它使合金塑性降低而抗拉强度升高。而当Mg含量低于3.0%时,合金中T+U不平衡共晶量随之减少,合金伸长率有较明显提高。但是,仅凭Mg含量高低仍不能得到理想的结果,还与合金中存在的M n(或Cr)、Fe、Si等杂质元素含量密不可分。因为Mn(或Cr)在铸锭凝固过程中,起着阻止其晶粒长大的作用,因此铸锭组织变得更致密。从而能提高基体材料和焊接部位的强度,同时还能提高材料在焊接时抗热裂纹的能力及抗应力腐蚀破坏的能力,而合金的塑性实际上保持不变。不过其含量一般不应超过0.6%,否则会出现大量M nAl6相,反而使材料综合力学性能降低。FeAl3的存在同样破坏了合金不平衡共晶量,特别是当存在M n 时,表现更为明显。其次对所有Fe含量,当Si含量增大到0.5%之后,合金的抗拉强度及伸长率都急剧降低,板材的裂边加剧,因此Fe、Si含量都希望不超过0.5%～0.6%。故就5754合金而言,单个杂质M n(或Cr)允许存在,但其含量与Fe、Si一样,必须加以控制,方能获得较满意的加工塑性。

7　结　论

(1)对5754铝合金扁锭所制订的熔炼铸造工艺方案及措施,经实践证明是可行的。

(2)考虑到Mg元素的烧损,加Mg时要求同时加入1～2kg Al-Be中间合金,并采用2号粉状熔剂覆盖。

(3)Mg含量尽可能接近合金标准下限,杂质Fe、Si要尽可能低一些。

参　考　文　献

1　轻金属材料加工手册(上).北京:冶金工业出版社,1979年,27

2　陈朝功等编.铝镁合金熔炼与铸造,北京:冶金工业出版社,1982年,12～15

3　Ф·И·科瓦索夫,И·Н·弗里德良捷夫主编.工业铝合金,北京:冶金工业出版社,1981年,36～43(收稿日期:1997-04-11)

(上接第11页)

3　王国栋.板形控制和板形理论.北京:冶金工业出版社,1986,6

4　张兴铃等编.金属及合金的力学性质,北京:中国工业出版社,1964,130

5　肖立隆.铸轧生产工艺对产品质量的影响,1994,西北铝加工厂内部资料

26　陈存中编.有色合金熔铸,长沙:中南工业大学出版社,1962,62

7　闵乃本.晶体生长的物理基础,上海科学技术出版社,1982,355

8　郑璇.铝箔轧制特点,轻金属,1981,№7

9　G.Apelian et.过滤:熔体净化的一种方法,轻合金加工技术,1982,№1

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收稿日期:1997-01-177

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