铸造工艺参数对铸锭质量的影响

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1、铸造工艺参数对铸锭质量的影响1、冷却速度对铸锭质量的影响冷却速度指铸锭的降温速度，又称冷却强度，用单位时间内下降的温度来表示，常用单位是℃/s。但在实际生产中，这个单位不便于控制，由于在既定条件下，各种工具和工艺条件都是预先确定的，因此生产现场多采用冷却水压或冷却水流量作为冷却速度的度量。在连续铸造过程中，铸锭内各点在同一时刻的冷却速度以及同一点在不同时刻的冷却速度都是变化的。(1)冷却速度对铸锭组织的影响在直接水冷半连续铸造时，随着冷却强度的增加，铸锭结晶速度提高，熔体中溶质元素来不及扩散，过冷度增加，晶核增多，因而所得

2、晶粒细小；同时，过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高，减小了疏松倾向。此外提高冷却速度，还可细化一次晶化合物尺寸，减小区域偏析的程度。铸模的导热条件是显著影响铸锭组织的重要因素，尤其是边缘部位的组织。图1示出了扁铸锭中枝晶网尺寸分布情况：A是铸模中金属水平高的情况；B是铸模中金属水平低的情况；C是电磁铸造的，金属不和铸模接触，完全依靠喷射到铸锭上的水流把热量带走。图1在不同水平铸造或电磁铸造的扁锭中的IPP分布情况(2)冷却速度对铸锭力学性能的影响。冷却速度是决定铸锭力学性能的基本因素。通常，随冷却速度增大，铸锭的平均力学性能得

3、到提高。冷却速度的这种作用主要是由下面两个原因引起的：一是随冷却速度增大，铸锭结晶速度提高，晶内结构细化；二是随冷却速度增大，铸锭过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高。此外，提高冷却速度，还可细化一次晶化合物的尺寸，减小区域偏析的程度。但是，合金成分不同，冷却速度对铸锭力学性能影响的程度是不一样的，对变形铝合金而言，大致可分为四个基本的类型：第一类是在所有温度下(从室温到熔点)均呈单相的合金，如各种牌号的高纯铝、工业纯铝、5A66、7A01等。这些合金的铸态力学性能同冷却速度的关系不太强烈，冷却速度仅在能消除破坏金属连续性的缺陷

4、(疏松、气孔)的极限速度之前有影响(见图2a)。第二类是铸态呈多相，但在固溶热处理后变成固溶体的合金，如5A12、5A139等。这种合金的铸态性能同冷却速度的关系十分明显，但在固溶热处理后这种关系变得不明显。这种合金即使在很低的冷却速度下铸造，经热处理后，亦可达到很高的力学性能（见图2b）。然而当合金中存在较多的铁、硅杂质时，由于它们能生成不溶解的化合物，又使合金对冷却速度的关系变得很敏感。第三类是铸态呈多相，但任何热处理都不能使它们变成单相的合金，这种合金中，含有的第二相是可溶的，但第二相的数量超过其溶解度极限或是同时含

5、有可溶和不可溶的第二相的合金，绝大多数工业变形铝合金都属于这一类。这些合金的铸态力学性能同冷却速度的关系很明显，随冷却速度增大，铸锭致密度提高，在晶粒内部和晶粒边界上分布的脆性化合物相愈细小，因而性能急剧提高(见图2c)。第四类是铸态呈多相，但其中基本上只有不可溶的第二相化合物存在，如4004、4A17、4047等。这些合金铸态力学性能与冷却速度也有明显的关系，但热处理后性能基本不变（见图2d）。abcd铸造后热处理状态；-----------铸造状态图2合金机械性能与冷却速度的关系a-第一类合金；b-第二类合金；c-第三

6、类合金；d-第四类合金(3)冷却速度对铸锭裂纹倾向性的影响。随冷却速度提高，铸锭中的温度梯度增大，如铸锭内部各处不能同步收缩，则热应力值也相应提高，因此，铸锭裂纹倾向性增大。连续铸造时，沿铸锭周边冷却的不均匀程度是产生裂纹的重要因素之一。局部供水不足将导致冷却速度的差别和凝壳厚度的变化，使铸锭裂纹倾向性急剧提高。这种情况对于大小面冷却速度本来就不一致的扁铸锭表现尤为明显。(4)冷却速度对铸锭表面质量的影响。在通常采用普通结晶器和铸造速度较慢的情况下，提高冷却速度会使铸锭表面产生冷隔的倾向性增大，而使铸锭表面产生偏析浮出物和

7、拉裂的倾向性降低。2、铸造速度对铸锭质量的影响铸造速度是指铸锭相对结晶器的运动速度，常用mm／min或m／h表示。在连续铸造过程中，铸锭从结晶器中拉出的速度在正常铸造阶段是不变的，但在开头、结尾时以及在铸造过程中由于液面波动的影响，其实际铸造速度不尽一致。(1)铸造速度对铸造组织的影响在一定范围内，随着铸造速度的提高，铸锭晶内结构细小。但过高的铸造速度会使液穴变深(h液穴=kV铸)，过渡带尺寸变宽，结晶组织粗化，结晶时的补缩条件恶化，增大了中心疏松倾向，同时铸锭的区域偏析加剧，使合金的组织和成分不均匀性增加。(2)铸造速度

8、对铸锭力学性能的影响。铸造速度对铸锭力学性能的影响取决于它对铸锭结晶速度和过渡带尺寸影响的综合结果。一般的规律是：随铸造速度的提高，铸锭的平均力学性能按具有极大值的曲线变化(见图3)，但性能沿铸锭截面分布的不均匀程度增大。9结晶速度和过渡带尺寸是决定多相合金及按固溶体类型结晶的合金的力学性能的主要因素。