半连续铸造工艺参数对T2紫铜铸锭质量的影响

半连续铸造工艺参数对T2紫铜铸锭质量的影响

景国强

（甘肃省机械科学研究院责任有限公司,甘肃 兰州730030）

摘要：T2紫铜具有极强的导电、导热、耐蚀性。因此它逐渐成为我们生活必不可少的一部分，立式半连续铸造具有产量大，成品率高，内部组织均匀，特别适合大批量，大规格生产。而铸造速度，结晶器长度，冷却强度和铸造温度，它们相互制约，相互依存，共同影响半连续T2紫铜的质量。优化、综合考虑各项工艺参数，提高半连续铸造T2紫铜的质量，为后续轧制和挤压加工提供质量保证，从而得到高强、高导的T2紫铜。

关键词：铸造速度；结晶器长度；冷却强度；铸造温度；T2紫铜

引言

1993年德国人Junghaus首次研制成功黄铜立式半连续铸造机，立式半连续全称称为立式半连续直接水冷铸锭，简称DC铸锭。

目前，T2紫铜有极强的导电、导热耐蚀性。在电线、电缆、爆破用雷管、化工用的蒸发器、贮藏器及各种管道等都有很广的应用。因此紫铜在我们生活中的应运越来越广泛。而T2紫铜立式半连续铸造也就朝着大规模，大批量，大尺寸，种类多方向发展，实现了大批量机械化生产，改善了劳动条件，从而大幅度提高了劳动生产率。

1 T2紫铜的特性和半连续铸造的基本原理

1.1 T2紫铜的特性

①T2紫铜有很强吸气性。

②T2紫铜具有热脆性，流动性差，故在出炉前（5～10）min，加入总重量的（1.5%～2%）磷铜，提高紫铜的流动性。

③T2紫铜很强的导热性。

1.2半连续铸造原理

将T2紫铜溶体均匀的倒入通一次冷却水的结晶器中，T2紫铜溶液在结晶器内壁和底座受到冷却作用，迅速结晶凝固，形成坚硬的凝固外壳，待T2紫铜溶液到达结晶器2/3处时，铸造机上的牵引机构就带着底座上凝固壳一起以一定速度向下运动。脱离开结晶器以后，受到结晶器下沿处二次冷却水作用，铸件迅速向中心形成完全凝固。待铸件达到规定长度以后，停止浇注，浇注小车离开，铸件吊离。

2 铸造速度、结晶器长度、冷却强度和铸造温度对T2紫铜半连续铸造的影响

2.1铸造速度对T2紫铜质量的影响

2.1.1铸造速度定义

半连续铸造时，单位时间内铸造形成的铸锭长度叫铸造速度。

式中t——时间，h

L——铸锭长度，m

2.1.2铸造速度对T2紫铜力学性能的影响

在其他条件相同情况下。适当提高铸造速度，T2紫铜晶粒会越细，表面质量越好，耗能越小，生产效率越高；铸造速度增加，T2紫铜铸锭的温度降梯度增大，晶粒之间拉应力变大，故紫铜铸锭内部裂纹趋势增加，但表面裂纹趋势降低；同时降低铸锭表面冷隔趋势，故铸锭表面变得光滑。

当T2紫铜铸锭直径/宽厚比（圆锭/扁锭）尺寸越大，铸造速度应降慢。

2.2结晶器长度对T2紫铜质量的影响

2.2.1结晶器的工作原理

结晶器是将连续不断的T2紫铜溶液通过水冷铜套强制冷却，逐渐凝固成模具的形状和一定厚度的铸型，把液相的T2紫铜变为固相，连续不断从结晶器拉出。再通过二次冷却水的冷却，铸锭完全成形。

2.2.2结晶器对T2紫铜力学性能的影响

在铸造温度，铸造速度、冷却强度相同情况下，结晶器长度越大，就会导致过渡带越宽，液穴越深，冷却强度越弱。从而降低了自上而下的顺序凝固方式，如图2-1所示。

图2-1

长结晶器能降低中心裂纹，有利于提高铸造速度，但是容易使铸锭中心产生疏松和纵向表面淬火裂纹。

短结晶器在T2紫铜半连续铸造中，T2紫铜组织结构晶粒细小，组织均匀，致密，有效降低晶内偏析的风险。有利于气体排出，防止内部疏松，还可以有效的补缩，降低纵向表面裂纹的趋势。但是短结晶器技术参数要求高，操作困难，容易铸锭中心形成裂纹。

2.3冷却强度对T2紫铜质量影响

2.3.1冷却强度定义

冷却速度指铸锭从结晶器出来的降到室温的速度，又称冷却强度，用单位时间内下降的温度来表示。但在实际T2紫铜半连续铸造中生产中，冷却强度不便于控制，因此在T2紫铜的半连续铸造过程中多采用冷却水压或冷却水流量作为冷却速度的衡量在T2紫铜半连续铸造中过程中的冷却强度。

2.3.2冷却强度对T2紫铜的力学性能的影响

①冷却速度对T2紫铜组织的影响。在半连续铸造时，随着二次冷却水的冷却强度的升高，T2紫铜铸锭结晶速度加快，T2紫铜晶核数目增多，因此晶粒细小而致密；同时，固液两相区域变小，T2紫铜铸锭致密度提高，从而降低疏松倾向。此外增加冷却速度，还可以细化T2紫铜晶粒，降低晶粒偏析。

②冷却速度对T2紫铜铸锭力学性能的影响。通常随冷却速度增大，T2紫铜铸锭结晶速度提高，T2紫铜的综合力学性能就会增强；冷却速度增大，铸锭过渡带区域缩小，T2紫铜铸锭致密度增加，化合物的晶粒尺寸缩小，因此降低了T2紫铜晶粒区域偏析的程度。

③冷却速度对铸锭裂纹倾向性的影响。随着冷却速度提高，T2紫铜铸锭的温度梯度逐渐增大，晶粒间的拉应力也逐渐增加，因此，T2铸锭裂纹倾向性增大。

④冷却速度对铸锭表面质量的影响。在其他因素不变的情况下，T2铸锭表面产生偏析和裂纹的倾向性降低，但是会使铸锭表面产生冷隔的倾向性增大。

2.4铸造温度对T2质量影响

2.4.1铸造温度定义

T2紫铜铸造温度通常指铸造过程中工频炉内紫铜熔体的出炉温度，由于紫铜溶液注入结晶器的过程中有热量的散失，进入结晶器的熔体实际温度通常约比铸造温度低5～10℃。因此，铸造温度的准确定义应是在结晶器内的T2紫铜的溶液温度。

2.4.2铸造温度对T2紫铜力学性能影响

①铸造温度对铸造组织的影响。提高铸造温度，使T2紫铜铸锭树枝状晶粒数目、尺寸增加，在结晶器中的液穴变深，温度梯度变大，形成柱状晶、羽毛晶的概率增加。提高铸造温度还会使液穴中悬浮的紫铜晶粒团尺寸缩小，形成一次晶化合物的概率降低，排气补缩条件得到了改善，故致密度也就得到提高；降低铸造温度，熔体黏度增加，补缩降低，疏松、氧化膜等缺陷呈上升趋势。

②铸造温度对T2紫铜铸锭力学性能的影响。提高铸造温度，使T2紫铜铸锭晶粒变粗、数目变多 ，故T2紫铜综合力学性能降低。

综上所述，半连续铸造T2紫铜铸造温度不能太高。太高容易氧化、吸气，铸锭易产生气孔、裂纹。同时容易产生晶粒粗大的树枝状晶，太低T2紫铜溶液的流动性差，易产生夹渣，冷隔，疏松等缺陷。故T2紫铜的浇铸温度为1140～1160℃。

3 结语

综合考虑铸造速度，结晶器长度，冷却强度和铸造温度各方面因素，在保证T2质量前提下，随着铸件横截面积增大，铸造速度降低。适当提高铸造速度，有利于降低晶粒偏析，改善晶内结构，增强了T2紫铜锭的力学性能，降低成本，增加产品利用率；在保证T2质量前提下。紫铜铸造温度1140～1160℃，在此温度下，即防止温度过高而发生吸气氧化，也防止温度过低发生冷隔，疏松等缺陷；在保证T2质量前提下，尽量缩短结晶器的长度，同时控住紫铜棒尽量少埋入溶液中，或不埋入；在保证T2质量前提下。在冷却水压（50～150Kpa）的范围内，尽量增加冷却水压，增大冷却水压有利于细化T2紫铜晶粒，防止晶粒偏析，过渡带尺寸变窄，增加紫铜棒的致密度，大大增强了力学性能。

参考文献

［1］刘培兴 刘晓瑭 刘华鼐 编著 铜合金熔炼于铸造工艺 北京：化学工业出版社 2009.9

［2］娄花芬 黄亚飞 马可定 编著 铜及铜合金熔炼与铸造 长沙：中南大学出版社.2010.12

［3］钟卫佳 主编 铜加工技术实用手册  北京：冶金工业出版社，2006