5052鋁合金扁錠澆鑄缺陷淺析

蔡磊，劉光虎

(上海大屯能源股份有限公司， 江蘇 徐州 221611)

5052鋁合金是鋁-鎂系合金，屬于熱處理不可強(qiáng)化的鋁合金，該合金具有良好的抗腐蝕性與可焊接性。5052鋁合金在熔鑄過(guò)程中，因熔體粘度較大，流動(dòng)性不好，在熔鑄過(guò)程中易產(chǎn)生偏析瘤、冷隔、拉裂、夾渣等缺陷，對(duì)下一道工序及成品率造成很大的影響。

1 實(shí)際生產(chǎn)中的鑄造缺陷

我廠熔鑄車間引進(jìn)一臺(tái)美國(guó)ALMEX制造75噸內(nèi)導(dǎo)式液壓半連續(xù)鑄造機(jī)，在試澆鑄5052扁錠時(shí)出現(xiàn)了多種缺陷，最為突出的外觀缺陷就是表面質(zhì)量很差，偏析瘤和邊角拉裂嚴(yán)重，偏析出的毛刺點(diǎn)幾乎遍布整個(gè)表面，甚至劃傷了結(jié)晶器的內(nèi)壁。

2 重熔偏析瘤分析及處理方法

開(kāi)始鑄造時(shí)，液體金屬進(jìn)入結(jié)晶器后形成凝殼，液體凝固后收縮，在結(jié)晶器與金屬之間產(chǎn)生間隙，此時(shí)冷卻強(qiáng)度降低，而金屬內(nèi)部的熱量使凝殼加熱，使其溫度升高至熔化溫度，產(chǎn)生重熔現(xiàn)象，凝殼局部軟化或熔化，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晶粒表面上受冷凝固，形成偏析瘤，如圖1所示。

根據(jù)偏析瘤產(chǎn)生的機(jī)理，要想減小偏析瘤可以通過(guò)以下三點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)：①降低結(jié)晶器高度及減小結(jié)晶器錐度；②保證結(jié)晶器正確安裝；③增加冷卻強(qiáng)度。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)其它幾種合金的澆鑄過(guò)程并請(qǐng)來(lái)西南鋁專家指導(dǎo)，我廠結(jié)晶器的安裝和其器壁錐度是沒(méi)有問(wèn)題的，所以我們選擇增加冷卻強(qiáng)度，冷卻水流量從最開(kāi)初的196升至240m3/h，工藝菜單見(jiàn)表1和表2。

圖1 5052扁錠表面偏析瘤缺陷

表1 610×1260mm規(guī)格5052鋁合金扁鑄錠鑄造初期工藝參數(shù)

表2 610×1260mm規(guī)格5052鋁合金扁鑄錠鑄造調(diào)整后工藝參數(shù)

通過(guò)改變冷卻水的壓力和流量，有效地抑制了結(jié)晶器內(nèi)鋁液凝殼的二次加熱，這樣重熔偏析的情況得到明顯改善，鑄錠表面質(zhì)量有了很大程度的提高，如圖3所示。

3 底部四角裂紋分析及處理方法

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察扁錠底部四個(gè)角表面質(zhì)量較好，結(jié)晶器在4個(gè)角各有一個(gè)直徑Φ40左右的通水孔，壓力為0.25MPa左右的冷卻水從此4孔流入，并經(jīng)由四壁下部的密集小孔向下噴出。理論上，結(jié)晶器4個(gè)角的冷卻能力最強(qiáng)，由4角向4壁逐漸減弱，如圖2所示。

圖2 結(jié)晶器橫面示意圖

因?yàn)?個(gè)角的冷卻能力較強(qiáng)，在連續(xù)鑄造時(shí)，再加上鋁液流到4 個(gè)角時(shí)的溫度也最低，所以此處最先結(jié)晶凝固，并且晶殼較厚，不易發(fā)生重熔偏析，所以質(zhì)量稍好于其他表面。這從現(xiàn)有的幾塊錠的橫向紋路也能看出，由角向相鄰兩面形成曲線紋路，如圖3所示。

另一方面，在鑄錠逐漸冷卻的過(guò)程中，4個(gè)面都會(huì)往內(nèi)部收縮，而脫離與結(jié)晶器的4個(gè)內(nèi)壁的接觸，而4個(gè)角的部位尺寸收縮較小且慢，和結(jié)晶器的接觸時(shí)間也長(zhǎng)，冷卻效果要好，所以表面質(zhì)量也要好于4面。當(dāng)鋁錠向下超出結(jié)晶器，由冷卻水直接噴淋冷卻時(shí)，4個(gè)角的冷卻能力可能要稍弱于4邊，但此時(shí)鋁錠已形成穩(wěn)定的晶殼，對(duì)表面的質(zhì)量已影響不大了。所有的表面缺陷應(yīng)該是在結(jié)晶器內(nèi)形成的。

圖3 610×1260mm規(guī)格5052鋁合金扁鑄錠邊角裂紋

至于鑄錠底部4個(gè)角的裂紋，是由于在初始澆鑄時(shí)，鋁液先是充滿引錠頭底部，在基本鋪平引錠頭時(shí)才能到達(dá)4個(gè)角，此時(shí)4個(gè)角的結(jié)晶速度最慢，晶殼也最薄，形成應(yīng)力薄弱點(diǎn)，造成裂紋，在鑄錠形成一定的長(zhǎng)度，正常鑄造時(shí)，4個(gè)角的結(jié)晶速度又高于4邊了，反而不易產(chǎn)生裂紋，表面質(zhì)量好于4邊。而且5052鋁合金塑性較低，所以在鑄造開(kāi)始時(shí)鋪底厚度要加厚到30mm，鋪底速度不宜過(guò)快。

通過(guò)鑄造工藝參數(shù)的調(diào)整，以及操作人員的操作技能的規(guī)范，5052合金扁鑄錠的表面質(zhì)量得到了很大的提高，鋁板帶廠熔鑄車間也順利地鑄造出了截面尺寸610×1260mm規(guī)格5052鋁合金的合格扁鑄錠,見(jiàn)圖4.

圖4 610×1260規(guī)格5052鋁合金合格扁鑄錠

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，在實(shí)踐中摸索適合我廠鑄造機(jī)的鋁液溫度、鑄造速度、冷卻水流量和金屬液位四要素的熔鑄生產(chǎn)工藝，制定符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件的5052鋁合金扁錠半連續(xù)鑄造工工藝，并形成規(guī)程，使產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。

[1]王祝堂，田榮璋《鋁合金及其加工手冊(cè)》[M]第三版 中南工業(yè)大學(xué)出版社出版 2005

[2]唐劍等《鋁合金熔煉與鑄造技術(shù)》[M]第一版 冶金工業(yè)出版社 2009