一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法与流程

本发明涉及一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法。

背景技术：

6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，具有极佳的加工性能、优良的焊接性及电镀性、良好的抗腐蚀性、高韧性及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜、氧化效果极佳等优良特点，产品在航空航天、轨道交通、通讯设备、船舶等领域应用广泛。为了追求产品更高的力学性能要求，各生产厂家都在积极探索6061铝合金铸棒较合适的合金成分设计。实践证明，铸造过程中，与同类6063、6060等合金相比，采用6061铝合金浇铸出来的铸棒呈现出更高的裂纹倾向性。与以往常见的中心裂纹不同，其产生的裂纹主要是铸棒凝固冷却过程中产生的应力表面裂纹。对于这种表面裂纹，如不在铸造过程中及时控制和切除，在后续热处理过程中，表面裂纹会进一步深化延长，造成产品报废，带来重大损失。

分析6061的化学成分和有关性能发现，6061合金的表面裂纹倾向性较高的原因主要有以下三点：

1、mg2si强化相的含量高：mg2si是ai-mg-si系合金的主要强化相，按合金计算配料，6061合金中的mg2si含量比6063合金高出近50％，合金中强化相含量高，铸态的强度增加，同时在不平衡冷却条件下，晶界上的强化相增多，塑性自然就降低，因而增大了合金的裂纹倾向性。合金中mg2si含量的增加，结晶温度范围变宽，造成结晶裂纹形成时所受到的应力加大，凝固未期的补缩、焊合条件恶化，因而使裂纹倾向性增加。并且还会使合金的导热性降低，铸造时的液穴加深，液穴的壁厚变薄，单位拉应力增加，从而进一步提高了裂纹倾向性。

2、fe/si比的设计不合理：6061合金中的si在与mg形成mg2si相以后，过剩的si将与fe、al形成化合物，显微组织分析表明，si大于fe时，主要为β相，β相为针状，脆性较高，造成裂纹倾向增大。

3、填充时间过长的冷锭分离：表面裂纹的产生通常是在铸造开始产生，从现场表面裂纹铝棒观察可知，表面裂纹产生的铝棒大多伴随棒头有冷锭分离存在，且随冷裂向径向延伸，裂纹延伸处的铝棒表面呈现出一条亮线，通过超声波探伤未发现有从铝棒中部或尾部开始的裂纹。

初始认为可能是结晶器水通道堵塞，使铸造过程表面应力集中而造成表面裂纹缺陷，通过对所有对结晶器清理后表面裂纹依然还会出现。之后又通过摸索降低铸造速度、降低铝液温度、加快钛硼丝速度等方式都未能杜绝表面裂纹的产生。因此亟需一种能够防止铸造过程中产生应力表面裂纹的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种有利于减少表面裂纹缺陷的产生、工艺步骤简单、特别适用于浇铸铝合金铸棒的防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法，它包括以下步骤：

s1、合金铝液的制备：将适量的铝合金铸锭投放到合金炉内熔化，升高合金炉内温度，合金炉将6061铝合金铸锭熔化，升温20~30min后，在合金炉内制得铝液；

s2、改变合金成分中fe/si比值：

先测定出铝液中fe和过剩si的百分含量比值，若检测出fe的百分含量低于0.2%，则向合金炉内添加单质fe，直至fe的百分含量大于0.2%，随后计算出fe和过剩si的百分含量比值，若fe/过剩si比值大于1.417，则不再向合金炉内加入fe，最终改变合金成分中fe/si比值；

s3、铝合金铸棒的浇铸，具体包括以下步骤：

s31、通过用多个挡板分段挡住铸造机的铸造模盘之前的流槽，将合金炉内的铝液填充到各段流槽内；

s32、加热模盘和流槽的温度，直到两者的温度达到150~160℃；

s33、将铸造机的参数设定为铸造速度63~127mm/min、铸造流口温度704~714℃、铸模前端温度689~698℃、铸模后端温度686~695℃、铸造水温27.5~29℃和冷却水流量250~470m³/h；

s34、在12~15s内将流槽内的铝液填充到铸造机的铸造腔内，15~25min后打开铸造机，以将铸造成型后的产品从铸造腔内取出。

所述步骤s34中将产品进行空冷。

所述步骤s34中铸造腔为空心圆柱状。

本发明具有以下优点：（1）本发明改变合金成分中fe/si比值，fe>si时铸棒的裂纹倾向降低，从而确保了浇铸出的铸棒上没有裂纹产生。（2）本发明通过缩短填充时间、充分预热流槽、提高填充过程流槽液位，达到尽可能的减少填充铝液的温降，减缓了冷锭分离，从而极大有利于减少表面裂纹缺陷的产生，进一步确保了浇铸出的铸棒上没有裂纹产生。

附图说明

图1为由不同fe/过剩si比值的铝液所浇铸出的铸棒上裂纹数量图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

实施例一：一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法，它包括以下步骤：

s1、合金铝液的制备：将适量的铝合金铸锭投放到合金炉内熔化，升高合金炉内温度，合金炉将6061铝合金铸锭熔化，升温20min后，在合金炉内制得铝液；

s2、改变合金成分中fe/si比值：

先测定出铝液中fe和过剩si的百分含量比值，若检测出fe的百分含量低于0.2%，则向合金炉内添加单质fe，直至fe的百分含量大于0.2%，随后计算出fe和过剩si的百分含量比值，若fe/过剩si比值大于1.417，则不再向合金炉内加入fe，最终改变合金成分中fe/si比值；由于fe的含量高于si，主要是形成α相，α相为骨骼状，脆性较小；且当合金中fe>si时，其结晶过程是在611℃以包晶转变形式结束的，而在fe<si时，合金的结晶过程是在577℃以共晶转变的形式结束的，两者相比，前者的有效结晶温度区间缩小了34℃，合金的热脆性降低，因此fe>si时铸棒的裂纹倾向降低，从而确保了浇铸出的铸棒上没有裂纹产生；如图1所示为由不同fe/过剩si比值的铝液所浇铸出的铸棒上裂纹数量图，从图中可以看出fe/过剩si比值达到1.417以上时，未发现有表面裂纹缺陷。

s3、铝合金铸棒的浇铸，具体包括以下步骤：

s31、通过用多个挡板分段挡住铸造机的铸造模盘之前的流槽，将合金炉内的铝液填充到各段流槽内；

s32、加热模盘和流槽的温度，直到两者的温度达到150~160℃；

s33、将铸造机的参数设定为铸造速度63mm/min、铸造流口温度704℃、铸模前端温度689℃、铸模后端温度686℃、铸造水温27.5℃和冷却水流量250m³/h；

s34、在12s内将流槽内的铝液填充到铸造机的铸造腔内，铸造腔为空心圆柱状，15min后打开铸造机，以将铸造成型后的产品从铸造腔内取出，将产品进行空冷。

在步骤s3中，通过缩短填充时间、充分预热流槽、提高填充过程流槽液位，达到尽可能的减少填充铝液的温降，减缓了冷锭分离，从而极大有利于减少表面裂纹缺陷的产生，进一步确保了浇铸出的铸棒上没有裂纹产生。

实施例二：一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法，它包括以下步骤：

s1、合金铝液的制备：将适量的铝合金铸锭投放到合金炉内熔化，升高合金炉内温度，合金炉将6061铝合金铸锭熔化，升温25min后，在合金炉内制得铝液；

s2、改变合金成分中fe/si比值：

先测定出铝液中fe和过剩si的百分含量比值，若检测出fe的百分含量低于0.2%，则向合金炉内添加单质fe，直至fe的百分含量大于0.2%，随后计算出fe和过剩si的百分含量比值，若fe/过剩si比值大于1.417，则不再向合金炉内加入fe，最终改变合金成分中fe/si比值；

s3、铝合金铸棒的浇铸，具体包括以下步骤：

s31、通过用多个挡板分段挡住铸造机的铸造模盘之前的流槽，将合金炉内的铝液填充到各段流槽内，从而提高提高填充过程流槽液位；

s32、加热模盘和流槽的温度，直到两者的温度达到155℃；

s33、将铸造机的参数设定为铸造速度100mm/min、铸造流口温度710℃、铸模前端温度694℃、铸模后端温度694℃、铸造水温28℃和冷却水流量300m³/h；

s34、在13s内将流槽内的铝液填充到铸造机的铸造腔内，铸造腔为空心圆柱状，20min后打开铸造机，以将铸造成型后的产品从铸造腔内取出，将产品进行空冷。

实施例三：一种防止铝合金铸棒产生应力表面裂纹的方法，它包括以下步骤：

s1、合金铝液的制备：将适量的铝合金铸锭投放到合金炉内熔化，升高合金炉内温度，合金炉将6061铝合金铸锭熔化，升温30min后，在合金炉内制得铝液；

s2、改变合金成分中fe/si比值：

先测定出铝液中fe和过剩si的百分含量比值，若检测出fe的百分含量低于0.2%，则向合金炉内添加单质fe，直至fe的百分含量大于0.2%，随后计算出fe和过剩si的百分含量比值，若fe/过剩si比值大于1.417，则不再向合金炉内加入fe，最终改变合金成分中fe/si比值；

s3、铝合金铸棒的浇铸，具体包括以下步骤：

s31、通过用多个挡板分段挡住铸造机的铸造模盘之前的流槽，将合金炉内的铝液填充到各段流槽内；

s32、加热模盘和流槽的温度，直到两者的温度达到160℃；

s33、将铸造机的参数设定为铸造速度127mm/min、铸造流口温度714℃、铸模前端温度698℃、铸模后端温度695℃、铸造水温29℃和冷却水流量470m³/h；

s34、在15s内将流槽内的铝液填充到铸造机的铸造腔内，铸造腔为空心圆柱状，25min后打开铸造机，以将铸造成型后的产品从铸造腔内取出，将产品进行空冷。