高含量铅钙铝合金元素偏析分析研究

王晓燕 吴朝英 潘吉珍 贾秀美

西宁特殊钢股份有限公司青海省冶金产品研究与开发重点实验室 青海西宁 810005

铅钙铝合金在生产浇筑过程中容易受到多方面因素的干扰影响而出现明显的偏析现象。尤其现场操作人员在利用直读光谱化验方法时，所得出的化验数值往往与真实数值相差较大。究其原因，主要是因为在偏析问题的影响作用下，铅钙铝合金的生产质量达到预期。为减少这一问题的反复出现，现场操作人员主张针对单个合金要进行多点分析测试。并根据测试反馈结果适当采用冷却方式即强制水冷却，改变铸锭大小等方式手段，实现对高含量铅钙铝合金元素偏析问题的有效解决。

1 直读光谱化验试验分析

1.1 铝元素对高含量铅钙铝合金元素的含量影响

在具体试验过程中，现场操作人员对所配入的铝元素量与高含量铅钙铝合金元素之间存在的作用影响进行研究与分析。结合分析反馈结果来看，所添加保护剂量与高钙铅合金中的元素含量基本不存在明显的作用影响。除了铝元素在铅合金中所呈现的溶解度存在轻微影响之外，铝含量与生产工艺操作水平存在一定联系[1]。

1.2 炉中取样部位对合金元素的偏析影响

现场试验排除了化验误差以及偏析等客观原因，对炉中取样部位的合金元素进行了研究与分析。其中，在分析过程中，现场操作人员主要针对钙元素含量问题进行研究与分析。结合分析反馈情况来看，钙元素基本上没有对合金元素产生偏析影响。也就是说，钙元素在金属溶液中所呈现出的状态较为均匀。但是在浇铸环节当中，随着浇铸作业的不断进行，促使铝元素向表面发生明显的偏析现象。究其原因，主要是因为铝元素受到重力影响而出现明显的偏析问题。

1.3 样品大小数量、规格对钙元素的偏析影响

利用大模具取样方法使得表面钙元素与底部钙元素在平均值方面存在差值问题。而利用小模具取样方法使得表面钙元素与底部钙元素在差值问题方面表现更大。根据现场试验反馈情况来看，利用大模具取样方法表面钙元素在均匀度方面明显不如小模具取样方法。而利用大模具取用方法底部钙元素要比小模具取样更加均匀。这足以侧面说明，利用小模具取样化验表面与底部化验数值差距较大。而利用大模具化验结果更加贴近于平均数值。但是需要注意的是，对防止取样化验过程不受任何影响。在利用直接光谱化验方法的过程中，现场操作人员应该对所取的化验点予以高度重视。

1.4 单个样品同一层面实现多点分析检测

客观来讲，生产过程中取单个样品的铝元素以及钙元素进行多点化验分析，根据分析反馈情况来看，二者在分析结果方面存在较大差别。这也从侧面说明铝元素与钙元素存在一定的偏析现象，且在偏析趋势方面基本相同。举例而言，五点位铝元素含量偏高，则促使钙含元素含量也偏高。究其原因，主要是因为铝元素与钙元素存在重力偏析问题[2]。

再加上铝元素与钙元素亲和力表现方面存在差异，如铝元素对钙元素的亲和力要远高于铅元素对钙元素的亲和力，进而引发铝元素与钙元素存在相同趋势偏析现象问题。因此在生产作业过程中，现场操作人员应该加强对铝元素与钙元素均匀性问题的控制力度。尽量避免因铝元素偏析问题而引发钙元素偏析现象。

1.5 单个样品实现不同层面的分析

从单个样品底部与表面的铝元素与钙元素差别上来看，二指之间存在的差别问题较为明显。结合试验结果来看，越接近模具先冷却端的铝元素与钙元素明显偏低。而表面后冷却的铝元素与钙元素在含量方面要明显高于底部。这足以说明冷却方式在一定程度上会对元素整体的均匀性表现产生较大影响。除此之外，随着冷却程度的不断加剧，铝元素与钙元素受到重力偏析的作用影响程度也越来越大。足以说明，元素偏析时间会对偏析程度产生一定影响，当偏析时间越来越长时，表面元素含量与底部含量的差距问题也越来越明显。

2 试验分析与建议

生产合金时，铝的配入量对铝元素与钙元素在合金中的具体含量并无明显影响。同时，钙元素的利用率与添加铝量并无明显量的关系；生产合金过程中，现场生产作业人员工艺操作得当，且不存在任何操作失误问题。炉中的取样部位基本上不会化验结果造成误差性影响[3]。但是需要明确的是，取样化验结果与化验点息息相关；由于元素偏析问题明显，因此在铅钙铝合金化验分析过程中，现场操作人员可以采取直接光谱法进行操作分析，可利用多点平均值法进行操作应用。根据分析反馈结果对当前数值情况进行明确掌握，并提出相对应的生产优化措施，确保铅钙铝合金生产质量。

3 结语

本文主要针对高含量铅钙铝合金元素偏析问题进行了全面研究与分析。并利用对单个合金要进行多点分析测试的方法，实现对高含量铅钙铝合金元素偏析问题的有效解决。根据本文的实验研究表明，因签盖铝合金中的钙元素以及铝元素含量要远高于铅元素，导致铝元素偏析问题较大。同理，适当加入铝元素会促使钙元素的偏心问题受到一定影响。生产合金时，铝元素可配入量对铝元素，使得钙元素在合金中的含量并无明显变化。也就是说，钙的利用率与添加铝量并无明显作用关系。与此同时，生产合金时，现场操作落实到位，炉中取样部位不会对化验结果产生任何影响。但是需要注意的是，取样化验结果与所取样品化验点存在一定的相关性。除此之外，在同一层面实现对元素的偏析处理，铝元素与钙元素偏析趋势基本相同，铝元素偏析会对钙元素偏析产生一定影响。总体来看，在生产操作过程中，操作人员应该对高含量铅钙铝合金元素偏析问题予以重点掌握，并根据具体作用关系，加强现场生产作业水平。