定向凝固技术可较好地控制凝固组织的晶粒取向,除去横向晶界,获得柱状晶乃至单晶,可以有益增加材料的纵向力学性能,在航空等领域具有相当广的应用。而连续定向凝固技术是将定向凝固技术与效率高的连铸技术相结合的新型金属近终成型技术。

　　本课题以1100铝板为原料,采用下拉式连续定向凝固的方法制备沿轴向连续生长的柱状晶纯铝板坯,探索定向凝固纯铝和合金类板坯工业化生产的工艺和技术参数,提出生产过程中可能出现问题的解决措施。

　　一、试验过程：

　　采用该纯铝板为原料,研究各参数对铝板坯连续定向凝固过程中的稳定性以及铸锭表面质量、凝固组织的影响。先将加热炉升温至300烘干约1h,同时把3kg纯铝在干燥炉中烘干,避免由于环境潮湿在熔炼过程中产生水气。待烘干后将合金加入高纯石墨坩埚中熔炼,待温度达到预定温度后,用烘干后的金属探针探测结晶器内金属是否整体熔化。若整体熔化,开动拉坯机,调节拉坯速度,并根据热电偶的测温结果及时调节冷却水流量,保持结晶器的上部和结晶器出口的温度不变。

　　定向连铸纯铝板坯的试验参数拉速/(mmmin-1)冷却距离/mm熔体温度/结晶器上部温度/结晶器出口温度/5~255~10700694668为了减少试验过程中的可变参数,在冷却距离一定的情况下,通过调节冷却水流量来保持结晶器上部和出口的温度不变,并控制固液界面的位置。

　　二、试验结果与分析：

　　工艺参数对铸锭表面质量的影响：

　　试验制得的1100铝板坯宽100mm,厚20mm,长约400mm(受拉坯机行程限制),当冷却水流量为220L/h,拉坯速度为5mm/min时,铸锭表面较光滑,而且有一段铸锭表面达到镜面状态。当拉坯速度为10、15mm/min时,铸锭表面出现显明的鱼鳞状波纹和裂纹,这是由于随拉坯速度的增加,固液界面向结晶器出口移动,结晶潜热来不及释放,使铸锭温度升高、强度变低,微小的震动就有可能使固液界面的液膜发生变化,且冷却能力没有跟上(冷却水流量为240L/h),固液界面过于靠近结晶器出口,固液界面局部液膜被破坏,凝固速度跟不上拉坯速度,所以铸锭凝固后表面就形成了越深的鱼鳞状裂纹,这使得铸锭的力学性能下降,容易出现拉断的现象。

　　当拉速为20mm/min时,由于增加了冷却水流量(310L/h),1100铝板铸锭凝固速度加快,铸锭表面质量增加。当拉坯速度为25mm/min时,固液界面极不稳定,固液界面液膜破裂,凝固速度显明跟不上拉坯速度,但还没有达到拉漏的程度。但如果继续增加拉速,则有可能出现拉漏现象。