铝合金扁锭表面裂纹起因与措施

马宁

[摘 要]近年来，铝合金扁锭铸造缺陷的产生及预防措施得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了铝合金扁锭裂纹产生的主要原因，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面提出了铝合金扁锭防止裂纹的措施，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

[关键词]铝合金扁锭；铸造缺陷；产生；预防

中图分类号：TU512.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0017-01

1 前言

铝合金扁锭铸造条件的不断变化，对其缺陷问题的预防提出了新的要求，因此有必要对其铸造缺陷的产生原因进行深入分析与探讨，并得出相应的预防措施，以期用以指导相关铸造工作的开展。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

2 概述

扁锭出现的缺陷有弯曲变形、裂纹、成分偏析、夹杂、气泡、疏松、表面不光滑、表面偏析瘤、金属瘤较厚等等。实际生产中造成铸锭裂纹、变形或铸造失败的因素有以下几方面：冷却水压不稳定，引锭头牵引速度不均匀，铸造速度过快或运行速度不均匀，铺底铝过厚或先于上部液体凝固造成冷隔，炉内精炼温度控制和精炼效果未达到要求，熔体含气量过大，在铸造过程中机械动作使铸锭应力变化，结晶器腔润滑不足，石墨破损或损坏，冷却水流量变化或铸造中冷却水眼堵塞，铝液温度过高或过低，開始铸造时速度提升快或慢等。本文归纳出扁锭铸造缺陷的种类，提出预防和排除铝合金扁锭铸造缺陷的措施。

3 铝合金扁锭裂纹产生的主要原因

铝合金扁锭裂纹产生从结构设计和生产两个方面，有些结构设计不合理容易产生裂纹，如存在应力且对称的结构；生产中如内冷铁太大，材料本身易裂，壁厚处没加洛铁矿砂产生的毛细裂纹。形成热裂纹的理论原因和实际原因很多，但根本原因是铸件的凝固方式和凝固时期铸件的热应力和收缩应力。超硬铝合金在生产和随后冷却过程中，在扁锭的表面，底部，侧面都容易产生裂纹。冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。冷裂纹总是发生在冷却过程中承受拉应力的部位，特别是拉应力集中的部位。实践表明，铝合金的化学成分和主要杂质对扁锭铸造时的裂纹影响很大。

3.1 表面产生裂纹分析

生产实际中，铸锭宽度方向的表面温度分布是不均匀的，合金结晶在温度不均匀的时候就容易形成热裂纹；还有一些情况也会导致表面热裂纹的出现，比如液流供水不均，在铸锭表面上一些位置和点温度不均衡，还有的可能是因为操作不正确，再结晶中夹杂了一些渣料等，造成铝锭表面收缩量和收缩的速度不均匀，遇水产生应力严重不平衡，最终导致较多裂纹的产生。

3.2 底部产生裂纹分析

铝锭铸造过程中，铸锭的底部首先与底座相接触，与底座接触温度极速降低冷却，会形成一层凝壳。在铸造机再次开动时，铸锭遇水冷却速度很快，而铸锭得得正常穴液没有形成，使得底部和表面之间的应力增大产生裂纹，这种裂纹可能从底部一直延伸到整个铸锭。我们可以采用低液位铸造，采用纯铝铺底工艺，减少底部裂纹产生的倾向。

3.3 侧面产生裂纹分析

侧面裂纹是金属凝固后的冷却过程中产生的冷裂纹，在进行连续铸造时，扁锭三面冷却这样就会使得铸锭侧面产生沿高度方向不均匀的拉应力。裂纹发生时结晶器液面有较大振动，严重时会使液体金属飞溅，并伴有强烈的声响，多发生于铸锭冷却放置期间。裂纹起始处常伴有夹渣、分层、拉裂、或结晶微裂纹。

4 铝合金扁锭防止裂纹的措施

4.1 控制铝合金扁锭合化学成分

实践证明，铝合金的化学成分和主要杂质对扁锭的裂纹都有很重要的影响。

在铝合金中，Fe，Si，Mn，Cu形成共晶化合物，如Al7Cu2Fe，（AlFeSi），（FeMn）Al6，Al（MnFe）；Si，Mg2Si等是在铸锭结晶过程中形成的硬脆异质相，在较低的应力条件下即可产生裂纹。Fe，Si含量越高，形成的硬脆异质相数量越多。综合分析，铝合金中非金属夹杂物主要包括金属中氧化物、氮化物、硫化物等，这些物质破坏了铝合金的基体的连续性，使得金属组织产生不均匀性，改变了铝合金的力学性质，往往对于其塑性、韧性和疲劳强度都有很大的影响。随着对铝合金性能要求的提高，我们要求铝合金中非金属实杂物尽量少。

4.2 调整工艺设计和进程

由于每一种缺陷的产生原因来自多个不同的影响因素，因此在实际生产中要解决问题，建议按难易程度，先简后复杂去处理，其次序：清理分型面，清理型腔，清理顶杆；改善涂料、改善喷涂工艺；增大锁模力，增加浇注金属量。这些靠简单操作即可实施的措施。调整工艺参数、压射力、压射速度、充型时间、开模时间，浇注温度、模具温度等。换料，选择质优的铝合金锭，改变新料与回炉料的比例，改进熔炼工艺。修改模具，修改浇注系统，增加内浇口，增设溢流槽、排气槽等。例如压铸件产生飞边的原因有：压铸机问题：锁模力调整不对。工艺问题：压射速度过高，形成压力冲击峰过高。模具问题：变形，分型面上杂物，镶块、滑块有磨损不平齐，模板强度不够。解决飞边的措施顺序：清理分型面→提高锁模力→调整工艺参数→修复模具磨损部位→提高模具刚度。从易到难，每做一步改进，先检验其效果，不行再进行第二步。

4.3 铝合金扁锭铸造条件的要求

要注意在铝合金铸锭结晶时，其收缩应力及其摩擦阻力共同作用，往往会导致铝铸锭裂纹的生成。在铸造工艺中我们把铸造液面高度同温度、水冷强度、速度并称为铸造的四大工艺参数。液面高度对金属结晶有较大的影响。当液面过低会造成结晶的不平衡现象；结晶成分会发生改变，采用低液位铸造方式，液面高度控制在60mm～80mm。

为了防止裂纹、控制减少组织应力的作用，铸造温度一般控制在710℃～730℃，不同季节应该有不同的措施，冬季由于温度低应控制在在中上限，夏季炎热应控制在中下限。冷却强度就是冷却速度，它也是影响铸锭裂纹产生的重要因素之一，冷却速度不均匀，会使得个别部位冷却收缩不一致，导致应力过大，产生裂纹。所以必须保证水冷均匀、强度适中，以确保铸造性能。实践证明，低液位铸造的冷却水强度控制在60m3/h～75m3/h。连续铸造时，铸锭液穴深度与铸造速度成正比，应选择适当较低的铸造速度。低液位铸造时，铸造速度控制在60mm/min～75mm/min范围。

通过分析铝合金扁锭裂纹的产生原因，结合其主要成分构成的影响，可通过调整化学成分含量，改善铸造条件和铸造设备等途径预防扁锭裂纹。在实际铝合金加工生产中还需考虑扁锭的其他问题，要根据实际情况采取有针对性的措施，才能从根本上预防和消除铸锭裂纹，提高企业经济效益。

5 结束语

通过对铝合金扁锭铸造缺陷产生及预防问题的研究分析，我们可以发现，该项工作良好实践效果的取得，有赖于对其多项影响因素与关键环节的充分掌控，有关人员应该从铝合金扁锭铸造工作的客观实际需求出发，研究制定最为符合实际的缺陷问题预防实施措施。

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