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(jìn)由美國WAGSTAFF公司的國際先進(jìn)的低液位結(jié)合鑄造工藝技術(shù)，在2010年～2011年完成各類合金扁錠的試驗(yàn)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本文針對采用固定式結(jié)晶器和可調(diào)式結(jié)晶器在生產(chǎn)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(jìn)行分析。掌握扁錠鑄造工藝關(guān)鍵技術(shù)，為扁錠的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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(chǎn)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(dāng)扁錠在結(jié)晶器內(nèi)形成的凝固殼強(qiáng)度低于扁錠表面和結(jié)晶器內(nèi)壁接觸面的摩擦應(yīng)力時(shí)，就會出現(xiàn)拉痕或拉裂。②偏析瘤：鑄造時(shí)，液體金屬被導(dǎo)入結(jié)晶器后，液體金屬的凝固首先在結(jié)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(chǎn)生空隙，凝固層冷卻強(qiáng)度隨之降低，當(dāng)凝固層接受液穴中的熔體導(dǎo)入熱量超過了從氣隙導(dǎo)出熱量時(shí)，凝固層溫度會升高，產(chǎn)生所謂的二次加熱現(xiàn)象。當(dāng)加熱溫度升至金屬熔化溫度時(shí)，凝殼則產(chǎn)生局部軟化和熔化現(xiàn)象，此時(shí)填充在枝晶間和晶界內(nèi)尚未凝固的低熔點(diǎn)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(chǎn)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(gè)面，或整個(gè)橫截面周邊，局部地方可斷開不連續(xù)。④裂紋：在鑄造過程中產(chǎn)生的，是合金結(jié)晶凝固末期（固-液區(qū)）形成的熱裂紋。

（3）表面缺陷的表現(xiàn)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(fù)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(jié)晶溫度范圍、凝固體收縮系數(shù)、導(dǎo)熱性、元素的擴(kuò)散系數(shù)）；②二次加熱現(xiàn)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(jié)晶器材質(zhì)的導(dǎo)熱性；②選擇適當(dāng)?shù)蔫T造速度；③選擇合適的鑄造溫度；④減少結(jié)晶器與鑄錠周邊摩擦力；⑤盡量縮短有效結(jié)晶區(qū)間；⑥正確安裝結(jié)晶器和分配漏斗；⑦保持液面的穩(wěn)定。

3.2 偏析瘤的主要防止措施

（1）降低結(jié)晶器的高度。降低結(jié)晶器的高度的目的在于縮短扁錠在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)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(qiáng)度。增加冷卻水強(qiáng)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(qiáng)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(jié)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(tǒng)：鋁合金扁錠表面裂紋產(chǎn)生與冷卻系統(tǒng)息息相關(guān)；⑤合金化學(xué)成分：雜質(zhì)的控制問題需要根據(jù)不同環(huán)境加以研究分析，做出準(zhǔn)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(yīng)嚴(yán)格控制熔體里的雜質(zhì)含量，保證熔體質(zhì)量；⑥操作技能：嫻熟的操作技能是保證鑄造穩(wěn)定進(jìn)行的必要條件，鑄造穩(wěn)定的進(jìn)行可有效的預(yù)防裂紋的產(chǎn)生。

4 表面缺陷對產(chǎn)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(xù)軋制的要求。不同原因產(chǎn)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(xiàn)出如上面所示的各種凹凸缺陷，影響扁錠表面美觀，嚴(yán)重時(shí)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(chǎn)生是我公司鋁合金扁錠成品率控制的難點(diǎn)，產(chǎn)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(jié)語

根據(jù)鋁合金扁錠的加工及用途，為了滿足后道工序的生產(chǎn)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(chǎn)，對設(shè)備運(yùn)行不正常進(jìn)行技術(shù)改造，在不斷的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)中制定有效的預(yù)防措施，消除或減輕扁錠表面缺陷。