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6系鋁棒在熔鑄生產(chǎn)過程中硅、鎂元素的損耗分析

2020-03-26 14:41
前言
 
       熔鑄生產(chǎn)是鋁材加工的第一道工序,熔鑄產(chǎn)品的質(zhì)量與擠壓型材的質(zhì)量密切相關(guān)。擠壓型材的各項性能,除了工藝條件的影響外更需要靠合金成份的穩(wěn)定及均勻性來保證。金屬材料的性能取決于它的組織和結(jié)構(gòu),組織與結(jié)構(gòu)又是由化學(xué)成份、雜質(zhì)含量、加工方法、熱處理工藝決定的,其中化學(xué)成份是決定材料性能的基本因素。在6系鋁合金中,Si和Mg是主要合金元素,鎂硅組成的Mg2Si(β)相是該系合金的主要強化相,這兩種合金元素,其中硅元素屬于相對難熔元素,合金化的彌散及吸收對熔煉溫度和攪拌的要求較高(金屬硅的熔點為1414℃,密度2.33 g/cm3),所以為了提高硅的吸收和彌散效果,在熔煉6系鋁合金時一般采用加中間硅(102合金)的形式進行合金化操作。鎂元素由于其熔點低密度輕(金屬鎂密度:1.738 g/cm3 ;金屬鎂熔點:650 ℃),屬于易燒損合金,而在熔煉6系列合金的過程中一般采用加高純鎂錠的方式進行合金化操作。該兩種合金元素在熔煉合金化過程中均存在一定的不穩(wěn)定因素,因此,研究該系合金在熔鑄過程中硅鎂的變化,對精確控制6系合金中的硅鎂含量具有重要的意義。目前論述鋁合金熔煉過程中鎂燒損的文獻有一些介紹,但是論述6系列合金在熔鑄過程中硅鎂元素的量化損耗,介紹的文獻較少。本文在生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上,總結(jié)了幾種不同硅鎂含量的6系列合金,在熔鑄生產(chǎn)各環(huán)節(jié)硅和鎂元素的損耗情況,并提出相應(yīng)的控制方法。
 
1  試驗方法
1.1  工藝流程簡介:
 采用以下工藝流程進行合金鋁棒的生產(chǎn):投料→熔化→控溫→扒渣→合金化→精煉→加覆蓋劑→靜置→鑄造(深井熱頂鑄造)。合金化工序加入的硅為中間硅合金,加入的鎂為高純鎂錠。整個熔鑄生產(chǎn)過程中,重點驗證精煉、靜置和鑄造前、后期硅鎂含量的變化。
1.2  取樣要求:
1)取樣次序要求:每爐次分別在以下四個環(huán)節(jié)取樣:
     ①精煉前在爐內(nèi)取樣作分析; 
    ②精煉后在爐內(nèi)取樣作分析; 
     ③鑄造1米時在流槽處取樣作分析; 
     ④鑄造8米時在流槽處取樣作分析。
 2)爐內(nèi)取樣要求:采用特制的樣勺在爐膛的中間勺取鋁液,倒入樣模制成試樣,要求每批次取兩塊試樣;取樣溫度控制在720-750℃。
3)流槽取樣要求:采用特制的樣勺在流槽勺取鋁液,倒入樣模制成試樣,要求每批次取兩塊試樣。
1.3  檢測手段:
 采用德國SPECTRO MAXx直讀光譜儀對所取試樣進行成份檢測。采用西南鋁熔鑄廠制備的鋁合金標(biāo)準(zhǔn)試樣校準(zhǔn)光譜儀。要求每個試樣檢測三個點,每批次取樣兩塊,化驗結(jié)果取6個點的平均值,記錄下檢測結(jié)果。
1.4  實驗合金的選擇及熔煉生產(chǎn)的控制
變形鋁及鋁合金化學(xué)成份國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 3190—2008)中,6系列合金Mg含量變化范圍大概在0.25%-1.2%之間,Si含量變化范圍大概在0.3%-1.7%之間。為了使得實驗數(shù)據(jù)具有代表性,分別選取四種不同成份的合金進行驗證,選取的6060合金在6系鋁合金中屬于低硅鎂含量的合金;6061合金在6系鋁合金中屬于高硅鎂含量的合金;6063合金在6系鋁合金中屬于中等硅鎂含量合金;6082合金在6系鋁合金中屬于高硅鎂含量的合金。
為了驗證不同工藝對元素?fù)p耗的影響,嚴(yán)格控制四種不同硅鎂含量的6系列合金,按照表2-1中的工藝進行熔煉生產(chǎn)。其中6060合金生產(chǎn)2爐次,6061合金生產(chǎn)2爐次,6063合金生產(chǎn)4爐次,6082合金生產(chǎn)2爐次。分別按照5個不同工藝方案進行熔煉生產(chǎn)。方案1、2、4、5對比不同精煉工藝對硅鎂損耗的影響;方案3、4對比不同靜置時間對硅鎂損耗的影響。
表2-1:實驗方案及工藝參數(shù)控制表
3  實驗結(jié)果及分析
3.1  按照以上實驗方案,記錄并整理精煉前、精煉后、鑄造1米及鑄造8米鎂含量的數(shù)據(jù)如表3-1和圖3-1所示。
表3-1     Mg含量在熔鑄各階段的變化
 
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