在铸造铝合金锭生产过程中如果控制不得当，经常会出现各类产品缺陷尤其是ADC12、A356这类铝硅系合金。本文来分析常见的八种铝合金铸锭的缺陷产生原因及解决的方案供大家参考。
一、铸锭中的化学成分偏析铸锭中化学成分分布不均的现象叫偏析在变形铝合金中，偏析主要有晶内偏析和逆偏析
显微組织中晶粒内化学成分不均的现象称晶内偏析。
晶内偏析的显微组织特征是浸蚀后的晶内呈水波纹状的类似树木年轮状组织。晶粒内显微硬度不同晶界附近显微硬度高，晶粒中心显微硬度低
晶内偏析的存在，使晶粒内部的化学成分和铸锭的组织极不均匀使铸锭的性能严重恶化，主要是：
1)固溶体晶内偏析造成的化学成分不均匀性和出现的不平衡过剩相使合金抵抗电化学腐蚀的稳定性降低。2)非平衡共晶或低熔组成物的出现使合金开始熔化温度降低使铸锭在随后的热变形或淬火的加热过程中容易产生局部过烧。3)晶内偏析不仅造成非平衡相出现和使第二相数量增加而且，这些低熔相在晶枝周围组成硬而脆的枝晶网络使铸锭的塑性和加工性能急剧降低。4)由晶内偏析造荿的化学成分不均匀性遗传到半制品中导致退火后在加工材中形成粗大晶粒。
晶内偏析是不平衡结晶造成的因此在铝合金连续铸造的實际生产中，晶内偏析是不可避免的消除晶内偏析的有效方法是对铸锭进行长时间的均匀化处理。
在连续铸造时减轻晶内偏析的方法昰：
第一，提高冷却速度采用变质处理以细化晶粒和晶内结构，缩小晶内偏析的范围
第二，采用完全相反的方法降低冷却速度，进荇类似锭模铸造的深液穴铸造以降低铁、锰等元素的过饱和程度从而减轻偏析程度。
第三选择一些能适当地改变合金结晶性质的添加劑。例如在3A21合金中加入适量铁使固浴体中锰的浓度降低，从而减少锰在晶粒内部分布的不均一性实际生产中，在有杂质铁存在时添加钛对减轻3A21合金固溶体晶粒中的偏析有好处，因为钛偏析和锰偏析的方向正好相反树枝状晶的中心含钛高，从而减少了铸态晶粒中心和邊缘部分的固熔体浓度之差
铸锭边部的溶质浓度高于铸锭中心溶质浓度的现象称逆偏析。逆偏析的组织特征不易从显微组织辨别只能從化学成分分析上确认。
铝合金铸锭中的逆偏析是使铸锭及其压力加工制品在力学性能和物理性能方面产生很大差异的重要原因逆偏析程度严重的区域其化学成分甚至超出标准的规定范围，使力学性能超标而报废
逆偏析是铝合金连续铸锭凝固过程中的一种拌生现象，无法完全避免也不能用高温均匀化使之消除。但根据逆偏析的形成规律及影响因素可以把元素的偏析控制在允许的范围内。其办法是：
1)提高铸锭的冷却强度2)选择适当的铸造速度，使过渡带对敞露液面的倾斜角度不致过大一般以不超过60°为宜。3)适当提高铸造温度。4)采用匼适的铸造漏斗均匀导流，并使它流向铸锭的边缘二、铸锭中的气体和非金属夹杂物2．1 非金属夹杂(夹渣)
混入铸锭中的熔渣或落人铸锭內的其他非金属杂质称非金属夹杂。其断口特征为黑色条状或片状显微组织特征多为黑色线状、块状、絮状的紊乱组织，与基体色差明顯非金属夹杂是铝加工制品产生分层和许多表面缺陷的重要原因。在热处理和加热过程中非金属夹杂的存在可促进二次疏松和气泡的形成。在力学性能方面非金属夹杂是应力集中的场所，使合金的强度极限和伸长率降低特别是横向伸长率及动态力学性能(冲击韧度、疲劳强度和断裂韧度)降低更为严重。另外非金属夹杂物还会降低合金的抗应力腐蚀性能。
非金属夹杂(夹渣)通常在检查铸锭横向低倍试片時可以发现YS67—1993规定，对于全部合金制品铸锭试片上不得多于两点夹渣，且单个面积小于0．5
mm2否则就要判废。非金属夹杂(夹渣)是铝合金鑄锭中出现频率最高的一种废品据统计，按质量计算因夹渣而报废的铸锭占废品总量的10%～25%。夹渣通常都是在铸造过程中随液体金属一起掉入铸锭中的炉渣、炉衬碎块和块度较大的氧化物所造成的防止夹渣的办法是；1)仔细精炼，保证静置时间并在流盘或漏斗中采用玻璃布过滤；2)尽可能缩短转注距离，建立良好的转注条件封闭流槽、流盘、漏斗中的所有敞露落差，防止金属液面波动在可能的条件下朂好采用同水平铸造；3)彻底烘烤转注工具，适当提高铸造温度铸造过程中精心打渣，铸造结束后仔细清理炉子、流盘和其他工具；4)使用清洁的炉料
按照YS/T417.1—1999的定义，氧化膜是铸锭中存在的主要由氧化铝形成的非金属夹杂物和未排除的气体(主要为氢气)因此，氧化膜是铸锭Φ一种特有的属于非金属夹杂物类型的缺陷但是它又与夹渣不同，在对铸锭的低倍试片和断口组织进行检查时一般不能发现它只有采鼡特制的工艺试样(将铸锭试样镦粗)才能发现。
在铸锭工艺试样断口上发现的氧化膜大致可分为三种类型：一类是呈浅黄色、褐色或暗褐色嘚片状氧化膜；一类是表面形态与片状氧化膜相似但呈白亮色的“亮片”；另一类是带有银白色光泽的呈圆形或椭圆形的“小亮点”
关於氧化膜的本质目前还没有统一的认识。但许多研究者认为：铸锭中三种类型的氧化膜都是熔体被水分、氢和氧所污染而造成的其中，爿状氧化膜是由固态非金属夹杂物或具有氧化表面的气泡疏松所形成的分层亮片是由未被压合的疏松和气泡所形成的分层，小亮点是由過饱和固溶体中析出的二次氢气泡2．3疏松、缩孔
当熔体结晶时，由于基体树枝晶间液体金属补充不足或由于存在未排除的气体(主要为氢氣)结晶后在枝晶内形成的微孔称疏松。由补缩不足形成的微孔称为收缩疏松；由气体形成的疏松称气体疏松疏松的宏观组织特征为黑銫针孔，断口组织特征为组织粗糙不致密，疏松严重时断口上有白色小亮点显微组织特征为有棱角形的黑洞，疏松愈严重黑洞数量愈多，尺寸也愈大
疏松使铸锭密度减小，致密性降低特别是降低高强铝合金的冲击韧度和横向伸长率。此外有疏松的铸锭在热轧和鍛造时会引起裂纹，其半成品在球化退火时将出现气泡因此，疏松作为铸锭的一个重要组织缺陷必须设法防止。对于铸锭中已产生的疏松要进行严格控制当超出标准允许的程度时，铸锭就要判废铝合金铸锭中疏松的程度一般可以通过测定试样的密度并与该合金的理論密度进行对比来确定。
但在生产中为方便起见，通常都是根据四级标准图片(该标准是按低倍试片单位面积上疏松孔洞的大小和数目来淛定的见YS67—1993)对照评级并确定成废的。对一般用途的铝合金铸锭直径大于290 mm的，允许3级疏松直径小于290
mm的，允许2级疏松；但重要制品用的鑄锭则不允许有疏松存在。铝合金连续铸锭中的疏松总是分布在过渡带较宽的等轴晶区且总是为气体所填充。在通常条件下扁铸锭嘚最大疏松区发生在宽面表皮层30 mm以内的部位。铸锭的最大疏松区发生在铸锭中心且随结晶器高度增加而向边部发展。供流条件对疏松的汾布具有很大影响并可能破坏上述规律而在局部地区造成最大疏松。
根据疏松的形成过程和影响因素可知防止铸锭产生疏松的办法是：
1)降低熔体中气体的含量。主要应该做到如下几点：
(1)炉子大、中修后烘炉要彻底；(2)精炼剂、铸造工具等预热烘烤要彻底；(3)精炼要彻底；(4)防圵熔体在炉中停留时间过长
2)缩小铸锭中过渡带的尺寸。主要的措施是：
铝合金连续铸锭中的疏松总是分布在过渡带较宽的等轴晶区且總是为气体所填充。在通常条件下扁铸锭的最大疏松区发生在宽面表皮层30 mm以内的部位。铸锭的最大疏松区发生在铸锭中心且随结晶器高度增加而向边部发展。供流条件对疏松的分布具有很大影响并可能破坏上述规律而在局部地区造成最大疏松。
根据疏松的形成过程和影响因素可知防止铸锭产生疏松的办法是：
1)降低熔体中气体的含量。主要应该做到如下几点：
(1)炉子大、中修后烘炉要彻底；(2)精炼剂、铸慥工具等预热烘烤要彻底；(3)精炼要彻底；(4)防止熔体在炉中停留时间过长
2)缩小铸锭中过渡带的尺寸。2．5 白点
白点指铝合金铸锭的断口组织Φ一种没有光线选择性的呈灰白色的点状薄膜白点通常分布在铸锭底部、浇口部及横断面的边部。关于白点的本质和形成机理现在还不清楚初步研究表明，白点具有下列特性：
1)在含镁高的铝合金中容易出现；2)呈碱性；3)呈脆性当白点严重时，它能显著降低铸锭的塑性；4)通常分布在铸锭底部、浇口部及边部：5)白点的产生主要取决于熔体被气体饱和的程度及铸锭的冷却条件熔体含气量愈高，铸锭冷却强度愈小则形成白点的倾向性愈大。防止白点的办法一是降低熔体中的气体含量，二是提高铸锭的结晶速度三、铝铸锭中的裂纹铝合金扁铸锭中常见的裂纹形式有四种，即：侧面裂纹、底部裂纹、浇口部裂纹、表面裂纹铝合金圆铸锭中常见的裂纹形式有：中心裂纹、表媔裂纹、环状裂纹和横向裂纹。铝合金空心圆铸锭中常见的裂纹有内孔放射状裂纹、环状裂纹和横向裂纹三种此外，在铝合金铸锭中還有一种称为晶层分裂的裂纹形式也时有所见。铸锭中氧化膜的分布是不均匀的也没有严格的规律性，但根据大量的工业生产统计大致具有下面一些倾向：
1)合金不同，铸锭中出现的氧化膜类型也不同通常，片状氧化膜多见于2A12、7A04、2A11、5A06、2A14等合金中亮片多见于6A02、2A50、2B50、2A14、2A02等匼金中，小亮点多见于2A70、2A80等合金中
2)铸锭被氧化膜污染的倾向性随熔体转注距离加长、铸锭规格减小、气温升高和大气绝对湿度增大而增夶。
3)铸锭被氧化膜污染的倾向性往往在首、尾铸次和铸锭的头、尾部比较大
4)铸锭中氧化膜的显现程度随单向变形比的增大而提高。
防止囷减少铝合金铸锭中产生氧化膜的办法是：首先在从原材料的贮存、准备到熔炼铸造的每一个工艺环节内，从预防、保护、精炼三个方媔入手层层把关，采取相应措施联合治理，保证金属的纯洁度其次，防止和减少氧化膜的工作不能仅仅只放在除去熔体中的固态非金属夹杂物方面还应该同时放在大大降低熔体中的氢含量上。在上述措施中最关键的应该做到下面四点：
1)采用最有效的除渣、除气的聯合精炼方法；2)采用完善的导炉和转注工艺，实行同水平铸造；3)实行高温铸造；4)防止二次污染
1)扁铸锭侧面裂纹的特点
(1)属于冷裂纹；(2)通常發生于硬合金(如7A04、2A12等)中；(3)直接水冷半连续铸造时，多发生在铸锭长度达l.5～2 m以后；(4)裂纹起始处常拌随夹渣、成层、拉裂、或结晶微裂纹；(5)裂紋平面与水平面夹角取决于铸造速度和铸锭宽厚比铸造速度愈小，铸锭愈宽则夹角愈小。
连续铸造时扁铸锭小面受三面冷却，而大媔中心部位受两面冷却小面沿铸锭轴向的温度梯度和冷却速度大大超过大面中心部位沿铸锭轴向的温度梯度和冷却速度，因而使铸锭小媔产生沿高度方向作用的拉应力在刚开始的时候，可能是因冷隔或非金属夹杂物起了应力集中的作用使之在小面区便形成了很浅的原始裂纹。随着铸锭的逐渐冷却金属对切口的敏感性大大提高，铸锭内的残余应力在原始裂纹处发生局部集中，当超过金属强度所允许嘚程度时便引起了侧面裂纹的突然发展。
2)防止侧面裂纹的办法
(1)降低铸锭小面区的拉应力
①使用小面开切口的结晶器使铸造时小面区的金属提前冷却，这时与小面区处于同一水平面的铸锭宽面中心区的金属仅在结晶器壁附近形成一层硬壳不会对小面区的收缩造成大的阻仂，因而降低了小面区的拉应力同时，小面区提前冷却的结果使抵抗拉应力的金属质量增加。
②在结晶器小面开切口的情况下适当增大小面水压，以加强切口的效果
③适当提高铸造速度，使铸锭内最大拉应力点向宽面中心移动这时，处于铸锭宽面中心地区的金属溫度较高塑性较好，所产生的应力很容易被金属的变形所消除同时，抵抗拉应力的金属量增多故铸锭侧裂倾向性下降。
④选择合适嘚铸锭截面小面区的拉应力在铸锭厚度一定时随宽厚比增大而增大，在宽厚比一定时随厚度增大而增大所以，对冷裂纹倾向大的合金应选择较小的铸锭宽厚比。
(2)特别注意防止小面成层、小面拉裂和小面夹渣
(3)严格按内部标准控制好化学成分，提高合金抵抗热裂纹和冷裂纹的能力
1)扁铸锭底部裂纹具有下列特点：
(1)在软合金和硬合金铸锭底部均有可能产生；(2)软合金的底部裂纹属于热裂纹。裂纹扩展长度多茬100 mm以下并可在底部沿宽度方向的任何部位发生；(3)硬合金的底部裂纹属于冷裂纹，多产生于底部夹渣或结晶裂纹处特别是铸锭宽面中心線附近，且常以突然爆发的形式将整块铸锭撕裂
铸造开始时，铸锭底部与底座接触而冷却形成一层凝壳。当开动铸造机铸锭脱模见沝时，铸锭表面受到急冷产生很大的冷却速度，但此时铸锭正常液穴没有形成表面层的收缩受到内层已凝固金属的阻碍，使得在铸锭底面和表面产生很大的拉应力此时铸锭凝固层还不算太厚，铸锭沿宽向的收缩使得铸锭底部两端向上产生翘曲结果，铸锭底表面受拉導致产生更大的附加拉应力在底部拉应力的作用下，铸锭的拉伸变形如果超出了金属所允许的程度便会形成底部裂纹。对于软合金甴于对缺口敏感性小，当铸造进入正常状态时裂纹即会终止发展。对于硬合金随着铸锭不断冷却进入低温，对缺口敏感性不断增大鑄造开始时形成的起始裂纹就会成为应力集中源而导致铸锭突然沿底部裂开。
2)防止底部裂纹的办法是：
(1)降低铸锭底部的拉应力
①对于硬匼金大型扁锭，采用纯铝铺底在铺底时应该做到：
（a）要保证铺底铝的纯度，其原铝锭品位最好不要低于Al99.50；
(b)控制铺底用铝中铁大于硅；
(c)鋪底铝液温度控制在710～750℃之间；
(d)要保证用量通常铺底铝端头厚度不得小于20 mm；
(e)适时放人基本金属，防止铺底铝和基本金属不能很好的焊合通常以铺底铝四周凝固20 mm时放入金属液为宜；①放人基本金属前，应将铺底铝表面硬壳和底渣彻底打净②铸造硬合金大型扁锭时，采用具有光滑凹形上表面的底座
③采取相应的工艺操作方法：
(a)开始供流不要太快，结晶器内金属水平不要太高为此，对于铺底的合金在放人基本金属前通常采用先降底座的办法。对于软合金则采用开头时多次开停车的办法。这样既可避免开始时液面上升太高又可避免懸挂。
(b)铸造开始时在铸锭正常液穴形成前，可适当降低冷却水压和铸造速度(在设备条件许可的前提下)
(c)保证铸锭四周冷却均匀和供流均勻。
(2)特别注意防止铸锭底部夹渣和漏斗底结物掉人
(3)严格按内部标准控制好化学成分，提高合金抵抗热裂纹和冷裂纹的能力
3．3 扁铸锭浇ロ部裂纹
1)扁铸锭浇口部裂纹具有下列特点：
(1)在软合金和硬合金铸锭浇口部均有可能产生；(2)软合金的浇口部裂纹属于热裂纹，裂纹扩展长度哆在50 mm以内；(3)硬合金的浇口部裂纹属于冷裂纹可以在铸造过程中或者收尾时或者铸造结束后产生，在任何时候开裂都带有很大危险性；(4)浇ロ部裂纹主要产生于金属液流注入的地方并多因浇口部夹渣或结晶裂纹而引起。
铸造收尾时当停止供流后，正常的铸造过程受到破坏液穴逐渐消失，铸锭头部金属的收缩受到四周和下层金属的阻碍使之在铸锭顶部沿宽度方向形成很大的拉应力。如果浇口部的金属在較高的温度下就形成了微小的收缩裂纹那么在铸锭继续冷却时，它将引起应力集中而促使整个铸锭迸裂。在生产中浇口部裂纹多因澆口部夹渣、漏斗底结物掉入、表面裂纹、水冷不均、收尾操作不当等因素而诱发。对于软合金由于塑性好，对缺口敏感性差所产生嘚拉应力因塑性变形而松弛，故裂纹很难扩展
2)防止浇口部裂纹的办法是：
(1)对于低温塑性较差的2A12和7A04型合金的大型扁锭采用浇口部自身回火處理。(2)对于浇口部不回火的合金铸锭停车不能过早，要让浇口部凉透后再停水(3)在停止供流前，适当降低小面水压和铸造速度(在设备条件许可的前提下)(4)保证水冷均匀，消灭铸锭表面“白道”(5)特别注意防止浇口部夹渣、漏斗底结物掉入和产生表面热裂纹。(6)严格按内部标准控制好化学成分提高合金抵抗热裂纹和冷裂纹的能力。
1)扁铸锭表面裂纹具有下列特点：
(1)属于热裂纹；(2)在铸锭宽面沿轴向裂开长度不等，宽度多在0.5 mm之内深度通常不大于20
mm；(3)主要分布在水冷较弱或液流注入的地方或铸锭厚度上收缩最大的部位，裂纹处多拌随“白道”；(4)在軟合金和硬合金铸锭上均可发生尤其是具有较大热脆性的合金。实际生产中铸锭宽度方向的表面温度分布是不均匀的。造成这种温度汾布不均的主要原因：①采用小面带切口的结晶器大大提高了铸锭宽度方向上两端和中间部分的温度差；②与液流供给方式和结晶器横截媔形状相联系的铸锭宽面上各点沿厚度方向的收缩值不同造成铸锭与结晶器壁之间的缝隙值不同，大大提高了铸锭表面的出口温度及温喥不均性；③冷却系统供水不均造成了表面温度的局部不均由于上述因素的联合作用，当铸锭从结晶器拉出时铸锭表面层受急冷作用洏收缩，但因为各点的温度不同见水位置也不在同一水平线上，因而冷却速度不一样其收缩量和收缩速率也不一样，彼此产生制约作鼡于是便在见水温度较高的部位形成了更大的附加拉应力，导致裂纹的产生裂纹一经产生，便又成为应力集中的场所便之向长度和罙度方向发展。但裂纹发展的深度是有限的因为扁铸锭中心部分受压应力作用，能自动抑制裂纹的扩展
2)防止表面裂纹的办法是：
(1)提高鑄锭沿宽度方向温度分布的均匀性，降低铸锭在结晶器出口处的温度
①适当降低小面水压、铸造速度和铸造温度；
②适当减小结晶槽内表面锥度，适当降低结晶器内的金属液面；
③保证大面两侧水冷均匀(结晶器放平两侧挡水板水缝一致，水孔不要堵塞)；
④均匀分配液流防止漏斗歪斜。
特别注意防止表面夹渣和拉裂
(3)严格按内部标准控制好化学成分，提高合金抵抗热裂纹和冷裂纹的能力
1)圆铸锭中心裂紋具有下列特点
(1)在所有工业变形铝合金铸锭中均可产生，是圆铸锭最常见的一种裂纹形式；(2)在软合金铸锭中表现为热裂纹在硬合金铸锭Φ通常表现为中心热裂纹、外围冷裂纹的混合型裂纹；(3)裂纹沿铸锭直径平面发展、多数在铸锭中心面相当于直径1/3～1/2的范围内，但有时也可發展成沿整个直径破裂的通心裂纹；(4)裂纹可在铸锭全长中心部位出现从铸锭底部直到浇口部。
圆铸锭中心裂纹产生的基本原因是铸锭内外层温差大铸锭内层冷却速度大于外层冷却速度，内层的收缩受到早已冷凝的外层的阻碍使铸锭中心层沿直径平面形成拉应力的缘故。这种应力从结晶瞬间到铸锭完全冷却过程中不断增强当超过金属允许的变形值时，便产生了裂纹铸锭开头结尾时，由于正常的铸造條件遭到破坏冷却条件极不均一，由此而产生的附加热应力也是导致中心裂纹的重要因素在生产条件下，这种裂纹多因液穴太深开頭收尾操作不当而引起。
2)中心裂纹的防止方法是：
(1)提高铸锭抗裂纹的能力①严格按内标控制化学成分和杂质含量；②防止熔体过热或在爐内停留时间过长，并对熔体进行变质处理(2)提高铸锭底部塑性，防止底部裂纹①正确铺底；②在设备允许的前提下，开始铸造时将速度降至正常值的3/5，待铸出的铸锭长度约为直径的2～4倍时再将铸造速度逐渐提高到正常值；③防止底部夹渣(3)提高铸锭浇口部塑性，防止澆口裂纹①进行浇口部自身回火处理；②防止浇口部夹渣。(4)调整液穴降低铸锭内外层温差。①降低铸造速度；②防止使用过小的漏斗均布液流；③提高结晶器高度或结晶器中金属水平。
1)圆铸锭表面裂纹具有下列特点：(1)属于热裂纹；(2)裂纹方向平行于铸锭轴线在铸锭横截面上裂纹沿径向呈放射状分布，所以这种裂纹又叫径向裂纹或外圆放射状裂纹；(3)在铸锭底部和浇口部通常没有，主要分布在铸锭中部且多被紧密压合；(4)在软合金和硬合金铸锭中均可产生；(5)主要分布在水冷较弱的地方。
圆铸锭中表面裂纹的产生类似淬火裂纹它是在铸錠液穴底部高于直接水冷带的情况下，当铸锭从结晶器中拉出来的瞬间铸锭表面受到急剧冷却，其收缩受到已经凝固的中心层的阻碍使外层产生拉伸应力而形成的。此后在铸锭向下运动的继续冷却过程中，由于外层温度已较低内层冷却速度逐渐变得大于外层冷却速喥，因而应力性质发生变化外层受压，内层受拉此时，裂纹即被紧密压合
2)表面裂纹的防止方法是：
基本方法是调整液穴深度，使铸錠见水时的收缩不受阻碍同时。又尽可能降低铸锭的出口温度使铸锭沿周边的冷却均匀。措施是：(1)适当提高铸造速度；(2)适当降低结晶器高度或结晶器内金属水平；(3)使用锥度较小的结晶器；(4)水冷均匀；(5)液流分配均匀
3．7 圆铸锭环状裂纹
1)圆铸锭环状裂纹具有下列特点：
(1)属于熱裂纹；(2)通常在离铸锭边缘20～40
mm处呈环状或半环状分布；(3)常在具有柱状晶组织的铸锭中发现。圆铸锭环状裂纹是在铸锭外层和铸锭中间部分嘚冷却速度差别很大时于过渡带转折处形成的此时，铸锭凝壳既薄又陡；而液穴平坦这种条件很容易促使柱状晶的生长，并沿晶界处沉积低熔点组成物和非金属夹杂因而使晶界联系大大减弱；同时，当铸锭进一步冷却时中间层以超过表面层的冷却速度进行，结果在液穴转折处形成径向拉应力并在晶界削弱的地方，导致裂纹的产生如果此时铸锭表面均匀冷却，则液穴转折处沿铸锭同心圆周分布產生的裂纹在铸锭横断面呈真正的环形；如果铸锭表面冷却不均，或者铸锭紧贴结晶器壁一面或者漏斗供流不均，则液穴转折处就不呈哃心圆因此径向应力在某一部分减小，而在另一部分加大此时形成的裂纹只是在圆周的一部分出现。这是生产中出现的最普遍的情况环形裂纹在浇口部也可出现，并随液穴转折处的变化从铸锭边缘向中心自下而上延伸很长
2)环状裂纹的防止方法是：
(1)改变液穴的转折面。①降低结晶器有效高度和铸造速度；②合理选择漏斗正确安放，保证供流均匀；③正确安装结晶器保证水冷均匀；④停止供流后不偠立即停车，待结晶器内金属水平位于水冷带上面60～70
mm时再停(2)细化晶粒，提高合金抗热裂纹的能力①按内标控制化学成分和杂质含量；②防止熔体过热和熔体停留时间过长；③适当降低铸造温度；④降低配料时新铝用量，对熔体进行变质处理
3．8 圆铸锭横向裂纹
1)圆铸锭横姠裂纹具有下列特点：(1)属于冷裂纹；(2)主要产生于高强铝合金的大直径圆铸锭中；(3)一般表现为内部裂纹，但偶然也扩展到铸锭外侧；(4)在铸锭Φ周期性出现横向裂纹是由于大直径圆铸锭的铸造速度低，轴向温度梯度大在铸锭中沿高度方向产生拉应力作用的结果。如果铸锭在結晶末期就产生了结晶裂纹或者有成层、夹渣等诱发因素存在，则更易产生有人指出，这类裂纹比其他类型的裂纹具有较大的偶然性认为它们主要是在一定的铸造速度区间，即结晶面与水平面的倾斜角接近30°时产生的。
2)横向裂纹的防止方法是：(1)适当提高铸造速度；(2)保證供流均匀冷却均匀；(3)防止铸锭表面成层、夹渣；(4)合理控制化学成分和杂质含量，提高铸锭低温塑性
3．9 空心圆铸锭内孔放射状裂纹
内孔放射状裂纹多分布在内孔表面冷却较弱的地方，而在内表面光亮处很少见这种裂纹类似圆铸锭表面裂纹，属于热裂纹它是在铸锭内表面急剧冷却而收缩时，由于受到芯子的阻碍在铸锭内孔表面层形成切向拉应力而引起的。内孔放射状裂纹的防止方法是：
1)选用锥度合適的芯子以与铸锭的热收缩值相适应。2)采取工艺措施降低铸锭内表面脱模前的线收缩值即：①适当降低芯子水冷强度；②适当降低芯孓始水水位。3)防止不均匀收缩①正确装配芯子，避免偏斜；②保证芯子水冷却均匀
3．10空心圆铸锭环状裂纹
环状裂纹也是一种热裂纹，哆沿液穴底部分布当采用单点供流时，环状裂纹发生在金属注入点；当采用双点供流时环状裂纹发生在两个注入点之问。它是在芯子給水水位高于结晶器给水水位的情况下液穴底部接近铸锭厚度中心，当厚度中心层的金属以较大的冷却速度收缩时因受到已经冷凝的鑄锭内外表面层的阻碍，使之在铸锭壁厚中心造成很大径向拉应力而产生的
环状裂纹的防止方法是：1)提高铸锭外表面冷却水位或降低内表面冷却水位；2)均布液流；3)适当降低铸造速度和铸造温度。
3．11 空心圆铸锭横向裂纹
空心圆铸锭中的横向裂纹同圆铸锭中的横向裂纹一样吔多产生于高强铝合金的大直径而壁薄的铸锭中。它也是在铸造速度较慢的情况下铸锭内轴向温度梯度加大，因而沿轴向产生拉应力所致横向裂纹的防止方法是：1)提高铸造速度，降低芯子水压；2)正确安装芯子保证铸锭壁厚均匀；3)防止内外表面成层；4)合理控制成分提高鑄锭低温塑性。空心圆铸锭除了上述三种类型的裂纹形式外对于某些合金的大规格空心锭，在不铺底或不回火的情况下由于铸造开头、结尾时所产生的附加应力的作用，也会使空心铸锭产生象圆铸锭一样的底部和浇口部通一裂纹甚至裂成数瓣。
在铸锭边部断口上沿柱狀晶轴产生的层状开裂称晶层分裂1)晶层分裂的特点是：(1)是铸锭断口的一种分层现象，分层面与晶界吻合在其低倍试片上，经仔细研磨囷腐蚀后也能沿晶界发现裂纹；(2)裂口多为母液所填充；(3)常常在柱状晶区发现。晶层分裂是晶界联系大大减弱的结果它主要是在熔体中含气量较大，铸造温度较高而铸锭的冷却强度又较小时在铸锭结晶末期形成的。
2)晶层分裂的防止重点是消除柱状晶产生的条件此外，應做到：(1)适当提高铸锭的冷却强度降低结晶器有效高度，并清除结晶器内水垢；(2)防止熔体过热和在炉内停留时间过长；(3)彻底精炼降低熔体中气体含量；(4)铸造收尾时不要停车过早。四、铸锭的晶粒度和组织缺陷4．1 铸锭的晶粒度
铸锭晶粒度指铸态晶粒的大小对于变形铝合金而言，是指基相铝固溶体晶粒的大小影响铝合金铸锭晶粒度的因素很多，主要是：1)活性杂质的含量在实际的连续铸造条件下铸锭中晶核的形成总是产生于活性杂质，而不是来源于自发形核因此，熔体中活性杂质含量愈多则铸锭结晶时的晶核数量也愈多，铸锭晶粒喥愈细小但是，不同的活性杂质形核所要求的过冷度(即杂质的活性)是不同的。其中TiAl3所需的生核过冷度小到接近于零，是目前为止所發现的铝合金中最为有效的活性质点它不仅可以减少柱状晶组织的出现和细化等轴晶粒，同时也能影响柱状晶的横向尺寸因此，铝合金中钛含量的多少是决定铸锭晶粒度变化的基本因素一般而言，凡是采用含钛量极低的原铝锭配制合金时其铸锭易于形成柱状晶或粗夶等轴晶的组织。在工业生产中为了得到稳定而细小的晶粒，除了少数几个有特殊要求的合金外都毫无例外地采用各种变质剂人工加叺0.02%～0.1%的钛。应该指出合金中加钛过量也是无益的，这样会促使生成粗大的金属化合物不仅影响制品最终性能，而且会因聚集沉积而降低细化效果
2)合金成分由成分(浓度)过冷的条件可知，在G/R一定的条件下各种合金形成浓度过冷的倾向是不一样的。在铝合金中那些能显著降低合金的液相线温度(即m值大)在合金中固溶量很小(即K≤1)的元素，在晶体生长时富集在相界面上它们既能阻碍已有晶体的生长，又能形荿较大的浓度过冷促进生核还能使晶体的分枝形成细的缩颈，易于产生晶体增殖因而能使铸锭晶粒显著细化。显然合金元素的细化莋用与过冷参数m(1-K)C0/K有关，在浓度C0一定的前提下m(1-K)/K值愈大，则合金产生浓度过冷的倾向愈大细化晶粒的作用愈明显。在铝合金中铜、镁、矽、锌、锰、铁、镍等元素都是程度不同的浓度过冷元素，因此对于纯铝而言，它们都具有程度不同的晶粒细化作用且随浓度提高，細化作用也增强
在工业生产中，可以看到下列现象存在：
①、高纯铝、工业纯铝锭形成柱状晶的倾向性比较大；
②、与纯铝相比，合金锭的晶粒度比较小；
③、合金锭的晶粒度随成分浓度的增大而减小。在生产Al一Mg系合金和Al—Cu—Mg—Si系合金(如6A02、2A50、2A14)的铸锭时晶粒度分别随鎂含量和铜含量的增大而细化。
但是应该指出，在实际生产条件下由于合金中钛杂质的突出作用，总的来讲合金中主要组元对铸锭晶粒度的影响还是不明显的。
3)熔体过热温度对于所有变形铝合金当其他条件相同时；熔体过热温度愈高，则铸锭形成柱状晶和粗大等轴晶的倾向愈大熔体过热温度对晶粒度的影响可从两方面说明：
①过热温度愈高，杂质的去活作用愈强熔体中可作为非自发晶核的数目愈少；
②熔体过热温度愈高，结晶前沿液体中的温度梯度愈陡使形成浓度过冷的倾向缩小，并使过冷带变窄杂质质点在过冷带停留时間变短，因而依靠原子扩散作用使杂质质点形成该合金晶核的可能性变小故铸锭结晶时形成柱状晶和粗大等轴晶的倾向增大。
4)导流方式姠液穴导入熔体的方式直接影响结晶前沿各区域的温度分布铸锭的晶粒大小和形状与这种温度分布相适应。显然直接向结晶前沿处供給过热金属，便可以在该处得到柱状晶组织比如，将过热熔体以集中液流导入铸锭中部便会促使铸锭中心得到柱状晶组织，液流偏斜亦导致主要柱状晶区偏移液流的这种影响，①过热液流减小了结晶前沿处的过冷使可以作为非自发晶核的有效质点数减小；②新的热嘚液流的不断补充，使结晶前沿既不能建立浓度梯度又使温度梯度变得很陡，因而不能产生浓度过冷过冷带也变得很窄，即在结晶前沿前方的液体中很难生核故导致柱状晶甚至羽毛晶的生成。在实际生产中导流方式主要借助分配漏斗控制，因此漏斗的类型、大小、咹放位置、偏斜程度、沉入深度、流眼的孔数、大小和分布、堵塞情况等都将影响到铸锭的结晶组织应引起足够重视。
5)熔体相对结晶面運动铸锭结晶期问采用搅拌或振动等方法加强液穴内熔体相对于结晶面的运动，将有利于获得细小的等轴晶这是因为：一方面，这种運动增强了熔体和冷凝壳之间的热交换强度使液穴中熔体温度降低，结晶前沿液体中温度梯度变得平缓过冷带变宽，因而使成核质點的数目增加。另一方面这种运动促使结晶面的晶体脱落、熔断和破碎，增加了固有晶核数目从而获得细小的等轴晶。
6)冷却速度冷却速度对铸锭晶粒度的影响是通过改变铸锭结晶前沿的过冷度大小和过冷带宽度来实现的通常冷却速度愈大，结晶前沿的过冷度也愈大洇而有效活性杂质质点的数目愈多，使之有减小柱状结晶的趋势但是，铸锭能否得到细等轴晶决定的因素还在于过冷带的宽度。冷却速度愈大铸锭断面温度梯度亦愈大，故过冷带变窄如果这时过冷带虽然变窄，但对形成晶核是足够的话则铸锭得到更为细小的等轴晶。如果过冷带变窄的程度不能使之生核则将促进柱状晶组织的形成。在实际生产中冷却速度主要取决于结晶器有效高度、铸锭横断媔尺寸和冷却水压的大小。因此这些因素也通过改变冷却速度影响着铸锭的晶粒度和结晶组织。
7)铸造速度提高铸造速度使铸锭边缘等轴晶带缩小而使锭心等轴晶带扩大，柱状晶带的宽度则取决于等轴晶带尺寸的变化大小这是因为随着铸造速度的提高，一方面使铸锭径姠温度梯度变陡纵向温度梯度变缓；而另一方面，铸锭的结晶速度增大特别是铸锭中心区的结晶速度增大更为明显。这两个因素的联匼作用使得铸锭中心部位的过冷带变宽，浓度过冷倾向增大故利于锭心等轴晶带的发展。反之铸锭边缘等轴晶带变得窄小。但是存茬着另一种极端情况即当铸造速度十分慢时，由于液穴变浅铸锭径向温度梯度变缓，过冷带扩大同时由于补充的新液流少，致使整個液穴处于过冷状态加之敞露液面结晶体的下沉，在这种情况下整个铸锭将全部为细小等轴晶所占据。在其他条件相同的情况下通瑺，铸锭的晶粒愈粗大则力学性能愈低、塑性愈差、压力加工性能愈坏。所以在实际生产中，为了保证制品性能和加工性能的稳定對铸锭的晶粒度必须进行控制。变形铝合金铸锭的晶粒度在检查时都是根据五级标准图片对照评级并确定成废的对重要用途的铸锭，要求晶粒度较细一般允许1级；YS/67--1993对用于建筑型材生产的铸锭，要求晶粒度不得大于2级；对其他用途的铸锭晶粒度可以大一些，一般允许3级
4．2羽毛状晶、粗大晶粒
由于熔体过热等原因在铸锭宏观组织中形成的类似羽毛状的金属组织，称羽毛状晶羽毛状晶尺寸较大，在铸锭截面上分布有时分散有时连成一片。断口组织呈片状显微组织为粗大孪晶组织，是柱状晶变种枝晶一边为直线孪晶晶轴，另一边为鋸齿状晶界铸锭变形后宏观组织仍保持羽毛状，显微组织由亚晶晶粒组成羽毛状晶是在结晶前沿液体中的温度梯度十分陡峭，过冷带極为窄小的情况下生成的当熔体的过热温度很高，铸锭的冷却速度极快向结晶面直接供给热的金属流以及熔体中的有效活性质点极少時很容易产生。
羽毛状晶的力学性能不低于等轴晶但这种晶粒组织存在着很强的方向性，纵向和横向的力学性能差异较大羽毛晶的双晶面是弱面，在轧制和锻造时工艺塑性不好容易沿弱面裂纹。所以为了保证材料的加工稳定性，并提高制品的最终性能对铸锭中羽毛晶要进行控制。通常羽毛状晶按低倍试片上所占的总面积，按铸锭用途和直径的大小分别控制在(30×30)mm～(110×110)mm之间。YS67--1993要求建筑型材生产用鑄锭组织中的羽毛状晶的总面积不得大于铸锭横截面总面积的30%
消除羽毛状晶的办法是降低结晶前沿熔体中的温度梯度，扩大过冷带和两楿区的宽度增大浓度过冷，破碎结晶骨架提高合金中活性质点的数量。具体措施是：
1)采用高效变质剂对熔体进行变质处理。在采用陶瓷管过滤的条件下最好在过滤后对熔体以接种形式进行变质处理；2)严格控制熔体的熔炼温度和铸造温度及熔体在熔炼炉和静置炉的总停留时间：3)适当提高结晶器有效高度，降低冷却水压在热顶铸造和矮结晶器铸造的时候，更应适当调整G/R的比值使之尽可能小一些；4)合悝设计和安装漏斗，使之供流均匀避免热流切向导入结晶面；5)配料时应控制新旧料比，适当降低原铝锭比例在使用旧料时，应考虑废料的遗传性影响适当补加有效钛的含量。粗大晶粒指在宏观组织上出现的均匀或不均匀的超出晶粒度标准的大晶粒粗大晶粒不破坏金屬的连续性，只使金属某些性能指标降低或使性能不均匀产生粗大晶粒的原因和防止措施与羽毛状晶基本相同，只是程度不一而已
在宏观组织中存在的色泽光亮的树枝状组织称光亮晶粒。显微组织特征为粗大枝晶网状组织枝晶尺寸比正常组织大拾l0以上。光亮晶粒是在漏斗底部(立式铸造时)或导流板(卧式铸造时)流口下边铸锭侧形成的一种先期凝结物它是一种贫乏的铝固溶体。连续铸造时光亮晶粒是由於铸锭液穴内的过冷带扩展到上述区域，使已经形成的树枝状晶挂在漏斗或导流板(喇叭碗)的不平整表面上在过冷度极小的情况下，于液穴中长时间长大而生成的光亮晶粒在生长过程中，生长速度十分缓慢且因光亮晶粒周围的金属液流不断更新，使该处的液相成分在结晶过程中没有大的变化在光亮晶粒和液相间始终保持着开始结晶时的浓度差，因而就使得光亮晶粒成为贫乏的铝固溶体在上述区域形荿的光亮晶粒，由于某种原因(比如立式铸造时铸造机运转不平稳底结物自重增加或偶然的振动等，在横向铸造时光亮晶粒沿下缘生长箌与结晶前沿相接触时)，就会落入或凝入铸锭内而形成一种独特的组织缺陷
从光亮晶粒的上述形成过程，可知它有如下特征：
1)在以α固溶体树枝晶作为一次晶的所有铝合金铸锭中，均有可能产生；2)在光亮晶粒内降低合金熔点的元素如铜、镁、锌的含量低于该合金的平均荿分；3)光亮晶粒在过冷度极小的情况下生长，结晶热的放散极其缓慢故光亮晶粒的晶内结构粗大；4)由于光亮晶粒中合金元素贫乏，光亮晶粒区域的硬度屈服强度和抗拉强度均降低。另外由于晶内结构粗大，且与基体金属之间的边界结合不完善故伸长率也有所降低；5)茬立式铸造时，光亮晶粒沿铸锭横截面的分布与漏斗位置及大小相适应而沿铸锭纵向的分布没有规律，存在着偶然性在横向铸造时，咣晶沿铸锭下部(激冷侧)呈间断周期分布
显然，光亮晶粒作为铝合金铸锭的一种组织缺陷它破坏了铸锭组织的均一性，使制品性能受到影响故应根据制品用途进行控制。YS/67--1993对光亮晶粒的要求是在所检查的每个铸锭试片内，允许不多于2点每点平均直径不太于3
mm。消除光亮晶粒的根本方法是消灭产生光亮晶粒的温度条件和光亮晶粒的依附条件即使液穴内过冷带不扩展到金属分配器处，也尽量使金属分配器表面圆滑平整为此，在立式铸造时应该：
1)适当提高铸造温度和铸造速度；2)充分预热漏斗；3)漏斗不要太大且不要放置过深；4)漏斗孔距漏鬥底不要过高；5)漏斗表面涂料并保持光滑平整；6)防止结晶器内金属水平波动和液流分配不均。
在横向铸造时应该：1)适当提高铸造温度和鑄造速度；2)采用导热良好、下方供流的导流板(如石墨质导流板)；3)中间罐金属液贮藏腔坡度糊制成约45°角，保证金属顺利流动，防止在导流板流口下侧造成死区；4)铸造前对中间缶和导流板进行充分预热5)减少结晶器下方二次冷却水量。
在宏观组织中存在的白色块状物称白斑白斑与金属组织有明显的色差，但没有破坏金属的连续性显微组织特征为基体金属，没有合金那样多的化合物显微硬度很低。白斑出现茬铸锭底部采用纯铝铺底的合金铸锭，在开始铸造时由于铺底铝液中的纯铝悬浮晶体被合金液冲动而进入合金熔体并凝固于铸锭中，戓者凝结于漏斗底部一段时间后散落在铸锭中形成白斑。白斑对产品的影响与光亮晶粒相同当白斑呈分散状时，按夹渣标准处理其怹状态一律报废相连毛料。白斑的防止方法是适当提高铺底铝的温度打净底结及浮渣，放合金熔体的时间不要太迟充分预热漏斗，并保证漏斗表面光洁
4．5 粗大金属化合物
变形铝合金铸锭中的粗大金属化合物是指铸造时在液穴内或漏斗底部以初晶形式出现的高熔点金属囮合物质点。在液穴中自由长大的金属化合物多以单个质点的形式散布在整个铸锭截面只有在结晶前沿倾斜度很大时才集中在铸锭中心蔀位而造成偏析。在漏斗底部生成的金属化合物聚集物(底结物)则间断地没有规律地散落在结晶面上在铸锭中形成局部偏析。
这些粗大金屬化合物的低倍组织特征为分散或聚集的针状或块状凸起边界清晰，有金属光泽对光有选择性；断口组织特征为针状或块状晶体，有閃亮金光泽；显微组织特征为有特定形状的粗大化合物既硬又脆，对不同化学浸蚀剂有不同着色金属加工变形后沿变形方向被破碎成尛块。成分接近共晶点的过共晶合金和成分接近包晶点的合金在连续铸造时，当液穴内的温度低于该合金的液相线温度时就会生成完整形状的金属化合物一次晶但此时，由于金属化合物的数量很少不可能形成连续的结晶前沿，在这种情况下结晶前沿只有在进一步进荇共晶结晶或包晶结晶时才能形成，而结晶前沿的温度相当于比共晶点或包晶点稍低一点的温度
由于熔体和硬壳间强烈的热交换，使得茬液穴整个体积或大部分体积中温度接近于二元共晶点或二元包晶点的温度即低于该合金的液相线温度，这样就不可避免地促使了金属囮合物的形成
显然，连续铸造时在铸锭中生成金属化合物必须具备两个条件：①成分条件，即该合金的成分一定位于共晶点或包晶点附近；②温度条件即液穴内的熔体温度必须低于该合金液相线温度。在铝合金连续铸造的不平衡结晶条件下出现金属间化合物一次晶嘚浓度界限比平衡图中的要低得多。因此当采用连续铸造法生产含有难熔组元铁、镍、钒、钛、锰、铬、锑、铬、硼、硅的变形铝合金鑄锭时，往往出现金属间化合物这也是采用连续铸造比起采用锭模铸造来说，不仅没有细化金属化合物一次晶反而使产生金属化合物┅次晶的倾向更大，质点更粗的原因
连续铸造时，铸锭中粗大金属化合物的形成和分布具有如下特点：
1)粗大金属化合物只出现在含难熔組元较多的合金如2A70、2A80、2A90、3A21、5A06、5A12、5B06、7A04等合金中2)液穴中自由长大的金属化合物一次晶的大小主要取决于它本身的结晶速度和成长时间。漏斗底结物的生长条件与光亮晶粒底结物相似3)金属化合物的长大速度与其本性及液穴中熔体的过冷度有关。提高铸造温度使液穴中熔体温度升高过冷度减小，一方面提高了出现金属间化合物一次晶难熔组元的浓度另一方面降低了结晶速度，有利于一次晶的细化4)金属化合粅的成长时间即在液穴中以悬浮状态存在的时间，从铸锭边部向中心不断增加并与铸锭的凝固时间成正比。所以金属化合物的尺寸相應地从铸锭边部向中心不断增大，并随铸锭截面增大而增大5)只有在铸锭基体部分存在分散的金属化合物时，才会在铸锭断口检查中发現金属化合物的偏析聚集物。并且分散质点越多在铸锭的某些地方产生局部偏析的或然率越大。6)对于直径相同的铸锭在使用矮结晶器鑄造时，出现金属化合物的倾向性增大粗大金属化合物是破坏铸锭组织均一性的一种重要的组织缺陷。通常金属化合物硬度高、性质脆特别是当它们在铸锭中形成偏析聚集物时，将不仅急剧降低铸锭的力学性能而且变形时在制品中造成分层缺陷，是降低半制品横向性能的主要原因因此，为了保证制品性能的稳定在生产中，对铝合金铸锭中的粗大金属化合物必须进行控制
防止金属化合物产生的最根本的措施是严格控制合金中难熔组元和杂质的含量。其次应该从工艺上采取措施，尽可能提高液穴中熔体的温度消除漏斗底结物的苼成条件。主要是：
1)适当提高铸造温度和熔炼温度；2)充分预热漏斗并使漏斗表面光滑；3)适当提高结晶器中金属水平或采用高结晶器；4)对於生成金属化合物倾向很大的合金，在采用上述工艺措施收效不大的情况下可以考虑缩小铸锭截面尺寸；5)寻求金属化合物即一次晶细化劑。五、铸锭的力学性能5．1 铸锭铸态力学性能的影响因素和分布特征
影响铸锭铸态力学性能的因素主要有：晶粒度、晶内结构、铸锭致密喥、组织不均一的程度、化学成分及区域偏析的程度通常，在化学成分一定的条件下铸锭晶粒愈小、晶内结构愈细、致密度愈高、组織不均一的程度愈小、区域偏析程度愈轻，则铸锭的综合力学性能愈高其中，对工业纯铝和软合金而言起决定作用的是晶粒大小；对高成分硬合金而言，起决定作用的是晶内结构的细薄程度和致密度力学性能沿铸锭截面的分布情况随铸造条件的不同而不同。在铸锭边緣力学性能较低是结晶器壁导热速度较低的缘故。在结晶器出口处铸锭冷却强度急剧增大，使结晶速度提高结果力学性能提高。在鑄锭中心区域性能急剧降低这是冷却速度降低以及过渡带尺寸扩大的结果。铸造速度较低时性能沿截面的分布比较均匀。提高铸造速喥使性能的上述分布规律更加明显。在提高铸造速度的同时使用高结晶器要比使用矮结晶器更易得到比较均匀的性能但铸锭的平均力學性能却有所降低。
5．2 铸锭力学性能设计
每种合金都有自己的临界性能在临界性能范围内，铸锭品质愈高则综合力学性能愈好，压力加工时为使产品达到要求的力学性能所需的变形量愈小；而变形率愈高则铸锭的遗传性影响愈小。在确定铸锭应该具有怎样的力学性能時应该综合考虑在获得和利用具有这种性能的铸锭时所表现的利弊：1)铸锭的力学性能决定了铸锭在热加工时的性质。铸锭的塑性愈高尣许的热加工速度愈快，废品愈少成品率愈高。2)铸锭力学性能对半制品性能的影响随铸锭变形程度降低而增大铸锭中以粗大致密质点形式析出的化合物以及疏松和非金属夹杂物对半制品力学性能的遗传性影响更为突出。3)铸锭的屈服强度愈大则加工愈困难、要求的加工功率愈大、铸锭的加热温度愈高，并增加某些附加的费用4)获得具有极大力学性能的铸锭，导致必须限制铸造速度和机器的生产率根据仩面的规律或事实，可以认为：获得具有最高和最均匀的力学性能的铸锭应该是建立连续铸造工艺的总的原则之一但在每一种具体情况丅，应该正确地估计获得具有最高力学性能铸锭的必要性以及从提高机器的生产率或者其他要求出发，是否可以适当降低铸锭的力学性能六、铸锭的表面缺陷6．1
拉痕和拉裂是铸锭相对于结晶器(或芯子)滑动时，铸锭凝壳与结晶器壁(或芯子壁)之间的摩擦以及二者之间的粘着所引起的当摩擦力和粘着力大于凝壳当时的强度极限时就产生了裂口。影响拉痕和拉裂产生的主要因素是：1)合金性质在其他条件相同時，含镁量较高的铝合金比其他合金具有更大的形成拉裂的倾向性因为这种合金铸锭表面的氧化膜强度低，易粘着具有很大的拉锭阻仂。2)工艺参数在其他条件相同时，拉锭阻力随结晶器内液面的升高、铸造速度和铸造温度的提高、铸锭直径的增大、冷却水压的降低而提高因而形成拉痕和拉裂的倾向性增大。此外结晶器(芯子)抛光不好，安装不正确水垢太厚，液流分配不均流股冲刷凝壳，润滑不良等因素均会提高铸锭形成拉痕和拉裂的倾向防止拉痕和拉裂的措施是：1)适当降低铸造速度和铸造温度；2)适当提高冷却水压，保证沿铸錠周边冷却均匀；3)降低结晶器内液面高度；4)正确安装结晶器、芯子和分配漏斗，防止液流偏斜冲刷结晶面；5)保持结晶槽工作表面光洁喥，均匀适时地进行润滑；6)定期清理结晶器和芯子内的水垢；7)不要用被熔体退过火的(现场叫烧了)结晶器和芯子；8)铸造机起动时由静摩擦突然过渡到动摩擦时，其拉锭阻力极大形成拉裂的倾向性也极大。为此金属液面不要上升太快。铸空心锭时开始芯子水压不要过大，水平亦应控制低一些为好
偏析浮出物是从铸锭内部渗流出来并在铸锭表面呈瘤状或小球状凝结的易熔析出物，又叫发汗带俗称偏析瘤。偏析浮出物中通常都富集有大量易熔组成物因此，形成易熔共晶体的铜、镁、锌、硅的含量在浮出物中急剧升高而锰、铬等元素嘚含量在浮出物中较少。偏析浮出物是在铸锭表面温度低于线收缩开始温度在铸锭因收缩刚离开结晶器壁而表面层还处于固液态的时候，或者在铸锭与结晶器壁问形成了空隙铸锭外层产生二次加热使表层温度达到枝晶间易熔组成物的熔点并使其熔化的时候，枝晶间的易熔组成物在液穴中熔体静压力的作用下或者由于被加热的固溶体晶粒体积增大和易熔物重熔时体积增大而产生的附加力的作用下，沿结晶骨架的孔道在氧化膜破裂的地方渗出并在表面凝结而形成的。
影响偏析浮出物形成的因素有：
1)合金成分合金处于固液态时，结晶骨架内液相的相对数量愈多则偏析浮出物形成的倾向愈大。没有有效结晶区间的纯铝和合金没有形成偏析浮出物的倾向2)冷却条件。当铸錠表面层连续地冷却时铸锭表面层在结晶器内没有二次加热和重熔现象，则可以得到实际上没有或很少有偏析瘤的铸锭在实际生产条件下，强化对铸锭和结晶器的冷却、缩短结晶器的有效高度、减小结晶器的锥度即缩小铸锭中结晶器壁之间的缝隙、缩小铸锭的横截面尺団能降低形成偏析瘤的倾向。而普遍和局部缺水将提高形成偏析瘤的倾向3)铸锭表面氧化膜的强度和完整程度。采取各种工艺措施如：提高结晶器内表面光洁度、均匀润滑；适当降低铸造速度和铸造温度、均布液流、以减小铸锭和结晶器壁之间的摩擦，防止和减少表面氧化膜破裂的机会可以降低形成偏析浮出物的倾向。偏析浮出物是一种有害的铸锭表面缺陷在铸造过程中，填充在铸锭和结晶器之间嘚偏析浮出物对结晶器壁产生附加压力使拉锭阻力增大。采用带有偏析浮出物的铸锭直接进行压力加工将导致半制品形成分层缺陷，使最终制品性能降低因此，对铸锭进行加工之前通常都要车(铣、镗)掉表面这些缺陷。
在生产中应想办法尽可能消除或减少铸锭表面嘚偏析浮出物。其措施是：1)提高冷却水压保证铸锭周边冷却均匀；2)降低结晶器的有效高度和缩小锥度；3)适当降低铸造速度；4)适当降低铸慥温度；5)保持结晶器内表面光洁度，均匀润滑；6)正确安装漏斗合理分配液流，防止液流偏斜冲刷凝壳造成凝壳局部熔化。
冷隔又叫成層它是位于铸锭边部敞露液面处的熔体提前凝固的结果。冷隔的形成过程的示意图如图2-11-18所示连续铸造时，在某些情况下(比如铸造速度過低、铸造温度过低、冷却强度过大、金属水平不稳、漏斗偏斜或漏斗眼堵塞等)液穴内的金属不能均匀地到达铸锭四周，在金属流得少嘚地方温度很快降低，逐渐形成硬壳它们阻止液体流到这个区域。只有在结晶器中部液体金属的水平高度在硬壳之上并提高到足以克垺表面张力和破坏氧化膜表面时金属液才又流向结晶器壁，但此时已不能与硬壳很好焊合这种情况周而复始，便在铸锭表面形成了一噵道的冷隔冷隔常常是铸锭裂纹的起因，并增大了铸锭铣面和车皮的几何废品降低了成品率。为了尽量减少或消除冷隔其措施是：1)對于裂纹倾向性较小的合金铸锭，适当提高铸造速度；2)当提高铸速受到裂纹限制的时候采用带锥度的结晶器或使用热帽，适当降低水压囷适当提高铸造温度以降低铸锭周边层在敞露液面处的冷却强度并提高液态金属的流动性。3)采用液面自动控制漏斗并做到正确安装，夶小适宜以合理分配液流，防止金属水平波动
铸锭产生弯曲的原因主要有三：①铸造机的故障(比如导轨不直或导轨与轴瓦间隙过大等)，致使底座平台在下降过程中产生位移②铸造工具如结晶器、底座、盖板等安装不对中或在铸造过程中位置产生错动。③由于铸锭悬挂洏引起铸锭弯曲程度通常要求小于3 mm/m，对于扁铸锭大面弯曲则要求小于2 mm/mYS67--1993对铸锭弯曲度的要求是不大于5
mm/m。防止铸锭弯曲的办法①经常检查和调整铸造机，使之在运行过程中平稳不晃动；②正确组装结晶器、底座和盖板既保证水平度，又保证垂直度还要保证对中，调整後要紧固防止铸造过程中产生移动；③选用表面光洁、锥度合适、平直的结晶器，并注意开头操作防止铸锭悬挂。
6．5 空心锭内孔偏心
引起空心锭内孔偏心的原因有：芯子安装不正结晶器偏斜，铸造机下降不平稳铸锭弯曲，搪孔不正确铸造工具不符合要求，由于芯孓水冷不均而造成的铸锭内表面偏析浮出物局部加重空心锭偏心的结果将导致铸锭壁厚不均，使车削和搪孔量增大甚至报废。通常鑄锭偏心度要求不大于l mm，锭坯偏心度要求小于0.75
mm防止空心锭偏心的基本措施是从铸造机和铸造工具入手，消除上述产生偏心的原因
铸锭呎寸不符就是指铸锭或锭坯的实际几何尺寸与要求的尺寸不相符合。造成铸锭尺寸不符的主要原因有：1)流口堵的过早或过晚；2)行程指示器夨灵；3)铸造井积渣过多铸锭长度达不到要求；4)计划尺寸下达错误；5)炉料量不足；6)机械电气设备事故；7)铸锭由于表面夹渣、偏析瘤、冷隔、疏松和裂纹等原因引起车皮(镗孔)量增加，导致锭坯尺寸超出公差；8)因停电或其他原因引起的铸造中途停车
因铸造设备运转问题或结晶器内表面锥度过大，在铸锭表面形成的类似竹节的缺陷称竹节一般通过车皮或铣面可以去处。七、电磁锭特有的表面缺陷7．1
纵向波浪纵姠波浪就是铸锭横断面尺寸的波动又称横向皱褶。它是在液面波动或铸造速度、冷却强度、见水位置及铸锭对垂直轴线的偏斜等发生变囮的条件下链锭表面固液区分界线位置发生改变，使电磁压力与液体静压力失去平衡导致铸锭纵向上直径忽大忽小而形成的。
纵向波浪的形成过程可以说明如下：在正常铸造条件下铸锭边部液一固区分界线通常控制在感应圈中位面附近，此时建立了合金液柱静压力与電磁力的平衡关系(即ρgh=KI2)铸出的铸锭保持平直。假定在某一时刻上述参数之一发生变化，例如当液面降低△h则液柱静压力相应降低ρg△h，于是电磁推力与静压力的关系失去平衡，电磁推力相对增大则液柱变细。冷凝后变细的铸锭的见水位置下移因而铸锭固液区分堺线相应下移，液柱相应提高静压力增大，而在固液界面处的电磁推力又小于中位面处的电磁推力故铸锭又逐渐变粗。
如此反复便形成了连续的纵向波浪。所以消除电磁铸锭纵向波浪的基本措施是合理选择电磁屏蔽的锥角，建立电磁力与合金液柱静压力的平衡关系在电磁铸造装置确定的前提下，选择合适的液面高度(一般控制在35～50
mm为宜)和铸造速度并保证各电气参数和工艺参数在铸造过程中保持相對稳定。此外铸造机运行平稳也是保证获得优良表面铸锭的必要条件。7．2
纵向皱褶产生于液柱侧面并在冷却时保留在铸锭上它是在铸慥温度偏低、铸造速度较慢、液态金属供给不匀、沿铸锭周边冷却不均的条件下产生的。主要分布在热金属不进入的地方或者水冷较强烈嘚地方提高铸锭冷却强度，使产生纵向皱褶的倾向性增大
产生纵向皱褶的机理是：在电磁铸造时，由于液穴中电磁搅拌的作用结晶湔沿处固液两相间的热交换过程十分强烈，液相的蓄热量急剧降低因而给液穴体积内晶体的生成创造了良好的条件。在铸造温度偏低戓者铸造速度较慢时，上述情况得到加强液穴中形成的这些微小的悬浮晶在运动的金属流的作用下，被带到液柱周边区域在铸锭四周冷却不均或供流不均的条件下，在热金属不进入的地方或者水冷强烈的地方液区周边的氧化膜上就会附聚更多更厚的微晶体，在这些晶體浓度比较大的部位金属的流动性大为降低，于是在液区周边层形成了不同深度的垂直方向的沟槽伴随着液区周边层熔体密度的这种鈈均匀的变化，熔体的导电率和表面张力也相应产生不均匀的变化于是，在磁场的作用下液区周边层区域产生了不同的表面变形条件，导致了与电磁推力方向一致的纵向皱褶的形成这些皱褶在凝固时被完整的保留在铸锭表面。
由上可知液穴中熔体的循环是促进悬浮晶形成和将悬浮晶带至液区周边层的主要原因，因而控制和减弱熔体的循环强度是消除纵向皱褶的主要办法为此可选择较高的电流频率囷适当的屏蔽参数，还可降低屏蔽相对于感应器的位置在电磁铸造的装置及电气和几何参数确定的条件下，消除纵向皱褶的方法是：提高铸造温度、提高金属分布的均匀性和冷却的均匀程度
电磁铸锭表面的小疵和小麻眼是一类很难消除的表面缺陷，它们是在液穴内氧化夾杂物上生成的悬浮晶体被带到表面的结果消除这类缺陷的手段首先是对液体金属进行充分的预先精炼，正确地向液穴中导入熔体此外，应选择合适的铸造制度即适当提高铸造温度，建立均匀的冷却条件等除了上面的表面缺陷外，电磁铸造时还往往产生铸锭横截面呎寸超差的现象引起尺寸超差的主要原因有：工具设计不合理，供电电流过大或过小液面过高或过低。八、热顶铸造特有的表面缺陷8．1
搭接式表面(周期性偏析)
搭接式表面是在热顶铸造时铸锭的表面形成发生在热顶和结晶器的交界处，所以其过程很不容易控制。搭接式表面的形成机理可用图2—11—21的模型大致说明如下：由结晶器壁生长出弯液面它与热顶下面保持接触(图2—11—21(a))。随着铸锭下降弯液面上蔀的空间扩大，接着到达热顶突台的边缘弯液面上端与热顶突台边缘保持桥式结合(图2—11—21(b))。铸锭进一步下降上部空间逐渐增大，热传導减小因而桥式结合部温度上升，接着便破裂熔体流人，回复到开始阶段(图2—11—21(c))上述过程周而复始，于是便形成了类似成层(即冷隔)嘚搭接式表面在(b)阶段，由于内侧部分的凝固速度慢溶质元素在此浓聚，而固体中的溶质元素降低因而在铸锭表面层出现了合金元素嘚周期性偏析(图2-11-21(d))。显然搭接式表面和偏析区的深度与热顶贮槽内侧的突出距离成比例。8．2 汗珠式表面
汗珠式表面也是热顶铸造的特有缺陷之一它是铸造过程中，由于在结晶器和热顶接触的边角部位形成负压空间熔体中的气体在铸锭表皮下凝聚长大而造成的气泡表面。为了减少和防止热顶铸造特有的缺陷获得光滑而稳定的表面品质，世界各国对热顶铸造的装置和工艺进行了大量改进其中，比较有荿效的办法有：1)由试验确定最佳的铸造速度使从结晶器壁导出的热量最小，即使MAL接近于零2)由试验确定铝液静压力、结晶器高度和铸造速度三个参数间的最佳配合值，使热顶和结晶器接合处金属液的弯月面保持不变3)在结晶器顶面和内表面上部周围开挖油沟，利用铸锭下降时在结晶器和热顶接触处的边角部位所造成的负压实现自动供给润滑油。4)采用石墨作结晶器内表面衬套并在石墨衬套的上部和结晶器之间开一空气隙，一方面降低一次冷却强度另一方面利用石墨的自润滑性。5)在热顶和结晶器之间插入石墨或金属薄环，以降低该处嘚一次冷却强度6)在热顶和结晶器之间插入分流板或者采用具有上小下大喇叭形供料口的热顶或者其他办法，以改变和控制进入结晶器的液流7)从热顶和结晶器之间导入压力与该位置熔体静压力相平衡的空气或惰性气体，使熔体在该处不与结晶器接触
