鋁合金扁錠鑄造拉裂原因及預(yù)防措施摘要：鋁合金扁錠鑄造拉裂是鋁合金扁錠鑄造常見(jiàn)的故障之一，本文研究了鋁合金扁錠鑄造缺陷產(chǎn)生的原因，分析了造成鋁合金扁錠大面漏鋁、錠尾余漏、錠尾回彈、錠尾塌陷、裂紋、氧化夾雜等19種鑄造缺陷發(fā)生的原因，從缺陷發(fā)生的原因出發(fā)，以鑄造速度、鑄造溫度、冷卻水流量、液位高度為排除缺陷的前提，提出了鋁合金扁錠鑄造缺陷預(yù)防的措施，提高了鋁合金扁錠的成品率。關(guān)鍵詞：鋁合金；扁錠鑄造；拉裂；預(yù)防鋁板帶箔材的主要原料是鋁合金扁錠。隨著它的需求量的增大，相應(yīng)的熱軋扁錠也有很大的發(fā)展空間。鋁合金扁錠最常見(jiàn)的生產(chǎn)技術(shù)是直冷式半連續(xù)鑄造生產(chǎn)工藝，每次可以生成3-5塊扁鋁錠。它的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)，能生產(chǎn)各種鋁合金，單機(jī)生產(chǎn)能力大，但其生產(chǎn)出來(lái)的鋁錠表明粗糙、粗晶層和偏析瘤比較嚴(yán)重，底部也容易翹曲，成品率較低。國(guó)內(nèi)外鋁加工企業(yè)一直探索新的鑄造技術(shù)，提高鑄錠的成品率，產(chǎn)生了一些新的鑄造技術(shù)如低液面結(jié)晶器鑄造技術(shù)、電磁鑄造技術(shù)等。1影響拉裂的主要因素在直接水冷鑄造條件下，結(jié)晶器內(nèi)的熔體在與結(jié)晶器壁接觸后，首先受結(jié)晶器壁的一次水冷卻，一次水冷程度較弱，因此形成較薄的凝殼，此凝殼強(qiáng)度較低，隨著鑄造的進(jìn)行，鑄錠向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)凝殼的強(qiáng)度不足以抵抗鑄錠與結(jié)晶槽工作面間的摩擦力時(shí)，則在鑄錠表面形成拉痕或拉裂，拉裂嚴(yán)重時(shí)可將局部硬殼拉破，在裂口處產(chǎn)生漏鋁。拉裂裂口斷斷續(xù)續(xù)，小裂口邊界不整齊。通常，在鑄錠沒(méi)有得到適當(dāng)冷卻的條件下，比如冷卻水壓過(guò)小、水溫過(guò)高，結(jié)晶器長(zhǎng)期工作水垢過(guò)厚致使導(dǎo)熱性降低時(shí)，最容易產(chǎn)生這種缺陷。影響拉裂的因素主要有：1.1抵抗拉應(yīng)力的能力與結(jié)晶器間形成摩擦的凝固薄層抵抗拉應(yīng)力的能力增加時(shí)，有利于防止拉裂的產(chǎn)生。影響凝固薄層承受拉應(yīng)力能力的因素主要是該薄層本身的強(qiáng)度和厚度，薄層的強(qiáng)度升高，抵抗拉應(yīng)力的能力增大；薄層的厚度增加時(shí)，有利于防止薄層拉斷。1.2摩擦力的大小凝固薄層與結(jié)晶器壁的摩擦力越大，拉應(yīng)力越大，產(chǎn)生拉裂的可能性也越大。1.3化學(xué)成分因素某些合金元素對(duì)抗拉強(qiáng)度也有影響。如Cr在合金中細(xì)化晶粒的同時(shí)，也增加了熔體的黏度，使熔體的流動(dòng)性降低，從而增加了拉裂傾向。1.4結(jié)晶器內(nèi)壁不夠光滑當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)壁不夠光滑、有劃痕時(shí)，增加了合金熔體凝固薄層與結(jié)晶器內(nèi)表面的摩擦力，在鑄造過(guò)程中很容易產(chǎn)生拉裂。1.5結(jié)晶器下口窄或其他缺陷當(dāng)結(jié)晶器下口較窄或出現(xiàn)卷邊時(shí)，都會(huì)增加凝固薄層與結(jié)晶器內(nèi)壁的摩擦力，造成拉裂。1.6潤(rùn)滑不及時(shí)鑄錠與結(jié)晶器壁之間潤(rùn)滑不好時(shí)，使拉錠阻力增加，會(huì)導(dǎo)致鑄錠產(chǎn)生拉裂缺陷。1.7鑄造速度不合適鑄造速度過(guò)慢，結(jié)晶會(huì)沿結(jié)晶器內(nèi)壁向上凝固，在隔熱模上結(jié)晶，在鑄錠下降過(guò)程中把隔熱模拉掉造成拉裂。如鑄速過(guò)快，合金與結(jié)晶器壁接觸的凝固薄層較薄，其強(qiáng)度不足以抵抗與結(jié)晶器內(nèi)壁的摩擦力，也會(huì)產(chǎn)生拉裂。鑄造時(shí)底座突然擺動(dòng)，造成液面的波動(dòng)，也可能發(fā)生拉裂的現(xiàn)象。1.8鑄造溫度不當(dāng)鑄造溫度過(guò)高，相對(duì)降低了一次冷卻強(qiáng)度，使凝殼過(guò)薄，增大拉裂傾向。鑄溫過(guò)低增加熔體黏度，也會(huì)使拉裂傾向增加。2預(yù)防措施為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的各因素進(jìn)行了研究、通過(guò)定性和定量的方法對(duì)各影響因素進(jìn)行考察，最后確定適合特定鋁合金扁錠的最優(yōu)生產(chǎn)參數(shù)。2.1鑄造溫度鑄造溫度是指分配槽中熔融鋁液的溫度，合適的溫度一方面能保證鋁液有良好的流動(dòng)性，另一方面又能保證凝固后的產(chǎn)品有良好的冶金性能、因此控制好鑄造溫度，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量非常重要、當(dāng)鑄造溫度過(guò)低時(shí)，會(huì)引起鋁液粘度增大，其中氫氣難以逸出，造成氣孔變多變大#同時(shí)鋁液流動(dòng)性變差，在結(jié)晶器中填充不順暢，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鑄造不能正常進(jìn)行、補(bǔ)縮變難，易形成疏松缺陷、鋁液中晶核變多，如果晶核團(tuán)聚，有可能形成粗大晶和光亮晶、產(chǎn)品出現(xiàn)冷隔或冷裂紋的可能性增大、溫度過(guò)高的話，會(huì)造成晶核減少，晶粒度增大、液穴加深，可能出現(xiàn)收縮性中心裂紋、熔融泄露和表面熔析的風(fēng)險(xiǎn)變大。2.2鋁液填充速率鋁液填充速率在鑄造啟動(dòng)前是指結(jié)晶器中鋁液的加注速度，鑄造啟動(dòng)后，該速度由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制結(jié)晶器中的液面高度、填充速度過(guò)快，熱量難以及時(shí)散發(fā)，易造成過(guò)度翹曲。錠尾裂紋和扁錠底部的重熔泄露、速度過(guò)慢會(huì)造成冷析或凝固分層，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)裂紋，控制合理的填充速度，對(duì)鋁錠質(zhì)量非常重要。2.3結(jié)晶器中的液位高度鋁液在結(jié)晶器中的高度，對(duì)扁錠表面質(zhì)量影響特別大。一般液位高度越低，慢冷區(qū)越小，表面質(zhì)量越好、但當(dāng)液位高度過(guò)低，也會(huì)出現(xiàn)冷隔、液位過(guò)高，則會(huì)造成慢冷區(qū)變大，可能出現(xiàn)熔析現(xiàn)象、當(dāng)液位高度高出結(jié)晶器壁下緣約25mm時(shí)，（一般為43-46mm），鑄造開(kāi)始，在鑄造過(guò)渡階段，液位應(yīng)比穩(wěn)態(tài)鑄造時(shí)高，防止冷隔的出現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)鑄造時(shí)的液位高度由鑄造速度和合金的類型決定。對(duì)于epsilon結(jié)晶器特有的增強(qiáng)冷卻技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于冷卻強(qiáng)度增大，液位高度也應(yīng)相應(yīng)增加，以避免冷隔的出現(xiàn)。2.4冷卻水控制冷卻水不均勻易使扁錠產(chǎn)生裂紋，保持合理并均勻的冷卻水速度，對(duì)扁錠質(zhì)量控制非常重要。冷卻水量太小，鑄錠表面太熱，容易產(chǎn)生熔析、裂紋甚至泄露。水量太大，則容易形成不完整不整齊的蒸汽屏障，造成水與扁錠表面直接接觸，錠尾翹曲會(huì)提前且變大，甚至出現(xiàn)扁錠懸掛。通常水流量爬升速率為0.07-0.22立方米每小時(shí)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后水流量一般保持在8-12.5立方米每小時(shí)，具體的水流量與合金性質(zhì)、水的淬冷效果有關(guān)，針對(duì)不同類型的合金，可以設(shè)定不同的冷卻水噴射方式。2.5鑄造速度鑄造速度對(duì)鑄造質(zhì)量影響很大，與合金類型、扁錠規(guī)格、鋁液液位高度、鋁液填充速度以及冷卻水水量控制有關(guān)。速度較低時(shí)，扁錠的軋制面呈凸出形狀，扁錠中間厚兩邊薄，反之中間薄兩邊厚、據(jù)此，可以根據(jù)扁錠軋制面的平整度對(duì)鑄造速度進(jìn)行優(yōu)化，確定開(kāi)始速度。速度提升斜線和穩(wěn)定鑄造速度是設(shè)定鑄造速度的關(guān)鍵，在鑄造開(kāi)始的25-75mm階段，速度一般保持不變，處于23-40mm/min之間。到200+400mm長(zhǎng)度，速度處于線性上升的過(guò)渡狀態(tài)，之后進(jìn)入穩(wěn)定鑄造狀態(tài)后。2.6正確安裝結(jié)晶器和分配漏斗鑄造過(guò)程中保證結(jié)晶器和液流分配漏斗放正，并保證液流分配均勻，從而保證結(jié)晶器內(nèi)對(duì)應(yīng)位置溫度場(chǎng)分布均勻，避免凝殼的薄厚不均，從而減少拉裂的發(fā)生。2.7保持液面的穩(wěn)定鑄造過(guò)程中要保持液面穩(wěn)定，避免忽高忽低。液面波動(dòng)會(huì)使拉裂傾向增大。保持液面穩(wěn)定的措施包括保證底座平穩(wěn)固定，流盤供流均勻和漏斗內(nèi)液流分配均勻等?？偨Y(jié)：鑄造工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響非常大。本文針對(duì)Wagstaff鑄造技術(shù)的特點(diǎn)，分析了影響其產(chǎn)品質(zhì)量的幾種因素，再結(jié)合鋁合金的實(shí)際生產(chǎn)情況，得出鋁合金較好的扁錠鑄造工藝參數(shù)。受條件所限，有些影響因素沒(méi)有展開(kāi)考察。今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鑄造過(guò)程的參數(shù)測(cè)量，收集更多的數(shù)據(jù)，建立數(shù)