铝合金铸造板缺陷分析及预防措施

铝合金铸造板缺陷分析及预防措施

杨映潭

鹤庆溢鑫铝业有限公司（671507）

摘要：铝合金板是非常重要的材料，科学的铝合金板铸造能够从根本上提升产品质量。铸造作为铝合金板必须形成必须经历的过程，在多种因素的影响下，可能出现各种各样的缺陷，影响铝合金板的铸造质量，进而影响产品的质量。因此，在明确铝合金板铸造工艺的基础上，要对缺陷进行全面分析和研究，并且提出对应的预防措施，进而提升铝合金板铸造质量。

关键词：铝合金；铸造板；缺陷；预防措施

铝合金板是一种关键材料，其在航空航天、交通运输、建筑工程、电子电气和汽车制造等领域具有广泛的应用。为了能够进一步提升铝合金板的质量，有必要对铸造工艺进行全面分析和研究，并且分析铝合金板铸造缺陷，针对性的提出预防措施。以此保证能够减少不合格铝合金板的数量，保证铸造板质量，为相关产品的质量提供一定保障。

一、铝合金铸造工艺概述

铝合金铸造工艺包含三种方式：压力铸造、熔模精密铸造和重力铸造。其中：压力铸造是一种在高压环境下将熔融的铝合金注入模具，待其冷却后形成铸件的工艺方法；熔模精密铸造则是通过使用高温蜡料或低熔点合金制造模具，然后在高温下将蜡料或合金熔化并倒入模具中成型，再经过冷却、硬化等步骤制作出铸件；重力铸造是依靠重力作为主要的成型力量，在低压条件下将熔融的铝合金注入模具，待其冷却后形成铸件的方法。

在铝合金板的制造流程中，主要涉及熔铸、热轧和冷轧等关键工艺。具体流程为：熔铸工艺是铝合金板生产的基石。在这一阶段，铝合金原料被投入熔炉中熔化，然后通过连续铸造机将液态铝转化为厚度较大的铝板。这一工艺为铝合金板的初步成型提供了坚实的基础，确保铝板满足相关标准[1]。随后进入热轧工艺环节。此工艺要求先对铝板进行预处理，清除其表面的氧化层和杂质。接着，铝板被加热至适当温度，使其变得柔软并易于塑性变形。随后，铝板被送入热轧机中，经过连续的轧制和拉伸，其厚度逐渐减小，同时获得所需的尺寸和形状。最后，冷轧工艺为铝板的生产画上完美的句号。由于热轧后的铝板表面存在粗糙度和应力问题，需要通过冷轧工艺进一步改进。与热轧类似，冷轧工艺也是通过辊道对铝板进行轧制和拉伸，但这一过程是在室温下进行的。经过多次冷轧和拉伸，铝板的厚度进一步减小，同时其机械性能和表面质量也得到了显著提升。

二、铝合金铸造板缺陷分析

（一）裂纹

铝合金板经过热处理后，或者是过烧、过热等因素的影响，会出现裂纹的情况，一般为穿晶裂纹。一般情况下，裂纹缺陷的发生在复杂的铸件或者是镁元素较多的铝合金板中较为常见。镁元素的添加主要是为了提升铝合金板的强度，但是在镁元素含量过高时，尤其是超过4.6%时，会出现热裂纹缺陷。

（二）气孔

铝合金板内吻突一般是椭圆形或者长圆形，外表有光泽，表面出现发亮氧化皮，有的时候颜色也呈油黄色。造成气孔发生的主要是由于合金热胀冷缩时，金属氧化物分解温度升高。高温条件下，铝合金板导热性能、硬度均较好，但是膨胀系数也会不断变化，造成合金屈服强度降低。

（三）飞边

在设备高速运转的情情况下，动力源也可以更加充足，维持较为稳定的待焊状态。而焊缝的过程中，物料从后侧流向前侧，在高转速、离心力的作用下会产生巨大摩擦力。再通过搅拌头将物料排除焊缝，使得前侧的焊缝边缘出现飞边缺陷。这种情况非常容易引起焊缝问题，是需要重点关注的内容。

（四）缩松

铝合金板铸造过程汇总，内浇道飞冒口的根部位置较为粗大区域、壁厚较薄的转接区域、薄壁加工平面较为宽阔的区域，经常会出现铸件缩松的情况。一般刚铸型的刀口呈现出灰白色，热加工处呈现为灰白色至灰黑色或者是浅黄色。造成缩松问题发生的主要原因是铸形的温度分布情况不科学，没有固定的凝固梯度，或者是铸件没有通过压力作用凝固、结晶[2]。因此，晶粒越粗大，脆性也会越严重，且晶粒粗大会产生化学成分，组织状态也不够均匀，可能造成更加严重的非平衡条件粗晶脆化，引发严重的质量问题。

（五）夹渣

铸型过程中，在一些通气较差的边角处夹渣问题最常见，且一般在铸件的表面分布。铝合金板在具体的铸造过程中，阳极氧化可能涉及除油、着色等过程，涉及的产品主要是硫酸、硝酸等。这些材料在一定程度上产生不必要的生成物，流入设备槽就可能造成后续的铝合金板中夹渣。

三、铝合金铸造板缺陷的预防措施

（一）科学选择合成材料

不同铝合金的成分对构造性能有着重要影响。合理选择合金成分，控制其中的杂质含量，可以降低裂纹、气孔和夹渣的发生概率。实践中，需要选择焊接性较好、变形能力较强、可以接受热处理强化的材料组成方案，并且要保证结构拘束度较小，更好的避免裂纹等问题产生[3]。同时，要选择具备较强抗热力能力的焊丝，减少焊接过程中产生的裂纹。此外，对于铸造过程的标准控制，也可以减少裂纹产生。如废料完全溶化进入凭证熔池后，再溶化另一桶废料；对合金化学成分进行检查后，调节好熔炉的温度；调节成渣剂量，可以适当加大剂量；吹入更多的氩气，将杂质燃烧尽，并且将氧化物放置到炉渣中。

（二）选择适合浇筑方式

在铝合金铸造过程中，保持一定的惰性气氛可以减少铝合金与氧气的反应，从而降低气孔和氧化缺陷的产生。并且，合理选择浇注方式，如倒入速度、角度等，也能够减少飞边和夹渣的发生。铸件在砂型内冷却、凝固的过程，在合金液中流的作用下可以从冒口中流出合金液，在这个过程中，对热结位置进行补缩，能够在一定程度上预防铸件锁孔、缩松缺陷。或者是在灰铸铁件和球墨铸铁的共晶膨胀压力作用下，对铸件二次收缩起到一定补偿作用，达到消除铸件缩松的目标。

（三）严格控制工艺参数

合理控制铸造温度、压力、时间等工艺参数，严格遵循铸造操作规程，可以减少缩松、夹渣等缺陷的产生。并且，及时监测和调整过程中的工艺参数，可以及时发现并解决潜在的问题[4]。其中温度作为需要重点控制的参数，需要给予高度关注。实践中，对于惯用铝材的熔炼，想要提升熔炼效率就需要掌握铝材的基本特点，即铝材的温度较低、黑点较小特点。这也就要求容量过程中需要随时调节熔炉温度，提升效率，减少损耗，保障铝合金板的整体质量。目前国内的熔炉主要存在着熔化效率较低的问题，提高热效率是铝合金板铸造过程中的重点。

（四）科学完善工艺设计

铸造工艺中设计冒口主要是对浇筑后、凝固初期出现的液态收缩问题进行补偿。终止液态收缩问题后，型腔的内部胀缩就可以维持平衡状态，使口径凝结更加适当。在这种情况下，可以保证铸件的外形完整，且内部致密性更好[5]。同时，按照工艺中设定的浇筑位置，冒口尽量放置于加工面，方便清理的同功能是也能够降低后期开展的修整工作量。

（五）融入高新铸造技术

对铸造技术的完善和升级，也是降低各类缺陷发生的主要方法。铝合金板的铸造过程中，可以应用感应熔炼技术，如果在高真空条件下使用该技术，就被称为高真空感应熔炼[6]。这种工艺可以有效去除合金中的气体污染物、金属杂质、非金属混合物，能够严格限制合金内的一些活泼成分，如镁。

结语：

铝合金板铸造过程中，可以通过科学选择合成材料、选择适合浇筑方式、严格控制工艺参数、科学完善工艺设计、融入高新铸造技术等以严格控制工艺参数，可以有效地预防铝合金铸造板裂纹、气孔、飞边、缩松和夹渣等缺陷的产生，提高产品质量和生产效率。

作者简介：杨映潭（1982.06）.男，白族，籍贯：云南云龙。重庆大学，本科。

现就职于鹤庆溢鑫铝业有限公司合金事业部副经理，职称：铝冶炼助理工程师。

参考文献：

[1] 程海峰,谭自盟,郑许,等. 5083铝合金铸造板缺陷分析及预防措施[J]. 特种铸造及有色合金,2022,42(5):597-600.

[2] 罗超庆,郑许,姚祥,等. 7075铝合金轧制板MgO缺陷的形成原因及其预防措施[J]. 轻金属,2020(6):52-55.

[3] 郑许,唐露华,何克准,等. 7075铝合金预拉伸板材缺陷分析及预防措施[J]. 热加工工艺,2017,46(5):248-250.

[4] 闫光远， 毛丰， 曹志强， et al. 直接冷却铸造法制备的三层6009/7050/6009铝合金复层板坯的变形和热处理能力[J]. 中国有色金属学报（英文版）,2018,28(1):9-19.

[5] 陈非凡,苏小平. 铝合金电池端板低压铸造工艺参数的设计与优化[J]. 铸造,2024,73(3):419-423.

[6] 孟凡奇. 铝合金大型薄壁平板件反重力铸造技术研究[J]. 世界有色金属,2022(12):166-168.