铸轧铝板坯晶粒度的控制

铸轧铝板坯晶粒度的控制 10轻合金加工技术2003.Vo1.31,No7 铸轧铝板坯晶粒度的控制 潘军朋 (华北铝业有限公司研究所,河北涿州,072750) 摘要:晶粒度是影响铸轧铝板坯性能的重要因素.论述了铸轧铝板坯产生粗大晶粒的主要原因及其预防 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 . 关键词:铸轧铝板坯;晶粒度;过冷度?;孪晶组织;铸轧工艺参数 中图分类号:TG249.9;TG292文献标识码:A文章编号:1007-7235(2003)07-0010-03 ControloftheCrystalGrainSizeinTwin-rollCast-rolling AluminillInStocks PANJun—peng (NorthChinaAluminumCo.,Ltd.,Zhuozhou072750,China) Al~tract:Thecrystalgrainsizeistheimportantfactorforperformanceofcast-mUingaluminiumstocks. TheprecautionarymeasuresandmajorreasOl3ofthebiggercrystalgrainsizeforcast-rollingstocksare discussed. Keywords:cast-rollingaluminiumstocks;crystalgrainsize;overcolddegreeAT;featherorganization; processparametersforcast-rolling 用连续铸轧法生产铝板坯,具有工艺简单, 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 短,生产成本低,节约能耗等诸多特点,因而,在我国得 到了广泛的应用. 铸轧铝板坯的质量与热轧铝板坯相比有明显的不 同,并且目前仅限于lxxx系合金和为数不多的3xxx, 5xxx,8xxx系合金,生产的板材各向异性大,力学性能 不稳定.晶粒度就是影响铸轧铝板坯性能的主要因素 之一. 晶粒度通常用晶粒的平均面积或平均直径来表 示.在常温下,细小等轴组织坯料的各向异性小,加工 时变形均匀,且易使偏聚在晶界上的杂质,夹杂物和低 熔点共晶组织分布更均匀.因此,具有细小等轴组织的 铝板坯,力学性能和加工性能均较好.也就是说,晶粒 度越小,铝板坯的强度和硬度越高,同时塑性,韧性也 越好.铸轧铝板坯的晶粒度分为五级[(见表1). 华北铝业有限公司对用于生产不同成品的铸轧铝 板坯的晶粒度作了规定:用于生产金卡箔,药用箔,空 调箔,电缆箔,装饰箔,深冲用板带材的板坯,其晶粒度 要求均匀,上下表面均为一级;生产PS版基的板坯,其 表1铸轧铝板坯晶粒度一览表 注:四级,五级为不合格产品 晶粒度要求为一,二级;用于生产一般卷带板材和铝箔 的板坯,其晶粒度要求为一,三级.对铸轧铝板坯晶粒 度的检查要求是:逐卷检查,在卷的尾部切取一块长度 与板坯等宽的试样. 1影响晶粒度的因素 I.I显微组织 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 显微组织研究表明,铸轧铝板坯的粗大晶粒具有 孪晶特征(羽毛状结晶组织).表层部分为片状结构, 片状组织下层至中心线部分为羽毛状结晶组织.在通 常的树枝状结晶时,熔体中温度梯度不大.而以片状和 羽毛状结晶,则需要很大的温度梯度.铸轧时创造了这 种结晶条件,因为铝熔体进入液穴达到结晶前沿,在此 处造成很大的温度梯度,使金属无法以树枝状方式结 晶,而以片状胞形式结晶.所以铸轧铝板坯粗大晶粒的 收稿日期:2003-03-15 作者简介:潘军朋(1979-),男,河北巨鹿人,助理工程师. 2003,Vo1.31,No7轻合金加工技术 表层为片状组织.在表层结晶后,随着铸轧辊的转动, 表层受到小量变形,此时表层组织继续长大时,有可能 形成层错.在层错基础上成长的片状组织就是羽毛状 结晶组织,即孪晶组织. 铸轧铝板坯的上表面受到的熔体静压强较小,造成 上表面熔体与铸轧辊的接触面积小,上表面冷却强度比 下表面小.因此,过热熔体在上表面前沿前形成更大的 温度梯度,使铸轧铝板坯上表面极易形成粗大晶粒. 羽毛状晶各向异性很强,难以变形,因为只有与孪 晶面平行的滑移系上的位错运动才不受阻碍,其他滑 移系上的位错运动时很快就被孪晶面或晶界堵塞,造 成加工硬化,所以,大晶粒孪晶组织在变形时很难破 碎.由于孪晶组织很难破碎,其变形率小,再结晶退火 时,便在该部位形成粗大的晶粒. 由此可见,形成粗大晶粒的原因不外乎是:熔炼温 度过高或熔体局部过热;冷却强度小(冷却水温度高, 水压较低或辊套过厚). 1.2工业生产分析 从铸轧生产工序看,影响晶粒度的因素主要应从 设备和工艺两方面来考虑. 1.2.1轧辊质量的影响 铸轧辊由辊套和辊芯两部分组成,起着结晶器和 轧制的双重作用.辊套材料应具备导热性好,耐热和耐 交变载荷,有相当高的强度与刚度,不与铝熔体反应等 特点.辊套壁的厚度和散热性能,直接影响冷却强度. 如果铸轧辊质量不好,散热性能不好,冷却强度就小, 则金属凝固时过冷度?就小,在生产过程中,铸轧铝 板坯的晶粒度就会偏大. 1.2.2供料嘴的影响 供料嘴由嘴子扇(上,下对称),垫块(中心垫块, 边部垫块)和边部耳子(软耳子,硬耳子)组成.其结构 的合理性和安装的精确度对工艺的稳定,板坯的晶粒 度有很大影响]. 嘴子扇过长,供料嘴加工不合理,装配不精确,都 会导致嘴腔内有大量的铝熔体,使得冷却区和铸造区 过长,造成冷却强度偏小,而使晶粒度偏大.垫块分布 不合理,垫块过厚,也会造成嘴腔内铝熔体过多,加长 了冷却区和铸造区,使晶粒度偏大. 1.2.3铸轧工艺参数的影响 铸轧工艺参数主要有:铸轧区长度,铸轧速度,前 箱铝熔体温度,冷却强度和液面高度. 铸轧区由冷却区,铸造区和变形区三部分构成(见 图1).铝液凝固结晶过程在冷却区和铸造区内完成, 因而冷却区和铸造区的大小对铝板坯的晶粒度有很大 影响.如果其他铸轧工艺参数不变,而铸轧区偏大时, 冷却区和铸造区也会相应变大,则循环水要带走的热 量就多,会使金属凝固时过冷度?小,凝固时间也相 对长些,从而使晶粒粗大. 图1铸轧区示意图 其他铸轧工艺参数恒定,而铸轧速度过大时,会相 应增加液穴长度,即增加铸造区的长度,使得铝熔体凝 固时过冷度?偏小,晶粒就会粗大. 其他铸轧工艺参数不变,而前箱铝熔体温度过高时, 就会使金属凝固时过冷度?较小,从而使晶粒粗大. 金属凝固时的过冷度?和凝固时间与冷却强度 关系密切.在其他工艺参数恒定的情况下,如果冷却强 度小,则金属液体凝固时的过冷度?小,凝固时间长, 使得晶粒变得粗大. 前箱液面高度差是供料嘴腔内铝熔体流动的动力 源.合适的液面高度有利于获得致密组织,是保持铸轧 连续生产的必要条件.如果液面高度相差太大,使得嘴 腔内金属流动性大,从而使冷却区的长度变长,则凝固 时过冷度?较小,使得晶粒粗大. 1.2.4循环水的影响 冷却强度与循环水质,温度,水压等因素有着密切 的关系,目前,3c铸轧机的冷却速度为100-1000~C/s: 超型亨特铸轧机的冷却速度为200-700~C/s,如果循环 水质差,水压小,则其冷却强度就小,也就使得金属凝 固后的晶粒度较大. 1.2.5一Ti—B丝的影响 — Ti—B中间合金是一种有效的晶粒细化剂.其细 化效果与其质量有关,细化剂中的金属间化合物 (Ti,TiB2)形状越趋向球形越好,其尺寸越小越好 (要求Ti粒子尺寸为20-70m,TiB2为0.5,3m), 而且加入时要不断地搅拌,否则,会引起TiB2在局部区 域富集,使得TiB沉积炉底,起不到细化作用.另有资 料报道],TiB粒子的聚集会引起包装铝箔的气孔,PS 版基的表面缺陷,降低结构用铝合金厚板的力学性能. 此外,铝合金中的cr和zr能引起TiB粒子的中毒,导 致细化晶粒的效果早期明显衰减.一Ti—c中间合金将 是未来有前途的细化剂. 2控制晶粒度的措施 通过以上对晶粒度影响因素的分析,为了得到细 12轻合金加工技术2003,Vo1.31,No7 小的晶粒,在工业生产铸轧铝板坯过程中应该采取下 面的措施. 2.1规范设备的管理 铸轧辊经过一段时间使用后,轧辊表面会布满龟 裂纹,需要进行磨削,而使辊径变小,在辊径减小时,需 缩短铸轧区的长度,以保证足够的冷却强度;要对辊芯 的冷却水通道进行清洗,避免因通道堵塞而使冷却强 度变小;在不影响板坯表面质量的情况下,采取有效措 施尽量降低铸轧辊表面温度.改进供料嘴的结构,同时 保证加工精度,将供料嘴上扇缩短3-5mm,保证铸轧 板坯上表面的冷却强度,避免铸轧板坯上表面出现大 晶粒. 2.2严格控制工艺参数 针对不同铝合金和不同铸轧辊套厚度,采取合理 的铸轧区范围(980mm亨特铸轧机为55-63mm; 960ll’li/l3C铸轧机为65-75mm),严格控制铸轧速 度上限.以保持最佳铸造区与铸轧区长度之比(1:4); 熔炼温度不得超过750~C,并加强圆炉搅拌,防止局部 过热,前箱内熔体温度控制在685-705’12(3A21合金为 690,715’tl2),立板跑渣前应高于上述温度10-30’12;保 持合适的前箱液面高度,在供料嘴前沿熔体表面氧化 参考文献: 膜不被破坏的情况下,要保证液穴中的铝熔体对结晶 面的压强以获得致密组织;控制冷却水的入口温度不 高于25?,水压0.2-0.5MPa;这样可减少铝熔体凝固时 散发的热量和凝固的时间.从而使晶粒度变小. 2.3加入细化剂 加入优质的AI-Ti-B丝,其加入速度要根据铸轧 速度的快慢进行调整,使熔体中Ti的质量分数(以 TiAI,和TiB:的形式存在)达到0.002%.细化剂加入的 位置要位于静置炉出流口附近,以便能充分溶解,并在 除气箱处得到充分搅拌. 3结束语 铸轧铝板坯的晶粒度与铸轧时的各个因素关系密 切,各因素之间也相互影响.因此,必须综合考虑,采取 以下主要措施:加强设备的巡检和维护,选择优质的铸 轧辊,定期清洗辊芯;控制合适的铸轧区长度,严格控 制铸轧速度上限,降低浇注温度,并相应地调整其他工 艺参数;加入优质的一1ri—B丝细化剂. 严格控制好以上因素,就能生产出晶粒细小的优 质铸轧铝板坯,从而提高铝板,带,箔的成品率和质量 7k平. [1]马锡良.铝板坯连续铸轧生产[M].长沙:中南工业大学出版社,1992. [2]徐晓海.影响铝板带坯晶粒度的因素[J].铝加工,2002,(2):33—34. [3]高泽生译.TiCAITM在辊式铸造AA8111合金中晶粒细化的研究[J].华铝技术2000,(4):2. (上接第7页) 完全溶解而保留下来,在合金晶界处形成了粗大的化合 物.这些化合物中的稀土元素不起变质作用,反而恶化 合金的力学性能.采用盐类形式加入,稀土多以活性稀 土形式存在,能充分发挥稀土的变质,强化效果.另外, 分解反应产生的氯气还具有去气精炼的作用l6].稀土元 素【a能与合金中的,zn,cu形成稀土化合物,弥散分 布于晶界和晶内,形成形核基底,提高形核率.同时由于 稀土【a的活性而吸附于晶界,阻止了晶粒的长大,稀土 同Fe等杂质形成化合物,从而消除了这些杂质的有 害作用.达到了细化组织,提高力学性能的目的. 参考文献: 4结 (1)ZAS35合金的变质处理剂能明显提高zn—AJ系 合金的强韧性. (2)720~C加入1%的综合变质剂使ZAS35合金的 疲劳强度和硬度最好;值达到54.3J/em2,提高80%; HB达到125.提高10%以上. (3)ZAS35合金的最佳成分范围是:(A1)=33%- 37%,彬(Cu)=2.0%-2.5%,(Ng)--0.03%-0.07%,余量 为Zn及适量的sb,并含微量的Ti,B和【a. [1]陈美玲,葛继平,丁立平.Ti对ZA合金铸态组织性能及时效特性的影响[J].铸造技 术.1995,(3):39_43. [2]刘金水,舒震.Ti对高AI-Zn合金组织性能的影响.金属学报[J].1993,29(11):A487-491. [3]李利君.【a对ZA27合金组织机械性能及时效特性的影响[J].铸造技术.1995,(3):25—29. [4]马明臻.稀土元素改善ZA27合金力学性能的研究[J].材料科学与工艺.1994,2(2):56—59. [5]孙连超,田荣璋.zn—二元合金晶间腐蚀问题的研究[J].中南矿冶学院学 报.1998,19(2):171-177. [6]陈玉勇,贾均.氯化稀土对ZA102合金变质作用及性能影响的研究[J].稀有金 属.1996,(6):472-479.