定向凝固技術可較好地控制凝固組織的晶粒取向,除去橫向晶界,獲得柱狀晶乃至單晶,可以有益增加材料的縱向力學性能,在航空等領域具有相當廣的應用。而連續定向凝固技術是將定向凝固技術與效率高的連鑄技術相結合的新型金屬近終成型技術。

　　本課題以1100鋁板為原料,采用下拉式連續定向凝固的方法制備沿軸向連續生長的柱狀晶純鋁板坯,探索定向凝固純鋁和合金類板坯工業化生產的工藝和技術參數,提出生產過程中可能出現問題的解決措施。

　　一、試驗過程：

　　采用該純鋁板為原料,研究各參數對鋁板坯連續定向凝固過程中的穩定性以及鑄錠表面質量、凝固組織的影響。先將加熱爐升溫至300烘干約1h,同時把3kg純鋁在干燥爐中烘干,避免由于環境潮濕在熔煉過程中產生水氣。待烘干后將合金加入高純石墨坩堝中熔煉,待溫度達到預定溫度后,用烘干后的金屬探針探測結晶器內金屬是否整體熔化。若整體熔化,開動拉坯機,調節拉坯速度,并根據熱電偶的測溫結果及時調節冷卻水流量,保持結晶器的上部和結晶器出口的溫度不變。

　　定向連鑄純鋁板坯的試驗參數拉速/(mmmin-1)冷卻距離/mm熔體溫度/結晶器上部溫度/結晶器出口溫度/5~255~10700694668為了減少試驗過程中的可變參數,在冷卻距離一定的情況下,通過調節冷卻水流量來保持結晶器上部和出口的溫度不變,并控制固液界面的位置。

　　二、試驗結果與分析：

　　工藝參數對鑄錠表面質量的影響：

　　試驗制得的1100鋁板坯寬100mm,厚20mm,長約400mm(受拉坯機行程限制),當冷卻水流量為220L/h,拉坯速度為5mm/min時,鑄錠表面較光滑,而且有一段鑄錠表面達到鏡面狀態。當拉坯速度為10、15mm/min時,鑄錠表面出現顯明的魚鱗狀波紋和裂紋,這是由于隨拉坯速度的增加,固液界面向結晶器出口移動,結晶潛熱來不及釋放,使鑄錠溫度升高、強度變低,微小的震動就有可能使固液界面的液膜發生變化,且冷卻能力沒有跟上(冷卻水流量為240L/h),固液界面過于靠近結晶器出口,固液界面局部液膜被破壞,凝固速度跟不上拉坯速度,所以鑄錠凝固后表面就形成了越深的魚鱗狀裂紋,這使得鑄錠的力學性能下降,容易出現拉斷的現象。

　　當拉速為20mm/min時,由于增加了冷卻水流量(310L/h),1100鋁板鑄錠凝固速度加快,鑄錠表面質量增加。當拉坯速度為25mm/min時,固液界面極不穩定,固液界面液膜破裂,凝固速度顯明跟不上拉坯速度,但還沒有達到拉漏的程度。但如果繼續增加拉速,則有可能出現拉漏現象。