高含量鉛鈣鋁合金元素偏析分析研究

王曉燕 吳朝英 潘吉珍 賈秀美

西寧特殊鋼股份有限公司青海省冶金產(chǎn)品研究與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青海西寧 810005

鉛鈣鋁合金在生產(chǎn)澆筑過(guò)程中容易受到多方面因素的干擾影響而出現(xiàn)明顯的偏析現(xiàn)象。尤其現(xiàn)場(chǎng)操作人員在利用直讀光譜化驗(yàn)方法時(shí)，所得出的化驗(yàn)數(shù)值往往與真實(shí)數(shù)值相差較大。究其原因，主要是因?yàn)樵谄鰡?wèn)題的影響作用下，鉛鈣鋁合金的生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)到預(yù)期。為減少這一問(wèn)題的反復(fù)出現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員主張針對(duì)單個(gè)合金要進(jìn)行多點(diǎn)分析測(cè)試。并根據(jù)測(cè)試反饋結(jié)果適當(dāng)采用冷卻方式即強(qiáng)制水冷卻，改變鑄錠大小等方式手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問(wèn)題的有效解決。

1 直讀光譜化驗(yàn)試驗(yàn)分析

1.1 鋁元素對(duì)高含量鉛鈣鋁合金元素的含量影響

在具體試驗(yàn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)所配入的鋁元素量與高含量鉛鈣鋁合金元素之間存在的作用影響進(jìn)行研究與分析。結(jié)合分析反饋結(jié)果來(lái)看，所添加保護(hù)劑量與高鈣鉛合金中的元素含量基本不存在明顯的作用影響。除了鋁元素在鉛合金中所呈現(xiàn)的溶解度存在輕微影響之外，鋁含量與生產(chǎn)工藝操作水平存在一定聯(lián)系[1]。

1.2 爐中取樣部位對(duì)合金元素的偏析影響

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)排除了化驗(yàn)誤差以及偏析等客觀原因，對(duì)爐中取樣部位的合金元素進(jìn)行了研究與分析。其中，在分析過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員主要針對(duì)鈣元素含量問(wèn)題進(jìn)行研究與分析。結(jié)合分析反饋情況來(lái)看，鈣元素基本上沒(méi)有對(duì)合金元素產(chǎn)生偏析影響。也就是說(shuō)，鈣元素在金屬溶液中所呈現(xiàn)出的狀態(tài)較為均勻。但是在澆鑄環(huán)節(jié)當(dāng)中，隨著澆鑄作業(yè)的不斷進(jìn)行，促使鋁元素向表面發(fā)生明顯的偏析現(xiàn)象。究其原因，主要是因?yàn)殇X元素受到重力影響而出現(xiàn)明顯的偏析問(wèn)題。

1.3 樣品大小數(shù)量、規(guī)格對(duì)鈣元素的偏析影響

利用大模具取樣方法使得表面鈣元素與底部鈣元素在平均值方面存在差值問(wèn)題。而利用小模具取樣方法使得表面鈣元素與底部鈣元素在差值問(wèn)題方面表現(xiàn)更大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)反饋情況來(lái)看，利用大模具取樣方法表面鈣元素在均勻度方面明顯不如小模具取樣方法。而利用大模具取用方法底部鈣元素要比小模具取樣更加均勻。這足以側(cè)面說(shuō)明，利用小模具取樣化驗(yàn)表面與底部化驗(yàn)數(shù)值差距較大。而利用大模具化驗(yàn)結(jié)果更加貼近于平均數(shù)值。但是需要注意的是，對(duì)防止取樣化驗(yàn)過(guò)程不受任何影響。在利用直接光譜化驗(yàn)方法的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該對(duì)所取的化驗(yàn)點(diǎn)予以高度重視。

1.4 單個(gè)樣品同一層面實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分析檢測(cè)

客觀來(lái)講，生產(chǎn)過(guò)程中取單個(gè)樣品的鋁元素以及鈣元素進(jìn)行多點(diǎn)化驗(yàn)分析，根據(jù)分析反饋情況來(lái)看，二者在分析結(jié)果方面存在較大差別。這也從側(cè)面說(shuō)明鋁元素與鈣元素存在一定的偏析現(xiàn)象，且在偏析趨勢(shì)方面基本相同。舉例而言，五點(diǎn)位鋁元素含量偏高，則促使鈣含元素含量也偏高。究其原因，主要是因?yàn)殇X元素與鈣元素存在重力偏析問(wèn)題[2]。

再加上鋁元素與鈣元素親和力表現(xiàn)方面存在差異，如鋁元素對(duì)鈣元素的親和力要遠(yuǎn)高于鉛元素對(duì)鈣元素的親和力，進(jìn)而引發(fā)鋁元素與鈣元素存在相同趨勢(shì)偏析現(xiàn)象問(wèn)題。因此在生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋁元素與鈣元素均勻性問(wèn)題的控制力度。盡量避免因鋁元素偏析問(wèn)題而引發(fā)鈣元素偏析現(xiàn)象。

1.5 單個(gè)樣品實(shí)現(xiàn)不同層面的分析

從單個(gè)樣品底部與表面的鋁元素與鈣元素差別上來(lái)看，二指之間存在的差別問(wèn)題較為明顯。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，越接近模具先冷卻端的鋁元素與鈣元素明顯偏低。而表面后冷卻的鋁元素與鈣元素在含量方面要明顯高于底部。這足以說(shuō)明冷卻方式在一定程度上會(huì)對(duì)元素整體的均勻性表現(xiàn)產(chǎn)生較大影響。除此之外，隨著冷卻程度的不斷加劇，鋁元素與鈣元素受到重力偏析的作用影響程度也越來(lái)越大。足以說(shuō)明，元素偏析時(shí)間會(huì)對(duì)偏析程度產(chǎn)生一定影響，當(dāng)偏析時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)時(shí)，表面元素含量與底部含量的差距問(wèn)題也越來(lái)越明顯。

2 試驗(yàn)分析與建議

生產(chǎn)合金時(shí)，鋁的配入量對(duì)鋁元素與鈣元素在合金中的具體含量并無(wú)明顯影響。同時(shí)，鈣元素的利用率與添加鋁量并無(wú)明顯量的關(guān)系；生產(chǎn)合金過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)人員工藝操作得當(dāng)，且不存在任何操作失誤問(wèn)題。爐中的取樣部位基本上不會(huì)化驗(yàn)結(jié)果造成誤差性影響[3]。但是需要明確的是，取樣化驗(yàn)結(jié)果與化驗(yàn)點(diǎn)息息相關(guān)；由于元素偏析問(wèn)題明顯，因此在鉛鈣鋁合金化驗(yàn)分析過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以采取直接光譜法進(jìn)行操作分析，可利用多點(diǎn)平均值法進(jìn)行操作應(yīng)用。根據(jù)分析反饋結(jié)果對(duì)當(dāng)前數(shù)值情況進(jìn)行明確掌握，并提出相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)優(yōu)化措施，確保鉛鈣鋁合金生產(chǎn)質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問(wèn)題進(jìn)行了全面研究與分析。并利用對(duì)單個(gè)合金要進(jìn)行多點(diǎn)分析測(cè)試的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問(wèn)題的有效解決。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)研究表明，因簽蓋鋁合金中的鈣元素以及鋁元素含量要遠(yuǎn)高于鉛元素，導(dǎo)致鋁元素偏析問(wèn)題較大。同理，適當(dāng)加入鋁元素會(huì)促使鈣元素的偏心問(wèn)題受到一定影響。生產(chǎn)合金時(shí)，鋁元素可配入量對(duì)鋁元素，使得鈣元素在合金中的含量并無(wú)明顯變化。也就是說(shuō)，鈣的利用率與添加鋁量并無(wú)明顯作用關(guān)系。與此同時(shí)，生產(chǎn)合金時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作落實(shí)到位，爐中取樣部位不會(huì)對(duì)化驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生任何影響。但是需要注意的是，取樣化驗(yàn)結(jié)果與所取樣品化驗(yàn)點(diǎn)存在一定的相關(guān)性。除此之外，在同一層面實(shí)現(xiàn)對(duì)元素的偏析處理，鋁元素與鈣元素偏析趨勢(shì)基本相同，鋁元素偏析會(huì)對(duì)鈣元素偏析產(chǎn)生一定影響。總體來(lái)看，在生產(chǎn)操作過(guò)程中，操作人員應(yīng)該對(duì)高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問(wèn)題予以重點(diǎn)掌握，并根據(jù)具體作用關(guān)系，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)水平。