半连续铸造工艺的均匀化工艺研究

半连续铸造工艺的均匀化工艺研究

非平衡条件下的铸造合金组织和性能要求通过外在材料的作用造成了作用在制造条件下，由于铸造过程中的快速冷却速度，铸造主轴无法完全平衡组织，因此组织不同程度上偏离了形状图所示的平衡状态。铸态合金偏离平衡状态一般表现在以下几个方面:基体固溶体成分不均匀,产生晶内偏析(枝晶偏析),其组织为树枝状;得到过饱和固溶体,由于合金元素来不及从固溶体析出而使部分固溶量处于过饱和状态。铸造合金化学成分和组织方面的非平衡状态,将给合金的性能带来一定的影响。例如,由于非平衡易熔组成物的出现,在加热时将过早发生过烧现象;晶内偏析和多余脆性相的存在往往使塑性明显降低;粗大的枝晶和严重的枝晶偏析可能在随后的加工过程中形成带状组织。对合金采用均匀化退火,当温度升高时,扩散系数增大,扩散过程大大加速。因此为了加速均匀化程度,应尽可能提高均匀化退火温度。通常均匀化温度为(0.90～0.95)T熔,T熔为铸锭的实际熔化温度。7A04合金的实际熔化温度比纯铝低得多,其均匀化温度多采用465℃。进一步提高退火温度,晶间和枝晶网胞间的低熔点组成物可能会熔化,导致过烧。为了使组织均匀化进行得更迅速、更彻底,且避免过烧,可采用阶段性均匀化退火工艺,本试验就是通过实验方法对7A04合金进行阶段性均匀化退火研究,研究阶段性均匀化退火对合金均匀化程度及过烧温度的影响。1实验方法对用半连续铸造方法铸造出的7A04合金铸棒切取试样,分别进行均匀化程度和过烧温度的实验。1.1温h2004对试样分别进行常规均匀处理,即在465℃时保温24h;阶段均匀化处理,即在465℃时保温22h,升温至475℃保温2h。然后分别取样进行高倍照相,观察均匀化程度,并做拉力试验。1.2表面活性剂的均化对未均匀化处理的试样,分别在温度为:468℃、474℃、475℃时各保温20min;常规均匀化处理的试样于475℃、480℃、485℃温度时各保温20min;阶段均匀化处理的试样于480℃、485℃、488℃温度时各保温20min。然后分别取样进行高倍照相,观察过烧情况,并做拉力试验。2结果2.1均匀度试验的结果2.1.1均匀化过程中组织的过烧现象常规均匀化处理和阶段均匀化处理金相照片分别见图1(a)、(b)从图1可以看出,常规均匀化后的组织和阶段性均匀化后的组织均未出现过烧。说明7A04合金在465℃均热22h后,其固相线温度得到提高,超过475℃,因而在475℃未出现过烧现象。从组织的均匀化程度来看,阶段性均匀化后的组织比常规均匀化后的组织中未溶解组织要细小一些,数量要少一些,共晶组织的溶解程度要高一些,因而均匀化程度高一些。2.1.2a49合金的屈服强度常规均匀化处理与阶段性均匀化处理后试样的力学性能见表1。从表1可以看出,阶段均匀化处理后7A04合金的屈服强度和常规均匀化处理的相同,抗拉强度比常均匀化处理的试样高1MPa,延伸率比常规均匀化处理的试样高1%。说明阶段均匀化处理后7A04合金的抗拉强度和延伸率比常规均匀化处理时略有提高。2.2燃烧试验的结果2.2.1加强均化剂对lc4合金过烧效果的影响对7A04合金未均匀化、常规均匀化和阶段均匀化的试样在不同温度下保温20min,其金相组织的高倍照片见图2。从图2可看出,未均匀化处理的试样温度在486℃、472℃时保温20min未出现过烧,但是在475℃时均出现了过烧,说明其固相线与过烧温度低于475℃,但高于472℃。常规均匀化处理的试样温度分别在475℃、480℃和485℃时保温20min,均出现过烧,说明常规均匀化处理的LC4合金的过烧温度低于475℃,但是高于468℃。阶段均匀化处理的试样在465℃时保温22h,然后升温至475℃保温2h,未出现过烧,其均匀化处理方法与试样在465℃时保温24h,冷至室温,然后再从室温加热至475℃保温20min有所区别,主要在于温度的连续性。阶段性均匀处理的试样在480℃、485℃和488℃时分别保温20min,均出现过烧,说明常规均匀化处理的LC4合金的过烧温度低于480℃,但是高于475℃。2.2.2保温温度对产品力学性能的影响力学性能试验结果见表2。从表2可以看出,未均匀化试样保温温度从468℃提高到472℃时,其抗拉强度和延伸率也相应提高。保温温度从472℃提高到475℃时,由于出现过烧,其抗拉强度和延伸率也随之下降。常规均匀化处理的试样当温度分别在475℃、480℃和485℃时,保温20min,均出现过烧现象,屈服强度、抗拉强度和延伸率下降。阶段性均匀化处理的试样的温度分别在480℃和485℃时保温20min,均出现过烧现象,屈服强度、抗拉强度和延伸率下降。3分析与讨论3.1均匀化退火工艺很多合金不能采用高温均匀化退火,为了使组织均匀化过程进行得更迅速、更彻底,且避免过烧,生产中采用分级加热(即阶段性均匀化处理)的均匀化退火工艺。即先在低于非平衡固相线的温度下加热,待非平衡固相线的温度升高后,再加热至更高温度保温,在此温度下完成均匀化退火的保温过程。3.2固相凝固条件由于生产中采用半连续铸造,铸锭结晶时冷却速度比平衡凝固时快得多,不可能完全按相图所示的温度范围和成分变化规律进行凝固,只能进行不平衡凝固,并且导致非平衡固相线温度下降,分析如下。图3表明了成分为C0的7A04合金的不平衡凝固。由于冷速较快,合金要过冷到较低温度才开始凝固。若此时的温度为t1,此时的固相成分为α1。冷却到更低温度t2时,如果进行平衡凝固,新形成的固相成分应为α2,原有固相的成分也应通过原子扩散改变过来。此时,液相与α1的原子交换必须通过α2,也就是说,原子不仅要在液相中完成扩散过程,还要在固相中完成扩散过程。固相中原子的扩散速度是相当慢的,当冷却速度较快时,这一扩散过程不能充分完成,结果使长大中的晶核内部与其外缘成分出现差异。此时,平均成分既不是α2,也不是α1,而是α′2。同理,当温度降至t3时,α固溶体的平均成分应是α′3。如果是平衡凝固,当温度降至t4时应凝固完毕。在不平衡凝固的情况下,此时固相的平均成分为α′4,与合金成分不同,凝固不可能就此结束。只有当温度降至t5,固相的平均成分变至与合金成分相同时,凝固方告结束。图1中曲线α1、α′2、α′3、α′4、α′5便是固相成分随温度变化的轨迹,可以看成不平衡凝固的固相线,与相图在平衡条件下测出的固相线有一定偏差,比相图在平衡条件下测出的固相线温度要低,而且冷却速度越大,偏差也越大。3.3表面活性剂的匀化由于半连续铸造不平衡结晶使7A04合金实际固相线比平衡条件下测出的固相线低,阶段性均匀化处理第一阶段均热采用较低的常规均匀化处理温度,其主要作用是保证合金不出现过烧的前提下,增加固相中原子的扩散速度。通过原子在固相中较为充分的扩散,增加晶粒内外成分的均匀程度,并且析出少量第二相。由于合金中成分的均匀性提高,合金的固相线提高,更趋于接近平衡状态的固相线。由于固相线的温度升高后,其过烧温度也会相应提高,因而能够在第二阶段进行均匀化处理时采用高温均匀化处理,在475℃不出现过烧现象。3.4树枝状偏析消失,药物系统不平衡阶段性均匀化处理第二阶段均热采用高温均匀化处理,由于保温温度越高,原子扩散越剧烈,树枝状偏析将消失;沿晶界分布的不平衡共