5083铝合金熔铸工艺研究

5083铝合金熔铸工艺研究

腾志贵，殷云霞，黄岩超，张珺玲，  李海仙， 王英军

（东北轻合金有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150060）

摘要：介绍了5083合金大规格扁铸锭孔洞缺陷的产生原因，并对5083合金最终产品的化学成分、力学性能、显微组织和低倍组织等各项指标检测结果做了介绍，其结果显示通过改进生产工艺，5083合金大规格扁铸锭孔洞缺陷大幅减少，为后续5083合金的试制或量产提供了数据基础。

关键词： 5083合金；熔铸工艺；孔洞缺陷，工艺参数

1 前言

5083合金不仅具有适度的强度，而且具有良好的耐蚀性、成形加工性和焊接性，因此该系合金具有最广泛的用途。近年来随着产能的增加，5083合金铸锭的规格越来越大，厚铸锭在中厚板轧制时存在孔洞缺陷等，而导致产品探伤不合格，影响产品的机械性能。为满足用户及市场需求，同时为公司创造更大的经济效益和社会效益，摸索了5083合金420×1320规格熔铸工艺。

腾志贵（1977-），男，黑龙江青冈人，高级工程师，大学本科，主要从事铝合金铸造模具的设计和新合金工艺研究等工作。

2 试验过程

2.1选取典型合金

5083合金为5XXX合金中的典型代表合金，其化学成分见表1。

表1 5083合金学成分

2.2工艺流程

配料→熔炼→铸造→均火→机加→铸锭试片试验项目检测

2.2.1配料

5083合金普通制品不使三级料，镁以纯金属形式加入，铬、锰以添加剂或中间合金形式加入；探伤制品不使用三级料、添加剂，新铝用量≥40%,镁以纯金属形式加入，铬、锰以中间合金形式加入。

2.2.2熔炼

5083合金熔炼过程中使用干燥的2#熔剂覆盖熔体，在熔炼温度范围内取样，控制Na元素含量，普通制品Na≤6ppm,探伤制品Na≤4ppm，如果Na元素含量超过上述数据则使用除钠剂去除Na含量。

2.2.3铸造

5083合金保温炉采用Ar-Cl2混合气体精炼，铸造在双级在线除气、双级过滤。

3试验结果

按试验方案中的工艺参数操作，现场铸锭成型良好。任取5083合金420×1320mm规格成品铸锭一根，切掉浇口部300mm后，切取20-30mm厚试片，对铸锭进行低倍、高倍、化学成分等质量分析。

3.1化学成分分析

5083合金420×1320mm铸锭试片试样主要成分Mn，Cr，Mg在控制范围内， 其中Mn，Cr元素含量较低，未见明显成分偏析，铸锭内部成分均匀。由于铸造时间较长，Mg存在着一定的烧损，也存在偏析现象，呈现出在铸锭心部及边部较少，1/4处最高，符合结晶规律和以往铸锭成分偏析规律。同时铸锭中 Na 含量极少，对该合金的孔洞缺陷不会有大的影响。

3.2低倍检测

对5083合金试样进行低倍检测，铸锭低倍组织上均未见缺陷。

3.3高倍检测

分别在铸锭厚度处和边部切取高倍试样，用金相显微镜进行均火后的高倍组织检查，发现铸锭从边部到中心枝晶网络变厚，但枝晶间距逐渐变小、较均匀，晶粒从小到大，符合铝合金熔炼过程中的结晶规律。

3.4力学性能

在铸锭从边部到中心取 5个试样进行力学性能检查，铸锭的性能指标较均匀，抗拉强度、屈服强度指标正常，并且伸长率较高，铸锭的力学性能良好。

4分析与结论

变形铝合金铸锭中孔洞缺陷主要为疏松、缩孔及气孔缺陷。当熔体结晶时，由于基体树枝晶液体金属补充不足或由于存在未排除的气体，结晶后在枝晶内形成侧微孔，称为疏松，显微组织特征为有棱角形的黑洞，疏松越严重，孔洞数量越多，尺寸也越大。缩孔是液体金属凝固时，由于体积收缩而液体金属补缩不足，在铸锭最后凝固部位形成的空腔。气孔缺陷是当熔体中氢含量较大且除气不彻底时，使氢气以泡状存在，并在金属凝固后被保留下来，在金属内形成球形空腔。孔洞缺陷是铝合金铸锭中重要组织缺陷，必须设法防止。

为避免5XXX合金大规格扁铸锭中产生孔洞缺陷，主要采取以下措施：

1、熔炼温度

虽然熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸气的倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大，且熔炼温度过高会造成熔体过热，严重影响铸锭质量，因此在熔炼过程中必须严格控制熔炼温度，一般5083合金的熔炼温度控制在700-750℃。

2、熔炼时间

熔炼时间愈长，生产效率越低，熔体氧化吸气的倾向越大，且对于精炼后的熔体，熔体静置时间越长，熔体被重新污染的可能性越大。因此在保证一系列工艺操作的前提下，要尽可能的缩短熔炼时间。

3、熔剂保护

在铝合金熔炼过程中，从熔体软化下榻，加入中间合金，精炼扒渣结束，熔体的转注都要进行熔剂覆盖，溶化的熔剂能够在熔体表面能够形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉气隔开，防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢的效果。

1、控制碱金属含量

控制碱金属Na含量能够减小合金“Na脆性”。

2、炉内精炼及炉外在线净化

炉内熔体精炼处理对铝合金熔体的净化是相当有限的，要进一步提高铝合金熔体的质量，主要是靠炉外在线净化处理，更有效地去除铝合金熔体中的气体和非金属夹杂物。

5结论

 由上述分析可知减少孔洞缺陷的熔铸工艺如下：

1）配料：5083合金不使用复化料及三级料，新铝用量≥40%；

2）熔炼：5083合金炉前控制Na含量，普通制品Na≤6ppm，探伤制品Na≤4ppm，如果Na、元素含量超过上述数据则使用除钠剂方式降低Na含量。

3）铸造：5083探伤制品走双在线，双级过滤（30+50ppi），Ar-Cl2混合气体精炼。

腾志贵（1977-），男，黑龙江青冈人，高级工程师，大学本科，主要从事铝合金铸造模具的设计和新合金工艺研究等工作。

腾志贵（1977-），男，黑龙江青冈人，高级工程师，大学本科，主要从事铝合金铸造模具的设计和新合金工艺研究等工作。