试论铝合金扁锭弯曲的成因及预防措施

试论铝合金扁锭弯曲的成因及预防措施

张海宗李呈君

青海桥头铝电股份有限公司青海西宁810100

摘要:扁锭主要存在的缺陷包括：弯曲变形、裂纹、气泡、疏松、表面不光滑等等。实际在生产的过程中，铸锭产生弯曲或者是铸造失败主要是由于：冷却水压不是特别稳定，引锭头牵引的速度不均匀或者是铸造的速度过快。而本文分了析铝合金扁锭在生产的过程中出现弯曲现象的原因，并进一步提出有效的预防措施。

关键词:铝合金扁锭；缓慢性弯曲；位移性弯曲；冷却强度

实际在生产铝合金扁锭的过程中，大部分的废品都是由于弯曲导致的。为了降低这一缺陷，本文就对原工艺技术条件进行了优化攻关，并且提出了有效的预防控制措施。

一、弯曲类型

经过铝合金扁锭出井时的实地测量观察，我们发现铝合金扁锭的弯曲现象有两类，一类是缓慢性弯曲，这种弯曲在扁锭的大面和侧面均可发生，其特征是从扁锭侧面方向观察，两个大面一个呈慢弧形凸起，一个呈慢弧形凹陷，或者从扁锭大面方向观察，两个侧面一个呈慢弧形凸起，一个呈慢弧形凹陷，而且扁锭越长，弯曲看起来越明显。另一类是位移性弯曲，从目前情况看，这种弯曲全部发生在侧面，即从扁锭大面方向观察，在扁锭中间区段某一部位，两个侧面朝统一方向发生了明显的位移偏差，大面和侧面的交汇边沿不再呈一条直线。

在上述两类弯曲中，位移性弯曲特征较明显，很容易发觉，而缓慢性弯曲是渐进式的弯曲，在较短的长度区间内，位移偏差极其微小，肉眼很难发觉，但随着铸造的进行，扁锭长度越来越长，位移偏差逐渐累积起来，弯曲也就显现出来，扁锭的铸造长度越长，弯曲看起来越明显。

二、弯曲成因

（一）缓慢性弯曲成因

铝合金扁锭缓慢性弯曲的成因是由于扁锭的引锭头放置得不平稳，其相对的两个大面或侧面在与底座接触时不在同一水平面上，呈现出一侧高、一侧低的状况。事实上，这种不平稳也是极其微小的，肉眼很难察觉，但通过水平尺等测量仪器可以测量出来。这种微小的不平稳势必导致结晶器内相对的两个大面或侧面之间的铝液量产生差别，在冷却强度相同的情况下，偏高的一面铝液量少、先凝固，偏低的一面铝液量多、后凝固，结晶速度也就产生了微小差别，在铸造应力和自身重力的作用下，扁锭便向铝液量多的一侧产生微小弯曲，随着铸造过程的进行，扁锭的长度逐渐增加，这种微小弯曲逐渐累积显现出来便形成了缓慢性弯曲。

（二）位移性弯曲成因

铝合金扁锭位移性弯曲的成因有以下三点：（1）扁锭的引锭头放置得不平稳，其底部与底座接触不完全，有间隙。随着铸造过程的进行，扁锭的长度逐渐增加，自重越来越大，一旦引锭头产生晃动，此时扁锭重心就会突然偏离支撑点，从而产生明显的弯曲。（2）扁锭底部与引锭头接触面积小。生产扁锭的引锭头是平底长方形。铝液在引锭头处受冷凝固时，中心部位先凝固再向周围流动填充，由于凝固在短的时间完成，受金属流动性及冷却水产生气体的影响，铝液凝固收缩后不可能完全充满引锭头，因此扁锭的底端形状呈圆弧形，这相当于扁锭只有一个面积较小的弧底与引锭头接触作为支撑点，稳定性差，如图3所示。

随着铸造过程的进行，扁锭的长度逐渐增加，自重越来越大，一旦扁锭重心偏离支撑点，就会使扁锭产生弯曲。（3）打底操作时，扁锭底部中间部位漏铝。扁锭浇铸时，首先要经过打底阶段，底打得好，扁锭弯曲的可能性就越小。扁锭的底很薄，只有3-5cm厚，而且是在较短的时间内靠自然冷却完成，底部中心部位尚未完全凝固成形，抗热冲击能力较差。开车下降后，中心部位始终受较高温度铝液的冲击，很容易被冲破而形成底部漏铝。高温度铝液冲破底部后，由于可填充空间小而冷却强度又大，铝液流动性变差，再次受冷凝固形成花生米大小的扁颗粒状“小铝豆”，破坏了底部支撑，如图4所示。

图3增大扁锭底部支撑面积示意图图4扁锭底部漏铝情况

三、预防控制措施

（一）做好浇铸前的准备工作

如检查结晶器水套的水眼是否畅通，是否被被泥沙等杂物堵塞，如水眼被堵塞，应用细铁丝将其捅开。用水平尺检查引锭头放置得是否平稳，如引锭头放置得不平稳，可采用在引锭头与底座接触面之间填塞薄铜皮的方法予以调整，直至水平尺显示平稳为止，需要特别强调的是填塞薄铜皮时应填实。

（二）增大支撑面积

采取的措施主要有两项：（1）在引锭头中部铺垫一块3mm厚的约占引锭头1/2面积的硅酸铝纤维板；如前文所述，在未铺垫硅酸铝纤维板之前，扁锭的底端只有一个面积较小的支撑点，而在铺垫硅酸铝纤维板之后，铸造时铺垫有硅酸铝纤维板的地方就形成凹空，扁锭端头出现两条支撑线并凝固形成支撑环。（2）在扁锭打底阶段，适当减小冷却强度，延长冷却凝固时间，可以起到减小收缩应力、增加铝液补缩的作用，使扁锭底端的圆弧变得较为平缓，底部与引锭头的接触面积变大，增大了底部的支撑面积。

（三）防止打底时漏铝

如前文所述，扁锭底部中心部位抗热冲击能力较差。开车下降后，由于液穴的存在，中心部位温度始终较高，如果操作控制不当，底部中心部位很容易被冲破而漏铝，形成二次打底、最终造成弯曲。而要防止扁锭底部中心部位漏铝，必须采用综合性的防范措施，这些措施主要包括：（1）降低浇铸温度，以3003铝合金扁锭为例，将浇铸温度从原来的690℃-700℃左右降低到680℃-690℃；（2）在浇铸初始阶段，可采取控制铝液供流分配量，用特制加长的接铝渣铲将高温铝液由中心向四周分流等办法以减小高温铝液单纯对凝固成形薄弱部位—扁锭底部中心区域的热冲击。

四、结束语

综上所述，本文首先阐述了弯曲的类型，分析了造成弯曲的具体原因，并对存在的问题提出了相应的预防措施，降低了铸造缺陷的发生，在一定程度上使员工的劳动强度得到降低，提高了企业的综合经济效益，希望本文的研究可以对相关从业人员有一定的帮助。

参考文献:

[1]杨刚.300KA预焙电解槽用铝母线的热锭铸造技术[J]，轻合金加工技术，2005.1.

[2]李庆春.铸件形成理论基础[M].北京:机械工业出版社，1982.