淺談7075鋁合金扁錠裂紋分析與措施

摘 要：文章主要分析了7075鋁合金扁錠裂紋產生的主要原因，并提出了一些解決措施，還通過其成分分析，從控制合金成分、改善鑄造條件等方面提出了解決裂紋產生的措施。

關鍵詞：7075鋁合金；表面裂紋；鑄造條件

1 7075鋁合金扁錠裂紋產生的主要原因

7075鋁合金扁錠裂紋產生從結構設計和生產兩個方面，有些結構設計不合理容易產生裂紋，如存在應力且對稱的結構；生產中如內冷鐵太大，材料本身易裂，壁厚處沒加洛鐵礦砂產生的毛細裂紋。形成熱裂紋的理論原因和實際原因很多，但根本原因是鑄件的凝固方式和凝固時期鑄件的熱應力和收縮應力。超硬鋁合金在生產和隨后冷卻過程中，在扁錠的表面，底部，側面都容易產生裂紋。冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態時，因局部鑄造應力大于合金極限強度而引起的開裂。冷裂紋總是發生在冷卻過程中承受拉應力的部位，特別是拉應力集中的部位。實踐表明，7075鋁合金的化學成分和主要雜質對扁錠鑄造時的裂紋影響很大。

1.1 表面產生裂紋分析

生產實際中，鑄錠寬度方向的表面溫度分布是不均勻的，合金結晶在溫度不均勻的時候就容易形成熱裂紋；還有一些情況也會導致表面熱裂紋的出現，比如液流供水不均，在鑄錠表面上一些位置和點溫度不均衡，還有的可能是因為操作不正確，再結晶中夾雜了一些渣料等，造成鋁錠表面收縮量和收縮的速度不均勻，遇水產生應力嚴重不平衡，最終導致較多裂紋的產生。

1.2 底部產生裂紋分析

鋁錠鑄造過程中，鑄錠的底部首先與底座相接觸，與底座接觸溫度極速降低冷卻，會形成一層凝殼。在鑄造機再次開動時，鑄錠遇水冷卻速度很快，而鑄錠得得正常穴液沒有形成，使得底部和表面之間的應力增大產生裂紋，這種裂紋可能從底部一直延伸到整個鑄錠。我們可以采用低液位鑄造，采用純鋁鋪底工藝，減少底部裂紋產生的傾向。

1.3 側面產生裂紋分析

側面裂紋是金屬凝固后的冷卻過程中產生的冷裂紋，在進行連續鑄造時，扁錠三面冷卻這樣就會使得鑄錠側面產生沿高度方向不均勻的拉應力。裂紋發生時結晶器液面有較大振動，嚴重時會使液體金屬飛濺，并伴有強烈的聲響，多發生于鑄錠冷卻放置期間。裂紋起始處常伴有夾渣、分層、拉裂、或結晶微裂紋。

2 7075鋁合金扁錠防止裂紋的措施

2.1 控制鋁合金扁錠合化學成分

實踐證明，7075鋁合金的化學成分和主要雜質對扁錠的裂紋都有很重要的影響，該鋁合金的化學成分如表1所示。

表1 7075合金的化學成分（%）

在7075鋁合金中，Fe，Si，Mn，Cu形成共晶化合物，如Al7Cu2Fe，（AlFeSi），（FeMn）Al6，Al（MnFe）；Si，Mg2Si等是在鑄錠結晶過程中形成的硬脆異質相，在較低的應力條件下即可產生裂紋。Fe，Si含量越高，形成的硬脆異質相數量越多。綜合分析，鋁合金中非金屬夾雜物主要包括金屬中氧化物、氮化物、硫化物等，這些物質破壞了鋁合金的基體的連續性，使得金屬組織產生不均勻性，改變了鋁合金的力學性質，往往對于其塑性、韌性和疲勞強度都有很大的影響。隨著對鋁合金性能要求的提高，我們要求鋁合金中非金屬實雜物盡量少。

2.2 調整工藝設計和進程

由于每一種缺陷的產生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產中要解決問題，建議按難易程度，先簡后復雜去處理，其次序：清理分型面，清理型腔，清理頂桿；改善涂料、改善噴涂工藝；增大鎖模力，增加澆注金屬量。這些靠簡單操作即可實施的措施。調整工藝參數、壓射力、壓射速度、充型時間、開模時間，澆注溫度、模具溫度等。換料，選擇質優的鋁合金錠，改變新料與回爐料的比例，改進熔煉工藝。修改模具，修改澆注系統，增加內澆口，增設溢流槽、排氣槽等。例如壓鑄件產生飛邊的原因有：壓鑄機問題：鎖模力調整不對。工藝問題：壓射速度過高，形成壓力沖擊峰過高。模具問題：變形，分型面上雜物，鑲塊、滑塊有磨損不平齊，模板強度不夠。解決飛邊的措施順序：清理分型面→提高鎖模力→調整工藝參數→修復模具磨損部位→提高模具剛度。從易到難，每做一步改進，先檢驗其效果，不行再進行第二步。

2.3 鋁合金扁錠鑄造條件的要求

要注意在鋁合金鑄錠結晶時，其收縮應力及其摩擦阻力共同作用，往往會導致鋁鑄錠裂紋的生成。在鑄造工藝中我們把鑄造液面高度同溫度、水冷強度、速度并稱為鑄造的四大工藝參數。液面高度對金屬結晶有較大的影響。當液面過低會造成結晶的不平衡現象；結晶成分會發生改變，采用低液位鑄造方式，液面高度控制在60mm～80mm。

為了防止裂紋、控制減少組織應力的作用，鑄造溫度一般控制在710℃～730℃，不同季節應該有不同的措施，冬季由于溫度低應控制在在中上限，夏季炎熱應控制在中下限。冷卻強度就是冷卻速度，它也是影響鑄錠裂紋產生的重要因素之一，冷卻速度不均勻，會使得個別部位冷卻收縮不一致，導致應力過大，產生裂紋。所以必須保證水冷均勻、強度適中，以確保鑄造性能。實踐證明，低液位鑄造的冷卻水強度控制在60m3/h～75m3/h。連續鑄造時，鑄錠液穴深度與鑄造速度成正比，應選擇適當較低的鑄造速度。低液位鑄造時，鑄造速度控制在60mm/min～75mm/min范圍。

3 結束語

通過分析7075鋁合金扁錠裂紋的產生原因，結合其主要成分構成的影響，可通過調整化學成分含量，改善鑄造條件和鑄造設備等途徑預防扁錠裂紋。在實際鋁合金加工生產中還需考慮扁錠的其他問題，要根據實際情況采取有針對性的措施，才能從根本上預防和消除鑄錠裂紋，提高企業經濟效益。

參考文獻

[1]于麗娜.鋁合金中TiB-2、TiC界面過渡區（相）的研究[D].山東大學，2007.

[2]毛衛民，李樹索，趙愛民，崔成林，鐘雪友.電磁攪拌對過共晶Al-Si合金初生Si長大過程和形貌的影響[J].材料科學與工藝，2001年02.

[3]徐永東，胡繩蓀，李松，柴東朗，朱秀榮.熱處理工藝對Mg-Nd-Gd-Zn-Zr鎂合金組織和性能的影響（英文）[J].稀有金屬材料與工程，2011年07.

[4]于曉東，王揚衛，李軼軼，李璐華，王富恥.擠壓鑄造Al2O3/Al金屬基復合材料界面反應與性能研究[A].科技、工程與經濟社會協調發展-中國科協第五屆青年學術年會論文集[C].2004.

[5]于超.Ni-Ti合金對Ti（C，N）基金屬陶瓷組織和力學性能的影響[D].合肥工業大學，2007.

[6]宋會江.在線快速淬火技術在方坯連鑄的應用[N].世界金屬導報，2007.