?5 ×××鋁合金加工過程中的冶金缺陷及防止措施

摘要：全面論述了5×××系鋁合金中添加元素Mg、Mn及有益微量元素稀土和Ti、B等對合金微觀組織與鑄造性能的影響，Fe、Si 、Na、H等雜質元素產生的危害。闡述了5×××合金半連續鑄造的熔體凈化、精煉、雜質控制及影響。簡介了5×××系鋁合金加工過程中產生的冶金缺陷及防止措施。

關鍵詞：5×××鋁合金；添加元素；冶金缺陷；防止措施

5×××系鋁合金屬于變形鋁合金中的鋁—鎂合金，是熱處理不可強化的合金，應用較廣。該系合金具有中等強度，耐蝕性、加工性能與焊接性能好

1   5 ×××系鋁合金中合金元素及其作用

1.1  主要合金元素鎂的作用

共晶溫度下Mg 在Al 中的最大溶解度為17. 4 %,隨溫度降低，溶解度迅速減少。因冷卻速度不同，室溫下Mg在Al中的固溶度差別很大,緩慢冷卻時，溶解度小于1. 0 % ，在半連續鑄造的快速冷卻條件下，溶解度為3 %～6 %。雖然合金中Mg的溶解度隨溫度降低而迅速減少，但由于析出相形核困難，核心少，析出顆粒大，因而合金的時效強化效果差。5 ×××系鋁合金中Mg含量范圍較寬，含Mg最低的5A43合金中Mg含量為0. 6 %～1. 4 % ，最高的5A13合金中的Mg含量達到9. 2 %～10. 5 %。世界上常用變形鋁2鎂合金中Mg的含量為0. 8 %～5.2 %。Mg 在Al中可形成β(Mg₂Al₃) 相，起彌散強化作用。隨著Mg含量的提高，合金強度提高、塑性下降。當Mg 含量大于3. 5 %時，第二相β(Mg₅Al₈ 、Mg₂Al₃) 可能沿晶界、亞晶界析出，第二相β相對基體α(Al) 來說是陽極，優先發生腐蝕，使合金具有很大的晶間腐蝕和應力腐蝕敏感性。

     鎂對鋁的強化是恨明顯的，每增加1%的鎂，抗拉強度大約升高34MPa。圖一是鎂元素對對伸長率和屈服強度的影響，屈服強度隨鎂含量的增加而增加，但鎂含量過高，?相（Mg5Al8）優先在晶界和滑移帶沉淀，因而可能導致晶間腐蝕和應力腐蝕。所以大部分工業用地變形鋁合金中，鎂的含量均小于6%。

                圖一  鎂元素對伸長率和屈服強度的影響

1.2  主要合金元素錳的作用

     加入錳元素，主要是起固溶作用，加錳后可降低鎂的含量，同時降低熱裂傾向，但錳的含量應控制在1%以下。錳還能阻止鋁合金的再結晶過程，抑制晶粒長大。下圖是錳對再結晶溫度、抗拉強度和延伸率的影響。從圖上看出，再結晶溫度和抗拉強度隨著錳含量的增加而增加，但是延伸率當錳含量超過0.8%時呈現下降趨勢，所以工業上一般控制錳含量在1%以下。

圖二  錳對再結晶溫度的影響

       圖三   錳對抗拉強度的影響    圖四   錳對伸長率的影響

1.3  有益微量元素的作用

1.3.1  Ti和B的作用

鈦是鋁合金中常用的添加元素，以Al—Ti—B中間合金的形式加入。鈦和鋁形成TiAl₃相，成為結晶時的非自發核心，起細化鑄造組織的作用。

1.3.2  稀土元素的作用

     在鋁合金中加入微量稀土元素，可以顯著改善鋁合金的金相組織,細化晶粒，去除鋁合金中氣體和有害雜質，減少鋁合金的裂紋源，從而提高鋁合金的強度，改善加工性能，還能改善鋁合金的耐熱性和韌性。稀土元素的加入使得稀土鋁合金成為一種性能優良、用途廣泛的新型材料。研究表明，稀土含量為0. 15 %～0. 25 %時，它不僅能細化晶粒，而且能有效地控制枝晶組織的粗化，對后續加工有利。稀土對鋁合金晶粒細化機理可以從以下幾點得到解釋：一是稀土可作為鋁合金的精煉劑，對熔體具有除氣作用，大大減少了針孔率；二是稀土的加入明顯降低了鋁合金的雜質含量，加強了合金化程度。

    目前鋁合金中常加入的稀土元素為Ce、Er、Sc等。稀土Ce 的加入使鋁—鎂合金的晶粒細化，晶界面積增加，宏觀韌性增強，合金的疲勞壽命大大增加(1倍多) ，切裂紋擴展速度減緩，試樣裂紋更多地穿晶擴展。在5A03合金中添加微量Er，其鑄態顯微組織中枝晶網胞尺寸明顯減小，網胞間共晶化合物也更稀薄，而且在晶粒內部可見細點狀第二相Al₃Er 、Al₃Er對合金基體有變質作用。Al₃Er相與基體有較好的匹配關系，能成為非均質形核核心。稀土Er的存在使合金凝固時固液界面溶質再分配而增大過冷度，使鋁—鎂合金的共晶化合物更細小，分布更均勻。

1.4  有害雜質的控制

1.4.1  Fe和Si的控制

     Fe和Si是合金中得有害雜質元素，從加工性能考慮，往往要求Fe大于Si的含量，當Fe和Si的比例不當時，鑄造過程中會引起鑄錠裂紋。圖六是Al—Mg合金中Fe、Si含量與裂紋傾向的關系。圖中數字表示裂紋率，曲線右下方裂紋傾向大。工業上一般加入錳減少Fe的危害，因為錳可與鐵形成MnAl₆而沉淀析出。

圖五   Fe、Si含量與裂紋傾向的關系

1.4.2  有害雜質Na的控制

     微量雜質Na使鋁合金熔體粘度變大,鑄造拉裂傾向增大。而且當Na含量較高時，鋁—鎂合金鑄造組織晶界處球狀質點多、密集，第二相體積分數變大。Na能強烈損害合金的熱變形性能，出現“鈉脆性”，在高Mg鋁合金中尤為突出。在含Na 0. 0013 %的5083合金熱軋和室溫拉伸時會發生脆性斷裂，呈解理和沿晶的混合狀斷口。微量元素Na會導致鋁—鎂合金發生脆性斷裂。鈉脆性是由于熔點低、不溶于鋁中的游離Na富集于晶界造成的。

1.4.3  有害元素 H

在鋁—鎂合金中，由于Mg的存在，進入熔體中的H₂O在高溫下更易與Mg反應生成H，由于H不能與Al 、Mg 反應,一部分結合成H₂ 分子，形成氣泡，另一部分H溶于鋁熔體中。H在鋁熔體中的溶解度很大，在結晶過程中隨溫度下降溶解度急劇降低，H在液體鋁和固體鋁中的溶解度分別為0. 65 cm3/ (100gAl) 和0. 10～0. 034 cm3/ (100gAl)。因此，在結晶過程中由熔體析出的H形成H₂可能以氣泡的形式由結晶的液穴表面放出。但是,在半連續鑄造的結晶條件下，能由液穴表面放出的H₂很少，大部分被包裹在處于粘塑狀的熔體中，在隨后的鑄造中形成氣孔、疏松等鑄造缺陷。

2   5×××合金的熔煉控制

鑄錠生產的基本任務是獲得成分、組織性能、表面質量和尺寸形狀符合要求的錠坯。鑄錠生產是金屬材料生產工藝的第一道工序，在這一工序中產生的冶金缺陷，如偏析、晶粒粗大、氧化物及金屬間氧化物、氣泡等，都給后續帶來很多不利的影響。因此，熔鑄過程中必須嚴格控制。

鑄錠生產包括熔煉和鑄造，即熔鑄過程，它包括備料、熔化、精煉、調整成分、溫度、澆注等工序。為保證鑄錠的化學成分符合要求，必須了解合金成分在熔鑄過程中得變化情況，要得到氣體、夾渣少、流動性好的熔體，必須了解氣體和氧化夾渣的物化性質，氣體與金屬相互作用的規律，掌握去氣、去渣的精煉工藝等等。所以要得到組織細密、性能均一、沒有氣孔、縮孔、疏松和裂紋等缺陷的合格鑄錠，必須了解鑄錠成形過程及影響鑄錠結晶組織的各種因素，掌握鑄錠工藝等。

2.1  熔體成分控制

   以下主要討論合金成分在熔煉過程中發生變化的一般規律，如金屬氧化燒損、夾渣。

2.1.1 金屬鎂的氧化燒損

在熔煉時應避免形成疏松的氧化膜。五系合金中主要元素是鎂，鎂熔點低，易被氧化燒損，合金中鎂含量越高，表面氧化膜的致密性就越低，抗氧化能力就越低。氧化膜致密度差會造成以下危害：氧化膜失去保護作用，合金燒損嚴重，吸氣性增加，易形成氧化夾渣、疏松，降低鑄錠質量，導致裂紋傾向性增加。因此加鎂時，將鎂放在特定的加料器內，迅速侵入鋁液中，往復攪動，使鎂錠逐漸熔化于鋁液中，切加鎂后立即撒一層覆蓋劑防止氧化。同時在加鎂后的熔體中加入少量的鈹，改善氧化膜的性質，提高抗氧化能力。

2.1.2 雜質的吸收和積累

在熔煉過程中，一方面因氧化造成一些元素的含量減少，另一方面從爐襯、爐氣中吸收雜質，或者由于氧化、揮發性小的元素積累，合金某些成分或雜質允許量超標，造成化學廢品。

雜質的吸收和積累，主要是由于金屬液與爐襯、爐渣、爐氣的相互作用，或因混料造成的結果，它與合金和爐襯的性質、爐料的純度及熔煉工藝有關。

2.1.2.1 雜質的來源

（1）從爐襯中吸收雜質。金屬與爐襯相互作用不僅降低了爐子的使用壽命，而且還會使某些雜質進入金屬。如：

   （3FeO）+(2Al) = （Al₂O₃）+（3Fe）

污染金屬。熔煉溫度越高，金屬在爐內運動溫度越劇烈，這種液—固相間的反應進行的越劇烈。

（2）從爐氣中吸收雜質。使用煤氣爐熔煉鋁合金是，煤氣中的水蒸氣會與Al發生化學反應：Al + H₂O（蒸汽）→ H₂+Al₂O₃。產生Al₂O₃夾渣，同時增加吸氣性。

（3）從其它爐料及爐渣中吸收雜質。同一熔爐先后熔煉兩種成分不同的合金時，由于合金中主要成分及雜質含量不同，若前一種合金成分正好是后一爐的雜質，此時，若不洗爐就直接熔煉，則前一爐存在爐襯及爐渣中得部分合金，將會使后者某一成分或雜質增多，以致造成嚴重的化學廢品。

2.1.2.2 減少雜質污染的途徑

   熔體的純凈化是提高材料性能的重要途徑，因此，現在對材料的純度的要求越來越高。為了防止雜質的吸收和積累，可采用下列措施：

（1）先用化學穩定的耐火材料。

（2）才可能的條件下，采用純度較高的純金屬，合格返回料不超過爐料的50%，以保證合金純度的要求。

（3）所有的與金屬液接觸的工具，盡可能采用不會帶入雜質的材料或用涂料保護好。

（4）換爐熔煉含有元素不同的合金或成分，需要洗爐。

2．2  合金成分控制方法

   合金成分控制室熔煉的關鍵環節，除了采取控制燒損以外，還要做好以下準備：備料、配料、制訂合理的加料順序、做好爐前的成分分析和調整等。

2.2.1 爐料選擇

在保證性能和降低成本的條件下，盡量少用純度高的金屬，合理使用舊料，舊料一般占爐料的40～60%。舊料過多易造成化學成分超標和鑄錠夾渣。

2.2.2 爐料處理

使用前要處理干凈，不應含有水分、泥土、油污等，避免產生氣體造成疏松。大尺寸廢料應先鋸斷，小而薄的邊角料須先打捆。鋸末廢料要清洗、烘干、打包、重熔、分析成分及雜質后才能配入爐料。2.3  熔爐準備

熔爐的正確選擇與合理使用是保證獲得優質、高產、低成本金屬熔體及制品的重要條件之一。

2.3.1 洗爐

    目的是將殘留在熔池內各處的金屬和爐渣清除爐外，以免污染另一種金屬，確保產品的化學成分。清除大量非金屬夾雜物。

（1） 新修、中修和大修后的爐子生產前進行洗爐。

（2） 長期停歇的爐子根據實際情況決定是否洗爐。

（3） 前一爐的合金為后一爐的雜質時洗爐。

（4） 雜質高的合金轉純度高的合金時需要洗爐。

2.3.2 清爐

   將爐內結存的殘渣徹底清除爐外，避免成分不合，防止產生氧化夾雜。純鋁是20爐清一次，合金時10爐請一次。

2.3.3 換爐

   換爐的順序應根據下列原則安排：1）前一爐合金元素不是下一爐合金的雜質；2）前一爐合金的雜質量低于下一爐的雜質量。

2.4   成分調整

熔煉過程中，由于各種原因會使陳分發生改變，因而需要爐料熔化后，取樣快速分析，根據分析結果確定是否要進行成分調整。要求成分調整要快和準，保證成分符合要求，主要方法有兩種：補料和沖淡。

2.5  熔體精煉

   熔體精煉的任務在于去氣去渣，其實質就是與金屬的氧化、吸氣和其他雜質作斗爭。

2.5.1 除渣精煉

     金屬中非金屬夾雜物的含量與分布，是反映金屬熔體冶金質量的重要指標。它們的存在會破壞金屬熔體的連續性，降低金屬的塑性、韌性和耐蝕性，惡化金屬的工藝性能和表面質量。

2.5.1.1 非金屬夾雜物的種類和來源

鋁液中的非金屬化合物，主要是氧化物和少量的氮化物，都是以獨立形式存在，一般稱為夾雜或夾渣。

夾雜物的來源可分為外來夾雜和內生夾雜。外來夾雜是由原材料或熔煉過程中卷入金屬的耐火材料、熔劑、銹蝕產物，爐氣中得灰塵以及工具上得污染物等。內生夾雜是在金屬加熱及熔煉過程中，金屬與爐氣、熔劑以及其他物質反應而生成的化合物。

2.5.1.2 除渣原理

（1）密度差作用  金屬液靜置時，非金屬夾雜和金屬熔體密度不同，因而產生上浮或下沉。

（2）吸附作用  向金屬熔體中導入惰性氣體或氮氣，在氣泡上浮過程中，與懸浮狀態的夾雜相遇時，夾雜便可能吸附在氣泡的表面而被帶出熔體。

（3）機械過濾  在澆注過程中，金屬熔體通過過濾介質，對非金屬夾雜物的機械阻擋作用。

2.5.2 金屬中得氣體及脫氣精煉

   加熱與熔煉過程中，液態金屬吸附H₂、O₂、N₂，致使鑄錠中產生氣孔、疏松、板帶材起泡及分層，甚至發生氫脆。鋁合金熔體主要吸收的的氣體是H₂。因此，除氣也就是除氫。

2.5.2.1 氣體的來源

熔煉過程中氣體的來源

2.5.2.2 除氣原理

   用導管將氮氣（或者惰性氣體或混合氣體）通入熔體中，利用氣泡中開始沒有氫氣，氣泡內氫的分壓為零，而熔體中得氫分壓遠遠大于零，基于氫氣在氣泡內外的分壓力之差，使熔體中氫原子向這些氣泡內擴散，并在其中復合為分子氫。這一過程將進行到氣泡內的分壓差相等為止，即處于平衡狀態。進入氣泡內的氫氣隨著氣泡上浮和逸出，被排除在大氣中。

3   5×××冶金缺陷及防止措施

有色金屬材料生產中，約有70%的廢品與鑄錠存在缺陷有關，因此，識別和分析鑄錠中得缺陷和及其成因，找出防止或減少這些缺陷的方法，對提高鑄錠和加工產品的質量具有重要的意義。

鑄錠加工過程中常見的缺陷有數十種，如偏析、裂紋、夾渣、縮孔、性能不和、表面氣泡、張嘴、分層、波浪等。產生的原因很多，但是很多缺陷又與鑄錠密切相關或是因為鑄錠本身原因造成的。以下重點討論主要的冶金缺陷：偏析、縮孔與縮松、裂紋、氣孔、夾雜與氧化膜。

3.1  偏析

   鑄錠中化學成分不均勻的現象，分顯微偏析和宏觀偏析，前者是晶粒范圍內的偏析，后者主要是指大范圍內的區域偏析。

3.1.1顯微偏析

 枝晶偏析：在生產的條件下，由于鑄錠冷凝較快，固液兩相中溶質原子來不及擴散均勻，枝晶內部先后結晶部分的成分不同。

電子探針顯示的枝晶偏析情況

晶界偏析：k﹤1的合金，溶質不斷從固相向液相中排出，導致最后凝固的晶界含有較多的溶質和雜質，即形成晶界偏析。

晶界偏析形成過程示意圖

a—晶粒相向生長     b—晶粒平行生長

胞狀偏析：當固溶體合金鑄錠定向凝固時得到胞狀晶，k﹤1的溶質也會在胞狀晶晶界偏聚，形成胞狀偏析。

枝晶偏析可以通過加工和熱處理消除，但晶界偏析不能。

3.1.2 宏觀偏析

正偏析與反偏析：正偏析是在順序凝固下，溶質k﹤1的合金，固/液界面處液相中得溶質含量越來越高，因此越是后結晶的固相，溶質含量越高；而k﹥1的合金，越是后結晶的固相，溶質含量越低，此種成分不均勻現象稱為正偏析，反偏析正好相反。

正偏析與晶粒組織的關系

1：激冷區 2：柱狀晶區  3：偏析最大區 4：中心等軸晶區

帶狀偏析：當金屬液中溶質的擴散速度小于凝固速度時，在固液界面前沿出現偏析層，使界面過冷度降低，界面生長受到抑制。但在界面上偏析程度較小的地方，晶體將優先，生長穿過偏析層，并長出分枝，富溶質的液體被封閉在枝晶間。當枝晶繼續生長，并與相鄰枝晶相連時，再次形成宏觀平界面，平界面均勻向前生長一段距離后，又出現偏析和界面過冷，界面生長重新受到抑制，如此周期性地重復，在定向凝固的鑄錠斷面上就形成條狀的帶狀偏析。

              帶狀偏析形成機理示意圖（a—g）

重力偏析：互不相溶的兩液相或固液相的密度不同而產生的偏析。

3.1.3  偏析防止措施

（1）嚴格控制合金的配料和熔煉過程，防止低熔點和高熔點的雜質混入合金液。

（2）由于不同元素的比重是不同的，如硅和鋁，在澆注前要充分進行攪拌，使其混合均勻。

（3）采用矮的結晶器，降低澆注溫度。鑄造過程中液穴要平穩，防止波動。           

3.2  縮孔與疏松

     在鑄錠的頭部、中部、晶界及枝晶間等地方，產生的一些宏觀和顯微的孔洞，統稱為縮孔。容積大而集中地縮孔成為集中縮孔，細而分散的縮孔成為疏松。

     任何形態的縮孔或疏松都會減小鑄錠受力的有效面積，并在縮孔和疏松處產生應力集中，因而顯著降低鑄錠的力學性能。加工時疏松一般可以復合，但聚集有氣體和非金屬夾雜物的縮孔不能壓合，只能伸長，甚至造成鑄錠沿縮孔軋裂或分層，退火過程中出現起皮等缺陷。產生縮孔和疏松的直接原因是，金屬凝固時發生凝固體收縮。

3.2.1 縮孔：鑄錠在順序凝固下，由于金屬液態和凝固體收縮造成的孔洞得不到金屬液的補縮而產生的。多產生于鑄錠的中部和頭部。

縮孔形成示意圖

當金屬液注入錠模后，凝固主要由低向上和由外向里逐層的進行，經過一段時間后，便形成一層凝殼，由于凝固收縮，因而液面下降。以后隨著溫度的繼續降低，凝殼一層一層地加厚，液面不斷降低，直到凝固完成為止。在鑄錠凝固的中上部，形成了一個如上圖e所示的倒錐形縮孔。

3.2.2疏松：在同時凝固的條件下，最后凝固的地方因收縮造成的孔洞得不到金屬的補縮而產生的。疏松分布范圍廣，鑄錠軸線附近尤為嚴重。下圖是晶界疏松形成圖。

疏松形成示意圖

3.2.3 防止縮孔與疏松的措施

（1）合金液精煉、變質操作效果要到位。

（2）嚴格控制鋁液溫度，防止過熱，因為過熱將會增加吸氣性，保證鑄件不產生澆不足的情況下，盡量采用較低的澆注溫度。

（3）合理設計澆注系統，使金屬液平穩；適當調整成分，控制適宜的雜質含量。

3.3 氣孔

鑄錠表面與內部由于氣體而產生的各種形狀和大小的孔洞稱為氣孔。孔壁表面一般比較光滑，帶有金屬光澤，有些氧化色，呈圓形，據此可與疏松和氣孔區別。

空心鑄錠氣孔

鑄錠中出現的氣孔有四種：內部氣孔、表面氣孔、皮下氣孔和縮松氣孔。如圖所示：

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氣孔不僅能減少鑄錠的有效面積，且能使局部造成應力集中，稱為零件斷裂的裂紋源。尤其是形狀不規則的氣孔，如裂紋狀氣孔和尖角形氣孔不僅增加缺口的敏感性，使金屬強度下降，而且能降低零件的疲勞強度。

根據氣孔的形成方式又可分為析出型氣孔和反應型氣孔兩種。

3.3.1 析出型氣孔

溶于金屬中得氣體，其溶解度一般隨溫度降低而減少，因而會逐漸析出。析出的氣體是通過擴散到達金屬液面而析出，或是形成氣泡后上浮而逸出。但由于液面有氧化膜的阻礙，且凝固較快，氣體自金屬液內部擴散逸出的數量極為有限，故多以氣泡形式逸出，在凝固速度大或有枝晶阻攔時，形成的氣泡來不及逸出，便留在鑄錠內部形成氣孔。

3.3.2 反應型氣孔與皮下氣孔

   金屬在凝固過程中，與模壁表面水分、涂料及潤滑劑之間或金屬液內部發生化學反應，產生的氣體形成氣泡，來不及上浮逸出而形成的氣孔。

3.3.3 氣孔防止措施

（1）爐料及澆注工具徹底烘干。

（2）控制熔煉溫度。

（3）操作迅速，盡量縮短熔煉時間；精煉要徹底。

（4）靜置時間不宜過長。

3.4  夾雜與氧化膜

3.4.1 非金屬夾雜：在宏觀組織中，與基體金屬界限不清的黑色凹坑稱費金屬夾雜。

非金屬夾雜的宏觀組織

熔煉和鑄造過程中，將來自熔劑、爐渣、油污、泥土和灰塵中的氧化物、氮化物、碳化物、帶入熔體并除渣不徹底，鑄造后在鑄錠中產生夾渣。

非金屬夾雜防止措施：

（1）將原、輔料中得油污、泥土、灰塵和水分等清除干凈。

（2）爐子、流槽、除氣箱等要處理干凈。

（3）精煉要好，溫度不能太低，防止渣液分離不好，爐渣要除凈。

（4）提高鑄造溫度，以增加金屬流動性，使渣上浮。

3.4.2金屬夾雜：在組織中存在外來金屬稱金屬夾雜。宏觀組織特征為棱角的金屬塊，顏色與基體金屬顏色有明顯差別，并有清除的分界線，多數為不規則的多邊形界線，硬度與基體金屬相差很大。

    金屬夾雜是由于操作不當，或由外來金屬掉入液態金屬中，鑄造后外來的沒有被熔化的金屬塊保留在鑄錠中。

3.4.3氧化膜：在鑄錠中主要由氧化鋁形成的非金屬夾雜稱氧化膜。由于氧化膜很薄，與基體金屬結合非常緊密，在未變形的鑄錠宏觀組織中不能被發現。將鑄錠變形并淬火后做斷口檢查時才能發現，其特征為褐色、灰色或淺灰色的片狀平臺，斷口兩側平臺對稱。

氧化膜斷口特征

氧化膜的形成機理主要有兩個：

其一：熔煉和鑄造過程中，熔體表面始終與空氣接觸，不斷進行高溫氧化反應形成氧化膜并浮蓋在熔體表面。當攪拌和熔鑄操作部當時，浮在熔體表面的氧化皮被破碎卷入熔體內，最后留在注定中。

其二：鋁合金熔煉時除使用了原鋁錠、中間合金和純鋁作為爐料外，還加入一定數量的廢料，包括工廠本身的幾何廢料、工藝廢料、碎屑以及外廠的廢料，廢料尺寸小、質量差、存在著大量的氧化夾雜物，在復化和熔煉過程中除渣不干凈，氧化夾雜進入熔體。

3.4.4 氧化膜防止措施：

（1）將原輔材料的油、腐蝕產物、灰塵、泥沙和水分等清除干凈。

（2）熔煉過程中盡量少反復補料和沖淡，攪拌方法要正確，防止表面氧化膜成為碎塊進入熔體。。

（3） 除渣除氣時間不能短，靜置時間要夠，使用的各種工具要預熱。

（4） 鑄造溫度不能偏低，要保證良好流動性。

3.5 裂紋

裂紋一般分為冷裂紋和熱裂紋兩種，在凝固過程中產生的裂紋稱為熱裂紋，凝固后冷卻過程中產生的裂紋稱為冷裂紋。裂紋產生的直接原因是收縮應力的破壞作用，即鑄錠在凝固過程和冷卻過程中，由于徑向和橫向收縮受到阻礙而產生的。

冷裂紋                   熱裂紋

3.5.1熱裂紋：收縮受到阻礙，而產生的拉應力超過當時強度或線收縮率大于大于其伸長率造成的，裂紋多沿晶界裂開，曲折而不規則，表面帶氧化顏色或有低熔點填充物。

   裂紋通常經歷裂紋的形核和擴展兩個階段，裂紋形核多發生在晶界液相匯聚處。若偏聚于晶界的低熔點元素或化合物對基體金屬潤濕性好，則裂紋形成功小，裂紋易形核，熱裂傾向大。

3.5.2 冷裂紋：發生低于200度以下，即凝固以后的冷卻過程中。鑄錠內部由于各部分冷卻不均勻，而產生極大地應力不平衡，形成收縮應力。此應力如集中大鑄錠的一些薄弱處，并超過了金屬的強度或塑性極限而造成裂紋。冷裂不發生氧化，表面光滑，多產生在溫度較低的彈性狀態，常為穿晶斷裂，斷口較規則，呈直線狀。

    鑄錠是否產生冷裂，主要取決于合金的導熱性和低溫時的塑性，若合金導熱性好，凝固后塑性較高，就不可冷裂。

3.5.3 防止裂紋的措施

（1）合金的有效結晶溫度范圍寬，線收縮率大，則合金的熱傾向大。

（2）合金的熱裂傾向也與成分由關，如圖所示（縱軸：熱裂傾向，橫軸:成分）該圖表明，成分越靠近共晶點合金，熱裂傾向越小。

有效結晶溫度范圍及熱裂傾向與成分的關系

如工業純鋁中硅含量大于鐵，則因生成熔點為574.5℃的α（Al）+Si+?（AlFeSi）三元共晶分布于晶界而熱裂。

（3）澆注工藝。如冷卻速速大地連續鑄錠比冷卻速速小的易裂紋，澆注溫度高，提高脆性區上限溫度，易裂紋等。

（4）鑄錠結構。鑄錠結構不同，鑄錠中熱應力分布狀況不同，故鑄錠的結構必然對熱裂產生影響。大錠比小錠易熱裂，扁錠易側裂、底裂和澆口裂紋等。扁錠的熱裂還與厚度及寬度比有關，如圖所示：b代表扁錠厚度，v代表澆注速度。

扁錠產生裂紋的傾向與錠厚及澆注速度的關系

當澆注速度及寬厚比n一定時，隨著錠厚增大熱裂傾向增大，當厚一定時，熱裂隨著澆注速度的增大而增大。

（5）由于冷裂紋主要取決于合金的導熱性和低溫的塑性，因此鑄造過程中采用電磁攪拌等方法，增加合金的導熱性，有效降低冷裂紋。

（6）鑄造時，鑄錠剛拉出結晶器由于溫度回升，有時出現局部表面重熔和偏析瘤，因而造成橫向裂紋，以后由于應力集中而發展成冷裂紋，為防止表面重熔，可適當提高鑄造速度。

由于冷裂紋和熱裂紋產生的原因和機理常常難以分辨，因此其防止情況只能根據具體情況具體分析。

3.5.4此外鑄錠的裂紋還有側面裂紋、中心裂紋、通心裂紋、底部裂紋、澆口部裂紋等。

4   結束語

    綜上所述，5×××鋁合金在加工過程中產生的冶金缺陷及防止措施主要應從以下幾個方面考慮。

（1）控制Mg元素的含量，Mg元素含量過多會降低鋁熔滴表面薄膜的致密性，增熔體的吸氣性，易造成疏松、氣孔。

（2）控制微量元素的含量，如Na元素由于熔點低易結晶在晶界處，造成晶界脆弱，加工中易產生裂紋，Fe和Si的比值要適當，否則在鑄造過程中將會產生熱裂紋。

（3）配料要準確，新、舊料搭配要合理，以免化學成分超標，造成化學廢品。熔爐清理要徹底，避免產生金屬夾雜。

（4）精煉要徹底，使溶入熔體中的氣體及夾雜徹底逸出、上浮或下沉，可有效防止疏松、氣孔、夾雜等缺陷。

（5）鑄造工藝參數要合理，澆注溫度、澆注速度、冷卻強度等應根據不同的合金設定最佳的工藝參數。