巴振伟
河南中孚技术中心有限公司，河南巩义，451200
摘要：由于铝的资源非常丰富，铝制品得到了迅速的发展，在铝合金发展的过程中，其铸造产品具有的很多优点逐渐展现。它质量轻、强度高、减震性能好，这些优点使得越来越多的领域铝合金已经代替传统的钢铁材料。熔铸作为铝合金产品生产的第一个环节，其质量的好坏直接决定了成品的性能。本文结合气滑式铸造特点对铝合金圆锭边部夹渣形成原因及预防措施的改进进行了详述。
关键词：铝合金；熔铸；熔炼；铸造；非金属夹渣
1、铝合金圆锭非金属夹渣形态成因及加工影响
近年来，随着国家推动绿色材料发展，铝及铝合金材料由于其轻量化、成型性优、强度高、耐腐蚀、再生利用率高等特性在众多材料中脱颖而出。随着市场对产品质量需求不断提升，铝合金圆锭经挤压加工后最终产品广泛用于交通运输和结构工程工业、汽车备件行业及高端电子产品外观用料行业等。而熔铸工艺为生产铝合金合格终端产品的最关键一个环节，也是质量控制最为复杂的环节，若熔铸工艺不得当，则影响后续加工制品性能。
1.1 非金属夹渣的形态
宏观组织没有固定形状、黑色凹坑、与基体没有清晰界限。非金属夹渣的特征只有在铸锭低倍试片经碱水溶液浸蚀后，才能清晰显现。断口组织特征为黑色条状、块状或片状，基体色彩反差较大，很容易辨认。显微组织特征多为絮状的黑色絮乱组织，由黑色线条组成，与白色基体色差明显。
1.2 非金属夹渣形成机理
在熔炼和铸造过程中，如果将来自溶剂、炉渣、炉衬、油污、泥土等中的氧化物、氮化物、碳化物、硫化物等带入熔体中如果除渣不彻底，后续铸造过程环节控制不到位，则造成最终产品夹渣产生。
1.3 分析造成夹渣的原因有几种情况
1）熔体炉内合金化处理不彻底，精炼出渣环节工艺操作不当；2）辅料不清洁，杂质含量高；3）耐材除潮不彻底，与铝液接触引发氧化物产生；4）泠却强度大，铸造速度过快；铸造温度过低；5）工具及精炼气体.熔剂等潮湿；6）液面不均匀，液面波动幅度较大；7）气滑式铸造气体压力过大及潮湿等。
1.4 非金属夹渣对金属性能的影响
非金属夹渣严重破坏了金属的连续性，对金属的性能有严重影响，对薄壁零件更加有害，并破坏了零件的气密度，无论夹渣存在于何种制品中，都是裂纹源，特别是高端制品，是绝对不允许存在的。
1.5 非金属夹渣在铸锭中的分布情况
铝合金连续铸锭中的非金属夹渣总是分布呈不规则形态，根据夹渣颗粒大小，有时分布在圆锭边部，有时分布在半径二分之一处。 非金属夹渣的产生，同时也带来了一些其他的缺陷（如铸锭裂纹、表面缺陷等），影响铸锭成品率。
2 如何防止铸锭夹渣缺陷产生，重点分两个环节控制
2.1熔炼环节控制
铝熔体熔炼环节为熔体夹渣来源之一，过程熔体的杂质除来自炉料外，在熔炼期间还可能与炉衬、炉气、溶剂及其他辅助材料和工具等发生反应。则熔炼除渣环节需重点控制以下几方面：
预防潮湿：炉子大、中修后烘炉要彻底，防止内衬潮湿引起过量氧化物。精炼剂及与铝液接触工具等充分预热。高温高湿季节，控制空气中的湿度。
精炼除渣工序操作要彻底，不留死角，确保每个部位精炼到位，控制好精炼温度，一般730±5℃为宜，过高易造成较多氧化物产生。
目前，精炼除渣环节国内最广泛使用的除渣方法为吸附除渣原理，即利用精炼剂与铝液净化用惰性气体（氮气、氩气、氯气等）混合，被吹入铝液后，形成许多细小气泡。气泡在熔体中通过时与熔体中的氧化物相遇，夹渣被吸附在气泡的表面并随气泡上浮至铝液表面并除去。除渣效果的好坏与吹入惰性气泡的多少有密切联系，当吹入的气泡越多，且气泡半径越小，分布越均匀，则除渣效果越好。
静置时间要充足，一般静置时间为20-40分钟，静置温度720℃为宜，使铝液中部分杂质有充足时间上浮逸出或沉淀。但要合理组织后段生产环节衔接，防止熔体在炉内停留时间过长，造成新的氧化物出现。高镁合金要把表面覆盖好，防止熔体吸收大量气体，造成氧化物堆积。
所使用的辅料、冷料等使用前要进行检查确认，防止杂质含量较大的材料入炉。重点做好非金属杂质的管控。同时注意控制好炉壁清洁度，定期组织清理，炉内杂质堆积，形成难熔金属杂质。
2.2圆锭铸造环节过程控制
铝熔体在铸造过程受人为干预程度、熔体供流平稳度、耐材内衬清洁度、在线过滤系统密封性等影响，产生非金属夹渣概率较大，且夹渣尺寸较小，不容易被发现。则铝合金铸造环节防止夹渣缺陷产生需重点控制以下几方面：
A. 铸前检查与铝液接触的耐材内衬，确保表面平滑，无松散或脱落现象，并确保所有流槽内衬清洁，无其他杂质存在。生产过程使用的工具要提前进行预热，并涂刷保护涂料。
B. 在除气过滤除渣系统每次生产前对铝液表面多余杂质进行去除。过滤系统安装过滤介质时，要确保四周密封严密，保证过滤除渣质量。
C.熔体供流时，要确保铝液为同一水平面，过程应减少因落差或液位高差波动大造成的氧化物形成，卷入熔体中，形成非金属夹渣。
D. 适当降低铸造过程中铸锭冷却强度，提高铸造铝液温度。
一般来说，熔体在铸造时，降低冷却强度后，铸锭铸穴内结晶前沿温度梯度变陡，有利于铸锭排气补缩，在液体静压力作用下有助于杂质上浮。根据观察，直径或尺寸越大的铸锭，铸造过程中形成液穴越大，则造成夹渣概率越小，反之直径或尺寸越小的铸锭，由于液穴小，铸造速度快及冷却强度大等原因，则造成夹渣的概率就越大。
E、AirSlip铸造圆锭生产时，结晶器内的气体要确保干燥，若结晶器供应气体潮湿，与铸造时结晶器内铝液流动过程中形成氧化夹渣物并保留在铸锭内形成夹渣。
若气体潮湿时，当气体通过红色线路向铸锭液穴表面行走时，所经过的位置与铝液接触时易形成氧化夹渣物，同时，随着铸造时间的延长，造成铸穴表面氧化物堆积增多，若生产过程中气体压力波动加大，将造成铸锭大量非金属夹渣物的产生。
综上所述，铝合金圆锭熔铸生产过程中，非金属夹渣为常见缺陷，由于涉及控制范围较广，各个环节控制点较复杂，唯有在生产过程中加强关键环节管控，才能有效减低非金属夹渣物出现的概率，提高产品质量。
3、结论
非金属夹渣是铸锭的一种重要组织缺陷，对铝合金铸锭的机械性能有很重要的影响，采用合理的铸造工艺控制减少铸锭中非金属夹渣物的形成，对改善铸锭的性能有很大作用。
参考文献
[1]肖亚庆，谢永生，刘静安，王涛.铝加工技术实用手册，冶金工业出版社，2004；
[2] airslip 铸造操作手册.Wagstaff公司.2004.12