铝合金铸造工艺与铸锭质量的关系

铸造工艺参数主要有铸造温度、铸造速度、冷却强度,其次是液位高度、铸造开始与结束条件等。

1 铸造温度

铸造温度通常是指液体金属从保温炉通过转注工具注入结晶器过程中具有良好流动性所需要的温度。但是,目前铝合金熔铸大部分已应用了在线除气与过滤装置,铸造温度仍然按上述的概念是不够全面与正确的。实践证明,在线除气装置中液体温度不同其除气效果也不同。因此,要考虑在线除气装置除气效果对液体温度的要求。

另外,还应考虑液体在结晶器内的气体析出情况,因铸造温度低,液体在结晶器内的气体来不及上浮逸出液面,造成气孔、疏松,还可能产生夹渣及冷隔等铸锭质量缺陷。铸造温度最高不宜超过熔炼温度。铸造温度过高会导致铸造开始时漏铝,底部裂纹与拉裂;还可能产生羽毛晶组织缺陷。又因为转注工具长度不同而液体温降不同,在线装置有加热点,液体在转注过程中温度变化起伏大,所以科学规范铸造温度应指注入结晶器内的液体温度。一般情况下铸造温度比合金的实际结晶温度高50 ℃～70 ℃,1 ×××、3 ××× 系铝合金在铸造过程中过渡带较窄,铸造温度宜偏高;而2 ×××、7 ×××系合金的过渡带较宽,铸造温度宜偏低。

2 铸造速度

连续铸造时,单位时间铸锭成形的长度称为铸造速度。老式铸造通常是一个铸次为一个固定铸造速度;而现代铸造是曲线铸造速度,即铸造开始与铸造过程中不是同一个铸造速度。

铸造速度的快与慢对铸锭裂纹、铸锭表面质量、铸锭组织和性能有很大影响。在保证铸锭质量的前提下,应采用最高的铸造速度。老式铸造法为解决某些合金及规格铸锭的裂纹问题,铸造时采用铺底或回火的工艺方法; 而现代铸造法则采用曲线铸锭速度,取代了老式铸造的铺底或回火工艺,它既减少了一些辅助设施,又节省了人力与减轻劳动强度,还可以避免一些铸锭表面质量缺陷。

铸造速度的选择是依据所生产合金的特性与铸锭截面尺寸而定。一般规律是冷裂纹倾向性较大的合金及铸锭规格,应提高铸造速度;而热裂纹倾向性较大的合金及铸锭规格,则应降低铸造速度。

3冷却强度

冷却强度也称为冷却速度。冷却强度不但对铸锭的裂纹有影响,而且对铸锭的组织影响更大。随着冷却强度的增大,铸锭结晶速度提高,晶内结构更加细化;随着冷却强度增大,铸锭液穴变浅,过渡带尺寸缩小,使金属补缩条件得到改善,减少或消除了铸锭中的疏松、气孔等缺陷,铸锭致密度提高; 另外还可以细化一次晶化合物的尺寸,减小区域偏析的程度。

老式铸造法多采用分体结晶器,尤其是铸造扁铸锭时,水套与结晶器是分开的。随着铸造工艺技术的发展,现代铸造法的结晶器是一体的。用老式结晶器铸造时冷却水消耗量大,因为老式结晶器供水不是封闭的,一部分冷却水散失而起不到冷却作用,而且一次冷却与二次冷却的冷却强度差别大,不可避免的产生一些铸锭质量缺陷; 而用现代结晶器铸造时,冷却水消耗量小,实践证明它仅是老式结晶器用水量的70 %左右。

目前国外多采用低液位结晶器铸造,其目的就是提高冷却强度,减少或消除一次冷却后气隙区的加热现象,因此几乎不存在二次冷却的淬火情况。扁铸锭普通铸造已经将结晶器高度降至100 mm 左右,当然这需要操作者有很高的操作水平或增设液位自动控制系统。

冷却强度对冷却水温度的要求是不可忽视的,通常情况下,冷却水温设定在20 ℃,但是由于地区气候条件、供水设施条件及厂房温度等不同导致变化较大,因而出现地区性或季节性铸锭质量缺陷。

现代结晶器供水系统带有脉冲或交叉变相功能,均由工艺编程决定,因此冷却强度可依据铸造工艺需要设定为曲线,特别是针对某些低温塑性不好的硬合金,铸造时冷裂纹和热裂纹几乎同时存在,附加挡水板系统,使铸锭表面温度升高到拉伸变形塑性温度,消除铸锭冷裂纹,工艺上再采取防止热裂纹措施,即可以获得优质铸锭。

4 结论

稳定的铸锭质量是铸造工艺参数最佳组合的结果,而最佳铸造工艺参数是根据铸造理论与实践结合而得出的。目前铝合金材料在性能方面要求更高,老式铸造工艺装备已经不适应新技术发展的要求,加速其改造才能与时俱进。

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