熔炼铸造缺陷分析及解决方案.docx

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1、熔炼铸造缺陷分析及解决方案目录1 .铸锭中的化学成分偏析31. 1.晶内偏析32. 2.逆偏析42 .铸锭中的气体和非金属夹杂物42.1.非金属夹杂（夹渣）42.2.氧化膜52.3.疏松、缩孔51.4. 白点73 .铸锭中的裂纹73. 1.前述74. 2.扁铸锭侧面裂纹85. 3.局铸锭底部裂纹96. 4.扁铸锭浇口部裂纹117. 5.扁铸锭表面裂纹118. 6.圆铸锭中心裂纹129. 7.圆铸锭表面裂纹1310. 8.圆铸锭环状裂纹1411. 9.圆铸锭横向裂纹1512. 0.空心圆铸锭内孔放射状裂纹1613. 1.空心圆铸锭环状裂纹1614. 12.空心圆铸锭横向裂纹1615. 13.晶层

2、分裂174 .铸锭的晶粒度和组织缺陷174. 1.铸锭的晶粒度175. 2.羽毛状晶、粗大晶粒206. 3.光亮晶粒217. 4.白斑238. 5.粗大金属化合物235 .铸锭的力学性能255.1. 铸锭铸态力学性能的影响因素和分布特征255.2. 铸锭力学性能设计266 .铸锭的表面缺陷266. 1.拉痕和拉裂267. 2.偏析浮出物278. 3.冷隔（成层）289. 4.铸锭弯曲2910. .空心锭内孔偏心2911. 6.铸锭尺寸不符3012. 7.竹节307 .电磁锭特有的表面缺陷307.1. 1.纵向波浪307.2. 纵向皱褶317.3. 其他表面缺陷328 .热顶铸造特有的表面缺陷3

3、28. 1.搭接式表面（周期性偏析）329. 2.汗珠式表面329 .过滤片引起的缺陷现象、原因及对策339. 1.铸造过滤片引起的缺陷现象和原因3310. 2.过滤片铸造对策3411. 3.铸造过滤片夹渣缺陷349.3.1.两大类金属夹杂物来源349.3.2.过滤片铸造夹渣产生的原因349.3.3.过滤片铸造防止夹渣措施359.4.过滤片铸造气孔缺陷359.5.过滤片铸造冷隔缺陷3610.夹渣缺陷3710.1.各种液态铸造合金3710.2.夹渣产生的原因3710. 3.防止夹渣措施3811.气孔缺陷3811. 1.气孔3811.2. 气孔产生原因3811.3. 防止气孔对策3912.冷隔缺陷

4、3912.1.冷隔缺陷产生原因393912.2.冷隔缺陷对策,1 .铸锭中的化学成分偏析铸锭中化学成分分布不均的现象叫偏析。在变形铝合金中，偏析主要有晶内偏析和逆偏析。11晶内偏析显微组织中晶粒内化学成分不均的现象称晶内偏析。晶内偏析的显微组织特征是，浸蚀后的晶内呈水波纹状的类似树木年轮状组织。晶粒内显微硬度不同，晶界附近显微硬度高，晶粒中心显微硬度低。晶内偏析的存在，使晶粒内部的化学成分和铸锭的组织极不均匀，使铸锭的性能严重恶化，主要是：1）固溶体晶内偏析造成的化学成分不均匀性和出现的不平衡过剩相，使合金抵抗电化学腐蚀的稳定性降低。2）非平衡共晶或低熔组成物的出现使合金开始熔化温度降低，使铸

5、锭在随后的热变形或淬火的加热过程中容易产生局部过烧。3）晶内偏析不仅造成非平衡相出现和使第二相数量增加，而且，这些低熔相在晶枝周围组成硬而脆的枝晶网络，使铸锭的塑性和加工性能急剧降低。4）由晶内偏析造成的化学成分不均匀性遗传到半制品中，导致退火后在加工材中形成粗大晶粒。晶内偏析是不平衡结晶造成的。因此在铝合金连续铸造的实际生产中，晶内偏析是不可避免的。消除晶内偏析的有效方法是对铸锭进行长时间的均匀化处理。在连续铸造时，减轻晶内偏析的方法是：第一，提高冷却速度，采用变质处理以细化晶粒和晶内结构，缩小晶内偏析的范围。第二，采用完全相反的方法，降低冷却速度，进行类似锭模铸造的深液穴铸造，以降低铁、锌

6、等元素的过饱和程度从而减轻偏析程度。第三，选择一些能适当地改变合金结晶性质的添加剂。例如在3A21合金中加入适量铁，使固浴体中锦的浓度降低，从而减少镒在晶粒内部分布的不均一性。实际生产中，在有杂质铁存在时，添加钛对减轻3A21合金固溶体晶粒中的偏析有好处，因为钛偏析和锦偏析的方向正好相反，树枝状晶的中心含钛高，从而减少了铸态晶粒中心和边缘部分的固熔体浓度之差。1.2. 逆偏析铸锭边部的溶质浓度高于铸锭中心溶质浓度的现象称逆偏析。逆偏析的组织特征不易从显微组织辨别，只能从化学成分分析上确认。铸锭中的逆偏析是使铸锭及其压力加工制品在力学性能和物理性能方面产生很大差异的重要原因。逆偏析程度严重的区域

7、其化学成分甚至超出标准的规定范围，使力学性能超标而报废。逆偏析是铝合金连续铸锭凝固过程中的一种拌生现象，无法完全避免，也不能用高温均匀化使之消除。但根据逆偏析的形成规律及影响因素，可以把元素的偏析控制在允许的范围内。其办法是：1）提高铸锭的冷却强度。2）选择适当的铸造速度，使过渡带对敞露液面的倾斜角度不致过大，一般以不超过60为宜。3）适当提高铸造温度。4）采用合适的铸造漏斗，均匀导流，并使它流向铸锭的边缘。2 .铸锭中的气体和非金属夹杂物2.1.非金属夹杂（夹渣混入铸锭中的熔渣或落人铸锭内的其他非金属杂质称非金属夹杂。其断口特征为黑色条状或片状，显微组织特征多为黑色线状、块状、絮状的紊乱组织

8、，与基体色差明显。非金属夹杂是铝加工制品产生分层和许多表面缺陷的重要原因。在热处理和加热过程中，非金属夹杂的存在可促进二次疏松和气泡的形成。在力学性能方面，非金属夹杂是应力集中的场所，使合金的强度极限和伸长率降低。特别是横向伸长率及动态力学性能（冲击韧度、疲劳强度和断裂韧度）降低更为严重。另外，非金属夹杂物还会降低合金的抗应力腐蚀性能。非金属夹杂（夹渣）通常在检查铸锭横向低倍试片时可以发现。YS67-1993规定，对于全部合金制品，铸锭试片上不得多于两点夹渣，且单个面积小于O.5mm2,否则就要判废。非金属夹杂（夹渣）是铸锭中出现频率最高的一种废品。据统计，按质量计算，因夹渣而报废的铸锭占废品

9、总量的10%25%。夹渣通常都是在铸造过程中随液体金属一起掉入铸锭中的炉渣、炉衬碎块和块度较大的氧化物所造成的。防止夹渣的办法是；1）仔细精炼，保证静置时间，并在流盘或漏斗中采用玻璃布过滤；2）尽可能缩短转注距离，建立良好的转注条件，封闭流槽、流盘、漏斗中的所有敞露落差，防止金属液面波动，在可能的条件下最好采用同水平铸造；3）彻底烘烤转注工具，适当提高铸造温度，铸造过程中精心打渣，铸造结束后仔细清理炉子、流盘和其他工具；4）使用清洁的炉料。2.2.氧化膜按照YS/T417.11999的定义，氧化膜是铸锭中存在的主要由氧化铝形成的非金属夹杂物和未排除的气体（主要为氢气）。因此，氧化膜是铸锭中一种

10、特有的属于非金属夹杂物类型的缺陷，但是它又与夹渣不同，在对铸锭的低倍试片和断口组织进行检查时一般不能发现它，只有采用特制的工艺试样（将铸锭试样撤粗）才能发现。在铸锭工艺试样断口上发现的氧化膜大致可分为三种类型：一类是呈浅黄色、褐色或暗褐色的片状氧化膜；一类是表面形态与片状氧化膜相似但呈白亮色的“亮片”；另一类是带有银白色光泽的呈圆形或椭圆形的“小亮点”。关于氧化膜的本质目前还没有统一的认识。但许多研究者认为：铸锭中三种类型的氧化膜都是熔体被水分、氢和氧所污染而造成的。其中，片状氧化膜是由固态非金属夹杂物或具有氧化表面的气泡疏松所形成的分层，亮片是由未被压合的疏松和气泡所形成的分层，小亮点是由过

11、饱和固溶体中析出的二次氢气泡。2. 3.疏松、缩孔当熔体结晶时，由于基体树枝晶间液体金属补充不足或由于存在未排除的气体（主要为氢气），结晶后在枝晶内形成的微孔称疏松。由补缩不足形成的微孔称为收缩疏松；由气体形成的疏松称气体疏松。疏松的宏观组织特征为黑色针孔，断口组织特征为组织粗糙，不致密，疏松严重时断口上有白色小亮点。显微组织特征为有棱角形的黑洞，疏松愈严重，黑洞数量愈多，尺寸也愈大。疏松使铸锭密度减小，致密性降低，特别是降低高强铝合金的冲击韧度和横向伸长率。此外，有疏松的铸锭在热轧和锻造时会引起裂纹，其半成品在球化退火时将出现气泡。因此，疏松作为铸锭的一个重要组织缺陷，必须设法防止。对于铸锭

12、中已产生的疏松要进行严格控制，当超出标准允许的程度时，铸锭就要判废。铸锭中疏松的程度一般可以通过测定试样的密度并与该合金的理论密度进行对比来确定。但在生产中，为方便起见，通常都是根据四级标准图片(该标准是按低倍试片单位面积上疏松孔洞的大小和数目来制定的，见YS671993)对照评级并确定成废的。对一般用途的铸锭，直径大于29Omm的，允许3级疏松，直径小于29Omm的，允许2级疏松；但重要制品用的铸锭，则不允许有疏松存在。铝合金连续铸锭中的疏松总是分布在过渡带较宽的等轴晶区，且总是为气体所填充。在通常条件下，扁铸锭的最大疏松区发生在宽面表皮层30mm以内的部位。铸锭的最大疏松区发生在铸锭中心，

13、且随结晶器高度增加而向边部发展。供流条件对疏松的分布具有很大影响，并可能破坏上述规律而在局部地区造成最大疏松。根据疏松的形成过程和影响因素可知，防止铸锭产生疏松的办法是：1)降低熔体中气体的含量。主要应该做到如下几点：(1)炉子大、中修后烘炉要彻底；(2)精炼剂、铸造工具等预热烘烤要彻底；(3)精炼要彻底；(4)防止熔体在炉中停留时间过长。2)缩小铸锭中过渡带的尺寸。主要的措施是：铝合金连续铸锭中的疏松总是分布在过渡带较宽的等轴晶区，且总是为气体所填充。在通常条件下，扁铸锭的最大疏松区发生在宽面表皮层30mm以内的部位。铸锭的最大疏松区发生在铸锭中心，且随结晶器高度增加而向边部发展。供流条件对

14、疏松的分布具有很大影响，并可能破坏上述规律而在局部地区造成最大疏松。根据疏松的形成过程和影响因素可知，防止铸锭产生疏松的办法是：1)降低熔体中气体的含量。主要应该做到如下几点：(1)炉子大、中修后烘炉要彻底；(2)精炼剂、铸造工具等预热烘烤要彻底；(3)精炼要彻底；(4)防止熔体在炉中停留时间过长。2)缩小铸锭中过渡带的尺寸。2.4.白点白点指铸锭的断口组织中一种没有光线选择性的呈灰白色的点状薄膜。白点通常分布在铸锭底部、浇口部及横断面的边部。关于白点的本质和形成机理现在还不清楚。初步研究表明，白点具有下列特性：1)在含镁高的铝合金中容易出现；2)呈碱性;3)呈脆性。当白点严重时，它能显著降低

15、铸锭的塑性；4)通常分布在铸锭底部、浇口部及边部：5)白点的产生主要取决于熔体被气体饱和的程度及铸锭的冷却条件。熔体含气量愈高，铸锭冷却强度愈小，则形成白点的倾向性愈大。防止白点的办法1) 一是降低熔体中的气体含量2)二是提高铸锭的结晶速度。3.铸锭中的裂纹3. 1.前述铸锭中常见的裂纹形式有四种，即：侧面裂纹、底部裂纹、浇口部裂纹、表面裂纹。圆铸锭中常见的裂纹形式有：中心裂纹、表面裂纹、环状裂纹和横向裂纹。空心圆铸锭中常见的裂纹有内孔放射状裂纹、环状裂纹和横向裂纹三种。此外，在铸锭中，还有一种称为晶层分裂的裂纹形式也时有所见。铸锭中氧化膜的分布是不均匀的，也没有严格的规律性，但根据大量的工业生产统计，大致具有下面一些倾向：1）合金不同，铸锭中出现的氧化膜类型也不同。通常，片状氧化膜多见于2A12、7A04、2A11、5A06、2A14等合金中，亮片多见于6A02、2A50、2B50、2A14、2A02等合金中，小亮点多见于2A70、2A80等合金中。2）铸