东北轻合金有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150060
摘要：介绍了2017A铸锭的特性及合金元素作用，并结合现场经验，制定了大规格（420mm×1320/1620mm）2A14合金的熔铸工艺。结合铸锭试片全分析，确定出2017A合金420mm×1620mm规格合金铸锭铸造工艺参数为：T=705-735℃，V=45-55mm/min，冷却水压力0.03～0.10MPa。
关键词：2017A；熔铸工艺；熔体质量
2017A合金属于Al-Cu-Mg-Si系铝合金，属于高强度锻铝，主要应用于高载荷的结构件。现有扁铸锭的规格较小，不能满足公司中厚板合同的需求，随着公司中厚板合同的不断订货，为了满足公司2017A合金大规格扁铸锭的合同需求，我公司进行了2017A合金420×1620mm规格熔铸工艺研究。
1 熔铸工艺特点
1.1 2017A合金成分
2各元素的作用
2.1 Cu元素
Cu元素是其的主要组元。主要通过与其他元素形成可溶解的金属化合物强化相，启到提高合金强度和耐热性的作用。主要沉淀相θ相和S相的组成元素，严重影响着合金的抗拉强度、屈服强度。
2.2 Mg元素
元素 Mg 作为铝合金中沉淀强化相S相的组成元素，其含量对合金的性能也有重要的影响。当确定了铜元素含量时，那么镁元素对合金中的沉淀相的种类和数量就起了决定性作用。
2.3 Si元素
Si在Al-Cu-Mg系合金中属于微量合金元素，通常都是作为杂质元素。Si 原子在时效过程中还会与合金中的空位、位错等发生交互作用，这会对合金的时效析出行为产生一定的影响，使合金的强化效果下降，故Si合金中的硅含量要适中。
2.4 Mn元素
Mn 的存在使得合金的抗腐蚀性能提高。合金中添加微合金元素 Mn 之后，其再结晶温度显著提高，这样在合金的热加工如热轧的过程中，不易再结晶[1]。
3试验过程
3.1 工艺流程
配料→熔炼及调整成分→精炼、静置→铸造→均匀化退火→机加。
3.2 配料
新铝定额50～100%，其余为一级料废料，不使用复化锭，Cu、Mg以纯金属形式配入，Si、Ti以中间合金形式加入。
3.3 熔炼
本次试验采用天然气炉熔化的方式进行生产，熔炼温度为700～750℃，在熔炼温度范围内取样。
3.4 铸造
精炼15min，静置30min，铸造采用炉外在线除气装置对熔体进行在线除氢，采用30+50ppi双级陶瓷板进行过滤，静置炉加15kgAl-Ti-B丝。铸造工艺参数按表2执行。
3.5机加
铸锭锯切底部不小于300mm，浇口不小于100mm。
4试验结果
按试验方案中工艺操作，现场铸锭成型良好，取成品铸锭，切掉浇口部450mm后，切取20-30mm厚试片，对铸锭进行高倍、化学成分、力学性能等质量分析。
4.1 化学成分分析
沿试片厚度方向，从中心到边部取20mm×20mm试样，编号0-2分析化学成分，各试样化学成分可以看出Cu、Mg元素化学成分均为中心最低，1/4处最高，符合结晶规律和以往铸锭成分偏析规律，铸锭偏析小于0.4%，相对于其他规格铸锭成分偏析较小。
4.2 高倍组织检查
沿试片厚度方向，从中心到边部取20mm×20mm试样，进行铸锭高倍组织检查，可以看出铸锭从中心到边部枝晶间距逐渐变小、较均匀，晶粒从大到小，说明边部冷却强度大符合结晶规律。
4.3 组织力学性能
均火后沿厚度方向分别在试片的中心厚度至边部切取20mm×120mm试样，编号7~13进行铸锭力学性能对比可以看出，铸锭厚度方向从中心到边部抗拉强度的平均值为181Mpa，屈服强度的平均值为124Mpa，延伸率15.2%，整体比较均匀，说明该铸锭各部分组织比较均匀，具有良好的综合性能。
5分析与讨论
5.1 熔体质量对铸锭裂纹倾向性的影响
加强熔体净化处理
2017A铝合金熔炼时易吸氢和氧化，经熔炼后的金属被氢和夹杂物污染，铸造时铸锭受激冷收缩，产生应力集中区域，特别是在大面表层的拉应力区，若铸造前熔体净化不彻底，在铸锭拉应力区形成了气孔、夹渣等易引起应力集中的缺陷，将导致铸锭裂纹。
5.2合理调整铸造应力
铸造速度、温度及冷却水压都是决定液穴深度的主要参数，液穴深度与铸造速度、温度成正比，与冷却水压成反比[2]。扁锭大面表层始终处于拉应力状态，液穴过深、液穴壁薄，都易导致铸锭大面裂纹，液穴过浅及 “肩”形液穴易导致小面冷隔缺陷；因此选择合适的工艺参数十分重要。结合合金性质和其熔铸工艺特点，确定铸造速度为45-55mm/min，铸造温度为705-725℃，冷却水压为0.03-0.07 Mpa。
6结论
采用上述工艺生产的铸锭可以满足要求，从而可以得出以下结论：
1）熔炼温度720～760℃，电炉出炉前使用Ar精炼10min。
2）铸造前静置炉使用Ar气体精炼15min，静置30min，铸造过程中采用在线除气+双级过滤对熔体进行熔体净化处理。
3）铸造工艺参数：铸造速度V=45-55mm/min，铸造温度T=705-735℃，冷却水压P=0.03-0.10 Mpa，铸造开头采用纯铝铺底。
参考文献
[1]何立子，陈彦博，崔建忠，等．Mn对新型Al-Mg-Si合金组织与性能的影响[J]．稀有金属材料与工程，2004，13：8-13．
[2]王猛，卢治森．轻金属材料加工手册（上册）[Ｍ]．北京：冶金工业出版社，1986：38-43．
论文作者:孔祥生,刘学,赵大明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：铸锭论文; 合金论文; 元素论文; 工艺论文; 应力论文; 温度论文; 试样论文; 《基层建设》2018年第26期论文;