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        建筑用5754鋁合金型材生產(chǎn)工藝研究

        2023-03-09 03:27:26羅貴清劉小龍韋杰寶
        黑龍江科學 2023年2期
        關鍵詞:工藝

        羅貴清,劉小龍,韋杰寶

        (廣東豪美新材股份有限公司,廣東 清遠 511540)

        5754鋁合金屬于變形鋁合金中的Al-Mg系合金,為熱處理不可強化合金[1-4],具有中等強度,良好的耐蝕性、焊接性、成型性及表面處理特性,受到建筑行業(yè)的青睞[5-7]。

        1 實驗材料及方法

        實驗用5754鋁合金的化學成分如表1所示,熔煉時采用20 T的天然氣熱輻射爐,溫度控制在700℃~750℃。

        表1 5754合金化學成分 (wt%)

        投料前熔煉爐必須充分清爐和洗爐,使用優(yōu)質無Na精煉劑和覆蓋劑,合理控制精煉氣壓,防止鋁液沸騰過高導致Mg的燒損加重,影響精煉效果。采用半連續(xù)熱頂鑄造方法,澆鑄成直徑228 mm的圓棒。

        2 結果與討論

        2.1 熔鑄和均質工藝

        根據(jù)Al-Mg二元相圖,共晶溫度下鎂在鋁中最大溶解度為17.4%,但是在半連續(xù)鑄造的快速冷卻條件下溶解度僅為3%~6%[8-9]。當Mg含量在1.0wt.%以上時,表面氧化膜由Al和Mg的氧化物混合組成,該氧化膜致密性差,導致合金在熔鑄過程中存在以下幾個問題:當該氧化膜失去保護作用時,合金燒損嚴重,從而造成熔鑄金成分偏差;熔體吸氣量增加,形成氣孔與疏松,提升了廢品率;形成的氧化夾渣加劇鑄錠表面應力集中,嚴重時引起表面裂紋[10-11]。

        5754鋁合金鑄造不允許使用鈉鹽熔劑[10-13],因為Na在鋁中幾乎不溶解,最大固溶度小于0.002 5%。合金中存在鈉元素時,凝固過程中Na吸附在枝晶表面或晶界,熱加工時晶界上的Na形成液態(tài)吸附層,使合金的成型性惡化。5754鋁合金熔化過程中需將鎂錠完全浸入鋁液中,以減少燒損,開始鑄造后在流槽及分流盤中鋁液面表面撒上無Na覆蓋劑,同時應避免鑄造過程中攪動液面。鑄造時使用在線除氣設備,鑄造溫度控制在710℃~730℃,鑄造速度為80~85 mm/min。

        鑄造完成后,對各鑄棒進行低倍分析,鑄棒的晶粒細度一級,未發(fā)現(xiàn)夾渣、晶粒粗大、羽毛狀晶等缺陷,但由于精煉過程中除氣效果不佳,475℃+9 h均質處理后,鑄造樣品的頭、尾端表面出現(xiàn)大量氣泡,如圖1所示。經(jīng)分析,可能是除氣效果不佳。

        圖1 首批鑄棒均質處理后表面圖片F(xiàn)ig.1 Surface of the first batch of rods casting after homogenization

        第二批熔鑄時,延長15~20 min通氬氣時間,增加精煉劑和覆蓋劑的使用量,在520℃×8 h均勻化退火處理后,表面質量得到了明顯改善,如圖2所示。

        圖2 第二批熔鑄均質處理后棒頭棒尾表面圖片F(xiàn)ig.2 Surface of the second batch of rod cast after homogenization

        圖3(a)~(d)為改進鑄造工藝后的5754鋁合金鑄棒分別經(jīng)過480℃、500℃、520℃和540℃保溫6 h后的金相組織??梢钥闯?,5754鋁合金組織在溫度不超過520℃的均質工藝下枝晶得到舒展,晶粒組織良好。而在540℃的均質溫度下,組織發(fā)生了明顯的過燒現(xiàn)象,如圖3(d)中箭頭所指,三角晶界出現(xiàn)熔化。綜合考慮,5764鋁合金適宜的均勻工藝為520℃保溫6~8 h。

        圖3 5754合金鑄棒在不同均質工藝下的金相組織Fig.3 Metallographic microstructures of 5754 aluminum alloy under different homogenization processes

        2.2 擠壓工藝

        5754鋁合金總合金元素含量在3.5%左右,屬中等合金化鋁合金成分,可擠壓性偏低,擠壓溫度范圍比常用的6系鋁合金窄,因此擠壓時需嚴格控制擠壓工藝。試驗選用的擠壓生產(chǎn)工藝參數(shù)如表2所示,擠壓后拉伸矯直一般控制在1%~1.5%。5754鋁合金為不可熱處理鋁合金,力學性能檢測結果如表4所示。可以看出,適宜的擠壓棒溫在465℃~500℃,與擠壓速度相匹配的出料口溫度應高于480℃,此時合金的強度滿足要求,斷后延伸率保持在20.0%以上。

        表2 擠壓生產(chǎn)工藝參數(shù)和力學性能Tab.2 Extrusion process parameter and mechanical properties

        2.3 表面噴砂及氧化處理工藝

        建筑用5754鋁型材在擠壓后一般需要進行噴砂和氧化處理。為了保證型材的噴砂均勻穩(wěn)定,噴砂前,檢查噴砂機是否正常、砂量是否足夠、砂內是否有雜物,合理調整打砂速度,一般控制在2~6 m/min進料速度,料與料的間距控制在10 cm以上寬度,統(tǒng)一方向擺放,如圖4所示。

        圖4 型材打砂及打砂參數(shù)控制Fig.4 Profiles sanding and sanding parameter control

        為了保證氧化均勻性,氧化前上排必須要單面扎排,除油、堿蝕后進行氧化,氧化電壓16~18 V,氧化電流密度130~150 A/m2,槽液溫度控制在20℃±1℃。下排前每批次必須檢測氧化膜厚、表面顏色、染斑實驗,色差值和光澤度符合要求才能正常下排包裝。氧化結束后檢測表面質量和膜厚,符合要求后再流轉下一工序。經(jīng)過以上工藝生產(chǎn)的建筑用5754鋁合金型材表面處理和力學性能符合要求。

        3 結束語

        5754合金屬于高鎂合金,鎂錠添加量較多,鎂錠在投爐過程中要壓入鋁液,以盡量避免加入鎂錠時與空氣接觸產(chǎn)生燃燒,減少燒損,確保合金成份穩(wěn)定。為更好地達到除氣效果,推薦2~3次精煉,通氬氣時間按20~25 min控制,加大精煉劑和覆蓋劑的用量;鑄造過程中在流槽和流盤撒上一層覆蓋劑,減少二次污染,減少鑄棒熔體的渣、氣含量。在540℃均質后發(fā)生過燒,適宜的均質工藝為520℃保溫6~8 h。鋁棒溫度控制在465℃~500℃,與擠壓速度配合的出口溫度應在480℃以上,此時型材的抗拉強度≥190 MPa,屈服強度≥90 MPa,斷后延伸率保持在20.0%以上。噴砂和陽極氧化時,噴砂進料速度宜控制在2~6 m/min,陽極氧化電壓16~18 V,氧化電流密度130~150 A/m2,槽液溫度20℃±1℃。在臥式線上排時,必須要單面扎排,保證氧化后的膜厚均勻性;下排前,每批次抽檢氧化膜厚、色差值和光澤度,符合要求才能流轉。

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