新建均火工藝參數(shù)的制定

新建均火工藝參數(shù)的制定

大多數(shù)鋁合金銷壓加工前必須均勻處理，即在高溫下長期加熱并保持一定的時間，將晶體和樹枝晶體的不平衡共晶溶解在基質(zhì)中，并擴散均勻，使不相的角度硬化，并去除過渡和元素。為了實現(xiàn)以下目標：（1）消除鑄造船的殘余力，避免鑄造船在切割和切割之間的損壞。（2）提高鑄造產(chǎn)量，降低變形阻力。（3）改善加工產(chǎn)品的組織和性能。由于均火溫度接近鑄錠的開始熔化溫度,為避免鑄錠均火過燒和均火不足,新建的均火爐投產(chǎn)前必須進行空爐及帶料溫度測試。本文就新建均火爐投產(chǎn)前的測試及鑄錠均火工藝參數(shù)的制定做簡要介紹。1均火過程及爐頂均火特性新建均火爐為電阻加熱強力通風箱式爐,最大均火能力為55t,工作區(qū)空間體積為6500mm×3940mm×1915mm,最高均火溫度為650℃,電加熱器分布在爐頂,最大加熱功率為1632kW。爐頂均勻分布4臺風機,爐溫在200℃以下時風機的電機功率為42kW;爐溫在200℃以上時,風機的電機功率為55kW。均火時,鑄錠分兩垛并排放置在料車上,每垛平放四五塊鑄錠,入爐后鑄錠與爐墻之間應有不少于200mm的間隙。正常均火時,在每個風機下的側(cè)墻上插入測溫電偶,每個電偶均配有獨立測溫儀表,并自動記錄所測溫度。2溫度上升曲線空爐的溫度測試主要是測定爐子各區(qū)的溫差,它是鑒定均火爐質(zhì)量的重要工作,其測試點如圖1。測試時爐氣溫度上升曲線如圖2。實測表明,各區(qū)爐氣溫度相差不超過1℃,18個測溫點在3次測試的各溫度下最大溫差如圖3所示。由以上空爐測試結果可見,該均火爐在測試溫度范圍內(nèi)的溫差很小,最大溫差為±4℃。3試驗結果與分析帶料溫度測試是制定鑄錠均火工藝參數(shù)前的必要工作。首先用2017鋁合金255mm×1500mm規(guī)格扁錠進行了試驗,扁錠的擺放位置及測溫點位置如圖4,測量鑄錠溫度的電偶埋入鑄錠深度為128mm,共配置21支電偶。1、2、3、4、5、6、7為1號鑄塊上的測點;8、9、10、11、12、13、14為2號鑄塊上的測點;15、16、17、18、19、20、21為3號鑄塊上的測點。帶料測溫時的均火工藝設定為:加熱時定溫530℃,各點最高溫度達到495℃時轉(zhuǎn)定溫495℃,最低點溫度達到485℃時開始保溫,保溫19h,帶料測溫得到以下結果:(1)改定溫時,爐氣溫度為506℃～511℃。(2)從改定溫開始至保溫結束,21支電偶的最高溫度與最低溫度變化如圖5。由圖5可見,改定溫后最低點溫度經(jīng)過90min才達到保溫時所要求的金屬溫度;改定溫后高溫點有一個繼續(xù)升溫的過程,經(jīng)120min后最高金屬溫度可達505℃,高溫點高于495℃的總時間長達330min,這是由于改定溫前和改定溫后的一段時間內(nèi),爐氣溫度高于495℃的結果。對2017鋁合金扁錠帶料測溫后,又對7075、5083、2A14等鋁合金扁錠進行了測試,得到了相似的結果。綜合以上帶料溫度測試的結果,可以看出:(1)改定溫時和改定溫后的一段時間內(nèi)爐氣溫度均高于改定溫溫度;(2)改定溫和進入保溫后的一段時間內(nèi),高溫點金屬溫度有超過改定溫溫度的情況;(3)保溫期間各點最大溫差在9℃～12℃范圍內(nèi)波動。4均火過程及保溫為了使鑄錠既不發(fā)生均火過燒,又避免均火不足,均火時必須嚴格限定均火溫度及其波動范圍,并保溫一定時間。為了正確的制定均火工藝參數(shù),用可編程序邏輯控制器(PLC)進行了試驗。4.1鑄錠規(guī)格的確定5A06合金300mm×1320mm和300mm×1500mm兩種規(guī)格扁錠,在爐中的擺放位置與圖4的相同,每垛平放4塊鑄錠。4.2降溫控制爐子各區(qū)定溫500℃,鑄錠最高溫度點達到480℃時轉(zhuǎn)定溫475℃,同時調(diào)整降溫時間,最低溫度點達到470℃時進入保溫狀態(tài)。試驗的4種均火工藝參數(shù)見表1。4.3金屬高溫和高溫下的溫度變化(1)在加熱時定溫500℃條件下,加熱到500℃的時間增長,金屬各點的溫差縮小:加熱時間:900min540min420min300min各點最大溫差:27℃67℃79℃87℃(2)隨著加熱時間與保溫時間的總和延長,金屬的溫差縮小:加熱時間:990min683min550min500min各點最大溫差:11℃19℃29℃30℃(3)加熱時間長或500℃下的保溫時間長,改定溫后金屬溫度升高的幅度較大,見表2。(4)改定溫后調(diào)整降溫時間越短,降溫后最低點達到進入保溫所需溫度的時間越長,見表3。(5)實測表明,在金屬的保溫階段改定溫溫度比金屬高溫點高2℃～3℃,比低溫點高7℃～8℃。根據(jù)以上結論制定5A06鋁合金扁鑄錠均火工藝參數(shù)見表4。4.4定溫條件下的均火行為鑄錠的均火過程主要是晶界和枝晶界不平衡共晶溶入基體并擴散均勻和過飽和元素的析出過程,這里金屬原子的擴散起主導作用。按擴散方程,擴散系數(shù)與溫度成指數(shù)關系,見圖6。根據(jù)以上試驗結果,筆者認為在確定均火工藝時應遵循以下原則:(1)在確保金屬不產(chǎn)生過燒的前提下采用差溫加熱,但加熱時的定溫不宜超過均火鑄錠的過燒溫度太高(一般宜為15℃～25℃),以免鑄錠發(fā)生均火過燒。(2)在本測試的新爐及裝料條件下,鑄錠加熱階段的總加熱時間控制在240min～360min為宜,以防金屬過燒,同時避免能源浪費。(3)加熱時,定溫條件下的保溫時間宜控制在90min～190min,以使爐氣溫度均勻,縮小金屬溫差,同時有利于防止鑄錠局部過燒。(4)加熱階段,保溫結束后改定溫溫度應低于金屬過燒溫度15℃～20℃,以防改定溫后溫度繼續(xù)升高造成高溫點金屬過燒。(5)改定溫后,降溫時間宜控制在80min左右,在這個階段由于高溫點的金屬溫度有一個繼續(xù)升高隨后又降低的過程,低溫點金屬溫度有一個繼續(xù)升高的過程,所以要防止高溫點過燒和低溫點均火不足。(6)均火最后階段的保溫時間,應根據(jù)均火爐質(zhì)量、合金特性、鑄錠規(guī)格、裝料量等因素經(jīng)試驗確定。總的原則是使晶界和枝晶界的不平衡共晶溶入基體并擴散均勻,使不溶相的棱角鈍化,使過飽和元素析出。5鑄錠均火工藝參數(shù)的優(yōu)化(1)為了確保均火效果,在新建均火爐投入使用前,必須進行空爐和帶料溫度測試,并依次作為制定均火工藝參數(shù)的依據(jù)。(2)正確制定鑄錠均火工藝參數(shù),盡可能采用高溫均