3.2.2　鑄造機

　　鑄造機運行平穩(wěn)性較好，在鑄造時底座的傾斜、晃動愈小，對鑄錠的彎矩就愈小，鑄錠不易產(chǎn)生裂紋。故鑄造機運行平穩(wěn)可靠，可減小鑄錠裂紋。

　　3.3 合理選擇鑄造工藝條件

　　在鑄錠結(jié)晶凝固時，由于受到摩擦阻力和收縮應(yīng)力的作用，故有形成鑄錠裂紋的傾向。這主要與鑄錠規(guī)格、冷卻強度、鑄造速度和鑄造溫度等鑄造條件有關(guān)。

　　3.3.1　鑄錠規(guī)格

　　在一般條件下，鑄錠愈厚或直徑愈大，鑄錠中心愈易產(chǎn)生疏松，鋁及鋁合金的鑄態(tài)性能愈差，產(chǎn)生裂紋的傾向性愈大。對于扁錠，裂紋傾向性還隨寬厚比增大而增強。目前，國內(nèi)大多數(shù)工廠在半連續(xù)鑄造時采用的鑄錠長度是6~7m。

　　3.3.2　冷卻強度(冷卻速度)

　　冷卻強度也稱為冷卻速度。當(dāng)冷卻強度增大時，鑄錠的液穴深度減小，但液穴在邊部卻變陡，鑄錠次表面的溫度梯度較大。而根據(jù)鑄錠結(jié)晶凝固收縮應(yīng)力可用數(shù)學(xué)式表達：σ=E?a(t1-t2)[9]可知，收縮應(yīng)力σ與溫度差(t1-t2)是成正比的，故在鑄錠內(nèi)部會產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力。而鑄錠內(nèi)部是羽毛狀晶，其橫向晶界分布較多，晶界處又常常聚集雜質(zhì)和偏析化合物而形成脆性區(qū)，其強度較低，易導(dǎo)致鑄錠裂紋。此外，冷卻強度的均勻性十分重要，若二次冷卻不均勻或水溫變化較大，會產(chǎn)生不均勻的收縮應(yīng)力，易產(chǎn)生鑄錠裂紋。

　　連續(xù)鑄造時，決定鋁鑄錠冷卻速度的基本因素有：(1)冷卻水的流量(水壓)、流速和溫度;(2)結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)(高度、錐度、噴水孔角度、內(nèi)套壁的厚度和材質(zhì));(3)鑄造速度。對于指定合金，結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)和鑄造速度及水溫通常是固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）的，因此，控制冷卻水的流量和流速是調(diào)節(jié)鑄錠冷卻速度的基本手段，一般是通過改變水壓來控制和調(diào)節(jié)的。

　　對于扁錠，要求其水壓通常比圓鑄錠和空心鑄錠的大。在鑄錠規(guī)格相同的情況下，冷卻水壓按1xxx系合金→3xxx系合金和6xxx系合金→2xxx系合金→高合金5xxx系合金→高合金7xxx系合金的次序遞減。但扁鑄錠小面水壓以硬鋁型合金最大，以消除側(cè)面冷裂紋;以Al-Zn-Mg-Cu系最小，以消除熱裂紋。而對于同一合金，鑄錠規(guī)格愈大，則水壓愈小，以降低傾向性。但是，對于軟合金和裂紋傾向性較小的合金，也可隨規(guī)格增大而增大水壓，以保證獲得良好的鑄態(tài)性能。

　　3.3.3　鑄造速度

　　鑄造速度對裂紋缺陷的產(chǎn)生影響最大，連續(xù)鑄造時，單位時間鑄錠成型的長度稱為鑄造速度[10]。文獻[11]指出，鑄錠液穴深度與鑄造速度成正比。一般隨鑄造速度增大，熔體液穴下降，鑄錠接觸二次水冷時溫度偏高，導(dǎo)致溫度梯度增大，大大增大了組織應(yīng)力，使鑄錠形成冷裂紋的傾向性降低，而使形成熱裂紋的傾向增加。因為加快鑄造速度使鑄錠中已凝固部分的溫度升高，而合金在溫度升高時塑性顯著增加。如果把鑄造速度增大到使鑄錠凝固層的拉伸變形發(fā)生在具有足夠塑性的溫度區(qū)間(>200～300℃)，則鑄錠就不會發(fā)生冷裂紋。同時，隨鑄造速度加快，鑄錠各層冷卻速度差別更大，導(dǎo)致拉伸變形量增大，因而使鑄錠形成熱裂紋的傾向增大。

　　(1)扁鑄錠：對于沒有冷裂紋傾向的軟合金，隨鑄錠寬厚比增大，應(yīng)降低鑄造速度。對于冷裂紋傾向較大的硬合金，隨鑄錠寬厚比增大，應(yīng)提高鑄造速度。在鑄錠厚度和寬厚比一定的條件下，熱裂紋傾向較大的合金，應(yīng)降低鑄造速度。

　　(2)圓鑄錠：對于小直徑圓鑄錠，由于熱裂紋傾向性和過渡帶絕對尺寸都不大，在保證鑄錠具有良好表面質(zhì)量的條件下，可以選擇較高的鑄造速度。反之，對于大截面圓鑄錠應(yīng)該采用較低的鑄造速度。同一種合金，鑄錠直徑越大，鑄造速度越低。鑄錠直徑相同時，鑄造速度按軟合金→6xxx系合金→高鎂合金→高成分2xxx系合金→高合金7xxx系合金的次序遞減。

　　3.3.4 鑄造溫度

　　鑄造溫度越高，會減小熔體的過冷度，使形核率下降，晶粒變得粗大，使鋁及鋁合金結(jié)晶凝固期間的強度降低，塑性變差。單位表面上的液膜數(shù)量、厚度增大，且增大了鑄錠的液穴深度及溫度梯度，鑄造的收縮應(yīng)力也增大，從而易產(chǎn)生鑄錠裂紋。

　　在實際生產(chǎn)中，鑄造溫度多選擇比合金液相線溫度高50~110℃。對于扁鑄錠，應(yīng)選擇較低的鑄造溫度。對于圓鑄錠，鑄錠裂紋傾向性和鑄造溫度的關(guān)系不太敏感[12]。為了加強鑄錠結(jié)晶時析氣補縮的能力，創(chuàng)造順序結(jié)晶的條件，以提高鑄錠致密度，故鑄造溫度多偏高選取。

　　常用鋁合金的鑄造溫度如表3所示。

　　表3常用鋁合金的鑄造溫度

　　3.3.5　防止熔體過熱和靜置時間過長

　　為降低合金的裂紋、粗晶和羽毛晶傾向，保證合金組元的充分溶解，減少鋁合金熔體的吸氣和氧化，所有鋁合金都有規(guī)定的熔煉溫度范圍。合金在熔煉鑄造過程中局部或全部熔體的溫度超過規(guī)程允許的最高熔煉溫度的現(xiàn)象，則稱為熔體過熱。

　　以Al-4%Cu合金為例，如圖7，熔體過熱溫度越高，晶粒度變大，裂紋的形成傾向變大。原因分析如下：熔體過熱時異質(zhì)晶核減少，形核率降低，易產(chǎn)生晶粒粗大現(xiàn)象，使鑄錠中羽毛狀晶明顯增多，晶粒表面積減小，單位表面上的液膜數(shù)量和厚度增大，從而使鑄錠熱裂傾向增大。而在熔化后的熔體靜置時間過長，由于熔體中存在大量的結(jié)構(gòu)起伏(或相起伏)和能量起伏[13]，熔體的局部產(chǎn)生形核及長大，以致后來變得粗大，同樣增大了單位表面上的液膜數(shù)量和其厚度，因而使鑄錠的抗裂性下降。因此，爐料（詞條“爐料”由行業(yè)大百科提供）從裝熔煉爐開始到出爐完畢，總時間不超過16小時為宜，金屬導(dǎo)入靜置爐后到鑄造開始的總時間不應(yīng)超過8小時。

　　圖7 熔體過熱溫度與晶粒度、裂紋傾向性之間的關(guān)系(Al-4%Cu合金)

　　3.4　細化晶粒組織

　　細化晶粒組織是提高合金塑性的最直接方法。細化晶粒能提高脆性溫度區(qū)間的相對延伸率，降低線收縮開始溫度，并減小有效結(jié)晶區(qū)間的線收縮值，從而降低合金的熱裂紋傾向。晶粒細小、組織均勻的材料，其抵抗應(yīng)力變形的能力明顯增強，故向熔體中添加外來結(jié)晶核心是細化晶粒組織，提高組織強度，抑制裂紋的有效措施。工業(yè)上一般采用向鋁合金熔體中加入細化劑的方法進行晶粒細化處理，而常用的晶粒細化劑有Al-Ti、Al-Ti-B、Al-B中間合金等文獻[14]表明，Al-B中間合金對Al-Si合金的細化效果甚至比Al-Ti和Al-Ti-B中間合金更好。

　　4.結(jié)束語

　　在鋁及鋁合金加工中，鑄錠的質(zhì)量對后續(xù)各道工藝的加工質(zhì)量的影響較大，甚至?xí)�影響到最終的鋁制品質(zhì)量。故對鑄錠表面、內(nèi)部裂紋都需嚴加控制，只有減少或完全避免鑄造裂紋，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋁制品。在生產(chǎn)實踐中，通過以上措施的實施，可以顯著提高鑄錠的成品率，保證鋁制品的質(zhì)量。

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