铝合金扁锭铸造缺陷的产生及预防措施

铝合金扁锭铸造缺陷的产生及预防措施

发表时间：2018-11-02T10:11:27.023Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第15期作者：张英鸿沈起全

[导读] 铝板带箔材的主要原料是铝合金扁锭。随着它的需求量的增大，相应的热轧扁锭也有很大的发展空间。

青海桥头铝电股份有限公司熔铸分公司青海西宁 810100

摘要：铝合金扁锭铸造缺陷是铝合金扁锭铸造过程中不可避免的，本文研究了铝合金扁锭铸造缺陷产生的原因，分析了造成铝合金扁锭大面漏铝、锭尾余漏、锭尾回弹、锭尾塌陷、裂纹、氧化夹杂等19种铸造缺陷发生的原因，从缺陷发生的原因出发，以铸造速度、铸造温度、冷却水流量、液位高度为排除缺陷的前提，提出了铝合金扁锭铸造缺陷预防的措施，提高了铝合金扁锭的成品率。

关键词：铝合金；扁锭铸造；拉裂；预防

铝板带箔材的主要原料是铝合金扁锭。随着它的需求量的增大，相应的热轧扁锭也有很大的发展空间。铝合金扁锭最常见的生产技术是直冷式半连续铸造生产工艺，每次可以生成3-5块扁铝锭。它的优点是适应性强，能生产各种铝合金，单机生产能力大，但其生产出来的铝锭表明粗糙、粗晶层和偏析瘤比较严重，底部也容易翘曲，成品率较低。国内外铝加工企业一直探索新的铸造技术，提高铸锭的成品率，产生了一些新的铸造技术如低液面结晶器铸造技术、电磁铸造技术等。

1影响铸造的主要因素

在直接水冷铸造条件下，结晶器内的熔体在与结晶器壁接触后，首先受结晶器壁的一次水冷却，一次水冷程度较弱，因此形成较薄的凝壳，此凝壳强度较低，随着铸造的进行，铸锭向下运动，当凝壳的强度不足以抵抗铸锭与结晶槽工作面间的摩擦力时，则在铸锭表面形成拉痕或拉裂，拉裂严重时可将局部硬壳拉破，在裂口处产生漏铝。拉裂裂口断断续续，小裂口边界不整齐。通常，在铸锭没有得到适当冷却的条件下，比如冷却水压过小、水温过高，结晶器长期工作水垢过厚致使导热性降低时，最容易产生这种缺陷。影响拉裂的因素主要有：

1.1 抵抗拉应力的能力

与结晶器间形成摩擦的凝固薄层抵抗拉应力的能力增加时，有利于防止拉裂的产生。影响凝固薄层承受拉应力能力的因素主要是该薄层本身的强度和厚度，薄层的强度升高，抵抗拉应力的能力增大；薄层的厚度增加时，有利于防止薄层拉断。

1.2 摩擦力的大小

凝固薄层与结晶器壁的摩擦力越大，拉应力越大，产生拉裂的可能性也越大。

1.3 化学成分因素

某些合金元素对抗拉强度也有影响。如Cr在合金中细化晶粒的同时，也增加了熔体的黏度，使熔体的流动性降低，从而增加了拉裂倾向。

1.4 结晶器内壁不够光滑

当结晶器内壁不够光滑、有划痕时，增加了合金熔体凝固薄层与结晶器内表面的摩擦力，在铸造过程中很容易产生拉裂。

1.5 结晶器下口窄或其他缺陷

当结晶器下口较窄或出现卷边时，都会增加凝固薄层与结晶器内壁的摩擦力，造成拉裂。

1.6 润滑不及时

铸锭与结晶器壁之间润滑不好时，使拉锭阻力增加，会导致铸锭产生拉裂缺陷。

1.7 铸造速度不合适

铸造速度过慢，结晶会沿结晶器内壁向上凝固，在隔热模上结晶，在铸锭下降过程中把隔热模拉掉造成拉裂。如铸速过快，合金与结晶器壁接触的凝固薄层较薄，其强度不足以抵抗与结晶器内壁的摩擦力，也会产生拉裂。铸造时底座突然摆动，造成液面的波动，也可能发生拉裂的现象。

1.8 铸造温度不当

铸造温度过高，相对降低了一次冷却强度，使凝壳过薄，增大拉裂倾向。铸温过低增加熔体黏度，也会使拉裂倾向增加。

2 预防措施

为了提高产品质量和成品率，对影响产品质量的各因素进行了研究、通过定性和定量的方法对各影响因素进行考察，最后确定适合特定铝合金扁锭的最优生产参数。

2.1 铸造温度

铸造温度是指分配槽中熔融铝液的温度，合适的温度一方面能保证铝液有良好的流动性，另一方面又能保证凝固后的产品有良好的冶金性能、因此控制好铸造温度，对产品质量非常重要、当铸造温度过低时，会引起铝液粘度增大，其中氢气难以逸出，造成气孔变多变大#同时铝液流动性变差，在结晶器中填充不顺畅，严重时会造成铸造不能正常进行、补缩变难，易形成疏松缺陷、铝液中晶核变多，如果晶核团聚，有可能形成粗大晶和光亮晶、产品出现冷隔或冷裂纹的可能性增大、温度过高的话，会造成晶核减少，晶粒度增大、液穴加深，可能出现收缩性中心裂纹、熔融泄露和表面熔析的风险变大。

2.2 铝液填充速率

铝液填充速率在铸造启动前是指结晶器中铝液的加注速度，铸造启动后，该速度由自动控制系统控制结晶器中的液面高度、填充速度过快，热量难以及时散发，易造成过度翘曲。锭尾裂纹和扁锭底部的重熔泄露、速度过慢会造成冷析或凝固分层，有时也会出现裂纹，控制合理的填充速度，对铝锭质量非常重要。

2.3 结晶器中的液位高度

铝液在结晶器中的高度，对扁锭表面质量影响特别大。一般液位高度越低，慢冷区越小，表面质量越好、但当液位高度过低，也会出现冷隔、液位过高，则会造成慢冷区变大，可能出现熔析现象、当液位高度高出结晶器壁下缘约25mm时，（一般为43-46mm），铸造开始，在铸造过渡阶段，液位应比稳态铸造时高，防止冷隔的出现，稳态铸造时的液位高度由铸造速度和合金的类型决定。对于epsilon结晶

器特有的增强冷却技术来说，由于冷却强度增大，液位高度也应相应增加，以避免冷隔的出现。

2.4 冷却水控制

冷却水不均匀易使扁锭产生裂纹，保持合理并均匀的冷却水速度，对扁锭质量控制非常重要。冷却水量太小，铸锭表面太热，容易产生熔析、裂纹甚至泄露。水量太大，则容易形成不完整不整齐的蒸汽屏障，造成水与扁锭表面直接接触，锭尾翘曲会提前且变大，甚至出现扁锭悬挂。通常水流量爬升速率为0.07-0.22立方米每小时，稳态运行后水流量一般保持在8-12.5立方米每小时，具体的水流量与合金性质、水的淬冷效果有关，针对不同类型的合金，可以设定不同的冷却水喷射方式。

2.5 铸造速度

铸造速度对铸造质量影响很大，与合金类型、扁锭规格、铝液液位高度、铝液填充速度以及冷却水水量控制有关。速度较低时，扁锭的轧制面呈凸出形状，扁锭中间厚两边薄，反之中间薄两边厚、据此，可以根据扁锭轧制面的平整度对铸造速度进行优化，确定开始速度。速度提升斜线和稳定铸造速度是设定铸造速度的关键，在铸造开始的25-75mm阶段，速度一般保持不变，处于23-40mm/min之间。到200+400mm长度，速度处于线性上升的过渡状态，之后进入稳定铸造状态后。

2.6 正确安装结晶器和分配漏斗

铸造过程中保证结晶器和液流分配漏斗放正，并保证液流分配均匀，从而保证结晶器内对应位置温度场分布均匀，避免凝壳的薄厚不均，从而减少拉裂的发生。

2.7 保持液面的稳定

铸造过程中要保持液面稳定，避免忽高忽低。液面波动会使拉裂倾向增大。保持液面稳定的措施包括保证底座平稳固定，流盘供流均匀和漏斗内液流分配均匀等。

总结：铸造工艺参数对产品质量影响非常大。本文针对Wagstaff铸造技术的特点，分析了影响其产品质量的几种因素，再结合铝合金的实际生产情况，得出铝合金较好的扁锭铸造工艺参数。受条件所限，有些影响因素没有展开考察。今后应加强对铸造过程的参数测量，收集更多的数据，建立数学模型，进一步提高产品质量和成品率。

参考文献：

[1]熊明辉.铝合金压铸件充型凝固过程及其压铸工艺CAE分析[J].热加工工艺，2013（42）.

[2]孙静.Wagstaff铸造自动控制原理浅析[J].有色金属加工，2009（38）.

[5]刘战生.铝合金扁锭铸造工艺技术[D].长沙.中南大学，2011.