淺析鋁合金扁錠表面缺陷

胡秀鶯

(中鋁瑞閩股份有限公司,福州 馬尾 350015)

2010年我司引進由美國WAGSTAFF公司的國際先進的低液位結合鑄造工藝技術，在2010年～2011年完成各類合金扁錠的試驗開發及產業化生產。本文針對采用固定式結晶器和可調式結晶器在生產過程中扁錠表面存在的拉裂或拉痕、偏析瘤、冷隔、裂紋等表面鑄造缺陷進行分析。掌握扁錠鑄造工藝關鍵技術，為扁錠的產業化生產打下堅實的基礎。

1 鋁合金扁錠常見的表面缺陷及其特征

（1）鋁合金扁錠的常見表面缺陷。我司生產的鋁合金扁錠常見的表面缺陷有：拉裂或拉痕、偏析瘤、冷隔、裂紋等。

（2）鋁合金扁錠常見表面缺陷的定義。①拉裂或拉痕：當扁錠在結晶器內形成的凝固殼強度低于扁錠表面和結晶器內壁接觸面的摩擦應力時，就會出現拉痕或拉裂。②偏析瘤：鑄造時，液體金屬被導入結晶器后，液體金屬的凝固首先在結晶器壁上形成凝固殼，由于凝固收縮，型壁和凝固殼之間會產生空隙，凝固層冷卻強度隨之降低，當凝固層接受液穴中的熔體導入熱量超過了從氣隙導出熱量時，凝固層溫度會升高，產生所謂的二次加熱現象。當加熱溫度升至金屬熔化溫度時，凝殼則產生局部軟化和熔化現象，此時填充在枝晶間和晶界內尚未凝固的低熔點相，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扁錠表面上，便產生偏析瘤。③冷隔：沿扁錠軸向方向，大致等距離排列的橫向凸紋和凹溝，這些凸紋和凹溝成層狀相間排列，每一道凸紋和凹溝，基本上連貫于扁錠的一個面，或整個橫截面周邊，局部地方可斷開不連續。④裂紋：在鑄造過程中產生的，是合金結晶凝固末期（固-液區）形成的熱裂紋。

（3）表面缺陷的表現形式。

圖1 冷隔

圖2 拉裂

圖3 裂紋

圖4 偏析瘤

圖5 熱撕裂

圖6 漏鋁

2 鋁合金扁錠常見表面缺陷的影響因素

2.1 拉裂或拉痕

①鑄造腔體損壞或粗糙；②過快的鑄造速度上升斜線；③延緩的水流速上升斜線。

④不足的潤滑；⑤金屬液位高度過高；⑥腔體負錐度；⑦不良的金屬分配等。

2.2 偏析瘤

①合金的本性（即合金的結晶溫度范圍、凝固體收縮系數、導熱性、元素的擴散系數）；②二次加熱現象；③冷卻。

3 扁錠缺陷的主要防止措施

3.1 拉裂或拉痕的主要防止措施

①提高結晶器材質的導熱性；②選擇適當的鑄造速度；③選擇合適的鑄造溫度；④減少結晶器與鑄錠周邊摩擦力；⑤盡量縮短有效結晶區間；⑥正確安裝結晶器和分配漏斗；⑦保持液面的穩定。

3.2 偏析瘤的主要防止措施

（1）降低結晶器的高度。降低結晶器的高度的目的在于縮短扁錠在結晶器內的停留時間，通過水套上的二次冷卻，以降低二次加熱的速度。

（2）增加冷卻水強度。增加冷卻水強度可以通過降低水的冷卻溫度，增加水的壓力，或水的流量來完成。增加冷卻水的強度，可以使扁錠二次加熱溫度降低，使二次加熱溫度不至于使凝固層的金屬重熔。

3.3 裂紋的主要防止措施

①結晶器錐度；②選擇合適的鑄造溫度；③選擇合適的鑄造溫度；④冷卻系統：鋁合金扁錠表面裂紋產生與冷卻系統息息相關；⑤合金化學成分：雜質的控制問題需要根據不同環境加以研究分析，做出準確的判斷。鋁合金扁錠的表面夾渣是的熔鑄操作中造成表面裂紋的最多的一種，應嚴格控制熔體里的雜質含量，保證熔體質量；⑥操作技能：嫻熟的操作技能是保證鑄造穩定進行的必要條件，鑄造穩定的進行可有效的預防裂紋的產生。

4 表面缺陷對產品的危害性分析

扁鑄錠鑄造加工完成后，主要是通過鋸切銑面從而使扁錠表面光滑整齊，滿足熱軋后續軋制的要求。不同原因產生的表面缺陷，均有一些共同的特征：扁錠表面不再光滑，呈現出如上面所示的各種凹凸缺陷，影響扁錠表面美觀，嚴重時正常銑面無法消除該缺陷，需通過加大銑面量等方法來消除此類缺陷，對扁錠的成品率有著極大的影響。一般情況下，扁錠的銑面厚度控制為8mm，扁錠表面缺陷的深度若大于8mm則會影響扁錠的成品率。

目前扁錠表面缺陷的產生是我公司鋁合金扁錠成品率控制的難點，產生表面缺陷的原因很多，給分析、整改帶來了很大的困擾。

5 結語

根據鋁合金扁錠的加工及用途，為了滿足后道工序的生產的要求，有效提高熔鑄成品率，目前解決鋁合金扁錠表面缺陷成為重要問題，合理安排生產，對設備運行不正常進行技術改造，在不斷的經驗總結中制定有效的預防措施，消除或減輕扁錠表面缺陷。