[文章编号]1004-0609(2001)S2-0047-07热型连铸锌铝合金的缺陷形成与机理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5种典型锌铝合金在热型连铸工艺条件下的连续定向凝固进行了研究,探讨该工艺下锌铝合金线材表面缺陷的产生机理,并对部分缺陷的组织结构进行了显微分析。结果表明:只有金属液压头、型口温度、拉铸速度和冷却条件诸工艺参数在一定范围内的协调配合,才能拉铸出表面光滑的锌铝合金线材。不合理的工艺参数将导致热裂、表面粗糙、糊状型口和拉漏等缺陷。固液两相区的形状和位置对上述缺陷的形成有重要影响,当固液两相区位于型口或型内时,凝固界面将向型内凸入,如果剩余液体不能抵消凝固收缩,就会出现表面粗糙;若凝固界面深入型内较多,则使型内凝固的铸锭摩擦力过大,形成热裂;固液两相区移至型外,凝固界面将变成平面,容易发生拉漏。[关键词]连续铸造;定向凝固;加热铸型;锌铝合金;缺陷[中图分类号]TG249.7[文献标识码]A热型连铸工艺即O.C.C法是由日本学者大野笃美(A.Ohno)发明的[1～3]。该方法与传统的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[4]。从而避免了合金液在铸型内壁表面的凝固,凝固过程中的热量沿已经凝固了的固相一维传递,形成定向凝固条件,可以获得柱状晶乃至单晶材料。热型连铸方法中,由于铸型温度高于金属液的凝固温度,消除了在铸型内壁表面形核的可能性,只有在引锭棒端部形核的晶粒可以逆着热流单向生长。同时由于表层液体过热,产生一个铸锭中心先于表层凝固的温度场,凝固界面通常呈向液体中凸出的形状,有利于获得定向或单晶凝固组织。因为热型连铸过程中铸锭在离开铸型出口时,表层仍呈液体状态,铸锭与铸型之间始终存在一层液体薄层,在离开铸型型口一个很小的距离之后自由凝固,形成一个呈镜面状光滑的铸锭表面。同时液体薄层的存在,使铸锭与铸型间摩擦力很小,所需牵引力也很小,而且可以连续抽拉。热型连铸工艺的关键在于避免凝固界面附近的侧向散热,维持很强的轴向热流,保证凝固界面凸向液相。维持这样的导热条件需要在离开凝固界面的一定位置强制冷却,可采用类似于传统连铸工艺的二次冷却区的喷水冷却方式冷却型外已凝固的铸锭,而在凝固界面附近的液相一侧进行加热。鉴于锌铝合金相图比较复杂,且凝固温度范围较宽,对热型连铸的工艺条件要求苛刻,故本文作者选择锌铝合金进行研究,以深入了解热型连铸条件下其表面缺陷的产生机理,并对部分缺陷的组织结构进行了显微分析。1实验方法1.1连铸工装与材料试验采用甘肃工业大学自制实验室小型水平式热型连铸设备[5],该设备包括熔化保温系统、铸型加热系统、冷却系统、牵引系统和液面高度控制系统等五个主要组成部分。用6kW电阻炉对坩埚内的金属进行加热和保温。坩埚由钢筒焊接而成,内腔衬为水玻璃石英砂衬,刷涂氧化锌涂料,坩埚侧面开孔以便安装横向导引管和铸型。横向导引管和铸型均用高强石墨制作,横向导引管的作用是将坩埚中的金属液引入铸型,尺寸为d45mm×210mm,外表面缠绕电阻丝进行加热与保温。试验中采用型口为d3.5mm的铸型,铸型温度的严格控制是获得表面光滑、内部组织为柱状晶的连铸线材的关键。由于铸型有一面向空气中散热,在连铸过程中尤其是引锭阶段热流和温度变化非常大,传热条件恶劣,因此对型口部分的加热和温度控制要求迅速、准确。为达此要求,设备中对铸型部分另用电阻丝进行单独集中加热。设备中电阻炉、石墨横引管和铸型采用分段加第11卷专辑2Vol.11S2中国有色金属学报TheChineseJournalofNonferrousMetals2001年11月Nov.2001①[收稿日期]2000-12-27;[修订日期]2001-05-02[作者简介]马颖(1966-),女,副教授,硕士.热与控温,PID控制系统将温度控制在要求的温度。铸型温度检测与控制热电偶放在型口边的孔内,深入型壁内5mm。本文中的型口温度就是指此点热电偶所检测的温度值。由于坩埚中的熔体液面高度决定着铸型出口处的静压力,所以控制坩埚中的液位高度对拉铸成功与否关系很大。这个高度应当与铸型出口处上表面齐平或略高一点,这样既可以保证金属液充满铸型,使连铸件尺寸形状良好,又不至于因...
