生產實踐證明，6105鋁合金裂紋傾向性比較大，特別是在6063、6105等不同牌號鋁合金交叉更換生產的實際情況下，6105鋁合金熔鑄工藝更難控制，其鑄造速度、鑄造溫度和冷卻水量比例不易把握，本文通過對其出現的中裂現象進行分析研究，試驗優化其熔鑄工藝參數，最大限度地減少甚至避免該類缺陷的產生。
1鑄錠中裂現象、中裂爐次(6105合金)選擇
在直徑127規格圓鑄錠的普通水簾式鑄造實踐中，6105合金表現出來的主要缺陷是中裂，主要影響因素是鑄造溫度、速度、冷卻水量，根據上述條件從近年來生產的爐次中按班組、日期、成品量等隨機抽取樣品爐次作為統計對象，進行統計分析。取樣品爐次還考慮在生產管理過程中，對鑄造工藝參數進行合理的試驗性調整，選擇經過試驗性調整這樣的爐次，使樣品爐次更具有代表性。
1.1生產過程：
熔鑄工藝流程：回爐廢料一原鋁液投爐一永磁攪拌一微量元素及Mg錠添加人爐一攪拌一熔煉爐N2噴粉精煉一扒渣一爐前預分析一轉爐一N2噴粉精煉一攪拌扒渣一預分析一靜置一在線鈦硼線桿細化晶粒一鑄造鑄錠(取成品樣)一均勻化一鋸切一質檢。
1.2 典型爐次選擇
隨機選取本公司不同時間、不同班組、不同鑄造速度控制生產的6105合金127圓鑄錠，共6爐次。其中4個試樣爐次成品率高，2個爐次成品率低。
a、樣品時間與爐次
b、樣品爐次、合金牌號等對應關系
c、投料及成品情況
1.3方法說明、缺陷分類
a、根據鋸切質量檢驗情況對成品進行統計。合格率=成品量/鑄造量*100%。
b、對出現缺陷的錠進行分類分析。1、2號樣所對應的爐次鑄錠缺陷是中裂。其它樣品爐次成品量正常。
c、在127鑄錠6105合金觀察到的裂紋種類與形狀。輕微“Y”、輕微“～”、清晰 “Y”、清晰“～”。同一爐次中，有“Y”裂紋，有“～”裂紋且偏離中心，這個現象不同于水眼式結晶器鑄造以 “Y”裂紋形式居多且分布在中心為主。
d、裂紋缺陷有半爐裂紋、整爐裂紋，有鑄造開頭裂紋，有鑄造過程裂紋。
1.4化學成份控制：
以滿足型材的力學性能及加工性能為主，設計的某一組6105化學成份控制推薦值如下表：
除最大值外，其它為控制范圍的目標值
為了6105型材特定的力學性能要求，如抗拉強度達σb 260MPa, 屈服強度達σp0.2 240MPa，伸長率δ8%，同時對導熱、導電性能均有一定要求，Mg/Si低于1讓Si過剩。因此設計的6105合金的化學成分，其Mg、Si是主要元素，含量控制范圍較寬，Mn、Cu含量控制適當的含量。6XXX系列合金抗拉強度最大值在α(Al)—Mg—Si三相區內[1]，因此成份制訂時往往考慮Si過剩，遠遠偏離1.73的理論值。
任何合金的力學性能都應該從具體的成份上去分析，當然也與熱處理相關。但是單純地比較合金本身的強度和硬度等力學性能是沒有實際意義的，可通過增加了某些合金以改善其本身缺陷。但是隨著工藝的改進，某些規格某些牌號的鑄錠在過去發生的缺陷，如：6063合金鑄錠裂紋現在基本不存在了。因此還是要根據型材成品性能的自身需求，來制定合適的化學成份廠標。
實踐證明6105合金的裂紋傾向性大，但解決方向主要從工藝參數上來尋找。
2 鑄造中裂現象原因分析
2.1 熔鑄成品合格率統計
熔鑄成品合格率統計 表一
2.2 對比分析
分別對每組數據進行比較分析，從《熔鑄成品合格率統計表一》可看出：樣品爐次1、樣品爐次2成品合格率低，樣品爐次4成品合格率次之，其它爐次合格率較高。
1、2取樣爐次與3取樣爐次成品率相比，鑄造速度快，成品合格率低。1取樣爐次比3取樣爐次鑄造溫度低。其它可以做類似分析。
①低溫快速、中溫快速鑄造的合格率均比較低。1、2樣品爐次與3號樣品爐次的鑄造速度相差別7 mm/min，1、2樣品爐次的成品率低。鑄造速度對中裂的影響最敏感。3、4樣品爐次相比，中溫慢速鑄造成品合格率高。中溫中速鑄造成品合格率中。再一次證明速度對成品合格率的影響是敏感。
②冬季高溫快速鑄造成品合格率高(6號取樣爐次)。夏季快速鑄造成品合格率低(1、2號取樣爐次)。冬夏季節環境溫度差別，影響到測量溫度的誤差，冷卻水水溫也有差別，鑄造流槽鋁熔體降溫幅度也有差別。因此，在冷卻水溫低，熔鑄生產環境溫度低的情況下，鑄造速度允許范圍較寬。
③把6#取樣爐次與其它爐次相比，電解原鋁液量與成品率相關性最小。因為電解原鋁水量的多少表現出的是導致熔體超溫而引起鑄錠缺陷，若熔煉精煉轉爐過程足夠長，熔體降溫、熔體溫度均勻化等有利用于鑄錠冶金質量的過程自然發生，這樣消除了電解原鋁液量對裂紋的影響。
2.3裂紋形成影響因素：
前邊分析了產生裂的原因，主要是工藝參數不合理造成的?！癥”裂紋與鑄造速度相關性最大，其次是熔體溫度，再次冷卻水量。
在水簾式結晶器中，由于引錠頭對水簾內環壓迫等外力作用下，內外環間的縫隙大小發生變化，不同側面的水簾大小不一致，錠錠易表現出“～”型裂紋。
2.4其它影響因素：
鑄造冷卻水溫，環境溫度，化學成份，爐料結構(鋁水比例)，熔體過程超溫這些因素也會影響到鑄錠裂紋。
3 鑄錠裂紋缺陷采取的防范措施
從樣品試驗爐次的結果可以看出，雖能鑄造速度、鑄造溫度、冷卻水量之間是相互關聯的，但這些參數對成品率的影響是有一定規律性的，只要通過這些規律性的分析，就可能提出有效的預防措施。工藝3方案是最優化的鑄造方案，以此為基礎制訂工藝參數范圍，在不同的情況下使用不同的工藝參數組合。對比各種方案，上策控制鑄造速度，特別是在快速開機后，應把鑄造速度調回到正常鑄造速度;其次是控制冷卻水量在規定參數的范圍的上限，并且控制鑄造溫度，當熔體溫度因熔煉過程中超溫時，在鑄造前應提早有效降溫。事后鑄錠裂紋質量檢測是下策的補救。
4結束語
通過上述分析總結，采用普通水簾式鑄造方式，生產直徑6105鋁合金Φ127mm圓鑄錠，以Mg/Si為1設定主合金化元素成分配比、鑄造速度143(mm/min)、鑄造溫度725℃、冷卻水量49%為宜，對某個獨立的工藝參數允許作上下偏差調整，但隨著控制范圍的擴大，其鑄錠出現裂紋的傾傾性增大。
參考文獻：
[1] 鋁合金加工技術實用手冊 冶金工業出版社 肖亞慶(出版2005年1月、參考167頁)
聲明：
“6105鋁合金圓鑄錠中裂現象研究及預防” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網
來源：南平鋁業有限公司
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