劉兆偉，陳立超，楊 路，馬龍飛，段英冶，徐 鑫

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

Al-Mg-Si-Cu系合金因具有低密度、高比強(qiáng)度、良好的成型性、焊接性和低應(yīng)力腐蝕敏感性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代一些鋼鐵材料成為輕量化汽車主體和部件材料[1]。合金的主要強(qiáng)化相為β（Mg2Si）相和Q（Al5Cu2Mg8Si6和Al4Cu2Mg8Si7）相[2]。

1 試驗(yàn)方案

1.1 合金成分設(shè)計(jì)

試驗(yàn)生產(chǎn)直徑為310mm、長(zhǎng)度為1100mm的鋁合金圓鑄錠，設(shè)計(jì)成分如表1所示。影響合金的鑄造難度主要有成型性能和冶金純凈度兩方面。

在鑄造過(guò)程中熱裂紋一般為接近完全凝固時(shí)的溫度范圍內(nèi)形成的，凡是影響溫度范圍內(nèi)的線收縮、收縮阻礙和合金力學(xué)性能(強(qiáng)度和塑性)的因素，都將對(duì)熱裂趨向產(chǎn)生影響。本合金由多種合金元素組成，其元素及雜質(zhì)累計(jì)接近4%。合金中含有超過(guò)極限溶解度的Zr元素，在合金中形成脆性化合物Al3Zr，使合金應(yīng)力敏感性升高，導(dǎo)致合金裂紋傾向變大[3]。

1.2 鑄造溫度的工藝設(shè)計(jì)

對(duì)于圓鑄錠，鑄錠裂紋傾向性和鑄造溫度的關(guān)系不太敏感，而轉(zhuǎn)注過(guò)程中，熔體流量一般較小，熱量散失大。對(duì)于直徑較小的圓鑄錠，由于結(jié)晶速度較快，過(guò)渡帶尺寸較小，鑄錠性能通常較高，故鑄造溫度僅以滿足流動(dòng)性和不形成光晶為依據(jù)，一般控制在715℃～730℃，根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，控制在比較高的起爐溫度來(lái)抵消流槽溫降的損失，本試驗(yàn)實(shí)際控制為750℃～770℃[4]。

1.3 冷卻速度的工藝設(shè)計(jì)

圖1 鑄造過(guò)程JMatPro凝固計(jì)算分析

由圖1可以看出，當(dāng)冷卻速度較大時(shí)，二次枝晶壁間距較大，枝晶偏析較為嚴(yán)重，裂紋傾向性較大，同時(shí)鑄造強(qiáng)度較低，隨著冷卻速度的提高，二次枝晶壁間距降低，鑄造強(qiáng)度提高。Al-Mg-Si-Cu鋁合金的合金化程度較大，本次試驗(yàn)的鑄造直徑為310mm。要選擇比普通6系合金低的水壓，綜合各種因素考慮，選取冷卻水壓為0.04MPa～0.08MPa，在防止開(kāi)裂的前提下盡量提高冷卻速度，冷卻水流量控制為9.5 m3/h。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 表面質(zhì)量及尺寸

鑄錠長(zhǎng)度2m，彎曲度3mm/m，鑄棒表面平整、光滑，無(wú)冷隔、拉痕等缺陷，鑄錠底面、澆口處平整無(wú)裂紋。

2.2 組織

對(duì)其進(jìn)行組織檢測(cè)，低倍無(wú)疏松、氣孔、夾雜、羽毛晶、光亮晶粒、粗大化合物聚集等缺陷，晶粒度1級(jí)，優(yōu)于GB/T3246.2-2012標(biāo)準(zhǔn)要求。高倍晶粒尺寸均勻。

表1 合金化學(xué)成分設(shè)計(jì)（wt%）

表2 Al-Mg-Si-Cu合金試樣成分

2.3 成分偏析

分別在鑄錠橫斷面邊部、R/2處、心部取樣，結(jié)果見(jiàn)表2。成分均勻且符合表1要求，其中主要合金元素的成分偏析均未超過(guò)0.03%，符合結(jié)晶偏析規(guī)律。

2.4 斷口情況分析

將Al-Mg-Si-Cu合金鑄錠進(jìn)行均勻化處理，均勻化后試樣經(jīng)過(guò)矩形試樣斷口分析，斷口處有韌窩存在，沒(méi)有看到有解理面或解理臺(tái)階，為靜強(qiáng)度破壞韌性斷裂。

3 結(jié)論

經(jīng)上述工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)的鑄錠，表面質(zhì)量及尺寸良好、成分偏析很小、低倍晶粒度1級(jí)、低倍檢測(cè)無(wú)缺陷、高倍晶粒尺寸均勻，經(jīng)均勻化后，斷口為靜強(qiáng)度破壞韌性斷裂，材料韌性好。

[1]王芝秀,李海等．Cu含量對(duì)Al-Mg-Si-Cu合金微觀組織和性能的影響[J]．中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),2012,22(12)：3348～3355．

[2]張新明,周志樂(lè)等．Cr元素對(duì)Al-Mg-Si-Cu鋁合金組織與性能的影響[J]．中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,材料工程,2013(12)：-49～53．

[3]唐劍,王德滿等．鋁合金熔煉與鑄造技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社2009．4．

[4]蒙毅,崔建忠,趙志浩,朱遠(yuǎn)志．Mg和Si含量對(duì)一種低頻電磁鑄造新型高強(qiáng)Al-Mg-Si-Cu合金組織性能的影響[J]．北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院,材料研究學(xué)報(bào),2017,10：781～788