高强变形铝合金成分对铸锭裂纹倾向性的影响——兼谈铸锭冷裂纹和热裂纹的机制.pdfVIP

·70· 工业铝型材技术专集 高强变形铝合金成分对铸锭裂纹倾向性的影响 ——兼谈铸锭冷裂纹和热裂纹的机制 周家荣 (瑞荣(中国)有限公司，广东广州510375) 摘要：综述了变形铝合金铸锭裂纹理论的现状和要点，在此基础上，集多家研究成果，对常用高强变 形铝合金化学成分对裂纹倾向性的影响按系列进行了阐述，并介绍了连续铸造情况下防止或减轻 裂纹产生的成分控制办法。 关键词：变形铝合金；化学成分；铸锭；热裂纹；冷裂纹 1 通过调整成分控制铸锭裂纹倾向性的理论基础 变形铝合金铸锭的裂纹形式很多，从裂纹产生的温度区间分，有冷裂纹和热裂纹两大类。 效结晶区间(指自线收缩开始温度起，至不平衡固相 线温度区间)形成的裂纹(见图1)。无论是热裂纹还 是冷裂纹，它们都是铸锭在凝固过程中伴随合金在 冷却过程中的收缩而产生的。合金在铸造过程中的 液态收缩不造成危害，但凝固收缩是造成铸锭热裂 的重要原因，而合金的固态收缩对铸锭中应力的产 ， 生和冷裂纹的形成起着主要作用。 a_热裂纹 b一冷裂纹 l铝合金圆铸锭中的热裂纹和冷裂纹 铸造拉应力超过了铸锭本身强度或塑性所允许的程铸造釜茎蒡羞釜掌萼未耋罢篓篡淼凳篝窑譬Iil………………一。…一 度而产生的。因此，凡是降低铸造应力(合金的弹性模量越小、自由线收缩系数越小、热导率越 高，铸锭内各部分温差越小，则残余应力越小；此外，应消除各种可能的应力集中源)、提高铸锭 强度和塑性的因素都将有利于避免冷裂纹。经验表明，铝合金连续铸锭的铸态伸长率如果大 toni的几种铝合金连续铸锭的铸态塑性，并按 于1．5％，则不会发生冷裂纹。有人测定了移370 产生冷裂纹的倾向由小到大排列，次序如表1示。可见，随合金塑性降低，铸锭形成冷裂纹的。 倾向增大。在实际生产中，冷裂纹主要产生在7A04型和2A12型合金铸锭中，软合金锭实际上 没有冷裂纹。 表1谚370mm铝合金铸锭的铸态塑性 合金 6A02 2A50 2A70 2A11‘ 2A02 2A80 2A12 7A04 关于热裂纹的形成机制，目前主要有液膜理论和强度理论两种。 液膜理论认为： 工业铝型材技术专集 ①热裂纹主要发生在固一液区，此时，枝晶彼此接触，晶界存在很少液相，液体流动困难， 由于晶界结合力很弱，在拉应力作用下极易产生晶间裂纹，裂纹一旦产生又很难被液态金属弥 合，故此阶段产生热裂的概率最大。 ②合金的热裂倾向性与晶问液体的数量和分布形态密切相关。若晶间液体形成铺展液膜 时，热裂倾向性显著增大；若晶间液体呈球状而不易铺展时，合金热裂倾向性明显减轻。 ③晶间液体的形态受晶界界面张力OSS和固一液界面张力嘶．的平衡关系支配，如图2和式 (1)所示。 ，液态金属 6ss=2巧sLcos0 (1)晶粒边界 兽一 (1)式中，臼为液体双边角(经测试臼变化范围为10。～110。)。当 0很小时，枝晶间液体铺展成液膜，其界面张力将两侧的固态枝晶吸 附在一起，液膜的结合力很低，很小的应力就可使晶间移动，最后形 s=2吒cos0 成裂纹。当臼较大时，液体呈球状。 ④热裂纹的形成过程可用图3所示的模型加以解释。图中占为 图2半固态金属晶粒边 液膜厚度，铸锭收缩受阻时，液膜两侧的固相枝晶被拉开，如果晶间 界液体的平衡双边角 液体与外界液体相通，液膜端部始终呈