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[摘 要]本文介绍了LD7（2A70）合金Φ720mm规格铸锭的熔铸工艺，在LD7生产过程中，通过成分控制，熔体净化等方法，生产出了Φ720mm规格铸锭，并对该铸锭切取试片进行全分析，结果显示，通过该工艺生产的铸锭无论宏观组织还是微观组织均符合要求。
[关键词]LD7（2A70） Φ720mm规格铸锭；熔铸工艺；熔体质量；工艺参数
中图分类号：TU274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0357-01
1 前言
LD7合金制品多为航天、航空用铝材，近些年LD7（2A70）合金生产的规格多为Φ405mm、Φ482mm等，随着航天、航空事业得发展，单件工件的规格越来越大，Φ405mm、Φ482mm铸锭难以满足大规格制品的要求，为了满足产品要求，熔铸厂进行了LD7（2A70）合金 Φ720mm规格铸锭熔铸工艺研究，并成功的生产出了该规格的铸锭。
2 试验方案
本次生产铸锭规格为Φ720mm，双根铸造，其生产工艺流程为：配料→熔炼→成分调整→精炼、静置→铸造→均匀化退火→机加。
2.1 原材料使用及合金中各种元素
新铝使用A00铝锭，用量50-100%，Cu、Mg以纯金属形式加入，其余合金元素以中间合金形式加入，不使用三级废料及复化料。各种合金元素配料的目标值见表1。
2.2 熔炼
熔炼炉为上加热式电阻炉，熔炼温度为740℃-800℃，使用1#熔剂覆盖熔体，在熔炼温度范围内进行成分调整。
2.3 铸造
导炉前用预热好的1#熔剂块叠坝，满管流动，静置炉氩气精炼15min，静置30min。使用1#熔剂覆盖熔体，进行在线除气，30+50ppi陶瓷片过滤，铸造在线播种Al-Ti-B丝进行晶粒细化，铸造温度：755-780度，铸造速度15-20mm.min-1，水压0.05-0.10MPa。
2.4 均匀化制度
均火采用井式侧加热电阻炉，LD7（2A70）合金Φ720mm规格铸锭的均匀化制度。
4 试验结果
按试验方案中的工艺操作，现场铸锭成型良好，任取一根成品铸锭，在均火、车皮、锯切后，切取20-30mm厚试片，对铸锭进行低倍、高倍、化学成分、力学性能等分析检测。
4.1 化学成分分析
分析化学成分，可以看出该合金Cu元素存在较大的偏析，由心部至边部含量逐渐增大，但是各处的成分均符合国标要求， Fe、Cu、Mg、Ni元素化学成分均为边部最高，心部最低，化学成分由边部到心部逐渐降低，Ti元素呈现了相反的趋势，符合结晶规律和以往铸锭成分偏析规律。
4.2 低倍组织检查
进行铸锭低倍组织检查，试样中无偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂等宏观缺陷。铸锭低倍检查符合标准要求。
4.3 高倍组织检查
进行铸锭高倍组织检查，可以明显看出铸锭中心部试样的枝晶间距大于边部试样。
4.4 铸态组织力学性能
进行铸锭力学性能检测，可以看出，试样的抗拉强度、伸长率相对均匀，说明该铸锭在均火后组织比较均匀，具有良好的综合性能。
5 分析与讨论
5.1 化学成分对铸锭质量的影响
（1）Fe、Ni对铸锭质量的影响
在2A70合金生产过程中，由于Fe、Ni在含量较高时，能够形成粗大的FeNiAl9化合物的一次晶，恶化铸锭性能，因此在生产过程中Fe、Ni含量控制在中下限（1.0-1.2%），如果Fe、Ni含量不对等，会导致合金中出现Cu2FeAl7或Cu3NiAl6相，使固溶体贫化，强化相减少，合金的强度和塑性都降低。只有控制Fe、Ni含量相等时，使他们形成FeNiAl9二次相的细小晶体，才有可能是合金的性能最佳。
（2）适量添加晶粒细化剂
熔炼过程中熔体局部过热是不可避免的，这将引起熔体内非自发晶核的活性衰退，导致铸锭粗晶组织的形成。多年生产实践证明，向合金中加入微量的晶粒细化剂可以细化组织，对抑制裂纹有明显的作用。晶粒细化的效果取决于细化剂的种类和添加时机。Al-Ti-B中大量细小弥散TiB2质点的存在，有利于形成细小的晶粒，其细化效果优于Al-Ti，且在线加入时细化效果优于静置炉加入。因此本次试制选择在铸造过程中在线播种Al-Ti-B丝。
5.2 合理的熔铸工艺
合理的熔炼和铸造工艺，是保证铸锭成型和内部质量的必要条件，本次通过控制熔体温度、熔体净化、铸造速度和水冷强度生产出了合格的铸锭。
铝合金熔炼时易吸氢和氧化，经熔炼后的金属被氢和夹杂物污染，铸造时铸锭受激冷收缩，产生应力集中区域，特别是在大面表层的拉应力区，若铸造前熔体净化不彻底，在铸锭拉应力区形成了气孔、夹渣等易引起应力集中的缺陷，将导致铸锭裂纹。
本次试制，熔炼及铸造过程中使用1号熔剂进行熔体保护，通过熔剂的浸润、隔离、转移—分离作用，一方面可以将熔体与炉气（空气）隔开，防止炉气（空气）和金属液体接接触，因而减弱了熔体与炉气（空气）作用的物理化学过程的强度。另一方面將非金属夹杂物捕集在熔盐中，并将其中混杂的金属液滴分离开来，起到了除渣的作用。
在熔体转注至静置炉前及铸造开头前，通过向熔体中吹入Ar气进行精炼操作，根据分压理论，氢气可随着气泡上浮而逸入大气，上浮过程中还可以通过浮选作用将悬浮在熔体中的微小分子氢气泡和夹杂物中的气体一并带出界面。
铸造过程中使用双级在线除气提高除气效率，使用双级陶瓷片过滤，通过陶瓷片的阻挡、沉积、吸附作用，使渣子停留在陶瓷片表面、孔道等一切可能停留的场所，实现熔体与渣子的分离。
熔铸过程中温度控制在740-780℃，保证了有效的消除了熔体中的FeNiAl9一次晶，采用15-20mm·min-1的铸造速度，0.05-0.10Mpa的水压、铺底、不回火的铸造工艺在保证铸锭成型的前提下，有效的保证了均火后铸锭的成分和力学性能均匀。
6 结论
采用上述工艺生产的铸锭可以满足要求，从而可以得出以下结论：
（1）熔炼温度740～780℃，使用1#熔剂覆盖熔体。
（2）导炉前需二次清炉，执行锻件工艺，用预热好的1#熔剂块叠坝，满管流动。
（3）铸造前静置炉使用Ar气精炼15min，静置30min，铸造过程中采用在线除气+双级过滤对熔体进行净化处理。
（4）铸造工艺参数：铸造速度V=15-20mm/min，铸造温度T=755-780℃，冷却水压P=0.05-0.10Mpa，铸造开头采用纯铝铺底，铸造收尾回火。
参考文献
[1] 谭敦强，黎文献，张迎元.铝及铝合金熔体结构研究[J].材料导报，2004，18（5）：27-29.
[2] 周家荣.铝合金熔铸生产技术问答.冶金工业出版社.
[3] 柯东杰，王祝堂.当代铝熔体处理技术.冶金工业出版社.
[关键词]LD7（2A70） Φ720mm规格铸锭；熔铸工艺；熔体质量；工艺参数
中图分类号：TU274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）23-0357-01
1 前言
LD7合金制品多为航天、航空用铝材，近些年LD7（2A70）合金生产的规格多为Φ405mm、Φ482mm等，随着航天、航空事业得发展，单件工件的规格越来越大，Φ405mm、Φ482mm铸锭难以满足大规格制品的要求，为了满足产品要求，熔铸厂进行了LD7（2A70）合金 Φ720mm规格铸锭熔铸工艺研究，并成功的生产出了该规格的铸锭。
2 试验方案
本次生产铸锭规格为Φ720mm，双根铸造，其生产工艺流程为：配料→熔炼→成分调整→精炼、静置→铸造→均匀化退火→机加。
2.1 原材料使用及合金中各种元素
新铝使用A00铝锭，用量50-100%，Cu、Mg以纯金属形式加入，其余合金元素以中间合金形式加入，不使用三级废料及复化料。各种合金元素配料的目标值见表1。
2.2 熔炼
熔炼炉为上加热式电阻炉，熔炼温度为740℃-800℃，使用1#熔剂覆盖熔体，在熔炼温度范围内进行成分调整。
2.3 铸造
导炉前用预热好的1#熔剂块叠坝，满管流动，静置炉氩气精炼15min，静置30min。使用1#熔剂覆盖熔体，进行在线除气，30+50ppi陶瓷片过滤，铸造在线播种Al-Ti-B丝进行晶粒细化，铸造温度：755-780度，铸造速度15-20mm.min-1，水压0.05-0.10MPa。
2.4 均匀化制度
均火采用井式侧加热电阻炉，LD7（2A70）合金Φ720mm规格铸锭的均匀化制度。
4 试验结果
按试验方案中的工艺操作，现场铸锭成型良好，任取一根成品铸锭，在均火、车皮、锯切后，切取20-30mm厚试片，对铸锭进行低倍、高倍、化学成分、力学性能等分析检测。
4.1 化学成分分析
分析化学成分，可以看出该合金Cu元素存在较大的偏析，由心部至边部含量逐渐增大，但是各处的成分均符合国标要求， Fe、Cu、Mg、Ni元素化学成分均为边部最高，心部最低，化学成分由边部到心部逐渐降低，Ti元素呈现了相反的趋势，符合结晶规律和以往铸锭成分偏析规律。
4.2 低倍组织检查
进行铸锭低倍组织检查，试样中无偏析、疏松、缩孔、气泡、裂纹、低倍夹杂等宏观缺陷。铸锭低倍检查符合标准要求。
4.3 高倍组织检查
进行铸锭高倍组织检查，可以明显看出铸锭中心部试样的枝晶间距大于边部试样。
4.4 铸态组织力学性能
进行铸锭力学性能检测，可以看出，试样的抗拉强度、伸长率相对均匀，说明该铸锭在均火后组织比较均匀，具有良好的综合性能。
5 分析与讨论
5.1 化学成分对铸锭质量的影响
（1）Fe、Ni对铸锭质量的影响
在2A70合金生产过程中，由于Fe、Ni在含量较高时，能够形成粗大的FeNiAl9化合物的一次晶，恶化铸锭性能，因此在生产过程中Fe、Ni含量控制在中下限（1.0-1.2%），如果Fe、Ni含量不对等，会导致合金中出现Cu2FeAl7或Cu3NiAl6相，使固溶体贫化，强化相减少，合金的强度和塑性都降低。只有控制Fe、Ni含量相等时，使他们形成FeNiAl9二次相的细小晶体，才有可能是合金的性能最佳。
（2）适量添加晶粒细化剂
熔炼过程中熔体局部过热是不可避免的，这将引起熔体内非自发晶核的活性衰退，导致铸锭粗晶组织的形成。多年生产实践证明，向合金中加入微量的晶粒细化剂可以细化组织，对抑制裂纹有明显的作用。晶粒细化的效果取决于细化剂的种类和添加时机。Al-Ti-B中大量细小弥散TiB2质点的存在，有利于形成细小的晶粒，其细化效果优于Al-Ti，且在线加入时细化效果优于静置炉加入。因此本次试制选择在铸造过程中在线播种Al-Ti-B丝。
5.2 合理的熔铸工艺
合理的熔炼和铸造工艺，是保证铸锭成型和内部质量的必要条件，本次通过控制熔体温度、熔体净化、铸造速度和水冷强度生产出了合格的铸锭。
铝合金熔炼时易吸氢和氧化，经熔炼后的金属被氢和夹杂物污染，铸造时铸锭受激冷收缩，产生应力集中区域，特别是在大面表层的拉应力区，若铸造前熔体净化不彻底，在铸锭拉应力区形成了气孔、夹渣等易引起应力集中的缺陷，将导致铸锭裂纹。
本次试制，熔炼及铸造过程中使用1号熔剂进行熔体保护，通过熔剂的浸润、隔离、转移—分离作用，一方面可以将熔体与炉气（空气）隔开，防止炉气（空气）和金属液体接接触，因而减弱了熔体与炉气（空气）作用的物理化学过程的强度。另一方面將非金属夹杂物捕集在熔盐中，并将其中混杂的金属液滴分离开来，起到了除渣的作用。
在熔体转注至静置炉前及铸造开头前，通过向熔体中吹入Ar气进行精炼操作，根据分压理论，氢气可随着气泡上浮而逸入大气，上浮过程中还可以通过浮选作用将悬浮在熔体中的微小分子氢气泡和夹杂物中的气体一并带出界面。
铸造过程中使用双级在线除气提高除气效率，使用双级陶瓷片过滤，通过陶瓷片的阻挡、沉积、吸附作用，使渣子停留在陶瓷片表面、孔道等一切可能停留的场所，实现熔体与渣子的分离。
熔铸过程中温度控制在740-780℃，保证了有效的消除了熔体中的FeNiAl9一次晶，采用15-20mm·min-1的铸造速度，0.05-0.10Mpa的水压、铺底、不回火的铸造工艺在保证铸锭成型的前提下，有效的保证了均火后铸锭的成分和力学性能均匀。
6 结论
采用上述工艺生产的铸锭可以满足要求，从而可以得出以下结论：
（1）熔炼温度740～780℃，使用1#熔剂覆盖熔体。
（2）导炉前需二次清炉，执行锻件工艺，用预热好的1#熔剂块叠坝，满管流动。
（3）铸造前静置炉使用Ar气精炼15min，静置30min，铸造过程中采用在线除气+双级过滤对熔体进行净化处理。
（4）铸造工艺参数：铸造速度V=15-20mm/min，铸造温度T=755-780℃，冷却水压P=0.05-0.10Mpa，铸造开头采用纯铝铺底，铸造收尾回火。
参考文献
[1] 谭敦强，黎文献，张迎元.铝及铝合金熔体结构研究[J].材料导报，2004，18（5）：27-29.
[2] 周家荣.铝合金熔铸生产技术问答.冶金工业出版社.
[3] 柯东杰，王祝堂.当代铝熔体处理技术.冶金工业出版社.