他山之石可以攻玉美國維斯塔 (Visa) 金屬公司在鑄造硬鋁合金特大錠方面居世界領(lǐng)先地位的公司

他山之石可以攻玉美國維斯塔(Visa)金屬公司在鑄造硬鋁合金特大錠方面居世界領(lǐng)先地位的公司

幸運的是，我在2003年10月前往美國進(jìn)行了調(diào)查。研究的主要內(nèi)容是美國再生鋁公司的生產(chǎn)、經(jīng)營和工藝技術(shù)支持，以及一些專業(yè)的鋁生動廠?，F(xiàn)在回憶,維斯塔金屬公司(英文全稱:VistaMetalsCorporation,以下簡稱Vista金屬公司)的有關(guān)情況給我留下了深刻的印象,特整理成文,以供同行參考。雨林金屬公司Vista金屬公司于1968年創(chuàng)建,是Alpert公司的控股子公司。它位于美國加利福尼亞州Fontana地區(qū),占地28公頃,是一家擁有多元化生產(chǎn)線的特種合金鑄造商。Vista金屬公司是一個專業(yè)的金屬供應(yīng)商,其產(chǎn)品主要供給世界上大型航天航空和汽車制造廠家。其生產(chǎn)的大直徑鍛造坯料主要用于:飛機(jī)著陸輪的齒輪、引擎殼架、機(jī)身支架、飛機(jī)面板和支柱、噴氣式飛機(jī)引擎滾筒式密封圈以及發(fā)射載運工具。Vista金屬公司創(chuàng)建以來,一直是生產(chǎn)鋁合金錠和坯料的生產(chǎn)廠家,其產(chǎn)品供鑄造、擠壓、鍛造等行業(yè)應(yīng)用。該廠擁有先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,其設(shè)備技術(shù)包括:熔煉爐及燃燒室控制技術(shù)、PLC工藝技術(shù)及直冷澆注技術(shù)、LARS金屬在線凈化系統(tǒng)、直流儲電工具槽、先進(jìn)的冷卻水自動調(diào)控系統(tǒng)以及超聲波檢測系統(tǒng)。2003年1月10日,Vista金屬公司成功地生產(chǎn)出直徑為42”(1068毫米)的AA7175合金鋁棒。這一產(chǎn)品是目前世界上可生產(chǎn)的直徑最大的航空用合金鋁棒之一。據(jù)了解,其它鑄造生產(chǎn)航空用大直徑鋁棒的公司有:英國的Workington公司(25”),德國Meinerzhage地區(qū)的OttoFuchs公司(32”),俄羅斯的Samara公司(36”),以及美國印第安納州的Lafayette公司(大于40”)。另據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)了解到,過去幾年間,Vista金屬公司投資數(shù)百萬美元,引進(jìn)Almex公司的鑄造技術(shù),并于2004年秋季試車成功,鑄造出據(jù)認(rèn)為是世界上最大的硬合金扁錠。同時,Vista金屬公司安裝了Thorpe技術(shù)公司的六臺均勻化爐,從而使得Vista金屬公司成為擁有美國西部最大批次均勻化處理設(shè)備的廠家。閉上眼睛，金屬公司的主導(dǎo)技術(shù)是關(guān)鍵的聯(lián)合技術(shù)1u2004試驗材料的可鑄造性Vista金屬公司是一個著名的航天航空用坯料鋁材生產(chǎn)廠家,于2003年1月10日成功地生產(chǎn)出直徑為42”的AA7175合金坯。業(yè)內(nèi)盡人皆知,7XXX系列合金很難澆鑄,易出現(xiàn)熱裂、冷裂、氣孔、縮裂和嚴(yán)重偏析。7175航空用合金含有Zn(6.5%),Cu(1.8%),Mg(2.5%),Cr(0.2%),以及少量鈦、一定量的鐵和硅。這種合金的化學(xué)特性是形成了含Al-Cu-Zn-Mg金相的貧化低溫共熔液。這一低熔點性質(zhì)要求貯水槽區(qū)域的結(jié)晶帶必須相當(dāng)長。這一特性也使其熱收縮系數(shù)高得多。因為凝固的壓力和固態(tài)收縮率太大,會導(dǎo)致含有少部分臨界狀態(tài)液態(tài)物質(zhì)的材料難以承受。其結(jié)晶結(jié)果就是,材料在其彈性界限內(nèi)無法承受壓力傳遞的強(qiáng)度,或者在可塑區(qū)域內(nèi)替換率過大,以致斷裂易發(fā)生和傳遞。為保持合金的可鑄造性,對鑄造速度和冷卻水速度二者的平衡要極為慎重。如果水速和鑄造速度過快,材料就會遇冷斷裂,產(chǎn)生巨響;如果鑄造速度低,也會產(chǎn)生遇冷斷裂和金屬滲漏;如果鑄造速度和金屬溫度略高,那么材料會沿中線產(chǎn)生熱斷裂。2cast4iii鋁棒鑄模技術(shù)Vista公司在決定以2XXX、6XXX和7XXX系列合金生產(chǎn)一些最大直徑DC鑄造鋁棒,也就是36”(915毫米)和42”(1068毫米)鋁棒時,選擇了從加州長灘地區(qū)的Almex公司引進(jìn)商標(biāo)為CASTRIGHTII的鋁棒鑄模,以及LARS在線熔融金屬精煉技術(shù)。(1)鋁棒的清除器技術(shù)制造硬質(zhì)合金棒,尤其是大尺寸的合金棒,需要在鑄造過程中對管理和控制化學(xué)、機(jī)械和冶金的可變因素給予極大的關(guān)注。另外,熔化金屬的純度和清潔度也至關(guān)重要,鋁棒的微分子結(jié)構(gòu)同樣如此。CASTRIGHT模具和金屬填料設(shè)計,確保了溶質(zhì)覆蓋鋁棒直徑的宏觀偏析最小化。Almex公司的清除器技術(shù)可以保證在鑄造的同時,通過固化潛熱減輕鋁棒的部位壓力。排水系統(tǒng)的設(shè)計和排放原則,使鑄造速度在不減少冷熱壓力的情況下變得緩慢。由于這些特性,鋁棒內(nèi)部的多孔性收縮基本上被控制在一個相當(dāng)高的水平。水噴射的速度也可以調(diào)節(jié),使表面的熱傳遞系數(shù)達(dá)到理想狀態(tài)。如果鑄造過程中金屬的冶金結(jié)構(gòu)和均質(zhì)狀態(tài)可以被準(zhǔn)確估計,模具結(jié)果是在進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)之前,鑄棒的芯可以完全凝固。另外,由于模具腳柄非常短,懸掛的陶瓷環(huán)的半徑范圍可以控的設(shè)計就可以在鑄造過程中記錄鋁棒表面的再熱溫度、模具中的水量和鋁棒在水槽中的深度。表1列出了關(guān)于VISTA鋁合金廠使用CASTRIGHTII模具系統(tǒng)鑄造鋁棒的主要微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。(2)陶瓷傳熱環(huán)注射通過長時間冷卻鑄造硬質(zhì)合金的CASTRIGHTII鑄棒模具是相對于傳統(tǒng)的高級DC鑄造系統(tǒng)的一大進(jìn)步。這種模型設(shè)計包括了從82mm(3.25寸)到1070mm(42寸)的各類尺寸。一個近20.6mm(0.81寸)長的石墨環(huán)將進(jìn)料口嵌在鋁液液柱的彎月面上,形成進(jìn)料系統(tǒng)。熔融鋁液流動的固化點主要是由具有特有的二硫化物表面涂層的陶瓷傳熱環(huán)決定的。(鑄造鋁鋰合金使用的涂層是含二硫化物的炭化硅)每25秒利用注射技術(shù)為石墨環(huán)注射一次鑄造潤滑油,約7x10清晰的噴水角度和水室的特定形狀通過“水幕”進(jìn)行DC冷卻,出水口是一個單獨的孔。這種安排可以保證熱傳導(dǎo)量達(dá)到最大量,但使冷卻系數(shù)降低。其制,表面下面的分離得到減少,因此鑄棒的表面極其平滑(因為重熔的融析可保持最低限度)。模具尺寸短也可保證貯水槽液面淺(因此是使中心線孔縮達(dá)到最低限度的成因),同時也可保證大直徑鑄棒外部和中心區(qū)域的等軸粒度。形狀特殊的水箱輸入口可以較好地控制模具的初始裝填,同時在緊急情況時也可阻止金屬流到模具中去。水箱輸入孔的幾何圖形可保證速率的矢量,因此對大尺寸的鑄棒來講模具的填充是均勻的,從而使水箱中溫度的均衡達(dá)到最大限度。模具本身固定在上部的工作臺上,這樣可以避免鋁液與水的直接相互混合。這就使設(shè)計十分安全。水環(huán)附著在模具工作臺的下面,易于清洗折流板上的孔、模具壁和水幕的縫隙。這樣大大有利于模具的安裝、維修和全面維護(hù)。(3)石墨材料的利用石墨環(huán)和陶瓷盤安裝在經(jīng)過精密機(jī)加工可按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計釋放壓力的6061-T65鑄鋁模具室內(nèi)。安裝在水箱上的陶瓷盤涂有氮化硼顆粒,可使其耐熔表面保持干燥,對硬質(zhì)合金來講使用膠狀的以石墨為基礎(chǔ)的二硫化合物作涂層。水幕冷卻機(jī)構(gòu)和石墨環(huán)的設(shè)計可使相同的成套模具用于鑄造廣泛的合金,凝固溫度幅度可以或?qū)捇蛘Ｒ后w金屬狀態(tài)面板、模具工作臺、工作臺底座,全都可以移動、存放、安裝成一套改變了尺寸的設(shè)備,方法十分簡單快捷。模具清洗和水道清洗也十分簡單,因為水幕環(huán)可以直接從工作臺的底部接觸到。3“l(fā)ars”熔體在線技術(shù)自1997年Vista公司安裝了Almex公司的LARS在線金屬凈化系統(tǒng)以來,其三個鑄造系統(tǒng)生產(chǎn)全部采用了該技術(shù),達(dá)到了良好的效果。(1)該公司使用LARS熔體在線凈化技術(shù)后,取消了熔體保溫爐,達(dá)到了節(jié)約投資,降低能耗的效果。見圖1:(2)該公司的“LARS”熔體在線技術(shù)可以生產(chǎn)高純潔度要求的航天航空用優(yōu)質(zhì)鋁合金錠,該技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位,其重要特性有:除氣率高,使用該裝備可使熔體在線氫含量由0.39cc/100gms降低到0.1cc/100gms以下,除氣率達(dá)75%以上。有效除去堿金屬,使用后使K+、Ca++、Li+、Na+離子等堿金屬離子達(dá)到1ppmm以下;有效除去各類非金屬化合物。使用后,產(chǎn)品通過美國航空航天業(yè)A級或AA級探傷,如7075合金其A級控傷合格率97%,AA級控傷合格率達(dá)92%。4及時發(fā)現(xiàn)斷裂Vista公司的一攬子技術(shù)中還包括Almex公司提供的鑄造及加工鋁板和鋁棒鑄造檢驗和質(zhì)量檢驗的Ultrex檢測方法。檢測方法分為兩種:在鑄造過程中探測鋁板和鋁棒斷裂的檢驗和加工后超聲波檢驗。鑄造過程中進(jìn)行的是“熱”檢驗方法,是在“脈沖回應(yīng)”技術(shù)中使用高溫探測器,以探測鑄件中主要的不一致之處,例如斷裂,包括表面下和中線斷裂。即時探測這種斷裂有助于控制鑄造車間成本。如果探測到一處斷裂,那么憑借斷裂所在位置和傳播方向,就能立即采取正確的措施,制止斷裂的擴(kuò)大,或者可以做出“放棄”的決定,從而節(jié)省重熔的巨額成本和下游處置成本。對2XXX和7XXX系列合金來說,盡早發(fā)現(xiàn)斷裂還可以提高鑄造車間的安全性。對于加工后超聲波檢驗,Almex公司發(fā)明了“非浸水”式儀器使用法,以檢驗極為微小的內(nèi)部瑕疵。這也是基于“脈沖回應(yīng)”原則,只不過采用了一種直徑為25毫米的更大的探針,并以2.25兆赫的頻率工作。眾所周知,鑄件中大小為75微米(0.003”)的瑕疵就足以阻礙最終的鍛造、擠壓或卷板生產(chǎn),因為原有的瑕疵在之后的熱加工過程中會大大放大。設(shè)計UltrexII超聲波檢測設(shè)備和步驟就是用于檢驗合金中這種微小的不一致之處。通常在2XXX和7XXX系列鋁合金中,這些不一致跡象在超聲波檢測屏幕上反映出了下列幾種瑕疵:聚合狀氣泡、非金屬雜質(zhì)、金屬雜質(zhì)(例如Ti-B-Zr的早期沉淀物和鉻)、鹽微粒、主相位大分離、均質(zhì)化過程中的初始熔解,以及均質(zhì)化不足問題。Vista公司采用Almex公司的鑄造技術(shù)鑄造直徑為42”的7XXX系列鋁棒所取得的成就,是技術(shù)新前沿如何在創(chuàng)新和實踐活動中產(chǎn)生的一個最新例證。sta公司的5技術(shù)革新和新記錄在特種合金市場處于領(lǐng)導(dǎo)地位的Vista金屬公司,當(dāng)然會有更多的技術(shù)革新和新的記錄隨之而來。當(dāng)前,Vista金屬公司正在通過增加更多產(chǎn)品在鈧基合金、含10%鋅的合金、以及軋制大的硬合金板材鑄錠等方面擴(kuò)張它對航空航天、汽車、和工具制造工業(yè)等主要市場的占有率。我國高強(qiáng)度大規(guī)格鋁合金的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)在高強(qiáng)