低液位铸造大规格2024合金扁锭熔铸工艺研究

低液位铸造大规格2024合金扁锭熔铸工艺研究

孙兰赵大明

东北轻合金有限责任公司黑龙江哈尔滨150060

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．