电磁铸造是利用电磁感应原理实现的无接触连续铸造技术,是由前苏联学者Getselev等在六 十年代末开发成功的¨‘,随后在美国、瑞士等国得到大力推广并已形成工业化生产旧一J.目前 它与热顶铸造、水平铸造一起成为铝合金铸锭生产的最重要的三种方法.电磁铸造法与传统连铸法相比有以下优点HjJ:铸锭与结晶器无接触,表面质量好,不需去皮加工;金属液受电磁搅拌与强迫冷却作用,晶粒细小、成分偏析小;铸逮决,生产率高. 采用高尖端的电磁铸造技术生产易拉罐用铝材已成为发达国家铝板带行业的主导产品.我国在“七五 ”期间,虽然开展了铝方锭的电磁铸造技术研究,但由于工艺尚不够稳定等多种原因而停滞不前,至第3期曹志强,等:电磁制造5182铝合金锭的组织与性能研究今未能投入工业化生产.目前我国易拉罐 生产存在的主要问题是材质内部组织差、某些关键性能指标(深冲变形性能、制耳率、成品率等) 难以满足制罐用罐要求,制罐铝材主要依靠进口.据统计1991～1996年我国共进口易拉罐 用铝材34.78万t,1996年达到12万t,年平均递增率为30.5％,每年消耗外汇1 亿多美元∞-.因此为了从根本上摆脱目前这种现状,只有大力开发拥有自己知识产权的电磁铸造技术,缩短同先进国家的技术水平差距.本研究室在国内第一个建立了电磁铸造中试基地,掌握了铝合金电磁铸造关键的半悬浮液柱成型工艺 控制方法,生产出了优质的5182铝合金扁锭.鉴于国内外目前无电磁铸造铝合金的组织性能报 道的事实,本文通过硬度、耐磨性和疲劳性能的测量,全面了解电磁铸造技术的优越性,为工业化生产打下良好的基础.1实验过程1.1电磁铸造过程 实验过程是在一套中试实验装置上进行的,实验时采用的工艺条件是:感应器电流4 800 A,液柱高度40 mm,凝固前沿位于感应器底部上方10 film,浇注温度为710～’730℃,冷却水流量为3 m’/h,铸造速度为0.3—1.5 mrn/s.普通连续铸造采用的工艺参数与电磁铸造相同"声’. 通过反复的成型实验,最终获得了较佳的工艺参数,并成功地铸造出咖174 mm 5182铝合金圆锭一0. 铸锭成型后还要经过均匀化退火处理,以消除残余应力和成分偏析,先将试样加热到495℃并保温24 h,然后再随炉冷却. 试擀西过切割、磨光、抛光后,采用凯氏溶液腐蚀并拍照而磨损磨屑和疲劳实验断口等采用扫描电镜观察1.2力学性能测试1.2.1 硬度测量 为了E匕较两种铸造方法生产的铸锭的力学性能,实测了均匀化处理前后试样的硬度,采用洛氏硬度计测量,载荷为60堍,每个点测量7次,然后取平均直1.2.2磨损实验 在PuNll i
显微组织 5’182铝合金的名义成分为灿一5Mg—O.4Mn,其主要强化相为B—Mgsm。,是防锈 铝中的一种.图1显示了5182铝合金铸态横截面的微观组织.显然EM(:铸锭组织均匀细小 ,晶粒较圆而【)CC法o【枝晶粗大,不够均匀,尤其是靠近铸锭心部,B相以网状沿仅枝晶分 布,有积聚状.电磁铸造铸锭从里到外都是细小均匀的等轴晶,无论是边部、中心还是两者之间; 而普通连续铸造铸锭的晶粒度是从表面到中心逐渐增大的.枝晶组织因奥斯托沃德成熟理论而粗化 ,这一点可能在普通连续铸造过程变得更加明显‘”】.通常普通连续铸造过程存在着不均匀热传 输过程,并存在气隙.因此表面的凝固时间可能因为热传输减慢而延迟,这样溶质在凝固收缩和重力的作用下容易产生表面偏析瘤等铸造缺陷.电磁铸造过程中强烈的电磁搅拌作用,使枝晶组织细化、均匀化.流动加速了过热的驱散并打碎枝晶 臂,从而导致晶粒的倍增.凝固前沿附近悬浮的晶核很容易被带走,并重新分布于过热的液体中. 最终整个液体中因大量悬浮晶核的存在,几乎同时结晶,从而形成了细小的等轴晶.这样形成的晶粒从边缘到铸锭中心均匀分布.2.2 力学性能2.2.1硬度如表1所示,电磁铸造铸锭的宏观硬度是普通连续铸造铸锭的2倍多.细小的晶粒结构导致硬度的大幅度增加.均匀化处理后材料的硬度降低大约30％. 表l 5182铝合金的宏观硬度对比 ’table 1 Hardnesses 0f 5182 aluminum alloys 经过均匀化退化处理后5182铝合金的强化相p得以完垒昕出,过饱和仅固溶体的浓度降低,应变场消除,新析出的B相本身量小陡脆,使合金的硬度明显降低2.2.2耐磨性能 试样经过200 m滑移后的磨损失重量如表2所示,电磁铸造铸锭均匀化处理前后的耐磨性均好于普通连续铸造的, 磨损失重量大约是普通连续铸造铸锭的一半.热处理后材料的磨损量增加50％,这与均匀化退火 后材料的硬度降低有关.图2为5182铝合金磨损面的扫描电镜照片,可见普通连续铸造518 2的磨损主要由大量塑性可见普通连续铸造5182的磨损主要由大量塑性变形特征构成,表现为 存在明显的犁沟、划痕和层片状结构.片状磨损碎片大约有20～30“m厚.磨损面上存在着局 部的熔化和破碎脱落特征.经过均匀化退火后材料的韧性升高,梨沟加深,层片脱落特征更加明显 ,这些都是塑性变形的特征.而电磁铸造5182合金的表面沟槽和碎片则变小变浅,片状磨损碎片约为10～15¨m厚.均匀退火后材料的韧性升高,梨沟变深,但磨屑与梨沟不如普通连续铸造试样大.图3显示了5182合金的磨损碎屑扫描电镜照片.普通连续铸造铸锭的磨屑主要是由非常明显的块 状大颗粒组成,而电磁铸造试样则主要是由很多细小碎片堆积而成,没有发现片状大颗粒.从磨损 表面的形貌和磨损碎片形貌看,电磁铸造铸锭耐磨性的显著提高主要缘于其非常细小的枝晶结构和 均匀致密的显微组织.小的晶粒结构有利于抵抗磨损面的摩擦力.均匀化退火后两种方法生产的铸锭的耐磨性降低,磨屑变大.2.2.3疲劳试验表3显示了合金的疲劳试验结果.电磁铸造铝合金的循环次数大约是普通连续铸造合金的3倍.无论 是铸态还是均匀化处理后都如此.均匀化退火后材料的疲劳性能明显升高.众所周知,疲劳裂纹主 要起源于表面的粗糙度、亚表面缩松、氧化物、微观孔洞和非金属夹杂物等‘”’>引.电磁铸造铝合金表面光滑、无缩松、几乎无亚表面的化学成分偏析.这都有利于其疲劳陛能的提高.由图4可见,普通连续铸造试样的断口有大量韧窝和条纹,是典型的准解理断裂;而电磁铸造试样断 口则存在大量韧窝,是典型的韧性断裂.均匀化退火后材料的韧窝变深变宽,但试样的韧窝底部存在明显的微裂纹.表3 5182铝合金的疲劳性能对比Table 3’rile fatigues 0f 5182 aluminum alloys合金种类 nF(kc)I)CCEMCDCCT2EMCT2 7111973171122123 结论 (1)电磁搅拌技术是生产优质易拉罐用铝材的新技术.与普通连续铸造技术相比,电磁铸造铝材有更加良好的显微组织和晶粒均匀度,这些均有利于其产品成材率的提高; (2)电磁铸造铸锭的疲劳性能大约是普通连续铸造铸锭铸态时的3倍,硬度提高了l倍,耐磨性也 提高了半成. 电磁铸造5182铝合金锭的组织与性能研究@曹志强$大连理工大学铸造工程研究中心!辽宁大连 116024
@张兴国$大连理工大学铸造工程研究中心!辽宁 大连 116024
@金俊泽$大连理工大学铸造工程研究中心!辽宁 大连 116024
@贾非$大连理工大学铸造工程研究中心!辽宁 大连 116024
@郝海$大连理工大学铸造工程研究中心!辽宁 大连 116024 电磁铸造;;显微组织;;5182铝合金;;力学性能 采用电磁铸造技术铸造了易拉罐用5182变形铝合金,采用光学显微镜和扫描电镜分析了其显微组 织,而且对其进行了均匀化处理和对比实验.结果表明,电磁铸造锭有更加良好的内部组织和优良 的力学性能,电磁铸造试样的硬度大约是普通连续铸造试样的两倍,疲劳性能是普通连续铸造铸锭 的3倍,电磁铸造铸锭还有良好的耐磨性.电磁铸造锭的优良性能得宜于电磁搅拌的作用使整个铸 锭获得均匀细小的晶粒组织.电磁铸造技术是一种无模铸造技术,它依靠电磁力约束液体金属成型 ,液体金属不与铸模接触,铸锭表面光滑如镜;相反,普通连续铸造锭表面因存在振动痕和亚表面偏析等铸造缺陷,力学性能大大降低.<1>GETSELEV Z N. Casting in an electromagnetic field . J Metals, 1971, 23 (10) : 38-39．
<2> PRITCHETT T R. Electromagnetic casting of aluminum alloys. Light Metal Age, 1981, 39: 12-16．
<3> EVANS J W. The use of electromagnetic casting for Al alloys and other metals. JOM, 1995, 47(5) : 38-41．
<4> SAUTEBIN R, HALLER W. Industrial app
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