铝合金铸造裂纹产生的原因及防范措施简述

1.铸造裂纹的分类和机理剖析

1.1　铸造裂纹的分类

按其构成进程通常将铸造裂纹分为热裂纹与冷裂纹。热裂纹是在有用结晶区间(自线缩短开端温度起，至不平衡固相线温度止的结晶温度区间)构成的裂纹。以圆铸锭为例，其宏观表现形式为外表裂纹、中心裂纹、环状裂纹、放射状裂纹、浇口裂纹等。冷裂纹是指合金低于合金固相线温度时构成的裂纹，多发生在200℃左右。侧裂、底裂、劈裂多为冷裂纹。

1.2　铸造裂纹的构成机理

冷裂常出现在铸件受拉伸的部位，那些壁厚不同大、形状杂乱的铸件，尤其是大而薄的铸件易发生冷裂纹。凡是能添加铸造应力、下降铸造强度和塑性的要素都将促进冷裂纹的开展。

热裂纹是一种一般又很难完全消除的铸造缺点，除Al-Si合金外，简直在一切的工业变形铝合金中都能发现。关于热裂纹的构成机理首要有强度理论、液膜理论和裂纹构成理论3种。其间，强度理论比较通用，该理论从对合金高温力学性能的研讨结果出发，以为一切合金在固相线温度之上的固液区内都存在着一个强度极低、延伸率极小的“脆性温度区间”，合金在这个区间冷却时，当缩短而发生的应力假如超越了此刻金属的强度，或者由应力而引起的变形超越了金属的塑性，会导致热裂纹的发生。

在生产进程中一般不存在朴实的热裂纹或冷裂纹，大部分都先发生热裂纹，然后在冷却进程中由热裂纹开展成为冷裂纹。

2　铸造裂纹发生的实质原因

在凝结末期，铸件绝大部分已凝结成固态，但其强度和塑性较低，当铸件的缩短受到铸型、型芯和浇注体系等的机械阻止时，将在铸件内部发生铸造应力，若铸造应力的大小超越了铸件在该温度下的强度极限，即发生热裂纹。而冷裂纹是在铸件凝结后冷却到弹性状态时，因部分铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。总结可知，发生铸造裂纹的实质原因是因为安排内应力与外部机械应力太大，超越材料塑性变形才能，引起金属安排不接连而开裂。

3.避免铸造裂纹发生的办法

铸造裂纹的影响要素归纳起来首要与熔体质量、铸造设备、铸造工艺条件和晶粒安排有关。因此可从这四个方面入手，采取对应办法来避免铸造裂纹的发生。

3.1确保熔体的质量

3.1.1减少熔体中杂质的含量

段玉波等对7050合金铸造工艺进行了研讨，提出对化学成分的优化，能够提高合金的成型性，减少铸锭开裂。

杂质含量高时，合金安排中晶格畸变量增大，内应力增大，抵抗塑性变形才能大大下降，导致合金易于开裂。关于铝及铝合金，Fe、Si是其首要杂质元素。它们首要以FeAl3和游离硅存在。当硅大于铁，构成β-FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)相，而铁大于硅时，构成α-Fe2SiAl8(或Fe3SiAl12)相[6]。当铁和硅的比例不其时，会引起铸件发生裂纹。

此外，其它杂质元素也需相应操控。当合金中存在钠时，在凝结进程中，钠吸附在枝晶外表或晶界，热加工时，晶体上的钠构成液态吸附层，发生脆性开裂，即“钠脆”。碱金属钠(除高硅合金外)一般应操控在5×10-4%以下，乃至更低，达2×10-4%以下。像K、Sn等低熔点杂质元素少量存在也会使合金性能变脆，易于开裂。这首要是因为低熔点杂质元素在凝结时后结晶，往往包在晶界周围，导致凝结缩短时受拉应力而沿晶开裂。所以需对铝液中的杂质含量进行合理调配，操控其含量。

3.1.2　减少熔体的含气量和搀杂物含量

铝及铝合金熔炼、保温时，空气和炉气中的N2、O2、H2O、CO2、H2、CO和CmHn等要与熔体在界面相互效果，发生化合、分化、溶解和扩散等进程，朂终使熔体发生氧化和吸气。其氧化生成物有A12O3、SiO2、MnO和MgO等，其间Al2O3是首要的氧化搀杂物。其间，关于非金属搀杂要求其数量少而小，其单个颗粒应少于10μm;而关于特殊要求的航空、航天材料、双零箔等制品的非金属搀杂的单个颗粒应小于5μm。

因为熔体吸收的气体中H2占85%以上，且氢在熔体中的溶解度随温度的下降而减小，因而在熔体结晶凝结时有很多气体析出，未及时逸出的便在铸锭中构成气孔。搀杂物和气孔都可削弱晶粒间的联合，造成应力集中，使铸锭的塑性和强度下降，然后导致铸造裂纹。一般来说，一般制品要求的产品氢含量操控在0.15~0.2mL/(100gAl)以下，而关于特殊要求的航空、航天材料、双零箔等氢含量应操控在0.1mL/(100gAl)以下。

3.2　调整铸造设备情况

3.2.1　结晶器

以热顶铸造结晶器为例，其结晶器是由隔热的热顶部分和未隔热的冷却部分组成的，通常是由2A50合金锻造毛坯或紫铜加工而成。而结晶器的材质、高度、水套中间水孔、内腔断面形状、二次冷却水孔方位和均匀性，及其安装的平整性，对铸造裂纹都有影响。

铜质结晶器因为传热速度快，导致过冷度增大，关于合金结晶规模较宽的大标准铸锭易发生裂纹。在半接连铸锭生产中，大多采用矮(短)结晶器。但采用矮(短)结晶器时，铸锭的温度梯度大，其缩短应力大，故易发生心部裂纹。结晶器高度一般为80~200mm。常见的结晶器高度与铸锭直径的关系。而水套中间水孔的截面因为对铸锭的结晶凝结有影响，故对裂纹的发生有影响。结晶器的内腔断面形状不合理，二次冷却水孔方位不适当及均匀性欠好，在凝结时会发生不均匀缩短，而导致铸锭裂纹。另外，结晶器安装不平整，在铸造时会对铸锭刚凝结的外壳部分发生弯矩效果，将导致铸锭外表裂纹。