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鋁合金鑄造的特點(diǎn)
艾普斯 丨 2017.09.14 丨 2247
鋁合金鑄造的特點(diǎn)
當(dāng)前,國內(nèi)大多數(shù)鋁合金擠壓生產(chǎn)廠家都采用立式半連續(xù)鑄造方法鑄造錠坯,成分合格的熔體經(jīng)過爐內(nèi)精煉一一在線精煉一一在結(jié)過濾后,通過流槽(或流盤),然后經(jīng)漂浮漏斗注入結(jié)晶器內(nèi),或由流盤從結(jié)晶上面經(jīng)漏斗注入(普通多模鑄造),或從旁邊注入(同水平多模熱頂鑄造)。結(jié)晶器下面先用底座封堵,熔體澆入結(jié)晶器后,產(chǎn)生凝殼。待凝殼達(dá)到一定厚度后,開通冷卻水,啟動鑄造機(jī)。鑄造機(jī)以一定的速度牽引著結(jié)晶錠坯不斷平穩(wěn)下降,熔體則根據(jù)結(jié)晶速度的要求,以平穩(wěn)的流速向結(jié)晶器內(nèi)注入等量于結(jié)晶所消耗的熔體,于是在結(jié)晶器內(nèi)形成如圖所示的液穴。設(shè)鑄造時的熔體控制為定溫,熔體注入結(jié)晶的流速和鑄錠的下降速度均為勻速,于是便在液穴內(nèi)建立起穩(wěn)態(tài)的溫度場和濃度場。下面討論熔體在結(jié)晶器中的晶體生長過程。
鋁合金熔體大多含有多種溶質(zhì)。在其合金的成分范圍內(nèi),其絕大多為數(shù)的平衡分凝系數(shù)Ko <1(合金成分含量較高,超過共晶點(diǎn)時,Ko ﹥1)。因此,當(dāng)最先的熔體注入結(jié)晶器時,熔體與結(jié)晶器壁發(fā)生接觸,先在器壁上形核成長(在器壁上形成球冠狀核心比在熔體中自發(fā)形核需要的激活能小得多,這個問題在《電解鋁液鑄軋生產(chǎn)板帶箔材》(冶金工業(yè)出版社,2011)一書中有詳細(xì)討論,此處從略),并向結(jié)晶前沿排泄溶質(zhì),在結(jié)晶面前沿形成一溶質(zhì)富集層,富集層內(nèi)的溶質(zhì)濃度,在固液界面處最高,遠(yuǎn)離固液界面,隨距離的增加逐漸減小,直至與整個熔體的平均溶質(zhì)濃度相等。而溶質(zhì)富集層的凝固溫度,則在固液界面處最低,遠(yuǎn)離界面時,隨距離的增加而升高,至與整個熔體的凝固溫度相同為止。在溶質(zhì)富集層內(nèi)實(shí)際溫度低于熔體的凝固溫度,這就形成的組分過冷區(qū)。隨著結(jié)晶的繼續(xù)進(jìn)行,最先形成的凝殼隨底座的向下牽引而下降,注入的熔體在已有的結(jié)晶面上成長,或在界面前沿重新形核生長,形成新的組分過冷區(qū)。同樣,新注入的熔體又在器壁上形成凝殼,產(chǎn)生新的組分過冷。隨著時間的延伸,新的結(jié)晶層不斷產(chǎn)生,已結(jié)晶面前沿又不斷生長或出現(xiàn)新結(jié)晶面,于是凝固層從上至下,由薄增厚;結(jié)晶器內(nèi)的液相區(qū),自上至下由大變小,直至整個截面全部凝成固態(tài),在鑄件上方即形成了液穴。對于圓形鑄錠,液穴和結(jié)晶前沿的組分過冷區(qū)呈近似圓錐體狀。
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