殷云霞，胥健秋，黃巖超，賈 寧，劉記偉

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

Na元素對(duì)6A02合金鑄錠性能的影響

殷云霞，胥健秋，黃巖超，賈 寧，劉記偉

（東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

為了研究Na元素對(duì)6A02合金φ482規(guī)格熔鑄工藝影響，采用兩種實(shí)際生產(chǎn)工藝流程對(duì)所生產(chǎn)的6A02合金鑄錠進(jìn)行質(zhì)量分析。通過(guò)對(duì)比研究，觀察兩種工藝流程中Na元素對(duì)6A02合金鑄錠在成分偏析、微觀組織及力學(xué)性能等方面的影響，并確定適合生產(chǎn)的工藝流程。

6A02合金；鈉脆性；除鈉劑

0 前言

6A02是Al-Mg-Si-Cu系合金，具有中等強(qiáng)度、良好的塑性、焊接性能和耐蝕性能，可以生產(chǎn)大型鍛件和幾何形狀復(fù)雜的型材，廣泛用于汽車(chē)、飛機(jī)和船舶等工業(yè)上。

我廠在生產(chǎn)完4系高硅合金后，經(jīng)過(guò)洗爐直接生產(chǎn)的6A02合金鑄錠表面皺褶，易產(chǎn)生廢品，機(jī)加工時(shí)需要大量車(chē)皮，后續(xù)加工利用率低。而生產(chǎn)高硅合金后生產(chǎn)40余爐其他合金，再生產(chǎn)的6A02合金鑄錠表面相對(duì)光滑，無(wú)大的偏析瘤，無(wú)拉裂、裂紋等表面缺陷。因此，為了討論兩種工藝流程中Na元素所帶來(lái)的影響，特別開(kāi)展了本次試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)兩種工藝流程生產(chǎn)的鑄錠進(jìn)行切片取樣，從化學(xué)成分分析、力學(xué)性能測(cè)試和顯微組織觀察幾個(gè)方面對(duì)缺陷形成的原因進(jìn)行了分析與討論。

1 試驗(yàn)方案

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

6A02合金化學(xué)成分，見(jiàn)表1。

表1 6A02合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

鑄錠規(guī)格：6A02合金φ482mm規(guī)格鑄錠；配料：新鋁錠額40%～60%，復(fù)化料不大于25%，Cu以Al-Cu中間合金形式加入，Mn以添加劑形式加入，Mg以純金屬形式加入。

1.2 試驗(yàn)方法

熔煉工藝：熔煉溫度700～750℃，使用1#熔劑覆蓋熔體，在熔煉溫度范圍內(nèi)取樣，進(jìn)行成分分析；鑄造工藝：方案1：在高硅合金后洗爐直接生產(chǎn)6A02合金；方案2：在高硅合金生產(chǎn)完40余爐后

生產(chǎn)6A02合金。

采用陶瓷片過(guò)濾，每5爐換一次陶瓷片。鑄造工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 鑄造工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 化學(xué)成分

依據(jù)上述兩種方案取樣，所得到的化學(xué)成分分析結(jié)果表示，F(xiàn)e、Cu、Mn、Mg、Ni、Zn、Ti幾種元素都沒(méi)有什么變化，幅度基本持平。但是Si元素和Na元素的含量?jī)煞N方案有了較大差別，具體如表3、表4所示。

表3 不同位置Si元素含量/%

表4 不同位置Na元素含量/%

由表3與表4可以看出，兩方案的6A02合金由于不同的生產(chǎn)流程導(dǎo)致Si元素和Na元素的含量有明顯的差別。方案1是生產(chǎn)高硅合金后直接生產(chǎn)的6A02合金，且高硅合金變質(zhì)劑中有NaF、NaCl和Na3AlF6，從而導(dǎo)致Na元素和Si元素含量明顯偏高。方案2是在高硅合金生產(chǎn)40余爐后再生產(chǎn)的6A02合金，Na元素和Si元素被沖淡稀釋，所以含量相對(duì)較低。

2.2 力學(xué)性能

分別在試片上切取20mm×120mm試樣，進(jìn)行鑄錠力學(xué)性能對(duì)比。其中1～6為沿鑄錠厚度方向從中心到邊部的試樣。結(jié)果如圖1、圖2和圖3所示。

圖1 6A02合金屈服強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖2 6A02合金抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

圖3 6A02合金延伸率檢測(cè)結(jié)果

從圖1、圖2和圖3中可以看出，在鑄錠1/4處呈現(xiàn)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高、中部和邊部低的現(xiàn)象，且方案1低于方案2。延伸率的平均值分別為3.12%和7%，可見(jiàn)含Si、Na元素高的6A02合金延伸率明顯低于Si、Na元素含量少的6A02合金。

2.3 低倍組織

方案1生產(chǎn)的6A02合金表面有拉裂的現(xiàn)象產(chǎn)生，而且有大量皺褶，機(jī)加時(shí)需要大量車(chē)皮才能將其表面老皮去除；方案2生產(chǎn)的6A02合金鑄錠表面光滑，無(wú)大的偏析瘤，無(wú)拉裂、裂紋等表面缺陷。

2.4 高倍組織

兩種工藝生產(chǎn)的6A02合金鑄錠，沿鑄錠厚度方向分別在鑄錠邊部、1/4處、中心處進(jìn)行鑄錠高倍組織檢查，典型組織相片見(jiàn)圖4。其中圖4(a)、(b)、(c)分別為方案1生產(chǎn)的6A02合金鑄錠厚度方向的邊部、1/4厚度處、中心處、；圖4(d)、(e)、(f)分別為方案2生產(chǎn)的6A02合金鑄錠厚度方向的邊部、

1/4厚度處、中心處。

圖4 不同位置的6A02合金顯微組織

從圖4兩種工藝生產(chǎn)的6A02合金鑄錠高倍組織顯微照片可以看出，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，基本上符合鋁合金的結(jié)晶規(guī)律。

3 分析與討論

3.1 Na的來(lái)源

Na元素主要是來(lái)自前爐高硅合金變質(zhì)處理后爐內(nèi)的殘余Na。用含Na鹽對(duì)Al-Si系合金變質(zhì)處理時(shí)，Na鹽組成一般為（40%～60%）NaF+（7%～15%）Na3AlF6+（12%～16%）NaCl+其他鹽，其使用量一般為爐料總量的0.4%～0.8%。連續(xù)生產(chǎn)幾爐或十幾爐后，大量的Na鹽滲到爐墻、爐底，其后即使洗爐，也不能完全除去磚縫中的Na，使后續(xù)生產(chǎn)其他鋁合金時(shí)Na含量偏高。所以方案2生產(chǎn)的6A02合金Na含量明顯低于生產(chǎn)高硅合

金后直接生產(chǎn)6A02合金的Na含量。

3.2 Na元素的影響

Na是鋁熔體中的微量元素之一，其含量對(duì)鋁合金鑄造、加工性能影響很大[1]。對(duì)共晶型Al-Si合金來(lái)說(shuō)，Na能抑制晶粒長(zhǎng)大，是良好的變質(zhì)劑，但對(duì)其他鋁合金卻帶來(lái)不利影響。方案1中生產(chǎn)的6A02合金爐內(nèi)殘存Na含量高，使其粘度變大，嚴(yán)重惡化其鑄造性能，特別是在生產(chǎn)流動(dòng)性差的小規(guī)格圓錠時(shí)，鑄錠表面粗糙，褶皺嚴(yán)重。

生產(chǎn)中由于Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)高引起的裂紋如圖5所示。一般Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)1.6×10-5以上，引起裂紋走向曲折，斷口呈黃褐色，屬于沿晶裂紋，是典型的熱裂紋，如圖5(a)。Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0×10-5以上，鑄造過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生裂紋，在其后的軋制過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，如圖5(b)。

圖5 Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)高引起鋁合金的裂紋形態(tài)

隨熔體中Na含量升高，裂紋傾向十分嚴(yán)重，表現(xiàn)為鑄造時(shí)的熱裂紋及軋制時(shí)的邊部裂紋。有實(shí)驗(yàn)證明，在生產(chǎn)中取300爐5083鋁合金研究Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)裂紋傾向的影響，其結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)5083裂紋傾向的影響

可見(jiàn)，隨著合金中Na質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，裂紋傾向增大，尤其當(dāng)ω%（Na）＞1.0×10-5時(shí)，裂紋傾上升。

Na屬于堿金屬元素，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)鋁合金的各項(xiàng)性能影響極大，主要表現(xiàn)在鑄造拉裂傾向性增大；使合金粘度變大，嚴(yán)重惡化鋁合金的鑄造性能，尤其是生產(chǎn)流動(dòng)性差的合金時(shí)，拉裂傾向性非常大；裂紋傾向性嚴(yán)重，軋制開(kāi)裂嚴(yán)重，這種有害的作用被稱為鈉脆性[2]。

兩種方案中鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差6倍左右，且Na含量高的方案1表現(xiàn)出了明顯的拉裂和表面褶皺。主要原因?yàn)閴A金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)高時(shí)，游離在枝晶晶界處，使合金脆性增加。所有合金在固相線溫度以上的固液區(qū)內(nèi)，都存在一個(gè)強(qiáng)度和延長(zhǎng)率低的脆性區(qū)，在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，由于應(yīng)力而引起的變形超過(guò)了金屬塑性，就會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。而Na的存在，使晶間液層變薄，擴(kuò)大了合金的脆性溫度區(qū)間，使脆性區(qū)塑性差，裂紋傾向增加。隨著Na含量升高，這種影響更為明顯，因此必須降低Na含量，以降低合金的脆性。

4 降低鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法

為了減少Na對(duì)鋁合金拉裂傾向和裂紋傾向的影響，在熔鑄過(guò)程中應(yīng)采取以下措施：（1）采用無(wú)鈉精煉熔劑。在熔煉過(guò)程中，不使用含鈉的熔劑；（2）制定合理的生產(chǎn)順序。在實(shí)際生產(chǎn)中，要避免將含鈉熔劑及變質(zhì)劑的合金與不使用含鈉熔劑的合金進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)合金時(shí)要認(rèn)真大清爐；

（3）采用除鈉精煉工藝。采用除Na精煉工藝，即采用N2-Cl2、Ar-Cl2混合氣體或純Cl2精煉鋁熔體；（4）使用除鈉劑。用于除去鋁合金中的雜質(zhì)鈉，主要成分為氯化鉀、氯化鎂、六氯化二碳。分為除鈉粉劑和除鈉塊劑兩種。實(shí)際生產(chǎn)中使用除鈉劑后Na含量由4.2×10-5降至1.9×10-5；（5）合金化除鈉。如向合金中添加銻、鉍等金屬元素，使之與雜質(zhì)鈉形成一種穩(wěn)定難溶化合物，借以提高固-液區(qū)的塑性，降低合金的熱脆性，從而減少鑄造時(shí)熱裂紋傾向。但銻的加入量不能太多，否則會(huì)在鋁合金中形成大量的含銻化合物，一般銻的加入量為0.01%～0.0015%。

5 結(jié)論

通過(guò)以上試驗(yàn)及分析結(jié)果可以得出結(jié)論：

（1）6A02合金中由于Na元素含量的增加，導(dǎo)致了合金熔液粘度增大，拉裂傾向嚴(yán)重；由于產(chǎn)生鈉脆性而使鑄錠的裂紋傾向嚴(yán)重，延展率變低，鑄錠缺陷傾向增大。

（2）在實(shí)際生產(chǎn)中生產(chǎn)6A02合金前，要嚴(yán)格按照工藝規(guī)程執(zhí)行，認(rèn)真大清爐，生產(chǎn)Na變質(zhì)合金后，盡量不生產(chǎn)拉裂傾向大的合金，防止拉裂。

（3）采用除鈉劑、除鈉精煉工藝等方法可以有效減少鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少鈉對(duì)鋁合金的危害。

[1] 遲福全，王立娟，彭先亮. Na元素對(duì)鋁合金鑄造性能的影響[J].輕合金加工技術(shù)，2002，Vol.30，No8

[2] 王濱濱.高鎂鋁合金的鈉脆性[J].黑龍江冶金，2009，Vol.29，No.3

（編輯：余東梅）

鋁-金剛石復(fù)合材料的制造方法

美國(guó)專利 US8322398

本發(fā)明涉及的鋁-金剛石復(fù)合材料的制造方法包括以下步驟：制備具有一定粒度的金剛石粉；把硅膠加入制備好的金剛石粉中，制成漿料；把漿料通過(guò)模具壓制或澆入模具的方法制成緊密的金剛石顆粒制作體；在空氣或氮?dú)庵斜簾饎偸w粒制作體，使其成為多孔的金剛石顆粒預(yù)制體，然后對(duì)其加熱；把鋁合金加熱到熔點(diǎn)以上，使其成為熔融狀；將加熱好的多孔金剛石顆粒預(yù)制體浸沒(méi)到鋁合金熔體中進(jìn)行浸滲處理，制作出板狀鋁合金-金剛石復(fù)合體，這種復(fù)合材料體的表面覆蓋一層鋁合金；再對(duì)板狀鋁合金-金剛石復(fù)合體進(jìn)行壓制加工，制成最終的鋁-金剛石復(fù)合材料。

Effect of Na Element on Properties of 6A02 Alloy Ingot

YIN Yun-xia，XU Jian-qiu，HUANG Yan-chao， JIA Ning，LIU Ji-wei
（Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060,China）

In order to research the effect of Na on melting & casting process of 6A02 alloy with φ482mm, two technological processes were applied. The quality analysis of two different 6A02 alloys was implemented. Through comparative study, the influence of Na on component segregation, microstructure and mechanical properties existing in 6A02 alloy were observed. In the meantime, the suitable production technological process was determined.

6A02 alloy; sodium brittleness; sodium removal agent

TG292，TG146.21

A

1005-4898（2016）03-0026-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.06

殷云霞（1982-），女，黑龍江省克東縣人，工程師。

2016-01-19