连铸连挤工艺生产铝锶合金线杆的实践

卞金涛，张海军，顾 羽

（山东滨州华创金属有限公司，山东 滨州 256600）

1 前言

铝锶合金线杆是目前被市场广泛认可的新型变质剂，多用于铝硅系列亚共晶铝硅合金和共晶铝硅合金，相较于目前其他变质剂，铝锶合金的变质作用时间明显较长，而且其在变质过程中不会出现过变质行为。加入铝锶合金后，铝合金的组织得到了细化，其硬度、强度、延伸率、热稳定性等属性都得到了综合提升。相比生产铝锶合金线杆较为主流的卧式挤压机，连铸连挤工艺是在铜铝材连续挤压机的基础上进行改进，解决了卧式挤压机的缺陷问题，并具有能耗低、工艺简单、产品质量稳定等优点，可代替传统生产铝锶合金线杆卧式挤压法的生产工艺［1-3］。

2 连铸连挤工艺的优点

卧式挤压机是放倒立式模压机，形成卧式形态，在模压机中增添下料室用以坯料下入，并增添压料室进行压料，但卧式挤压机有3个缺点：（1）挤压机中的运动部件来回运动做功容易导致磨损，无法准确地保持精度，保养维修费用高；（2）占地面积较大，浪费车间场地空间，不方便操作；（3）底部面积大，造成材料浪费，增加了生产成本。

连铸连挤工艺解决了上述问题，具备以下优点：（1）连续挤压机结构简单，占地面积小，有效节约了车间场地空间，便于安装，为连铸连挤机奠定了空间基础和生产条件；（2）连铸连挤机的底部面积小，残余材料浪费较少，节约了生产成本；（3）连铸连挤工艺提升了生产效率，普通生产工艺需要先将液态铝锶合金铸成固体坯料后经过转运、下料，进入卧式挤压机后才可挤压成铝锶合金线杆，而连挤连铸工艺使用液体铝锶合金作为坯料，在铸机成型后直接进入挤压机制成铝锶合金线杆，前后生产工艺连贯顺畅，节约了时间。

3 连铸连挤工艺流程

连铸连挤工艺过程在正常的工作状态下分为4 个阶段：调配原材料、铸造锭坯、锭坯下料、挤压成型。

调配原材料：原材料使用纯金属锶和纯铝，按配料单称重好配制合金所需熔融的铝液和纯金属锶，将铝液浮渣打捞干净后升温至750 ℃左右，加入金属锶，加入时进行人工下压搅拌并用氩气保护，加入完毕后升温至850 ℃左右，等待金属锶完全融化形成熔融的液态铝锶合金坯料。

铸造锭坯：铸造时需将溜槽进行充分预热和清理，保证合金经过溜槽进入控流箱后温度不低于800 ℃，合金液经过接汤盆进入控流箱，导入结晶轮，经过结晶轮冷却凝固，形成T型锭坯，铸造挤压速度控制在5 m/s。

锭坯下料：锭坯随着轨道进入挤压机的转轮下料口，跟着转轮的运动而向前移动，进入挤压机的模具口，进入模具口时需要足够强的摩擦驱动力，保证达到挤出所需要的挤出力。

挤压成型阶段：锭坯在模具口处会遇到金属挡块，阻挡其继续跟随转轮运动，从而改变方向进入挤压腔，在挤压腔400 ℃的高温状态下，锭坯的延展性明显增强，这有利于锭坯在挤压腔内被挤压整型，在转轮转速6.5 r/min 时，铝锶合金锭坯可以稳定在模具口挤压成线杆成品。

4 铝锶合金连铸连挤生产实践

4.1 合金原材料及试验设备

目前市场上原材料的型号和厂家较多，为了确保试验的可靠性，减少杂质对试验结果的影响，选购纯度99.7%以上的纯铝和99.4%以上的纯金属锶作为原料，其主要成分见表1和表2。

表1 纯铝的主要成分（质量分数） %

表2 纯金属锶的成分（质量分数） %

试验设备：中频感应电炉；连铸连挤机1 台；ICP-电感耦合等离子发射光谱仪1台；金相显微镜1台。

4.2 试验工艺创新点

线杆生产试验工艺：调配原材料→制造锭坯→锭坯下料→挤压成型→成品检验。

（1）通过生产实践，发现纯金属锶化学性质活泼，极易发生氧化，特别是在与高温铝液反应时，投入的瞬间就会形成氧化物。为保证金属锶的吸收率，保证合金液的纯净度，在投入纯金属锶时使用氩气保护，即用纯氩气对感应炉进行大流量多方向的覆盖保护，基本模仿真空炉的反应条件，减少了纯金属锶的烧损，减轻了氧化物的卷入。

（2）在生产过程中，由于铝锶合金的冷却速率很快，必须提高挤压速度，将铸造挤压速度提升至5 m/s得到的线杆外观质量最为优良。同时在制作线杆时必须将接汤盆、流槽、控流箱等位置进行预热操作，要求合金液在控流箱内导入结晶轮之前必须维持在800 ℃以上，否则极易导致铝锶合金液在控流箱口处部分凝结，造成控流失败，合金液在结晶轮中向轮轨外溢出。

4.3 试验结果

4.3.1 外观及金相组织

该工艺生产的铝锶线杆产品的表皮外观明亮，无暗沉氧化皮及裂纹裂痕，线杆轮廓圆润均匀；断口处质地均匀，无明显夹杂和氧化物。

连铸连挤工艺对铝锶合金材料金相的影响可参考图1，未经过连铸连挤工艺的铝锶合金T 型锭产品对比经过连铸连挤工艺的铝锶合金线杆产品。

图1 T型锭产品与线杆产品金相组织

随机抽取3 份线杆金相检验的显微组织相关数据，如表3所示。

从金相显微镜能清晰观察到未经过连铸连挤工艺处理的T型锭铝锶产品，Al4Sr相呈明显粗大的长柱状，平均尺寸＞800 μm。而经过连铸连挤工艺的线杆铝锶产品，Al4Sr 相大致弥散均匀，平均尺寸约在40 μm左右，氧化物和盐类夹杂物远小于要求长度。因此，连铸连挤工艺制作的AlSr（10%）合金满足金相要求，达到了预期的效果。

4.3.2 成分及力学性能

抽选的三段AlSr（10%）合金线杆进行成分检测，其Sr 含量稳定在10%左右，金属锶烧损率仅7.14%，其他成分均符合标准要求。成品成分检验结果见表4。

表4 成品成分检验结果 %

参考YS/T 447.1—2011《铝及铝合金晶粒细化用合金线材第1 部分铝-钛-硼合金线材》和YS/T 447.2—2011《铝及铝合金晶粒细化用合金线材第2部分铝-钛-碳合金线材》标准进行力学性能检测，级别要求见表5。

表5 成品力学性能检验级别要求

经检验，试验AlSr合金线卷产品抗拉强度实测值112 MPa，断后伸长率实测值7.2%，已经达到铝锶合金I级别产品，能够满足规定要求。

5 结语

从试验成品的检验结果可以看出，各项检验结果均符合市场需求和国家标准。通过调整铸造和挤压的技术条件，采用科学有效的操作方法，连铸连挤技术工艺用以制备铝锶合金线杆可以实现工业生产。山东滨州华创金属有限公司研发的铝锶合金线杆制备的连铸连挤工艺技术条件与操作方法，现已进行大规模工业生产，生产线运行正常，合金成分稳定，性能优良，经济效益明显，具有推广价值。