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(chǎn)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(chǎn)生的措施。

關(guān)鍵詞：7075鋁合金；表面裂紋；鑄造條件

1 7075鋁合金扁錠裂紋產(chǎn)生的主要原因

7075鋁合金扁錠裂紋產(chǎn)生從結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)兩個方面，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理容易產(chǎn)生裂紋，如存在應力且對稱的結(jié)構(gòu)；生產(chǎn)中如內(nèi)冷鐵太大，材料本身易裂，壁厚處沒加洛鐵礦砂產(chǎn)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(chǎn)和隨后冷卻過程中，在扁錠的表面，底部，側(cè)面都容易產(chǎn)生裂紋。冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)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(fā)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(zhì)對扁錠鑄造時的裂紋影響很大。

1.1 表面產(chǎn)生裂紋分析

生產(chǎn)實際中，鑄錠寬度方向的表面溫度分布是不均勻的，合金結(jié)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(xiàn)，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(jié)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(chǎn)生應力嚴重不平衡，最終導致較多裂紋的產(chǎn)生。

1.2 底部產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的傾向。

1.3 側(cè)面產(chǎn)生裂紋分析

側(cè)面裂紋是金屬凝固后的冷卻過程中產(chǎn)生的冷裂紋，在進行連續(xù)鑄造時，扁錠三面冷卻這樣就會使得鑄錠側(cè)面產(chǎn)生沿高度方向不均勻的拉應力。裂紋發(fā)生時結(jié)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(fā)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(jié)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(zhì)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，F(xiàn)e，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(jié)晶過程中形成的硬脆異質(zhì)相，在較低的應力條件下即可產(chǎn)生裂紋。Fe，Si含量越高，形成的硬脆異質(zhì)相數(shù)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(zhì)破壞了鋁合金的基體的連續(xù)性，使得金屬組織產(chǎn)生不均勻性，改變了鋁合金的力學性質(zhì)，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(diào)整工藝設(shè)計和進程

由于每一種缺陷的產(chǎn)生原因來自多個不同的影響因素，因此在實際生產(chǎn)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(diào)整工藝參數(shù)、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(zhì)優(yōu)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(tǒng)，增加內(nèi)澆口，增設(shè)溢流槽、排氣槽等。例如壓鑄件產(chǎn)生飛邊的原因有：壓鑄機問題：鎖模力調(diào)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(diào)整工藝參數(shù)→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(jié)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(shù)。液面高度對金屬結(jié)晶有較大的影響。當液面過低會造成結(jié)晶的不平衡現(xiàn)象；結(jié)晶成分會發(fā)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(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(xù)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(jié)束語

通過分析7075鋁合金扁錠裂紋的產(chǎn)生原因，結(jié)合其主要成分構(gòu)成的影響，可通過調(diào)整化學成分含量，改善鑄造條件和鑄造設(shè)備等途徑預防扁錠裂紋。在實際鋁合金加工生產(chǎn)中還需考慮扁錠的其他問題，要根據(jù)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(yè)經(jīng)濟效益。

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