5083鋁合金以密度小、抗蝕性好、塑性好、具備一定的抗拉強(qiáng)度等特點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。由于該合金的流動(dòng)性比較差，潛熱較大，因此它的鑄造性能很不穩(wěn)定，在鑄造過(guò)程中的各個(gè)因素都會(huì)明顯的影響合金的性能。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要采用傳統(tǒng)的普通結(jié)晶器半連續(xù)鑄造方式生產(chǎn)鋁合金扁錠。我公司引進(jìn)25t鋁合金熔煉油爐低液位鑄造設(shè)備后，用它生產(chǎn)5083合金扁錠。將它與普通結(jié)晶器鑄造的5083合金橫向壓延扁錠表面質(zhì)量、內(nèi)部組織及力學(xué)性能方面進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)低液位鑄造的扁錠在各方面都優(yōu)于普通結(jié)晶器鑄造的。本文將就新老兩條生產(chǎn)線生產(chǎn)的扁錠在性能、內(nèi)部組織和表面質(zhì)量方面的差異進(jìn)行分析。5083鋁合金的成分列于表1。表15083合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%SiFeCuMnMgCrZnTi其他雜質(zhì)Al單個(gè)合計(jì)0.40.40.10.40～1.004.0～4.90.05～0.250.250.150.050.15余量1鑄造試驗(yàn)1.1老生產(chǎn)線普通結(jié)晶器鑄造(1)配料。新鋁用量50％，Mg以純金屬形式加入，Mn和Cr以添加劑形式加入。其余使用一級(jí)廢料，每噸爐料加0.15kgA1-Be中間合金。(2)熔煉。在煤氣爐內(nèi)熔化成液體料后轉(zhuǎn)入電爐。在電爐內(nèi)調(diào)整成分：w(Mg)=4.6％，w(Mn)=0.7％，w(Cr)=0.07％。采用2號(hào)熔劑覆蓋熔體。(3)導(dǎo)爐和熔體凈化。爐料導(dǎo)入靜置爐后用Ar氣精煉10min，靜置15min。精煉后用2號(hào)熔劑覆蓋熔體。（4）鑄造。采用普通結(jié)晶器水冷半連續(xù)鑄造方式，結(jié)晶器選用側(cè)面帶圓弧的銅質(zhì)結(jié)晶器，圓弧處帶缺口，結(jié)晶器寬面高度為200mm（結(jié)晶器形狀見(jiàn)圖la）。采用自動(dòng)浮漂漏斗控制液面。鑄錠規(guī)格為255mm×1500mm，鑄造工藝參數(shù)為：鑄造速度55mm／min～65mm／min，鑄造溫度700℃～720℃，冷卻水壓0.08MPa～0.15MPa，液面高度為距結(jié)晶器寬面下緣130mm～145mm，開(kāi)頭采用純鋁鋪底，收尾不回火。鑄造過(guò)程中采用人工澆潤(rùn)滑油的方式潤(rùn)滑。１.2新生產(chǎn)線低液位鑄造（1）配料和（2）熔煉操作都與老生產(chǎn)線普通結(jié)晶器鑄造的相同。（3）導(dǎo)爐和熔體凈化。爐料導(dǎo)入靜置爐后用Ar氣精煉20min，靜置20min。精煉后采用2號(hào)熔劑覆蓋熔體。（4）鑄造。采用低液位水冷鑄造方式，成型工具選用直邊的鋁質(zhì)結(jié)晶器，側(cè)面不帶缺口，結(jié)晶器寬面高度為120mm（結(jié)晶器形狀見(jiàn)圖lb）。鑄錠規(guī)格為300mm×1500mm，鑄造工藝參數(shù)為：鑄造速度55mm／min～68mm／min，鑄造溫度（保溫爐內(nèi)）715℃～735℃，冷卻水量95m3／h～110m3／h，液面高度為距結(jié)晶器下緣60mm～80mm，開(kāi)頭不采用純鋁鋪底，而采用脈沖水冷卻方式，收尾不回火。鑄造過(guò)程中采用自動(dòng)潤(rùn)滑。鑄造在線播種Al-Ti-B絲細(xì)化晶粒，并采用ARPUL除氣裝置對(duì)熔體進(jìn)行在線除氣處理。圖1兩種結(jié)晶器形狀2試驗(yàn)結(jié)果2.1兩種鑄造方式的鑄錠表面質(zhì)量對(duì)比兩種鑄造方式所得鑄錠表面質(zhì)量如圖2所示。可以看出，采用普通結(jié)晶器鑄造的鑄錠表面偏析瘤為5mm左右，而且鑄錠常伴有夾渣、竹節(jié)等缺陷；采用低夜位鑄造的鑄錠表面質(zhì)量明顯好些，鑄錠平直，表面光滑，表面偏析瘤小于2mm。圖2兩種鑄造方式所得鑄錠表面質(zhì)量2.2金相組織對(duì)比低液位鑄錠的晶粒細(xì)小，枝晶間距比較小，而且鑄錠中心部的與邊部的相比差別不大；普通結(jié)晶器鑄錠邊部的晶粒尺寸和枝晶間距較大，而且中心部的與邊部的相比差別很大。從平均晶粒尺寸和枝晶間距看，低液位鑄造的遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通結(jié)晶器鑄造的。低液位鑄造的鑄錠，其晶界和枝晶上低熔點(diǎn)共晶比普通結(jié)晶器鑄造的要少一些，而且分布得薄而均勻一些。2.3鑄錠力學(xué)性能對(duì)比兩種鑄造方式鑄錠的力學(xué)性能對(duì)比見(jiàn)表2。可以看出，兩種鑄造方式鑄錠的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度基本相同；伸長(zhǎng)率方面，老線普通結(jié)晶器鑄造的為13.6％，新線低液位鑄造的為16.3％，后者比前者的高出近20％。表2兩種鑄造方式鑄錠的力學(xué)性能對(duì)比鑄造方式Rm/(N·mm-2)Rp0.2/(N·mm-2)A/%普通結(jié)晶器275.5141.313.6低液位275.5145.916.33試驗(yàn)結(jié)果分析3.1兩種鑄錠表面質(zhì)量差異的分析新、老生產(chǎn)線所得鑄錠表面的差別主要是鑄造方式、生產(chǎn)工具和生產(chǎn)條件的不同而引起的。（1）偏析分析偏析瘤是一種有害的鑄錠表面缺陷。在鑄造過(guò)程中，填充在鑄錠和結(jié)晶器之間的偏析瘤對(duì)結(jié)晶器壁產(chǎn)生附加壓力，使拉錠阻力增大。偏析瘤程度大的鑄錠在銑削加工時(shí)銑面量大。偏析瘤是鑄錠內(nèi)部滲出的并在鑄錠表面呈瘤狀或小球狀凝結(jié)的易熔析出物。偏析瘤的形成，是由于進(jìn)入結(jié)晶器中的熔體在與結(jié)晶器壁接觸時(shí)受急冷成殼，在收縮的影響下與結(jié)晶器壁間形成縫隙，使導(dǎo)熱受阻，在液穴內(nèi)熔融鋁加熱的作用下，液穴壁的溫度升高，發(fā)生二次加熱現(xiàn)象，結(jié)果使液穴壁內(nèi)晶界和枝晶界的不平衡共晶熔化，這些已熔化的不平衡共晶必將在液穴熔體靜壓力的作用和收縮擠壓力的作用下，沿晶間孔道流向鑄錠表面，形成偏析瘤。因此，二次加熱的時(shí)間長(zhǎng)、溫度高，鑄錠表面質(zhì)量惡化的程度大。普通結(jié)晶器鑄造時(shí)，因成型工具精度低，鑄錠表層與結(jié)晶器間隙大，同時(shí)有效結(jié)晶區(qū)高，鑄錠被二次加熱的程度大，因此鑄錠表面偏析程度大。而低液位鑄造采用精度高的成型工具，并采用低液位鑄造，因此金屬熔體受一次水冷時(shí)間短，熱傳導(dǎo)弱，受收縮氣隙的影響也小，被二次加熱的程度輕，當(dāng)鑄錠被拉出后，其表面受到二次水的直接冷卻，有效結(jié)晶區(qū)小，基本不發(fā)生重熔現(xiàn)象，因此鑄錠表面偏析程度很小。（2）鑄錠光滑度、平直度不同的原因由于5083合金熔體的黏度大，流動(dòng)性差。在生產(chǎn)中，合金液先在溫度很低的結(jié)晶器壁上凝固。由于其黏度大，凝固成的固體粘附在結(jié)晶器壁上，隨著鑄造的進(jìn)行，底座的下降，凝固合金又受到底座向下的拉力和自身的重力。這兩個(gè)力遠(yuǎn)大于凝固合金與結(jié)晶器中的粘附力，于是凝固合金就從結(jié)晶器上下來(lái)，液相繼續(xù)地在結(jié)晶器壁上凝固、粘附而后又脫落。因此結(jié)晶器內(nèi)壁的光滑程度、底座下降的平穩(wěn)性對(duì)鑄錠的表面質(zhì)量的影響很大。老線鑄造用的銅質(zhì)結(jié)晶器內(nèi)壁的光滑度比新線鑄造用的鋁質(zhì)結(jié)晶器的要差得多；在老線上是采用人工定時(shí)澆油潤(rùn)滑，而新線上是采用浸油自動(dòng)潤(rùn)滑方式，后者可以保證合金在鑄造過(guò)程中潤(rùn)滑的一致性，從而保證鑄錠表面質(zhì)量。此外，在新線上底座升降系統(tǒng)是用液壓控制，而在老線上是采用鋼絲繩傳動(dòng)方式控制升降，前者的平穩(wěn)性好得多。所以，新線生產(chǎn)的合金鑄錠表面質(zhì)量?jī)?yōu)于老線生產(chǎn)的。老線鑄造機(jī)本身性能差，因此鑄錠平直度不好。而新線鑄造機(jī)是德國(guó)洛伊公司生產(chǎn)的單向內(nèi)導(dǎo)式液壓鑄造機(jī)，結(jié)晶器內(nèi)熔體液面采用先進(jìn)的激光探測(cè)控制系統(tǒng)控制，控制精度高而平穩(wěn)，因此鑄錠平直。3.2兩種鑄錠組織差異的分析低液位鑄造鑄錠的晶粒、枝晶尺寸之所以細(xì)小，其原因在于：（1）有效結(jié)晶區(qū)短，冷卻速度快，溶質(zhì)元素來(lái)不及擴(kuò)散，活性質(zhì)點(diǎn)多，晶內(nèi)結(jié)構(gòu)細(xì)。鑄錠成型時(shí)，一次冷卻區(qū)很小，結(jié)晶前沿絕大部分處于結(jié)晶器外邊，直接接受二次冷卻水的冷卻，可以獲得很高的冷卻速度。其結(jié)晶速度也非常快，因此鑄錠的晶粒枝晶非常細(xì)小，低熔點(diǎn)共晶物在晶界及枝晶界分布薄而均勻。（2）鑄造過(guò)程中液穴的形狀決定著斷面結(jié)晶速度變化的性質(zhì)，因而也決定組織的均勻性。液穴越平，結(jié)晶過(guò)程中斷面各點(diǎn)的力學(xué)性能越趨一致，偏析越不明顯。液穴的深度受多種因素影響，實(shí)際生產(chǎn)中液穴深度的變化主要取決于合金的本性、冷卻水、鑄造速度和合金液面在結(jié)晶器中的高度等。當(dāng)液面高度為50mm～250mm時(shí)，液穴深度按直線法則變化，用方程式表達(dá)如下：h＝mvg式中：h—液穴深度；m—系數(shù)；vg—鑄造速度。m取決于合金的本性，其值隨液面水平高度的增加而增加。m＝γ＋βH式中：H—液面高度；γ、β—常數(shù)。由上式可知：在低液位鑄造條件下，其液穴深度較普通結(jié)晶器鑄造時(shí)的低，因此，鑄錠組織較均一，偏析很少。（3）低液位鑄造時(shí)，采用Al-Ti-B細(xì)化劑和在線細(xì)化晶粒方式，有利于鑄錠形成細(xì)晶組織。3.3兩種鑄錠力學(xué)性能差異的分析因?yàn)榈鸵何昏T造鑄錠晶粒細(xì)小、枝晶間距小，低熔點(diǎn)共晶物在晶界及枝晶界分布薄而均勻，因此鑄錠的塑性好，伸長(zhǎng)率高。4結(jié)束語(yǔ)由于新生產(chǎn)線低液位鑄造在設(shè)備、技術(shù)上優(yōu)于老生產(chǎn)線普通結(jié)晶器鑄造的。因此，新線上鑄造的5083合金鑄錠不論是表面質(zhì)量還是內(nèi)部組織，都優(yōu)于老線普通結(jié)晶器鑄造的。