5052鋁合金扁錠澆鑄缺陷淺析

蔡磊，劉光虎

(上海大屯能源股份有限公司， 江蘇 徐州 221611)

5052鋁合金是鋁-鎂系合金，屬于熱處理不可強化的鋁合金，該合金具有良好的抗腐蝕性與可焊接性。5052鋁合金在熔鑄過程中，因熔體粘度較大，流動性不好，在熔鑄過程中易產生偏析瘤、冷隔、拉裂、夾渣等缺陷，對下一道工序及成品率造成很大的影響。

1 實際生產中的鑄造缺陷

我廠熔鑄車間引進一臺美國ALMEX制造75噸內導式液壓半連續鑄造機，在試澆鑄5052扁錠時出現了多種缺陷，最為突出的外觀缺陷就是表面質量很差，偏析瘤和邊角拉裂嚴重，偏析出的毛刺點幾乎遍布整個表面，甚至劃傷了結晶器的內壁。

2 重熔偏析瘤分析及處理方法

開始鑄造時，液體金屬進入結晶器后形成凝殼，液體凝固后收縮，在結晶器與金屬之間產生間隙，此時冷卻強度降低，而金屬內部的熱量使凝殼加熱，使其溫度升高至熔化溫度，產生重熔現象，凝殼局部軟化或熔化，在大氣壓力及金屬本身的靜壓力作用下，沿著枝晶或晶粒間隙流到晶粒表面上受冷凝固，形成偏析瘤，如圖1所示。

根據偏析瘤產生的機理，要想減小偏析瘤可以通過以下三點來實現：①降低結晶器高度及減小結晶器錐度；②保證結晶器正確安裝；③增加冷卻強度。結合現場其它幾種合金的澆鑄過程并請來西南鋁專家指導，我廠結晶器的安裝和其器壁錐度是沒有問題的，所以我們選擇增加冷卻強度，冷卻水流量從最開初的196升至240m3/h，工藝菜單見表1和表2。

圖1 5052扁錠表面偏析瘤缺陷

表1 610×1260mm規格5052鋁合金扁鑄錠鑄造初期工藝參數

表2 610×1260mm規格5052鋁合金扁鑄錠鑄造調整后工藝參數

通過改變冷卻水的壓力和流量，有效地抑制了結晶器內鋁液凝殼的二次加熱，這樣重熔偏析的情況得到明顯改善，鑄錠表面質量有了很大程度的提高，如圖3所示。

3 底部四角裂紋分析及處理方法

據現場觀察扁錠底部四個角表面質量較好，結晶器在4個角各有一個直徑Φ40左右的通水孔，壓力為0.25MPa左右的冷卻水從此4孔流入，并經由四壁下部的密集小孔向下噴出。理論上，結晶器4個角的冷卻能力最強，由4角向4壁逐漸減弱，如圖2所示。

圖2 結晶器橫面示意圖

因為4個角的冷卻能力較強，在連續鑄造時，再加上鋁液流到4 個角時的溫度也最低，所以此處最先結晶凝固，并且晶殼較厚，不易發生重熔偏析，所以質量稍好于其他表面。這從現有的幾塊錠的橫向紋路也能看出，由角向相鄰兩面形成曲線紋路，如圖3所示。

另一方面，在鑄錠逐漸冷卻的過程中，4個面都會往內部收縮，而脫離與結晶器的4個內壁的接觸，而4個角的部位尺寸收縮較小且慢，和結晶器的接觸時間也長，冷卻效果要好，所以表面質量也要好于4面。當鋁錠向下超出結晶器，由冷卻水直接噴淋冷卻時，4個角的冷卻能力可能要稍弱于4邊，但此時鋁錠已形成穩定的晶殼，對表面的質量已影響不大了。所有的表面缺陷應該是在結晶器內形成的。

圖3 610×1260mm規格5052鋁合金扁鑄錠邊角裂紋

至于鑄錠底部4個角的裂紋，是由于在初始澆鑄時，鋁液先是充滿引錠頭底部，在基本鋪平引錠頭時才能到達4個角，此時4個角的結晶速度最慢，晶殼也最薄，形成應力薄弱點，造成裂紋，在鑄錠形成一定的長度，正常鑄造時，4個角的結晶速度又高于4邊了，反而不易產生裂紋，表面質量好于4邊。而且5052鋁合金塑性較低，所以在鑄造開始時鋪底厚度要加厚到30mm，鋪底速度不宜過快。

通過鑄造工藝參數的調整，以及操作人員的操作技能的規范，5052合金扁鑄錠的表面質量得到了很大的提高，鋁板帶廠熔鑄車間也順利地鑄造出了截面尺寸610×1260mm規格5052鋁合金的合格扁鑄錠,見圖4.

圖4 610×1260規格5052鋁合金合格扁鑄錠

4 結束語

經反復試驗，在實踐中摸索適合我廠鑄造機的鋁液溫度、鑄造速度、冷卻水流量和金屬液位四要素的熔鑄生產工藝，制定符合現場生產條件的5052鋁合金扁錠半連續鑄造工工藝，并形成規程，使產業化生產成為現實。

[1]王祝堂，田榮璋《鋁合金及其加工手冊》[M]第三版 中南工業大學出版社出版 2005

[2]唐劍等《鋁合金熔煉與鑄造技術》[M]第一版 冶金工業出版社 2009