1.鑄造裂紋的分類和機理剖析

1.1　鑄造裂紋的分類

按其構成進程通常將鑄造裂紋分為熱裂紋與冷裂紋。熱裂紋是在有用結晶區(qū)間(自線縮短開端溫度起，至不平衡固相線溫度止的結晶溫度區(qū)間)構成的裂紋。以圓鑄錠為例，其宏觀表現(xiàn)形式為外表裂紋、中心裂紋、環(huán)狀裂紋、放射狀裂紋、澆口裂紋等。冷裂紋是指合金低于合金固相線溫度時構成的裂紋，多發(fā)生在200℃左右。側裂、底裂、劈裂多為冷裂紋。

1.2　鑄造裂紋的構成機理

冷裂常出現(xiàn)在鑄件受拉伸的部位，那些壁厚不同大、形狀雜亂的鑄件，尤其是大而薄的鑄件易發(fā)生冷裂紋。凡是能添加鑄造應力、下降鑄造強度和塑性的要素都將促進冷裂紋的開展。

熱裂紋是一種一般又很難完全消除的鑄造缺點，除Al-Si合金外，簡直在一切的工業(yè)變形鋁合金中都能發(fā)現(xiàn)。關于熱裂紋的構成機理首要有強度理論、液膜理論和裂紋構成理論3種。其間，強度理論比較通用，該理論從對合金高溫力學性能的研討結果出發(fā)，以為一切合金在固相線溫度之上的固液區(qū)內都存在著一個強度極低、延伸率極小的“脆性溫度區(qū)間”，合金在這個區(qū)間冷卻時，當縮短而發(fā)生的應力假如超越了此刻金屬的強度，或者由應力而引起的變形超越了金屬的塑性，會導致熱裂紋的發(fā)生。

在生產進程中一般不存在樸實的熱裂紋或冷裂紋，大部分都先發(fā)生熱裂紋，然后在冷卻進程中由熱裂紋開展成為冷裂紋。

2　鑄造裂紋發(fā)生的實質原因

在凝結末期，鑄件絕大部分已凝結成固態(tài)，但其強度和塑性較低，當鑄件的縮短受到鑄型、型芯和澆注體系等的機械阻止時，將在鑄件內部發(fā)生鑄造應力，若鑄造應力的大小超越了鑄件在該溫度下的強度極限，即發(fā)生熱裂紋。而冷裂紋是在鑄件凝結后冷卻到彈性狀態(tài)時，因部分鑄造應力大于合金極限強度而引起的開裂?？偨Y可知，發(fā)生鑄造裂紋的實質原因是因為安排內應力與外部機械應力太大，超越材料塑性變形才能，引起金屬安排不接連而開裂。

3.避免鑄造裂紋發(fā)生的辦法

鑄造裂紋的影響要素歸納起來首要與熔體質量、鑄造設備、鑄造工藝條件和晶粒安排有關。因此可從這四個方面入手，采取對應辦法來避免鑄造裂紋的發(fā)生。

3.1確保熔體的質量

3.1.1減少熔體中雜質的含量

段玉波等對7050合金鑄造工藝進行了研討，提出對化學成分的優(yōu)化，能夠提高合金的成型性，減少鑄錠開裂。

雜質含量高時，合金安排中晶格畸變量增大，內應力增大，抵抗塑性變形才能大大下降，導致合金易于開裂。關于鋁及鋁合金，F(xiàn)e、Si是其首要雜質元素。它們首要以FeAl3和游離硅存在。當硅大于鐵，構成β-FeSiAl5(或Fe2Si2Al9)相，而鐵大于硅時，構成α-Fe2SiAl8(或Fe3SiAl12)相[6]。當鐵和硅的比例不其時，會引起鑄件發(fā)生裂紋。

此外，其它雜質元素也需相應操控。當合金中存在鈉時，在凝結進程中，鈉吸附在枝晶外表或晶界，熱加工時，晶體上的鈉構成液態(tài)吸附層，發(fā)生脆性開裂，即“鈉脆”。堿金屬鈉(除高硅合金外)一般應操控在5×10-4%以下，乃至更低，達2×10-4%以下。像K、Sn等低熔點雜質元素少量存在也會使合金性能變脆，易于開裂。這首要是因為低熔點雜質元素在凝結時后結晶，往往包在晶界周圍，導致凝結縮短時受拉應力而沿晶開裂。所以需對鋁液中的雜質含量進行合理調配，操控其含量。

3.1.2　減少熔體的含氣量和攙雜物含量

鋁及鋁合金熔煉、保溫時，空氣和爐氣中的N2、O2、H2O、CO2、H2、CO和CmHn等要與熔體在界面相互效果，發(fā)生化合、分化、溶解和擴散等進程，朂終使熔體發(fā)生氧化和吸氣。其氧化生成物有A12O3、SiO2、MnO和MgO等，其間Al2O3是首要的氧化攙雜物。其間，關于非金屬攙雜要求其數(shù)量少而小，其單個顆粒應少于10μm;而關于特殊要求的航空、航天材料、雙零箔等制品的非金屬攙雜的單個顆粒應小于5μm。

因為熔體吸收的氣體中H2占85%以上，且氫在熔體中的溶解度隨溫度的下降而減小，因而在熔體結晶凝結時有很多氣體析出，未及時逸出的便在鑄錠中構成氣孔。攙雜物和氣孔都可削弱晶粒間的聯(lián)合，造成應力集中，使鑄錠的塑性和強度下降，然后導致鑄造裂紋。一般來說，一般制品要求的產品氫含量操控在0.15~0.2mL/(100gAl)以下，而關于特殊要求的航空、航天材料、雙零箔等氫含量應操控在0.1mL/(100gAl)以下。

3.2　調整鑄造設備情況

3.2.1　結晶器

以熱頂鑄造結晶器為例，其結晶器是由隔熱的熱頂部分和未隔熱的冷卻部分組成的，通常是由2A50合金鍛造毛坯或紫銅加工而成。而結晶器的材質、高度、水套中間水孔、內腔斷面形狀、二次冷卻水孔方位和均勻性，及其安裝的平整性，對鑄造裂紋都有影響。

銅質結晶器因為傳熱速度快，導致過冷度增大，關于合金結晶規(guī)模較寬的大標準鑄錠易發(fā)生裂紋。在半接連鑄錠生產中，大多采用矮(短)結晶器。但采用矮(短)結晶器時，鑄錠的溫度梯度大，其縮短應力大，故易發(fā)生心部裂紋。結晶器高度一般為80~200mm。常見的結晶器高度與鑄錠直徑的關系。而水套中間水孔的截面因為對鑄錠的結晶凝結有影響，故對裂紋的發(fā)生有影響。結晶器的內腔斷面形狀不合理，二次冷卻水孔方位不適當及均勻性欠好，在凝結時會發(fā)生不均勻縮短，而導致鑄錠裂紋。另外，結晶器安裝不平整，在鑄造時會對鑄錠剛凝結的外殼部分發(fā)生彎矩效果，將導致鑄錠外表裂紋。