铝合金圆铸锭质量缺陷分析

铝合金圆铸锭质量缺陷分析

熔炼与铸造是变形铝合金材料制备与加工的第一道工序，也是控制铝合金材料冶金质量的关键工序，而且熔炼缺陷子在后续加工中具有遗传性，对产品的终身质量都有影响。因此，加强对铝合金圆铸锭的检查，提高铸锭质量，对提高产品质量具有极其重要的意义。本文通过实际生产过程中6063 铝合金圆铸锭在熔炼与铸造过程中常见质量缺陷的产生原因的分析以及解决和预防措施。

2.铝合金的特性

6063铝合金是属铝一镁一硅系列可热处理强化型铝合金，6063铝合金的化学成份见表2-1。当化学成分的范围很大时，其性能差异会在很大范围内波动，以致型材的综合性能会无法控制在AI—Mg—Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低。温度对Mg2si在AI中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。

3铝合金圆铸锭的质量缺陷产生原因及解决措施

3.1 化学成分

该合金的化学元素含量范围比较宽, 在线化学成分的控制比较容易, 同时, 由于各元素在合金中所起的作用不同, 因此必须考虑合金中各元素的含量及其相互搭配后对合金性能的影响, 保证获得较为理想的性能, 并提高成品率以取得较好的经济效益。

3.2 偏析瘤

在半连续热顶铸造过程中，在铸锭表面上产生的瘤状偏析漂流物被称为偏析瘤。

产生的原因：

⑴ 结晶器的有效过高较大；

⑵ 铸造温度较高，使铸锭表面出现二次重熔；

⑶ 铸造速度较快，使铸锭表面与结晶器的工作面产生了间隙，从而是铸锭表面出现二次重熔的现象；

⑷ 结晶器内部局部缺水。

解决措施：

⑴ 结晶器的有效高度适当降低；

⑵ 适当降低铸造温度和铸造速度；

⑶ 适当提高冷却强度，结晶器内部不能缺水。

对挤压产品的危害：若偏析瘤未清除，在挤压过程中易带入挤压制品，造成夹杂和局部力学性能不稳定的现象。

3.3 拉痕和拉裂

在铸锭表面纵向存在的条痕，成为拉痕。在铸锭表面横向存在的小裂口，成为拉裂。铸锭表面的拉痕深度不能超过1.5mm，拉裂是不允许存在的。

产生的原因：铸锭冷却是由外向内开始，即先冷却铸锭表面，进而冷却铸锭内部。

⑴ 铸造速度过快，加大了铸锭表面与结晶器工作面的摩擦力，从而使铸锭表面的冷凝壳出现拉痕或拉裂；

⑵ 铸造温度较多，使铸锭表面冷凝壳的强度较低，抵抗不了铸锭表面与结晶器之间的摩擦力；

⑶ 结晶器表面不光滑，存在毛刺、残铝和固体颗粒等；

⑷ 结晶器的滑石粉润滑效果太差。

解决措施：

⑴ 适当降低铸造速度和铸造温度；

⑵ 保证结晶器光滑和滑石粉的润滑效果；

⑶ 安装结晶器时要将其摆正，降低摩擦力。

对挤压产品的危害：若使用了具有该缺陷的圆铸锭，在挤压制品中易出现夹杂、制品划破或劏模的现象。

3.4 弯曲

铸锭纵向线不在一条直线上，成为弯曲。

产生的原因：

⑴ 铸造时钢丝绳运转不平稳；

⑵ 结晶器安装不正或者固定不牢，铸造时错动；

⑶ 结晶器内部冷却强度不均匀。

解决措施：

⑴ 铸造机安装钢丝绳时，严格计算好各条的长度，避免其运转过程中产生的拉力不一样；

⑵ 结晶器安装牢固并摆正；

⑶ 确保每个结晶器内部冷却强调均匀。

对挤压产品的危害：若弯曲程度较大，铸锭在挤压棒炉中不易翻滚，同时也造成其在热剪工序，难以剪切。（针对长棒炉）

3.5 冷隔

在铸锭表皮上呈近似圆形、半圆形或圆弧形不合层，不合层处金属呈沟状凹下。在低倍上，可看出其在铸锭表皮下有一条黑色的圆弧线或黑色的圆弧裂纹。

产生原因：

⑴ 金属流量太小，熔体不能充分补充；

⑵ 铸造速度太慢；

⑶ 铸造温度较低；

解决措施：

⑴ 提高铸造速度，加大熔体供流量；

⑵ 适当的提高铸造温度；

⑶ 保证熔体流量稳定。

对挤压制品的危害：破坏金属的连续性，容易引起制品产生裂纹（尤其是实心制品）。

3.6 中心裂纹

在圆铸锭中心产生的裂纹，称为中心裂纹。其形状近似“Y”字。

产生的原因：

铸锭在凝固过程中，由于铸锭中心产生的抗应力超过金属的允许最大变形量时，便会产生中心裂纹。

解决措施：

⑴ 降低铸造速度；

⑵ 适当降低铸造温度；

⑶ 保证变质剂的效果；

⑷ 加大冷却强调；

⑸ 铝熔体不能在炉内停留太长时间。

对挤压制品的危害：

中心裂纹是一种具有遗传性的冶金缺陷，影响金属的连续性，同时会使制品在加工过程中开裂，严重影响产品质量。

3.7 粗大晶粒

在低倍组织中出现均匀或不均匀的大晶粒，称为粗大晶粒。

产生原因：

在铸造过程中，结晶核的数量较少，晶粒长大的速度较大，易产生粗大晶粒。当熔体过热或在炉内停留时间较长时，也会产生粗大晶粒。

解决措施：

⑴ 加大冷却强度，提高结晶速度；

⑵ 保证铝熔体温度均匀，熔体不能过热；

⑶ 熔体不能在炉内停留过长时间；

⑷ 保证变质剂的变质效果；

⑸ 合金成分与杂质含量配置适当，适当增加晶粒细化剂的含量。

对制品的影响：晶粒粗大的铸锭挤压成型后，其制品的晶粒度也较大。同时在做碱砂处理后，易在型材表面形成不均匀或均匀的较大晶粒。

3.8 光亮晶粒

在低倍组织中存在色泽明亮的树枝状组织，称为光亮晶粒。

产生原因：

⑴ 结晶器有效高度较大；

⑵ 铸造盘没有充分预热，使熔体在结晶器底部生产树枝状晶体；

⑶ 铝熔体供流不稳定；

⑷ 合金成分中铜含量较高；

⑸ 冷水的质量太差。

解决措施：

⑴ 合理控制结晶器的有效高度，降低铸锭的液体部分的过冷带；

⑵ 长时间没使用的铸造盘，使用前要充分预热，保证金属的流动性；

⑶ 提高铸造温度和铸造速度，防止铸锭底部产生底结物；

⑷ 合理控制熔体中的铜含量；

⑸ 保证冷却水的水质。

对制品的影响：光亮晶粒部分的化学成分低于正常组织，从而使其的硬度较低，塑性较高，使合金组织不均匀。

3.9 夹杂

夹杂分非金属夹杂、金属夹杂和氧化物夹杂两种。

在低倍组织中，在基体界面上产生的黑色凹坑，称为非金属夹杂。

在组织中存在的外来金属，成为金属夹杂。

在低倍组织中，存在灰褐色的物质，称为氧化夹杂。

产生原因：在熔炼和铸造过程中，将来自炉渣、炉料和工具等金属、氧化物、碳化物等杂质带入熔体中，并在除渣和精炼过程中除渣不扯底，铸造后在铸锭中就会产生夹杂。

解决措施：

⑴ 将原辅材料中的油污、泥土、灰尘等清除干净；

⑵ 炉子、操作工具、铸造盘等要处理干净；

⑶ 提高铸造温度，增加金属的流动性，使渣上浮；

⑷ 熔炼过程中尽量减少多次补料或冲淡，搅拌使液面尽量平稳；

⑸ 精炼温度不能过低，精炼时间不能太短，氮气纯度要高。

对制品的危害：夹杂破坏金属的连续性，氧化后在其表面形成针孔状凹坑，影响制品的使用性能和美观性。

3.10 气孔和疏松

在低倍组织中，铸锭试片上存在的圆形孔洞，称为气孔。

在低倍组织中，铸锭试片上存在的黑色针孔，称为疏松。

产生原因：熔体中气体未除干净，氢气含量较高，在铸造过程中，气体未能逸出而造成。

解决措施：

⑴ 提高铸造温度，降低铸造速度；

⑵ 进炉的原辅材料和所使用的工具必须干燥预热；

⑶ 熔体不能过热，不能在炉内停留太长时间；

⑷ 精炼温度尽量偏高，精炼时间要长。

对制品的危害：金属在加工过程中，疏松和气孔有可能成为裂纹的源头，同时疏松越严重，其力学性能和密度都会下降，影响产品的质量。