閆磊

[摘要]本文論述了熱頂鑄造技術(shù)在鋁合金空心圓鑄錠生產(chǎn)的應(yīng)用與發(fā)展，為熱頂鑄造技術(shù)在鋁合金空心圓鑄錠生產(chǎn)的應(yīng)用走持續(xù)、穩(wěn)定及健康的發(fā)展道路提供了一定的見(jiàn)解。

[關(guān)鍵詞]熱頂鑄造技術(shù) 鋁合金空心圓鑄錠 生產(chǎn) 應(yīng)用 發(fā)展

1、引言

隨著鋁加工業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)鋁加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。作為鋁產(chǎn)品加工的源頭，鑄錠品質(zhì)是影響鋁加工終端產(chǎn)品質(zhì)量、成材率、綜合成本與效益的重要因素。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)鋁材產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高。而鑄錠質(zhì)量對(duì)鋁材產(chǎn)品的質(zhì)量則起著重要的作用。

2、對(duì)熱頂鑄造技術(shù)在鋁合金空心圓鑄錠生產(chǎn)的認(rèn)識(shí)與分析

2.1、對(duì)熱頂鑄造的工作原理、工藝參數(shù)、鑄錠質(zhì)量等問(wèn)題的研究。

a）、工作原理與結(jié)晶器裝置

1）、工作原理。借助于水冷鑄模下所用的冷卻液的作用，確保已凝固的金屬不在鑄錠表面上局部地重熔，使整個(gè)鑄錠獲得所要求的凝固前沿的形狀。即通常所指的凝固發(fā)生在鑄錠的上流導(dǎo)熱距離UCD之內(nèi)。UCD系指由鑄錠直接噴水線向上的冷卻至鑄錠表面上凝固線問(wèn)的距離。

2）、結(jié)晶器裝置。結(jié)晶器由兩部分組成：一部分是較短的，未被隔熱的，為鑄錠借助于成型的冷卻部分，一部分是被隔熱的，起保溫作用的“熱頂”部分。

b）、工藝參數(shù)的選擇及對(duì)質(zhì)量的影響

1）、有效冷卻高度。其值等于由鑄錠直接噴水線向上至硅酸鋁纖維氈下緣的距離減去噴水線向上至結(jié)晶器下緣的距離。從UCD關(guān)系式可以看出，UCD與鑄造速度成反比關(guān)系。

2）、液柱靜壓力。熔體靜壓力大小與通向熱頂?shù)牧鞑鄹叨群筒僮髡呖刂屏鞑蹆?nèi)液面高度等有關(guān)。要使熔體靜壓力始終保持一個(gè)恒定值是不易做到的。有資料表明：結(jié)晶器內(nèi)的熔體液柱高為50mm或更小一些時(shí)，才能生產(chǎn)出表面相當(dāng)光滑的鑄錠。超過(guò)這個(gè)數(shù)值，無(wú)論怎樣調(diào)整鑄速或其他可變因素，都程度不同地會(huì)出現(xiàn)冷隔。然而，這個(gè)數(shù)值對(duì)于有效地使用熱頂系統(tǒng)來(lái)說(shuō)實(shí)在太低了。其將會(huì)造成實(shí)際操作上的困難。但其可通過(guò)將有效冷卻高度和鑄造速度控制在一個(gè)恒定數(shù)值上，使熔體的靜壓力相對(duì)保持在某一范圍內(nèi)波動(dòng)。

3）、鑄造速度。在其他參數(shù)確定后，隨鑄速的提高，上流導(dǎo)熱距離下移鑄錠不出現(xiàn)冷隔，但會(huì)有偏析浮出物。當(dāng)鑄速提高到裂紋擴(kuò)展速度時(shí)，鑄錠內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋。此時(shí)若立刻降低速度，則上流導(dǎo)熱距離的頂端上移，鑄錠內(nèi)部裂紋便能愈合。再進(jìn)一步降低鑄速，則將會(huì)導(dǎo)致冷隔出現(xiàn)，直至表面有拉痕、拉裂現(xiàn)象。其次在鑄造過(guò)程中，都希望UCD伸展到距“熱頂”底端面約12mm-15mm以內(nèi)，這是鑄造速度的一個(gè)重要參數(shù)。這可通過(guò)改變水濕線的距離加以解決。而滿足前者的措施最好是采用無(wú)級(jí)調(diào)速鑄造機(jī)。選用恒定的加速度，連續(xù)逐段地把鑄速?gòu)拈_(kāi)頭低于裂紋擴(kuò)展速度，逐漸提高到裂紋擴(kuò)展速度與裂紋起始速度之間，并保持之，一直到鑄造終了。

2.2、鋁合金熱頂鑄造空心錠出現(xiàn)品質(zhì)問(wèn)題

a1、熱頂鑄造空心鑄錠的內(nèi)孔偏心問(wèn)題。隨著機(jī)械加工精度的不斷提高，對(duì)作為零件加工毛坯的鋁合金無(wú)縫管的精度的要求也隨之提高。由于均勻的壁厚是鋁合金無(wú)縫管的重要幾何參數(shù)之一，因此擠壓出的鋁合金無(wú)縫管偏心量不能大，而且每批管材的尺寸要求均勻一致。

b）、熱頂鑄造空心鑄錠內(nèi)孔拉裂、漏鋁。由于熱頂鑄造空心鑄錠使用的結(jié)晶器及結(jié)晶芯子的工作帶較短，因此拉裂和漏鋁主要是由空心鑄錠內(nèi)孔冷卻速度過(guò)大造成的。冷卻速度過(guò)大，使鑄錠內(nèi)壁部位提前凝固，塑性較差，在結(jié)晶芯子下部工作帶的摩擦力作用下，將較薄的凝殼拉開(kāi)而漏鋁。這種現(xiàn)象在某些鋁加工企業(yè)有一定的規(guī)律性。其均在空心鑄錠澆注到1.5 m左右部位時(shí)，出現(xiàn)拉裂、漏鋁、返水現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)引起鋁水爆炸。

3、依靠技術(shù)進(jìn)步，以促進(jìn)熱頂鑄造技術(shù)在鋁合金空心圓鑄錠生產(chǎn)應(yīng)用的可持續(xù)發(fā)展

熱頂鑄造空心錠缺陷的解決措施

根據(jù)以上分析，對(duì)于違反工藝制度而出現(xiàn)的品質(zhì)缺陷，只要嚴(yán)格按照工藝操作規(guī)程操作，品質(zhì)缺陷都可以消除。針對(duì)鑄錠內(nèi)孔偏心、內(nèi)孔拉裂、漏鋁的問(wèn)題，提出如下解決力一案。

a1、鑄造模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)。鋁合金熱頂鑄造空心鑄錠產(chǎn)生內(nèi)孔偏心的主要原因是鑄造模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。針對(duì)結(jié)晶器、結(jié)晶芯子與空心底座中心線重合困難，同心度難以保證，結(jié)晶芯子懸臂較長(zhǎng)，鑄造時(shí)在鋁水沖刷下易引起相對(duì)于空心底座內(nèi)孔偏移的問(wèn)題，對(duì)熱頂鑄造空心鑄錠所使用的鑄造模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。

b）、熱頂鑄造空心鑄錠內(nèi)孔漏鋁問(wèn)題的解決。鋁合金熱頂鑄造拉裂、漏鋁現(xiàn)象是一個(gè)綜合性強(qiáng)連鎖反應(yīng)的問(wèn)題。一般情況下，鑄錠內(nèi)孔冷卻強(qiáng)度不要過(guò)大，芯子噴水角設(shè)計(jì)為小于300，結(jié)晶器噴水角設(shè)計(jì)為200-250，芯子水壓不要調(diào)的太高，約為0.02MPa。而且其要觀察鑄錠凝固收縮線位置，使凝固收縮線位置控制在離內(nèi)孔壁1/3處最佳，以保證結(jié)晶器熱帽與結(jié)晶器配合無(wú)縫隙，結(jié)晶器與熱帽聯(lián)接處圓滑過(guò)渡，而且要避免存在900角。結(jié)晶芯子與保溫套之間配合要緊密，不能存在微小的縫隙。否則其極易夾鋁而導(dǎo)致先期凝固而引起拉裂漏鋁的現(xiàn)象發(fā)生。

4、結(jié)束語(yǔ)：熱頂法能實(shí)現(xiàn)同水平鑄造，便于使用熔體凈化處理裝置，而且能控制鑄造時(shí)熔體的再污染。鑄造過(guò)程中熔體表面的氧化物也不易被卷入熔體之中，而滯留在澆口部上面。由于不使用浮漂漏斗，所以與浮漂漏斗相對(duì)應(yīng)處也不易產(chǎn)生羽毛晶。這些優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于象兵器、宇航等重要工業(yè)部門(mén)，要求提供含氣量少、無(wú)氧化夾雜、組織性能高的模、鍛件制品，都將能達(dá)到滿意要求。隨著熱頂鑄造工藝的穩(wěn)定，其不僅提高了鑄造機(jī)的生產(chǎn)效率和鑄造成品率，而且對(duì)加工車(chē)間而言，由于鑄錠均勻化時(shí)間縮短，無(wú)邊部偏析、橫截面上枝晶網(wǎng)絡(luò)細(xì)小，因此其大大提高了擠壓速度及成品率，使其能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。