淺議熱頂鑄造技術在鋁合金空心圓鑄錠生產的應用與發展

閆磊

[摘要]本文論述了熱頂鑄造技術在鋁合金空心圓鑄錠生產的應用與發展，為熱頂鑄造技術在鋁合金空心圓鑄錠生產的應用走持續、穩定及健康的發展道路提供了一定的見解。

[關鍵詞]熱頂鑄造技術 鋁合金空心圓鑄錠 生產 應用 發展

1、引言

隨著鋁加工業的不斷發展，市場對鋁加工產品的質量要求越來越高。作為鋁產品加工的源頭，鑄錠品質是影響鋁加工終端產品質量、成材率、綜合成本與效益的重要因素。隨著科學技術的發展對鋁材產品質量的要求越來越高。而鑄錠質量對鋁材產品的質量則起著重要的作用。

2、對熱頂鑄造技術在鋁合金空心圓鑄錠生產的認識與分析

2.1、對熱頂鑄造的工作原理、工藝參數、鑄錠質量等問題的研究。

a）、工作原理與結晶器裝置

1）、工作原理。借助于水冷鑄模下所用的冷卻液的作用，確保已凝固的金屬不在鑄錠表面上局部地重熔，使整個鑄錠獲得所要求的凝固前沿的形狀。即通常所指的凝固發生在鑄錠的上流導熱距離UCD之內。UCD系指由鑄錠直接噴水線向上的冷卻至鑄錠表面上凝固線問的距離。

2）、結晶器裝置。結晶器由兩部分組成：一部分是較短的，未被隔熱的，為鑄錠借助于成型的冷卻部分，一部分是被隔熱的，起保溫作用的“熱頂”部分。

b）、工藝參數的選擇及對質量的影響

1）、有效冷卻高度。其值等于由鑄錠直接噴水線向上至硅酸鋁纖維氈下緣的距離減去噴水線向上至結晶器下緣的距離。從UCD關系式可以看出，UCD與鑄造速度成反比關系。

2）、液柱靜壓力。熔體靜壓力大小與通向熱頂的流槽高度和操作者控制流槽內液面高度等有關。要使熔體靜壓力始終保持一個恒定值是不易做到的。有資料表明：結晶器內的熔體液柱高為50mm或更小一些時，才能生產出表面相當光滑的鑄錠。超過這個數值，無論怎樣調整鑄速或其他可變因素，都程度不同地會出現冷隔。然而，這個數值對于有效地使用熱頂系統來說實在太低了。其將會造成實際操作上的困難。但其可通過將有效冷卻高度和鑄造速度控制在一個恒定數值上，使熔體的靜壓力相對保持在某一范圍內波動。

3）、鑄造速度。在其他參數確定后，隨鑄速的提高，上流導熱距離下移鑄錠不出現冷隔，但會有偏析浮出物。當鑄速提高到裂紋擴展速度時，鑄錠內部會產生裂紋。此時若立刻降低速度，則上流導熱距離的頂端上移，鑄錠內部裂紋便能愈合。再進一步降低鑄速，則將會導致冷隔出現，直至表面有拉痕、拉裂現象。其次在鑄造過程中，都希望UCD伸展到距“熱頂”底端面約12mm-15mm以內，這是鑄造速度的一個重要參數。這可通過改變水濕線的距離加以解決。而滿足前者的措施最好是采用無級調速鑄造機。選用恒定的加速度，連續逐段地把鑄速從開頭低于裂紋擴展速度，逐漸提高到裂紋擴展速度與裂紋起始速度之間，并保持之，一直到鑄造終了。

2.2、鋁合金熱頂鑄造空心錠出現品質問題

a1、熱頂鑄造空心鑄錠的內孔偏心問題。隨著機械加工精度的不斷提高，對作為零件加工毛坯的鋁合金無縫管的精度的要求也隨之提高。由于均勻的壁厚是鋁合金無縫管的重要幾何參數之一，因此擠壓出的鋁合金無縫管偏心量不能大，而且每批管材的尺寸要求均勻一致。

b）、熱頂鑄造空心鑄錠內孔拉裂、漏鋁。由于熱頂鑄造空心鑄錠使用的結晶器及結晶芯子的工作帶較短，因此拉裂和漏鋁主要是由空心鑄錠內孔冷卻速度過大造成的。冷卻速度過大，使鑄錠內壁部位提前凝固，塑性較差，在結晶芯子下部工作帶的摩擦力作用下，將較薄的凝殼拉開而漏鋁。這種現象在某些鋁加工企業有一定的規律性。其均在空心鑄錠澆注到1.5 m左右部位時，出現拉裂、漏鋁、返水現象，嚴重時引起鋁水爆炸。

3、依靠技術進步，以促進熱頂鑄造技術在鋁合金空心圓鑄錠生產應用的可持續發展

熱頂鑄造空心錠缺陷的解決措施

根據以上分析，對于違反工藝制度而出現的品質缺陷，只要嚴格按照工藝操作規程操作，品質缺陷都可以消除。針對鑄錠內孔偏心、內孔拉裂、漏鋁的問題，提出如下解決力一案。

a1、鑄造模具結構改進。鋁合金熱頂鑄造空心鑄錠產生內孔偏心的主要原因是鑄造模具結構設計不合理。針對結晶器、結晶芯子與空心底座中心線重合困難，同心度難以保證，結晶芯子懸臂較長，鑄造時在鋁水沖刷下易引起相對于空心底座內孔偏移的問題，對熱頂鑄造空心鑄錠所使用的鑄造模具結構進行了改進。

b）、熱頂鑄造空心鑄錠內孔漏鋁問題的解決。鋁合金熱頂鑄造拉裂、漏鋁現象是一個綜合性強連鎖反應的問題。一般情況下，鑄錠內孔冷卻強度不要過大，芯子噴水角設計為小于300，結晶器噴水角設計為200-250，芯子水壓不要調的太高，約為0.02MPa。而且其要觀察鑄錠凝固收縮線位置，使凝固收縮線位置控制在離內孔壁1/3處最佳，以保證結晶器熱帽與結晶器配合無縫隙，結晶器與熱帽聯接處圓滑過渡，而且要避免存在900角。結晶芯子與保溫套之間配合要緊密，不能存在微小的縫隙。否則其極易夾鋁而導致先期凝固而引起拉裂漏鋁的現象發生。

4、結束語：熱頂法能實現同水平鑄造，便于使用熔體凈化處理裝置，而且能控制鑄造時熔體的再污染。鑄造過程中熔體表面的氧化物也不易被卷入熔體之中，而滯留在澆口部上面。由于不使用浮漂漏斗，所以與浮漂漏斗相對應處也不易產生羽毛晶。這些優點，對于象兵器、宇航等重要工業部門，要求提供含氣量少、無氧化夾雜、組織性能高的模、鍛件制品，都將能達到滿意要求。隨著熱頂鑄造工藝的穩定，其不僅提高了鑄造機的生產效率和鑄造成品率，而且對加工車間而言，由于鑄錠均勻化時間縮短，無邊部偏析、橫截面上枝晶網絡細小，因此其大大提高了擠壓速度及成品率，使其能獲得更大的經濟效益。