浅析5XXX系合金扁锭质量控制张军笪疆平

张军笪疆平

（中铝河南洛阳铝加工有限公司，河南洛阳471800）

摘要：本文对5XXX系合金成分特点分析，结合我厂现况，浅析熔铸工艺过程控制对5XXX系铝合金扁锭生产的影响。

关键词：5XXX系；合金成分；扁锭；熔铸工艺；

前言：

5XXX系铝合金含Mg较多，因<1，因此该系合金表面的氧化膜是疏松的，氧化反应可继续向熔体内进行，使氧化膜失去对内部熔体的保护作用。合金中Mg含量越高，熔体表面氧化膜的致密性越差，抗氧化能力越低。

我厂生产的5XXX系合金扁锭主要包括5052.、5083、5182等合金铸锭。这几种合金因Mg含量较高，熔体易氧化，粘度大，铸造时铸锭容易产生夹渣或裂纹，轧制时也经常出现裂边或整块裂纹报废现象。特别是5182合金铸造时铸锭表面还极易产生拉裂缺陷。对Mg含量>4%、铸锭厚度>400mm的5083、5182合金而言，受制于熔体粘度大、铸锭厚度大的影响，铸造时气体不易析出，还容易产生疏松缺陷。下面就对其进行简要的阐述。

1.常用5XXX系合金成分特点与铸造性能关系

表15052、5083、5182合金成分比较

5052、5083、5182合金成分比较见表1,5182、5083合金Mg含量远高于5052合金，决定了前者熔铸难度高于后者。事实上，5182、5083合金不论在H含量的控制、铸锭夹渣控制还是铸锭成型都比5052合金困难。比如，同等条件下，5182合金H含量要比5052合金高20%左右，铸锭氧化膜夹渣率则要高出近一倍。

与5182合金不同的是，5052、5083合金含微量Cr，由于Cr提高合金铸造热裂倾向，导致5052、5083合金更容易产生底部热裂纹和表面皮下裂纹。

5182合金普遍用于食品包装行业，对Be元素的控制非常严格，熔铸生产中不得添加be改善铸造性能，因此，铸造过程中铸锭表面脆弱的凝壳容易被摩擦阻力撕裂形成拉裂缺陷，其铸造成型对结晶器表面质量和润滑效果要求极高。5052、5083合金则可添加微量Be避免了严重的铸锭表面质量问题。

2.控制杂质元素Na的含量，防止Na的脆性

Na是表面活性元素，熔点低（97.8°C），不溶解在液态和固态铝中，合金熔体凝固时游Na被排斥在生长着的枝晶表面，凝固后分布在枝晶网格边界，削弱了晶间的联系，在铸造和热加工过程中容易引起应力集中并产生裂纹。微量Na强烈损害铝合金的热变形性能，热轧时因“Na脆”导致轧制裂纹。

在不含Mg的合金中，Na不以游离态存在，总是以化合态存在于高熔点化合物NaAlSi中，不具有“钠脆性”。

Mg含量>3%的合金中，Mg对Si的亲和力比Na大，Mg和Si优先形成，析出游离Na，即：，从而使铸锭表现出较严重的“Na脆性”。生产实践证明，当高Mg合金中Na含量>6ppm时，铸锭在铸造和加工时裂纹倾向就急剧增大，5083合金中Na含量>10ppm时，轧制裂纹倾向高达70%。生产中为了避免“Na脆性”，5052合金含量控制在<10ppm，5083、5182合金Na含量控制在<5ppm。

熔铸生产中控制Na含量的措施主要包括：

1)采用Na含量低的原材料，一般要求原铝锭中Na含量<15ppm。

2)熔炼时严禁使用含Na离子的溶剂覆盖或精炼熔体，一般使用、KCl为主要成分的2号溶剂，为避免前一熔次炉子内残余Na的影响，生产高镁合金时，一般提前一到两熔次使用2号溶剂。

3)炉内加入除Na剂或采用精炼气体加方法使游离Na生成NaCl并随炉渣排出。

3.加Be保护熔体，减少氧化膜夹渣或裂纹

5083合金Mg含量高，氧化性大，在熔体表面易生成不致密的、疏松多孔的氧化膜（MgO），在没有熔体保护情况下氧化反应将向熔体深处进行，氧化后的熔体铸造的铸锭表面发黑、疏松增加并且容易产生氧化膜夹渣，夹渣容易引起应力集中而导致铸锭产生裂纹，熔铸过程必须注意防止Mg急剧氧化。

5083合金在熔炼过程中因Mg密度小，在高温下遇气体易燃，不易加入熔体。因此加Mg时最好将Mg锭放置在特制的加料器内，迅速浸入铝液，往复搅动，使其逐渐融化于铝液中，家Mg后立即撒一层2号溶剂覆盖。

利用元素Be原子半径小、氧化时发热量大和等特点，在5083合金熔体加Mg后加入10-15ppm的Be保护熔体，阻止Mg持续氧化。

相对而言，5052合金因Mg含量不高生产中可不用加元素Be来改善Mg的氧化烧损问题》

5182合金Mg含量高，但因产品最终用途限制，熔炼过程一般不加Be。

4.铸造准备工作

由于5XXX系铝合金中镁含量较高，铝熔体的黏度大，流动性差，在流槽清理，工器具的清理上相比与生产3、8系铝合金时较难，故在铸造准备过程中应更加注意、用心。

在铸造准备时，应将在线流槽清理干净，刷不粘铝涂料后烘烤，减少在线流槽中的异物，杂质，可减少铝熔体的二次污染，同时减少铸造开始时铝熔体温降、造渣。

对在线设备进行检查，特别钛丝机、除气箱、过滤箱的检查，保证其在铸造过程中正常运行，减少与避免在铸造过程中的故障，从而减少对铸锭内部质量的影响。

对结晶器进行检查，特别注意结晶器出水、出油效果，结晶器内壁的光洁度，若结晶器出水不均，将导致铸造冷却不均，致使铸锭出现裂纹等缺陷；若结晶器内部粗糙、出油效果不好，极易引发铸锭拉裂等缺陷的产生。

故良好的铸造准备工作，可对铸锭质量提供一定的保障。

5.铸造过程质量控制

5XXX系合金铸锭铸造到一定长度时，铸锭表面容易出现竖状皱褶。铸造应力集中在竖状皱褶处时便引起铸锭裂纹。竖状皱褶有时会以皮下裂纹形式存在，在铸锭铣面时发现，严重时在铸锭轧制时才以开裂的形式表现出来。铸锭宽度、厚度越大竖状皱褶越严重。铸锭表面竖状皱褶深度大时，要通过加大铸锭铣面厚度来消除此种缺陷。

（1）在线添加Al-Ti-B应注意的问题

生产中往往把在线添加Al-Ti-B丝作为晶粒细化的首选方式，但在相同的生产工艺条件下，过量添加B元素，铸锭表面产生竖状皱褶的几率更大。如在5083合金中，熔体中质点容易聚集，在铸锭表面形成竖道皱褶缺陷，会成为裂纹源。因此应严格控制合金中B含量。故我们现在在生产过程中在线加入Al-5Ti-0.2B丝取代Al-5Ti-1B丝，可达到既减少Al-Ti-B添加量又能确保晶粒细化效果的目的。

（2）结晶条件的影响

结晶器工作表面不光滑、铸造时润滑不良、结晶器内液体流动性越差，都会导致竖状皱褶越严重。实际生产中对结晶器润滑效果差，是竖状皱褶产生的主要原因。在结晶器润滑条件差时，会经常发现结晶器内大面积金属表面出现局部粘附结晶器壁的现象，这是产生竖状皱褶是、时液面的一种反应，需要及时采取人工补充浇油，阻断皱褶蔓延。浇油时要细而均匀，减少铸锭表面热裂和冷隔缺陷产生。

铸造开始时，熔体温度通过转注流程温度损失达到3-5°C/米，而铸造过程中溶体温度损失约为2°C/米，使铸锭底部表面竖状皱褶多于铸锭中部，严重时导致裂纹引起铸造失败，因此应加强铸造开始时熔体保温措施，减轻铸锭底部竖状皱褶。

（3）铸造速度的影响

5083、5182铝合金中的镁含量相对5052铝合金中的镁含量高，并且随着铝合金中镁含量的升高，铝合金熔体的黏度越大，流动性越差，在其余相同条件下，5083、5182铸锭表面的拉裂倾向于、相对于5052合金铸锭要大的多，故在通常情况下相同规格的5XXX系铝合金中镁含量增高铸造速度降低。

（4）铸锭规格的影响

分配袋宽度方向多两侧与结晶器壁的间距短，液面对流及流速小，液面表面金属靠大面中心部位的对流补充，铸锭大面中心部位表面氧化物得不到充分扩展就接触结晶器壁而被冷却凝固，较厚的氧化物便在铸锭表面连续形成竖状皱褶。因此，对宽厚比大的铸锭铸造时，要保证较高的铸造温度和良好的润滑效果。

结束语：

综上所述，加强5XXX系合金扁锭熔铸工序质量控制，提高铸锭实物质量，是有效减少铸造废品=提高热轧质量的关键，在实际的工作中，我们必须重视对其铸锭实物质量。

参考文献

[1]周家荣.《铝合金熔铸生产技术问答》是2008年1月1日由冶金工业出版社出版的图书