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品研究與開發重點實驗室 青海西寧 810005

鉛鈣鋁合金在生產澆筑過程中容易受到多方面因素的干擾影響而出現明顯的偏析現象。尤其現場操作人員在利用直讀光譜化驗方法時，所得出的化驗數值往往與真實數值相差較大。究其原因，主要是因為在偏析問題的影響作用下，鉛鈣鋁合金的生產質量達到預期。為減少這一問題的反復出現，現場操作人員主張針對單個合金要進行多點分析測試。并根據測試反饋結果適當采用冷卻方式即強制水冷卻，改變鑄錠大小等方式手段，實現對高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問題的有效解決。

1 直讀光譜化驗試驗分析

1.1 鋁元素對高含量鉛鈣鋁合金元素的含量影響

在具體試驗過程中，現場操作人員對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行研究與分析。結合分析反饋結果來看，所添加保護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的溶解度存在輕微影響之外，鋁含量與生產工藝操作水平存在一定聯系[1]。

1.2 爐中取樣部位對合金元素的偏析影響

現場試驗排除了化驗誤差以及偏析等客觀原因，對爐中取樣部位的合金元素進行了研究與分析。其中，在分析過程中，現場操作人員主要針對鈣元素含量問題進行研究與分析。結合分析反饋情況來看，鈣元素基本上沒有對合金元素產生偏析影響。也就是說，鈣元素在金屬溶液中所呈現出的狀態較為均勻。但是在澆鑄環節當中，隨著澆鑄作業的不斷進行，促使鋁元素向表面發生明顯的偏析現象。究其原因，主要是因為鋁元素受到重力影響而出現明顯的偏析問題。

1.3 樣品大小數量、規格對鈣元素的偏析影響

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題方面表現更大。根據現場試驗反饋情況來看，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。這足以側面說明，利用小模具取樣化驗表面與底部化驗數值差距較大。而利用大模具化驗結果更加貼近于平均數值。但是需要注意的是，對防止取樣化驗過程不受任何影響。在利用直接光譜化驗方法的過程中，現場操作人員應該對所取的化驗點予以高度重視。

1.4 單個樣品同一層面實現多點分析檢測

客觀來講，生產過程中取單個樣品的鋁元素以及鈣元素進行多點化驗分析，根據分析反饋情況來看，二者在分析結果方面存在較大差別。這也從側面說明鋁元素與鈣元素存在一定的偏析現象，且在偏析趨勢方面基本相同。舉例而言，五點位鋁元素含量偏高，則促使鈣含元素含量也偏高。究其原因，主要是因為鋁元素與鈣元素存在重力偏析問題[2]。

再加上鋁元素與鈣元素親和力表現方面存在差異，如鋁元素對鈣元素的親和力要遠高于鉛元素對鈣元素的親和力，進而引發鋁元素與鈣元素存在相同趨勢偏析現象問題。因此在生產作業過程中，現場操作人員應該加強對鋁元素與鈣元素均勻性問題的控制力度。盡量避免因鋁元素偏析問題而引發鈣元素偏析現象。

1.5 單個樣品實現不同層面的分析

從單個樣品底部與表面的鋁元素與鈣元素差別上來看，二指之間存在的差別問題較為明顯。結合試驗結果來看，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。這足以說明冷卻方式在一定程度上會對元素整體的均勻性表現產生較大影響。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越大。足以說明，元素偏析時間會對偏析程度產生一定影響，當偏析時間越來越長時，表面元素含量與底部含量的差距問題也越來越明顯。

2 試驗分析與建議

生產合金時，鋁的配入量對鋁元素與鈣元素在合金中的具體含量并無明顯影響。同時，鈣元素的利用率與添加鋁量并無明顯量的關系；生產合金過程中，現場生產作業人員工藝操作得當，且不存在任何操作失誤問題。爐中的取樣部位基本上不會化驗結果造成誤差性影響[3]。但是需要明確的是，取樣化驗結果與化驗點息息相關；由于元素偏析問題明顯，因此在鉛鈣鋁合金化驗分析過程中，現場操作人員可以采取直接光譜法進行操作分析，可利用多點平均值法進行操作應用。根據分析反饋結果對當前數值情況進行明確掌握，并提出相對應的生產優化措施，確保鉛鈣鋁合金生產質量。

3 結語

本文主要針對高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問題進行了全面研究與分析。并利用對單個合金要進行多點分析測試的方法，實現對高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問題的有效解決。根據本文的實驗研究表明，因簽蓋鋁合金中的鈣元素以及鋁元素含量要遠高于鉛元素，導致鋁元素偏析問題較大。同理，適當加入鋁元素會促使鈣元素的偏心問題受到一定影響。生產合金時，鋁元素可配入量對鋁元素，使得鈣元素在合金中的含量并無明顯變化。也就是說，鈣的利用率與添加鋁量并無明顯作用關系。與此同時，生產合金時，現場操作落實到位，爐中取樣部位不會對化驗結果產生任何影響。但是需要注意的是，取樣化驗結果與所取樣品化驗點存在一定的相關性。除此之外，在同一層面實現對元素的偏析處理，鋁元素與鈣元素偏析趨勢基本相同，鋁元素偏析會對鈣元素偏析產生一定影響。總體來看，在生產操作過程中，操作人員應該對高含量鉛鈣鋁合金元素偏析問題予以重點掌握，并根據具體作用關系，加強現場生產作業水平。