顧宏呂 趙德林

摘 要：在6061鋁合金鑄棒在生產(chǎn)過程中，很容易出現(xiàn)表面裂紋缺陷，造成這種原因的因素很多，從設(shè)計、生產(chǎn)、管理等方面，都有可能出現(xiàn)裂紋，基于此云南云鋁澤鑫鋁業(yè)有限公司針對裂紋的原因進(jìn)行分析，并提出相關(guān)解決方案，提高6061鋁合金鑄棒的品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：鋁合金;表面裂紋;原因和預(yù)防

1. 6061鋁合金鑄棒表面產(chǎn)生裂紋缺陷的原因

1.1鋁合金內(nèi)Mg2Si強(qiáng)化相的含量較高

在Al-Mg-Si合金的強(qiáng)化相中，Mg2Si作為唯一的強(qiáng)化項，6061鋁合金鑄棒中的Mg2Si含量要比其他鋁合金的含量高，因此6061鋁合金鑄棒中的含金強(qiáng)化相含量較高[1]。隨著6061鋁合金鑄棒的加工生產(chǎn)中鑄態(tài)強(qiáng)度逐漸增加，很容易出現(xiàn)冷卻不平衡的情況，在這種情況下，晶界上的強(qiáng)化相會逐漸增多，因此6061鋁合金鑄棒的塑性要比其他鋁合金的塑性低，使得6061鋁合金鑄棒表面更加容易產(chǎn)生裂紋。

1.2結(jié)晶溫度范圍變寬

由于6061鋁合金鑄棒中的Mg2Si含量較高，等到結(jié)晶時，結(jié)晶的溫度范圍變寬，并造成結(jié)晶裂紋時受到的應(yīng)力加大。通常情況下，6061鋁合金鑄棒的結(jié)晶溫度范圍在580-650℃左右，結(jié)晶溫度范圍要比其他鋁合金的結(jié)晶溫度范圍寬30℃左右，所以會導(dǎo)致6061鋁合金鑄棒表面出現(xiàn)裂紋傾向。如果出現(xiàn)凝固末期的補(bǔ)縮、焊合條件惡化，那么還會使鋁合金的導(dǎo)熱性降低，從而進(jìn)一步造成6061鋁合金鑄棒出現(xiàn)裂紋的傾向性。

1.3Fe/Si比例設(shè)計不合理

6061鋁合金鑄棒中的Si與Mg2Si中的Mg形成后，會將剩余的Si和存在的Fe、Al形成對應(yīng)的化合物。如果Fe中的含量高于Si時，可以形成α相，這種相類似于骨骼狀，同時脆性較小，但如果Si含量高于Fe，那么則主要形成β相，這種相類似于針狀，脆性較高。因此在6061鋁合金鑄棒中，當(dāng)Fe中的含量高于Si，那么很容易導(dǎo)致6061鋁合金鑄棒出現(xiàn)裂紋。

1.4流動性差

在6061鋁合金鑄棒的生產(chǎn)過程中，隨著結(jié)晶末期液態(tài)金屬流動性發(fā)生變化，會逐漸影響到6061鋁合金鑄棒上的裂紋形成與補(bǔ)縮等能力。通常在這種情況下，會使6061鋁合金鑄棒內(nèi)的Mg和Al原子半徑發(fā)生變化，原子半徑分別是1.6*10-10m和 1.43*10-10m，由于Mg的原子半徑大于Al的原子半徑，所以導(dǎo)致6061鋁合金鑄棒的流動性比較低。

1.5填充時間較長的冷錠分離

在6061鋁合金鑄棒生產(chǎn)過程中出現(xiàn)裂紋時，通常都是在鑄造階段發(fā)生的，6061鋁合金鑄棒表面裂紋在大多數(shù)情況下都會有冷錠分離的情況[2]。隨著冷裂向徑的延伸，使得裂紋延伸處的鋁棒表面會呈現(xiàn)出一條非常明亮的線，對這條明亮的線條使用超神波進(jìn)行探傷，會導(dǎo)致冷錠分離問題更加嚴(yán)重。

2.降低6061鋁合金鑄棒表面裂紋缺陷的措施

2.1控制合金成分

控制好6061鋁合金鑄棒中的合金含量，可以減少6061鋁合金鑄棒出現(xiàn)表面裂紋的情況。在這種情況下，需要保證Mg含量在1.65%左右即可，如果Mg含量較高，會使Mg2Si產(chǎn)生的化合物角度，若Mg2Si含量達(dá)到1.57%，那么必須分析存在的誤差。同時為了確保Mg出現(xiàn)過剩的情況時，還需要調(diào)整Mg，并將其控制在中值范圍內(nèi)，確保Mg和Si的比值不得低于1.73[3]。

2.2降低結(jié)晶溫度

當(dāng)發(fā)現(xiàn)6061鋁合金鑄棒表面有裂紋時，應(yīng)該及時清理結(jié)晶器的水通道，與此同時，還需要及時降低鑄造的速度以及鋁液的溫度。只有降低結(jié)晶溫度，才能更好地加快鈦硼絲的速度，有利于更好地杜絕6061鋁合金鑄棒表面可能產(chǎn)生裂紋等其他情況。

2.3改變合金中的Fe和Si成分

當(dāng)6061鋁合金鑄棒中的Si和Mg形成Mg2Si相似后，降低對6061鋁合金鑄棒Si的用量，增加Fe的用量。其中工業(yè)生產(chǎn)中，F(xiàn)e的含量和裂紋率有著相反的關(guān)系，如圖1所示，當(dāng)Si的量在0.02%-0.1%之間時，F(xiàn)e與過剩的Si比值在4以上。雖然Fe的含量高于Si有利于提高6061鋁合金鑄棒的脆性，但Fe含量太高，會使合金中出現(xiàn)過量的FeAl3化合物，導(dǎo)致6061鋁合金鑄棒的鑄錠性大幅度降低，所以必須控制好Fe的含量，使其保持在一定范圍內(nèi)。

2.4調(diào)整鑄造應(yīng)力

在鑄造的過程中，由于不同的部位凝固時間和冷卻時間不同，所以在鑄造時，會存在熱應(yīng)力和拉應(yīng)力等情況。做好鑄造應(yīng)力可以避免6061鋁合金鑄棒在生產(chǎn)中出現(xiàn)裂紋的情況，Al-Mg-Si在6061鋁合金鑄棒中的合金化程度不高，使得6061鋁合金鑄棒屬于軟合金的范疇，通過采取“假底”的措施，能夠有效防止出現(xiàn)裂紋。這對于澆口出現(xiàn)裂紋的情況，就需要選擇合理的鑄造速度，采用隔熱膜鑄造的方式，其優(yōu)點是縮短鑄錠殼后在結(jié)晶器內(nèi)的行程，并降低鑄錠的標(biāo)稱重復(fù)加熱溫度，有利于更快地獲得結(jié)晶速度。鑄造速度是6061鋁合金鑄棒生產(chǎn)的重要工藝參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的6061鋁合金鑄棒生產(chǎn)鑄造速度需要根據(jù)6061鋁合金鑄棒的規(guī)格決定[4]。當(dāng)規(guī)格為300mm*1040mm時，鑄造速度應(yīng)該保證在55mm/min，當(dāng)規(guī)格在300mm*1240mm，或者規(guī)格為300mm*1270mm時，鑄造速度需要保證在45-50mm/min范圍內(nèi)。

2.5減緩冷錠分離

在6061鋁合金鑄棒的生產(chǎn)過程中，由于冷錠分離可能的原因是填充和保持時間過長，因此會導(dǎo)致金屬在結(jié)晶和導(dǎo)管凝固中出現(xiàn)金屬冷卻的情況，甚至有可能還會發(fā)生橫向撕裂。在后續(xù)的6061鋁合金鑄棒生產(chǎn)中，利用擋板分段隔離鑄造模盤的流槽，并將填充的時間從原來的25秒縮短到現(xiàn)在的15秒，同時確保6061鋁合金鑄棒的流槽、模盤溫度在150℃以上，能夠減少填充鋁液的溫度。

結(jié)束語：云南云鋁澤鑫鋁業(yè)有限公司針對6061鋁合金鑄棒的鑄造過程中，發(fā)現(xiàn)6061鋁合金鑄棒表面產(chǎn)生裂紋缺陷主要與鋁合金內(nèi)Mg2Si強(qiáng)化相含量、結(jié)晶溫度范圍、Fe/Si的設(shè)計比例、流動性、填充時間較長的冷錠分離都有著直接的關(guān)系，因此為了避免出現(xiàn)裂紋，可以從這幾個方面著手，有利于避免6061鋁合金鑄棒出現(xiàn)裂紋。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟祥志， 王東輝， 王爽，等. 6061鋁合金型材拉彎缺陷分析[J]. 熱處理技術(shù)與裝備， 2019， 040（006）：24-27.

[2]黃麗娜， 王宇旭， 李小清. 熱處理對6061鋁合金鑄錠淬火應(yīng)力與力學(xué)性能的影響[J]. 工程建設(shè)（2630-5283）， 2019， 002（009）：P.112-114.

[3]吳得寶， 劉憲福， 孟翔宇，等. 6061鋁合金徑向超聲振動車削的表面完整性研究[J]. 工具技術(shù)， 2019， v.53;No.548（04）：18-22.

作者簡介：

顧宏呂（1990）男，漢，籍貫：云南宣威，職務(wù)職稱：材料工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：變形鋁合金。