鋁合金鑄造的特點(diǎn)

當前，國內大多數鋁合金擠壓生產(chǎn)廠(chǎng)家都采用立式半連續鑄造方法鑄造錠坯，成分合格的熔體經(jīng)過(guò)爐內精煉一一在線(xiàn)精煉一一在結過(guò)濾后，通過(guò)流槽（或流盤(pán)），然后經(jīng)漂浮漏斗注入結晶器內，或由流盤(pán)從結晶上面經(jīng)漏斗注入（普通多模鑄造），或從旁邊注入（同水平多模熱頂鑄造）。結晶器下面先用底座封堵，熔體澆入結晶器后，產(chǎn)生凝殼。待凝殼達到一定厚度后，開(kāi)通冷卻水，啟動(dòng)鑄造機。鑄造機以一定的速度牽引著(zhù)結晶錠坯不斷平穩下降，熔體則根據結晶速度的要求，以平穩的流速向結晶器內注入等量于結晶所消耗的熔體，于是在結晶器內形成如圖所示的液穴。設鑄造時(shí)的熔體控制為定溫，熔體注入結晶的流速和鑄錠的下降速度均為勻速，于是便在液穴內建立起穩態(tài)的溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)。下面討論熔體在結晶器中的晶體生長(cháng)過(guò)程。



鋁合金熔體大多含有多種溶質(zhì)。在其合金的成分范圍內，其絕大多為數的平衡分凝系數Ko ＜1（合金成分含量較高，超過(guò)共晶點(diǎn)時(shí)，Ko ﹥1）。因此，當最先的熔體注入結晶器時(shí)，熔體與結晶器壁發(fā)生接觸，先在器壁上形核成長(cháng)（在器壁上形成球冠狀核心比在熔體中自發(fā)形核需要的激活能小得多，這個(gè)問(wèn)題在《電解鋁液鑄軋生產(chǎn)板帶箔材》（冶金工業(yè)出版社，2011）一書(shū)中有詳細討論，此處從略），并向結晶前沿排泄溶質(zhì)，在結晶面前沿形成一溶質(zhì)富集層，富集層內的溶質(zhì)濃度，在固液界面處最高，遠離固液界面，隨距離的增加逐漸減小，直至與整個(gè)熔體的平均溶質(zhì)濃度相等。而溶質(zhì)富集層的凝固溫度，則在固液界面處最低，遠離界面時(shí)，隨距離的增加而升高，至與整個(gè)熔體的凝固溫度相同為止。在溶質(zhì)富集層內實(shí)際溫度低于熔體的凝固溫度，這就形成的組分過(guò)冷區。隨著(zhù)結晶的繼續進(jìn)行，最先形成的凝殼隨底座的向下?tīng)恳陆?，注入的熔體在已有的結晶面上成長(cháng)，或在界面前沿重新形核生長(cháng)，形成新的組分過(guò)冷區。同樣，新注入的熔體又在器壁上形成凝殼，產(chǎn)生新的組分過(guò)冷。隨著(zhù)時(shí)間的延伸，新的結晶層不斷產(chǎn)生，已結晶面前沿又不斷生長(cháng)或出現新結晶面，于是凝固層從上至下，由薄增厚；結晶器內的液相區，自上至下由大變小，直至整個(gè)截面全部凝成固態(tài)，在鑄件上方即形成了液穴。對于圓形鑄錠，液穴和結晶前沿的組分過(guò)冷區呈近似圓錐體狀。

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