熔体处理对6082铝合金成分偏析的影响

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6082铝合金属于热处理强化合金,具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性能和加工性能,广泛应用于船舶、电力、轨道交通等。特别是随着我国高速铁路的快速发展,建设高速铁路接触网需要大量高性能的6082铝合金。宏观偏析是6082铝合金铸造过程中的常见缺陷,消除成分偏析是获得高品质6082铝合金铸坯的关键工艺之一。本实验以?55mm和?90mm的6082铝合金圆锭为研究对象,在合金熔炼和凝固过程中通过加入细化剂、改变冷却速度、施加物理外场等方式改善凝固组织,研究不同处理方式对合金元素分布的影响。在连续铸造过程中(?90mm)施加电磁搅拌,研究电磁搅拌对大尺寸6082圆锭截面成分偏析的影响。研究结果表明:对于?55mm的6082铸锭,冷却速度的提升有利于抑制元素偏析,当冷却速度从0.1 K/s升至10 K/s,Mg、Si元素的偏析比减少了2.9%和10.0%,偏析情况明显改善,平均晶粒尺寸从2.222mm降为1.881mm。当冷却速度为1K/s时,加入0.2%Al-Ti-B细化剂可以明显细化6082的凝固组织,平均晶粒尺寸从未加入细化剂时的1.958mm降为0.373mm,但Mg、Si元素的偏析比仅减小了1.9%和4.7%,对于6082铝合金铸锭,冷却速度的改变对于改善偏析的效果优于加入细化剂。在?50mm的6082合金凝固过程中施加电磁搅拌,随着电磁搅拌施加电流强度增加(冷却速度1K/s),横截面径向上元素逆偏析减弱,成分分布趋于均匀。输入电流为20A时,Mg、Si元素的偏析比从原始铸锭的1.113和1.224降至1.037和1.048,分别减少了6.8%和14.4%。同时,平均晶粒尺寸由1.958mm降至0.685mm,合金的压缩屈服强度和硬度由101.2MPa和63.0HV提高至112.3MPa和67.6HV。电磁搅拌可以有效改善偏析,并提高6082铸态的力学性能。超声作用同样可以改善成分偏析,施加超声150s,Mg、Si元素偏析比分别为1.041和1.047,相较原始铸锭分别减少了6.5%和14.5%,平均晶粒尺寸由1.958mm减小至0.294mm,压缩屈服强度和硬度提高至163.4MPa和73.6HV。对于?50mm的6082铸锭,两种物理外场对抑制偏析的作用相似,但由于安装操作简单且不引入其他元素,电磁搅拌更适于在工业生产中改善6082的元素偏析问题。电磁搅拌对?90mm的6082铝合金圆锭的成分偏析也有改善作用,Si、Mg、Fe、Zn四种元素的偏析比由未施加电磁搅拌时的1.343、1.252、1.355、1.231分别降为1.137、1.087、1.174、1.070;电磁搅拌使四种元素在边部的正偏析和中心的负偏析减弱,在径向上分布趋于均匀;同时,铸锭不同位置的硬度值有显著提升,其数值在径向上趋于一致。电磁连铸可以有效促进6082合金铸锭的元素均匀分布。
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