吳曉旭，才 智，馬月，孫海波，王 影

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱150060）

不同投料結(jié)構(gòu)對高鎂鋁合金性能的影響

吳曉旭，才 智，馬月，孫海波，王 影

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱150060）

介紹了在高鎂合金方鑄錠中使用銑床三級屑的工藝流程，并對采用三級屑所生產(chǎn)的高鎂合金鑄錠進行質(zhì)量全分析，通過和普通生產(chǎn)工藝對比研究，確定出使用這兩種方法生產(chǎn)的高鎂合金鑄錠在微觀組織及力學(xué)性能等方面并無明顯差異，板材力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)，鑄錠質(zhì)量優(yōu)良。

高鎂鋁合金；三級屑；全分析

0 前言

廢料又稱回爐料，是在熔煉鑄造、壓力加工及機械加工等生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的幾何加工余料、工藝廢品和工藝廢料。廢料具有成分復(fù)雜、外形不一、污染嚴(yán)重、表面積大、價格便宜等特點。為了合理利用資源，降低生產(chǎn)成本，在熔煉時通常使用一定比例的廢料。我廠產(chǎn)生的廢料分為三個等級，即一級廢料、二級廢料、三級廢料。傳統(tǒng)意義的三級屑廢料具有污染重、顆粒小的特點，直接投入使用會對鋁熔體造成不良影響，必須復(fù)化或嚴(yán)格控制使用。銑床所產(chǎn)生的三級屑廢料具有成分單一、顆粒大、無其他夾雜等優(yōu)點，同時目前國內(nèi)的熔鑄生產(chǎn)線均具有爐外在線除氣凈化等手段，這些都為三級屑廢料的直接使用創(chuàng)造了有利條件，直接投入三級屑還可有效避免復(fù)化過程攪拌不均勻、扒渣不徹底造成的質(zhì)量隱患，同時還可降低生產(chǎn)成本。為此，決定選擇批量大控制手段齊全的合金為研究對象，在高鎂鋁合金中直接投入三級屑進行試驗，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，確定合理投料方式、投料比例。

1 試驗過程

1.1 化學(xué)成分及配料

試驗合金采用GTB5083，其化學(xué)成分見表1。

表1 GTB5083合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）

方案1：新鋁錠額20%～80%，不允許使用三級料及復(fù)化錠。

方案2：新鋁錠額20%～80%，不允許使用復(fù)化錠，使用三級料量為20%。其余為一級廢料。

1.2 熔煉工藝

熔煉溫度700～750℃，使用2號熔劑進行熔體覆蓋，出爐前加0.005%的Ti（Al-Ti絲）。

鑄造時采用2#熔劑，走雙在線凈化裝置，雙級過濾，鑄造每根鑄錠雙點入Al-Ti-0.2B絲250mm/min，擋板前溫700～730℃。

GTB5083合金420mm×1620mm鑄錠均火制度如表2所示。

表2 GTB5083合金420mm×1620mm鑄錠均火制度

2 試驗結(jié)果

對兩種配料方式生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠分別切取試片進行質(zhì)量全分析，取樣位置如圖1所示。

圖1 試片取樣位置

兩種配料方式生產(chǎn)的GTB5083合金在試片上的取樣位置相同。圖1中，試樣1、3、5、7、9為化學(xué)成分分析試樣，試樣2、4、6、8、10用作高倍組織觀察，試樣11～15用作力學(xué)性能試驗，試樣18做低倍組織觀察。

2.1 表面質(zhì)量

采用上述兩種不同配料生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠外觀質(zhì)量沒有明顯差別，表面無裂紋、拉裂等明顯缺陷，鑄錠表面質(zhì)量符合檢查工藝操作規(guī)程的要求。

2.2 最終化學(xué)成分

GTB5083合金鑄錠中主要元素Mg、Mn、Cr的化學(xué)成分偏析情況如圖2、圖3、圖4所示。

從以上3張圖表可以看出GTB5083合金中主要元素Mg、Mn、Cr的化學(xué)成分偏析情況，主元素Mg含量偏析較大，但兩種方式生產(chǎn)的鑄錠Mg含量均符合國標(biāo)要求，其余雜質(zhì)元素由于控制含量低，基本不會產(chǎn)生偏析，也不會對合金組織與性能產(chǎn)生明顯影響。

圖2 GTB5083合金Mg元素偏析情況

圖3 GTB5083合金Mn元素偏析情況

圖4 GTB5083合金Cr元素偏析情況

2.3 鑄錠低倍及高倍組織觀察

采用不同工藝生產(chǎn)的GTB5083鑄錠，在低倍組織中均沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、氣孔、疏松、化合物、白斑、夾渣等冶金缺陷。

GTB5083合金鑄錠高倍組織觀察結(jié)果如圖5所示。

圖5 GTB5083合金高倍組織

從圖5高倍組織照片可以看出，在兩種工藝生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠高倍組織中，從鑄錠中心至邊部，枝晶間距逐漸變小并且較均勻，枝晶臂變厚，符合鋁合金熔煉過程中的結(jié)晶規(guī)律。

2.4 鑄錠的力學(xué)性能

沿試片中心至邊部取樣（圖中11→17同時代表使用三級屑與不使用三級屑生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠相對應(yīng)的取樣位置），檢測鑄錠力學(xué)性能，結(jié)果如圖6、圖7和圖8所示。

圖6 GTB5083合金規(guī)定非比例伸長應(yīng)力RP0.2

圖7 GTB5083合金抗拉強度檢測結(jié)果

圖8 GTB5083合金斷后伸長率檢測結(jié)果

從圖6、圖7和圖8可以看出不同配料方式生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠力學(xué)性能的差異，其中使用三級屑生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠與不使用三級屑生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠相比：抗拉強度略低，規(guī)定非比例伸長應(yīng)力相當(dāng)，斷后伸長率低一些，整體差異不大。

使用三級屑生產(chǎn)的GTB5083鑄錠軋制成板材后經(jīng)探傷反饋，與不使用三級屑鑄錠板材探傷無明顯差異。

3 分析與討論

3.1 化學(xué)成分對高鎂合金性能的影響

GTB5083合金屬于高鎂鋁合金，具有較高的力學(xué)性能和機械加工性能及良好的耐腐蝕性能。由于GTB5083合金化學(xué)成分的范圍較大，當(dāng)化學(xué)成分的取值不同，會得到不同的材質(zhì)特性，致使材料的綜合性能不易控制，所以結(jié)合實際生產(chǎn)總結(jié)出化學(xué)成分對GTB5083合金力學(xué)性能及腐蝕性能的影響，尋找出力學(xué)性能及腐蝕性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的最佳合金化學(xué)成分組成。

3.1.1 Mg的作用和影響

高鎂鋁合金中的GTB5083合金為熱處理不可強化合金，Mg是GTB5083合金的主要組成元素，起著主要強化作用，合金的主要強化相為β（Mg2Al3）相。Mg作為GTB5083合金中的主要強化元素，具有一定的固溶強化作用。隨著Mg含量的增加，合金中β相也隨著增加。因為β相在共晶組織中呈骨骼狀，硬度較大，β相的增加必然導(dǎo)致合金強度升高。Mg含量對GTB5083合金力學(xué)性能的影響見圖9。

圖9 Mg含量對GTB5083合金力學(xué)性能的影響

從圖9中可以看出，隨著Mg含量的增加，抗拉強度和屈服強度也逐漸升高，而伸長率則呈先降后升的趨勢。根據(jù)資料顯示每增加1%的Mg，抗拉強度就提高30～35N/mm2，Mg含量對屈服強度影響最大，含Mg量高的合金材料，屈服強度也高，Mg含量每增加0.3%，屈服強度提高17.5MPa。當(dāng)Mg含量低于4%時，合金的抗拉強度低于250N/mm2,當(dāng)Mg含量位于4%～5%之間，合金的抗拉強度可以達到250～280N/mm2。由于GTB5083合金基本上處于單相固溶體區(qū)，所以合金具有良好的耐腐蝕性能。因此Mg含量應(yīng)控制在上限，能保證得到屈服強度指標(biāo)較好、性能穩(wěn)定的GTB5083合金材料。又由于Mg是易燃金屬，熔煉操作時會有燒損，在確定Mg的控制范圍時要考慮燒損所帶來的誤差，但不能放得太寬，以免合金性能失控。

3.1.2 Mn的作用和影響

高鎂合金中添加Mn元素不但有利于合金的抗蝕性，而且還能使合金的強度提高。隨著Mn含量增加，合金強度有所提高，合金元素Mn能夠起到補充強化的作用，每增加0.1%Mn，抗拉強度就提高5～7MPa，比等量的Mg效果更好。另外，合金中加入Mn還可以降低熱裂紋傾向，改善合金的抗腐蝕性能和焊接性能。同時，實踐表明，鋁鎂合金通常應(yīng)含有低于1%的Mn。其原因在于Mn提高了合金的再結(jié)晶溫度。Al-Mg二元合金退火時晶粒容易長大，添加少量的Mn具有抑制晶粒粗化的作用，并使合金強度略有提高，尤其對屈服強度更為明顯。Mn還能改善鋁鎂合金的耐蝕性能，特別是可提高耐應(yīng)力腐蝕性能。因此，Mn可以控制在中限。

3.1.3 Cr的作用和影響

Cr對高鎂合金性能的影響與Mn相似。固溶于鋁中的Cr對鋁的腐蝕電位幾乎沒有影響，Cr是鋁合金中的一個微量元素，能提高Al-Mg合金的抗腐蝕能力，提高腐蝕性能。

因此，為了保證足夠的細化作用和使合金具有較高的耐腐蝕性能，可以在合金中加入Cr。因為在GTB5083合金中Cr與Mn有相似的作用效果，而且同時加入兩元素時強化效果比單一加入更好。同樣為避免降低合金的壓力加工能力和使力學(xué)性能惡化，Cr含量應(yīng)以接近內(nèi)標(biāo)上限為宜。一般Cr含量控制在0.08%～0.10%之間。

3.1.4 Ti的作用和影響

Ti的主要作用是細化晶粒。在GTB5083合金中添加Ti有利于得到具有細晶組織的鑄錠，并能改善板材的耐腐蝕性能和可焊性，通常鑄造時采用在靜置爐加10～15kg的Al-Ti絲進行晶粒細化，同時在GTB5083合金中加入Ti還有助于消除合金鑄造過程中的熱裂紋傾向。

3.2 配料時加入廢料對鑄錠的影響

3.2.1 對組織狀態(tài)的影響

變形鋁合金在鑄造過程中有時會產(chǎn)生粗大柱狀晶、粗大等軸晶、晶層分裂和羽毛晶等缺陷，這些缺陷的產(chǎn)生與熔體中非自發(fā)形核的數(shù)量不足有關(guān)。為了增加非自發(fā)形核數(shù)量，通常采用的方法是向熔體中加入Al-Ti中間合金，增加廢料的使用量和降低所用新鋁的品位。

3.2.2 對熔體純凈度的影響

廢料對熔體純凈度的影響主要有以下幾方面：（1）廢料本身純潔度的高低會影響其熔化后熔體中氧化鋁含量的多少，因此對生產(chǎn)要求嚴(yán)格的合金制品，應(yīng)選擇金屬純潔度較高的廢料；（2）鋁合金易氧化吸氣，所有暴露在空氣中的鋁表面都覆蓋有氧化鋁膜，并吸附有水分，若所用廢料的比表面很大，則帶入爐內(nèi)的氧化鋁和水分增加，因而污染熔體的程度增加，因而應(yīng)選擇比表面較小的廢料使用；（3）廢料表面被乳液和潤滑油污染的程度很大時，帶入爐內(nèi)的碳氫化合物增加，熔煉過程中爐氣的水分壓增加，自然使鋁合金氧化或吸氣的程度增加。廢料表面的泥土本身就是非金屬夾雜物，同時這些泥土中還容易吸附較多的水分，增加金屬的吸氣和氧化。因此生產(chǎn)金屬純潔度要求嚴(yán)格的制品時，應(yīng)選擇被油污和泥土弄臟程度較小的爐料。

3.2.3 對加工工藝塑性的影響

影響加工工藝塑性的因素很多，如爐料的組成、化學(xué)成分、鑄錠的組織狀態(tài)、均火效果以及加工工藝本身等等。就廢料的影響而言，影響加工塑性的主要因素是氧化鋁含量。因此，在配料時要避免集中使用氧化鋁含量高的廢料。

4 結(jié)論

通過以上試驗及分析結(jié)果可以得出結(jié)論：

（1）使用三級屑和不使用三級屑生產(chǎn)的GTB5083合金鑄錠的微觀組織及力學(xué)性能等方面并無明顯差異，而使用三級屑的生產(chǎn)的GTB5083合金成分偏析程度更小，板材探傷后的性能均可以滿足用戶要求。

（2）為保證高鎂合金的熔體純凈度，鑄造時走在線、雙級過濾。

CNKI推出《中國高被引圖書年報》

日前，中國知網(wǎng)（CNKI）中國科學(xué)文獻計量評價研究中心推出了一套《中國高被引圖書年報》，該報告基于中國大陸建國以來出版的422萬余本圖書被近3年國內(nèi)期刊、博碩、會議論文的引用頻次，分學(xué)科、分時段遴選高被引優(yōu)秀學(xué)術(shù)圖書予以發(fā)布。據(jù)研制方介紹，他們統(tǒng)計并分析了2013-2015年中國學(xué)術(shù)期刊813萬余篇、中國博碩士學(xué)位論文101萬余篇、中國重要會議論文39萬余篇，累計引文達1451萬條。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，422萬本圖書至少被引1次的圖書達72萬本。研制方根據(jù)中國圖書館分類法，將72萬本圖書劃分為105個學(xué)科，分1949-2009年和2010-2014年兩個時間段，分別遴選被引最高的TOP 10%圖書，共計選出70911本優(yōu)秀圖書收入《中國高被引圖書年報》。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，這7萬本高被引優(yōu)秀圖書雖然只占全部圖書的1.68%，卻獲得67.4%的總被引頻次，可見這些圖書質(zhì)量上乘，在同類圖書中發(fā)揮了更加重要的作用。該報告還首次發(fā)布各學(xué)科“學(xué)科h指數(shù)”排名前20的出版單位的評價指標(biāo)，對客觀評價出版社的社會效益——特別是學(xué)術(shù)出版物的社會效益具有重要的參考價值。

該報告從圖書被引用的角度出發(fā)，評價圖書的學(xué)術(shù)影響力，彌補了以銷量和借閱等指標(biāo)無法準(zhǔn)確評價學(xué)術(shù)圖書的缺憾，科學(xué)、客觀地評價了圖書、圖書作者以及出版單位對各學(xué)科發(fā)展的貢獻。

《中國高被引圖書年報》把建國以來出版圖書全部納入評價范圍屬國內(nèi)首創(chuàng)，是全面、客觀評價圖書學(xué)術(shù)影響力的工具，填補了目前圖書學(xué)術(shù)水平定量評價的空白，在幫助圖書館建設(shè)特色館藏和提高服務(wù)水平、幫助出版管理部門了解我國學(xué)術(shù)出版物現(xiàn)狀、幫助科研機構(gòu)科研管理、幫助讀者購買和閱讀圖書等方面，均具有較強的參考價值，也為出版社評估出版業(yè)績、決策再版圖書、策劃學(xué)科選題提供有用的信息。

《中國高被引圖書年報》由《中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）》電子雜志社有限公司出版。該產(chǎn)品的形式為光盤電子出版物，分為理學(xué)、工學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、人文科學(xué)和社會科學(xué)6個分卷，隨盤贈送圖書，歡迎您咨詢、訂購。咨詢電話：010-82710850 82895056轉(zhuǎn)8599，email：aspt@cnki.net

Influenceof Different Feeding Structureon High M agnesium Alum inum Alloy

WU Xiao-xu，CAIZhi，MA Yue，SUN Hai-bo，WANG Ying
（Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060,China）

The process flow of high magnesium alum inum alloy using three-level chips aremainly introduced,and quality of high magnesium alum inum alloy w ith using three-level chipsproduction isanalyzed.Through comparative study w ith generalproduction process,it is confirmed that there is no obvious difference on m icrostructure w ith these two production,mechanical properties of platemeetstandard requirement.

highmagnesium alum inum alloy;three-levelchips;fullanalysis

TG146.21

：A

：1005-4898（2017）04-0059-06

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.04.14

吳曉旭（1984－），女，黑龍江省哈爾濱市人，工程師。

2017－02－06