[文章编号]1004-0609(2001)02-0221-06热型连铸锌铝合金定向凝固线材的组织分析①马颖1,郝远1,阎峰云1,刘洪军2(1.甘肃工业大学材料科学与工程学院,兰州730050;2.华中科技大学材料科学与工程学院,武汉430074)[摘要]对热型连铸锌铝合金定向凝固线材的铸态及热处理组织进行了观察、分析和讨论。结果表明:热型连铸锌铝合金线材的显微组织为定向生长的平行柱状枝晶组织;共晶合金ZA5的枝状共晶的每个枝晶都由多层片状共晶β和η两相构成,过共晶合金的组织为初生树枝晶和枝晶间共晶组织,其中ZA8,ZA12初生相为β相,ZA22和ZA27的初生相是α相。[关键词]连续铸造;定向凝固;锌铝合金;加热铸型[中图分类号]TG249.7[文献标识码]A热型连铸工艺即OCC连铸工艺,是由日本学者大野笃美(OhnoA)发明的[1～3]。该方法与传统连铸方法的主要区别在于将传统连铸中的冷却铸型改为加热铸型,从而避免了合金液在铸型内壁表面的凝固。在热型连铸工艺的凝固过程中,合金液的热量沿已经凝固了的固相一维传递,形成定向凝固条件,铸件的凝固组织是由凝固过程中的传热传质条件和合金的成分共同决定的;进入晶体稳定生长阶段以后,只有取向与热流方向平行的晶体才能生长,因此热型连铸线材是单向生长的连续柱状晶组织。合金成分决定凝固组织、成分分布及相结构形成倾向,成分不同的合金凝固特性不同,同为柱状晶组织的不同成分的合金微观组织有着明显的差别。为此,本文作者对热型连铸锌铝合金线材的组织进行了观察和分析,以期寻找提高锌铝合金性能的另一有效途径[4]。1锌铝合金的凝固特点试验采用的锌铝合金ZA5为共晶合金,ZA8,ZA12,ZA22和ZA27均为过共晶合金,其中ZA8和ZA12含铝量低于14%,凝固时只发生共晶和共析反应,而ZA22和ZA27凝固过程中还要发生包晶反应。根据相图分析,如果在平衡条件下结晶,凝固后的锌铝合金组织将是富铝α相和富锌η相。在热型连铸条件下,凝固速度一般较快,凝固过程不可能完全按照相图在平衡条件下进行,溶质在固相和液相中的扩散进行得不完全,凝固时要发生溶质的再分配和偏析。除ZA5以外的其他锌铝合金都有一定的凝固温度范围,结晶时首先析出初生相,剩余液体金属随结晶的进行,逐渐富集溶质,当达到共晶成分和温度时,发生共晶反应。因此,热型连铸锌铝合金的组织一般由初生枝晶相和枝晶间共晶组织构成;因为合金中一般还加入少量Cu,Mg等合金元素,所以富铜ε相共晶体分布于晶间。2热型连铸锌铝合金的铸态组织经过初期的引锭阶段后,传热条件和铸型温度逐渐稳定下来,这时就进入晶体稳定生长阶段。由于铸锭中从型口到冷却器之间建立起一个单向传热的定向凝固条件,根据晶体竞争生长原理,只有取向与热流条件平行的晶粒才能获得较大的生长速度,逐渐超前并淘汰掉其他取向不利的晶粒,竞争生长的结果最终使铸锭组织中只留下单向生长的柱状晶组织。连铸过程中晶体都以枝晶方式生长[5,6],所以热型连铸锌铝合金的组织均为相互平行的枝晶组织,其生长方向与热流方向也就是拉铸方向相反。对晶体稳定生长阶段的表面光滑的铸锭进行组织观察,结果如图1～4所示。从图中可以看出,热型连铸ZA合金线材的组织纵截面由许多沿轴向生长的平行柱状晶组织构成,枝晶的生长方向与拉铸方向相反,枝晶主干上规则排列着细密的二次枝晶。在试验条件下凝固速度较快,三次枝晶来不及发展,而且还会受到二第11卷第2期Vol.11No.2中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals2001年4月Apr.2001①[收稿日期]2000-04-27;[修订日期]2000-10-08[作者简介]马颖(1966-),副教授,硕士.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net图1ZA5的热型连铸显微组织Fig.1MicrostructuresofZA5inheatedmoldcontinuouscastingt=390℃;v=22.5mm/min;d=25mm;Q=16L/h(a)—Longitudinalsection;(b)—Crosssection图2ZA12的热型连铸显微组织Fig.2MicrostructuresofZA12inheatedmoldcontinuouscastingt=442℃;v=40.5mm/min;d=25mm;Q=16L/h(a)—Longitudinalsection;(b)—Crosssection次枝晶臂的阻碍,所以组织中很少发现三次枝晶。铸锭的横截面为均匀分布的岛状组织,这是各次枝晶干的横断面,因此,热型连铸锌铝合金线材...
