...员工正检验出厂铝合金扁锭-中铝贵州公司开发合金扁锭并批量生产
张家礼
[摘 要]近年来，铝合金扁锭铸造工艺技术得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先介绍了美国wagstaff铸造设备的特点，分析了Wagstaff铸造的影响因素，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就5052铝合金扁锭铸造工艺展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
[关键词]铝合金扁锭；铸造；工艺；技术
中图分类号：U663.9+1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0061-01
1 前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，铝合金扁锭铸造的特殊性不言而喻。该项课题的研究，将会更好地提升对铝合金扁锭铸造工艺的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2 Wagstaff铸造设备的特点
2.1 Wagstaff铸造设备自动控制系统
铸造工艺的自动化实现了对铸锭产品的优化控制，减少了人为因素的干扰和不确定性，从而获得稳定的产品质量。Wagstaff自动铸造系统实现了精确控制铸造速度、水流量、结晶器内熔体液面，且极大地保证了操作人员和设备的安全性及铸造的成功率。该系统设计和布局合理，日常维护费用低。
2.2 Epsilon结晶器
相比国内传统的紫铜结晶器，Wagstaff铸造工艺中的epsilon结晶器是由铝合金和不锈钢制造，更加轻便，采用了独特的Wagstaff的增强冷却技术，在结晶器内部设置有水进口过滤筛，还可以选择性配置避免润滑油倒流的油保持系统，不过合金的宽度比适用范围是1：1到5：1 。
3 Wagstaff铸造的影响因素
3.1 铸造温度
铸造温度通常指分配槽中鋁液的温度。铸造温度的良好控制是保障铸造安全进行和产品质量的重要因素。合适的铸造温度应既能保障熔体良好的流动性，又能保障凝固后的材料具有良好的冶金性能。当铸造温度低时，将会造成不良影响：铝液的流动性受到影响，铝液通过下潜管往结晶器中填充不顺利，严重时铝液会在下潜管中凝固，造成铸造不能进；铝液的粘度增加，熔体中氢气的逸出变得困难，材料中气孔变大、变多；铝液的流动性变差，补缩更加困难，结晶过程形成的缩孔不能及时得到铝液补充，疏松缺陷变得严重；铝液中晶核变多，部分晶核可能形成团聚，材料的晶粒变大，形成粗大晶和光亮晶的风险增加；产品出现冷隔的风险增加；对硬合金，冷裂纹的风险增加。当铸造温度高时，将会造成下列不良影响：
铝液温度高，氢含量溶解度急剧增加，材料中气孔可能变大、变多；铝液中晶核变少，材料的晶粒度变大；液穴加深，氢气逸出和补缩变得困难，可能造成收缩性中心裂纹；出现熔融泄露的风险增加；出现表面熔析的风险增加。
根据Wagstaff公司的推荐和实际生产经验，铸造温度比开始凝固温度高35℃为最佳铸造温度。对于未使用过的合金，可以根据其开始凝固温度，来确定最佳铸造温度，比如：5083铝合金的开始凝固温度为638℃，那么它的最佳铸造温度为673℃。
3.2 铝液填充速率
铝液填充速率在铸造启动前是指结晶器中铝液的加注速度，铸造启动后，该速度由自动控制系统控制结晶器中的液面高度。填充速度过快，热量难以及时散发，易造成过度翘曲、锭尾裂纹和扁锭底部的重熔泄露。速度过慢会造成冷析或凝固分层，有时也会出现裂纹。控制合理的填充速度，对铝锭质量非常重要。对于除2XXX、7XXX系合金以外，一般来讲，开始铸造液位应控制在40-50mm，启动后的填充速度为0.15-0.25t/min。
3.3 结晶器中的液位高度
结晶器液位高度是指铸造过程中铝液在结晶器中的高度，高度的零点在一次水孔的上方的结晶器壁的下缘。结晶器液位高度对扁锭的表面质量有重要意义，同时也是我们观察扁锭铸造状态，从而优化铸造参数设置的一个重要手段。通常情况下，结晶器液位高度越低，慢冷区越小，扁锭的表面质量越好。但随着结晶器液位高度的降低，扁锭外部的冷却强度越来越大，扁锭外壳收缩就越来越剧烈，在扁锭表面和结晶器壁之间产生的缝隙也越来越大，达到一定程度后，熔融铝将从收缩产生的缝隙漏出，并迅速凝固，于是在扁锭表面出现叠层凝固，这种叠层就是冷隔。冷隔在扁锭的角部出现的较多，可以通过加强对扁锭角部的观察来监控冷隔的产生。当结晶器液位高度较高时，慢冷区变大，新进入结晶器的铝液对扁锭表面形成加热重熔，枝晶中的低熔点物质首先重熔，从枝晶间缝隙向更外层表面游离，并重新结晶凝固，在扁锭表面形成起伏不平的熔析现象，造成表面质量的不良，加大后续热轧过程的铣面量。结晶器液位高度越高，熔析现象越明显。在生产实践中，我们通过液位高度和表面质量状况分析铸造过程的热平衡状态，及时采取措施进行优化铸造过程。
3.4 冷却水控制
通常，水流量会在铸造长度的0-50mm以内开始提升，而且往往是首先提升铸造速度，然后再提升水流量，以维持扁锭‘稍热的状态，在铸造长度250-400mm时，水流量爬升结束，进入稳态，一般来说，为了保障铸造的良好进行，铸造速度进入稳态的时间应在水流量进入稳态之前，这仍然是为了维持扁锭‘稍热的状态；结晶器中液位高度进入稳态的时间则应在水流量进入稳态之后，这是为了防止冷隔等缺陷的产生。水流量爬升的长度取决于水的淬冷特性、扁锭尺寸和合金的性质。针对不同类型的合金，可以设定不同的冷却水喷射方式。
4 5083铝合金扁锭铸造工艺研究
4.1 缺陷及原因分析
偏析瘤是由凝固层受到熔体二次加热产生的重熔，重熔液体沿着晶体缝隙或者枝晶流到铸锭表面形成的。影响偏析瘤的因素主要有合金本性、二次加热、冷却水质与强度等几方面。降低结晶器液面高度和增强冷却水强度，能够减少偏析瘤的产生。降低液位高度能够缩短熔体在结晶器中的时间，以减少二次加热。冷却水质差的话，容易在结晶器内结垢，使得结晶器的热导率降低，从而导致偏析瘤的形成。保证冷却水的水质，适当增加冷却水的强度，有助于预防偏析瘤的产生。
冷隔是由于液穴的液面与结晶器形成的弯月面，未能得到熔体的及时补充造成的，致使铸锭表面呈不平整的叠层状。主要影响因素是铸造速度和冷却水强度。由于5083熔体的粘度较大，所以铸造速度不宜过慢，以保证熔体的流动性。冷却强度也不宜过大。
5083铝合金在铸造时有较强的拉裂倾向。拉裂的产生会造成铸锭有横向裂口，甚至沿裂口漏铝，迫使铸造中止。影响拉裂的因素很多，如：抵抗拉应力的能力、摩擦力的大小、铝合金的化学成分等。合理的铸造工艺，以及保证结晶器表面光滑以降低其与铸锭周边的摩擦力，能够减少拉裂的产生。
4.2 铸造工艺参数优化
通过WagStaff扁锭铸造机，配套epsilion结晶器进行试验，以规格为厚度为520mm，宽度1300mm的5083铝合金扁锭为试验对象，通过一系列的铸造试验，将铸造参数、铸造过程现象以及产品状况关联起来，加深各个因素对铸造过程影响方式的理解，形成一般性的铸造工艺优化方法。从而找出最优化的5083扁锭生产工艺参数。
铸造温度：控制在670-680℃，可根据季节、流程等调整。每根冷却水流量：一次水流量600L/min，二次水流量900L/min。铸造速度：启动速度35mm/min，到稳态铸造后40-55mm/min。
5 结束语
铸造工艺参数对产品质量影响非常大。本文针对Wagstaff铸造技术的特点，分析了影响其产品质量的几种因素，再结合5083铝合金的实际生产情况，得出5083铝合金较好的扁锭铸造工艺参数。今后应加强对铸造过程的参数测量，收集更多的数据，进一步提高产品质量和成品率。
参考文献
[1] 熊明辉.铝合金压铸件充型凝固过程及其压铸工艺CAE分析[J].热加工工艺.2016.endprint
