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摘要:通过2024合金520×2120mm规格铸锭的生产试制,从成分、力学性能、铸锭组织等方面对2024合金520×2120mm规格铸锭进行了分析。并最终确定2024合金520×2120mm规格铸锭的生产工艺。
关键词:2024;性能;工艺
2024合金为铝-铜-镁系中的典型硬铝合金,综合性能较好,是硬铝中用量较大的合金。该合金强度高,有一定的耐热性,可用作150℃以下的工作零件。温度高于125℃,2024合金的强度比7075合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形性能都比较好,热处理强化效果显著。其抗蚀性较差,但用纯铝包覆可以得到有效保护;焊接时易产生裂纹,但采用特殊工艺可以焊接,也可以铆接。广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件。
1合金成分
1.1合金成分(见表1)
表12024铝合金化学成分(质量百分比/%)
2试验过程
2.1工艺流程
配料→熔炼→精炼静置→铸造→均匀化退火→机加。
2.2配料
不使用废料、复化料及添加剂,合金化元素Cu、Mg以纯金属的形式加入,Mn以中间合金的形式加入。
2.3熔炼
执行锻件工艺,炉前化学成分Cu控制在4.3~4.6%,Mg控制在1.5~1.65%,Mn控制在0.65~0.75%,Zn控制在0.1~0.12%,Ti补至0.02%,炉前不调整Fe,其他化学成分内标按2024棒控制;电炉出炉前使用Ar-Cl2精炼10min,出炉时加0.01%的Ti(使用Al-Ti丝)。
2.4铸造
导炉前需二次清炉,执行锻件工艺,用预热好的1#熔剂块叠坝,满管流动,静置炉使用Ar-Cl2精炼15min(25吨炉保温炉精炼30min),静置30min,使用Alpur进行在线除气,使用30+50ppi双级泡沫陶瓷过滤片进行在线熔体净化,在线播种Al-Ti丝(25T炉使用Al-Ti-0.2B丝)的细化晶粒。铸造工艺参数见表2。
表22024合金主要铸造工艺参数
3试验结果及分析
2024合金520×2120mm规格铸锭分别在25T炉和老线进行了试制,切取试片进行了全分析。取样示意图见图1。
3.1成分分析。成分分析见表4
表42024合金化学成分
从表4中可以看出2024合金熔体中成分较稳定,且炉前和炉后相差不大,因Zn元素保温炉分析结果与炉后结果相差较大,与炉前分析结果相接近,所以选取试样分析结果与保温炉分析结果相对比。从图1和表4中可以看出越是靠近铸锭中心,元素偏析越严重,在铸锭最中心处Cu元素含量低于国家标准。
图12024合金全分析取样示意图
试片分析结果与炉前分析结果对比显示:Si元素最大偏析0.01%,相对值约为11%;Fe元素最大偏析为0.02%,相对值约为12%;Cu元素最大偏析为0.72%~0.75%,最大相对值约为16%~17%;Mn元素最大偏析为0.05%,最大相对值约为7%;Mg元素最大偏析为0.13%,最大相对值约为8%;Zn元素最大偏析为0.01%,最大相对值约为8%;Ti元素最大偏析为33%,最大相对值为97%。分析结果表明23-1413熔次520×1620规格2024合金扁锭中Cu元素偏析较大,最大相对值大于10%,Mn、Mg、Zn元素偏析相对较小,最大相对偏析值小于10%。铸锭结晶过程中Cu、Ti两种元素偏析较为严重,铸锭中心部位Cu元素没有达到国标要求,铸锭出现的成分偏析符合铸锭的结晶规律。
3.2高倍分析。铸锭边部晶粒细小、枝晶网密集,晶界析出物相对较少;铸锭中心和宽度1/4处晶粒较大,晶界析出物相对较厚。这和液穴的情况相吻合,符合铸锭结晶规律。
3.3低倍检查。没有气孔,夹杂、疏松等缺陷。
3.4力学性能。2024合金的抗拉强度从中心到边部程逐渐增大趋势,边部最大;屈服强度在103N/mm2~134N/mm2波动,铸锭中心区域屈服强度较大。
3.5铸锭宏观照片。出铸锭表面光滑,偏析瘤细小。
4结论
1)采用上述工艺流程可以保证520×2120mm规格2024合金扁锭铸造成型。
2)成分分析结果表明,铸锭结晶过程中Cu、Ti两种元素偏析较为严重,其它合金化元素偏析不大;
3)低倍结果表明铸锭内部无冶金缺陷;
4)高倍组织分析表明铸锭从中心到边部晶粒逐渐变细小、枝晶网密集,符合铸锭结晶规律。
参考文献
[1]周家荣.铝合金熔炼生产技术问答[M].北京:冶金工业出版社,2008:
[2]蒋香泵,张李光,贾均.轻金属[M].铝加工,2002(2):23-27.