​5 ×××铝合金加工过程中的冶金缺陷及防止措施

​5 ×××铝合金加工过程中的冶金缺陷及防止措施

摘要：全面论述了5×××系铝合金中添加元素Mg、Mn及有益微量元素稀土和Ti、B等对合金微观组织与铸造性能的影响，Fe、Si 、Na、H等杂质元素产生的危害。阐述了5×××合金半连续铸造的熔体净化、精炼、杂质控制及影响。简介了5×××系铝合金加工过程中产生的冶金缺陷及防止措施。

关键词：5×××铝合金；添加元素；冶金缺陷；防止措施

5×××系铝合金属于变形铝合金中的铝—镁合金，是热处理不可强化的合金，应用较广。该系合金具有中等强度，耐蚀性、加工性能与焊接性能好

1   5 ×××系铝合金中合金元素及其作用

1.1  主要合金元素镁的作用

共晶温度下Mg 在Al 中的最大溶解度为17. 4 %,随温度降低，溶解度迅速减少。因冷却速度不同，室温下Mg在Al中的固溶度差别很大,缓慢冷却时，溶解度小于1. 0 % ，在半连续铸造的快速冷却条件下，溶解度为3 %～6 %。虽然合金中Mg的溶解度随温度降低而迅速减少，但由于析出相形核困难，核心少，析出颗粒大，因而合金的时效强化效果差。5 ×××系铝合金中Mg含量范围较宽，含Mg最低的5A43合金中Mg含量为0. 6 %～1. 4 % ，最高的5A13合金中的Mg含量达到9. 2 %～10. 5 %。世界上常用变形铝2镁合金中Mg的含量为0. 8 %～5.2 %。Mg 在Al中可形成β(Mg₂Al₃) 相，起弥散强化作用。随着Mg含量的提高，合金强度提高、塑性下降。当Mg 含量大于3. 5 %时，第二相β(Mg₅Al₈ 、Mg₂Al₃) 可能沿晶界、亚晶界析出，第二相β相对基体α(Al) 来说是阳极，优先发生腐蚀，使合金具有很大的晶间腐蚀和应力腐蚀敏感性。

     镁对铝的强化是恨明显的，每增加1%的镁，抗拉强度大约升高34MPa。图一是镁元素对对伸长率和屈服强度的影响，屈服强度随镁含量的增加而增加，但镁含量过高，ß相（Mg5Al8）优先在晶界和滑移带沉淀，因而可能导致晶间腐蚀和应力腐蚀。所以大部分工业用地变形铝合金中，镁的含量均小于6%。

                图一  镁元素对伸长率和屈服强度的影响

1.2  主要合金元素锰的作用

     加入锰元素，主要是起固溶作用，加锰后可降低镁的含量，同时降低热裂倾向，但锰的含量应控制在1%以下。锰还能阻止铝合金的再结晶过程，抑制晶粒长大。下图是锰对再结晶温度、抗拉强度和延伸率的影响。从图上看出，再结晶温度和抗拉强度随着锰含量的增加而增加，但是延伸率当锰含量超过0.8%时呈现下降趋势，所以工业上一般控制锰含量在1%以下。

图二  锰对再结晶温度的影响

       图三   锰对抗拉强度的影响    图四   锰对伸长率的影响

1.3  有益微量元素的作用

1.3.1  Ti和B的作用

钛是铝合金中常用的添加元素，以Al—Ti—B中间合金的形式加入。钛和铝形成TiAl₃相，成为结晶时的非自发核心，起细化铸造组织的作用。

1.3.2  稀土元素的作用

     在铝合金中加入微量稀土元素，可以显著改善铝合金的金相组织,细化晶粒，去除铝合金中气体和有害杂质，减少铝合金的裂纹源，从而提高铝合金的强度，改善加工性能，还能改善铝合金的耐热性和韧性。稀土元素的加入使得稀土铝合金成为一种性能优良、用途广泛的新型材料。研究表明，稀土含量为0. 15 %～0. 25 %时，它不仅能细化晶粒，而且能有效地控制枝晶组织的粗化，对后续加工有利。稀土对铝合金晶粒细化机理可以从以下几点得到解释：一是稀土可作为铝合金的精炼剂，对熔体具有除气作用，大大减少了针孔率；二是稀土的加入明显降低了铝合金的杂质含量，加强了合金化程度。

    目前铝合金中常加入的稀土元素为Ce、Er、Sc等。稀土Ce 的加入使铝—镁合金的晶粒细化，晶界面积增加，宏观韧性增强，合金的疲劳寿命大大增加(1倍多) ，切裂纹扩展速度减缓，试样裂纹更多地穿晶扩展。在5A03合金中添加微量Er，其铸态显微组织中枝晶网胞尺寸明显减小，网胞间共晶化合物也更稀薄，而且在晶粒内部可见细点状第二相Al₃Er 、Al₃Er对合金基体有变质作用。Al₃Er相与基体有较好的匹配关系，能成为非均质形核核心。稀土Er的存在使合金凝固时固液界面溶质再分配而增大过冷度，使铝—镁合金的共晶化合物更细小，分布更均匀。

1.4  有害杂质的控制

1.4.1  Fe和Si的控制

     Fe和Si是合金中得有害杂质元素，从加工性能考虑，往往要求Fe大于Si的含量，当Fe和Si的比例不当时，铸造过程中会引起铸锭裂纹。图六是Al—Mg合金中Fe、Si含量与裂纹倾向的关系。图中数字表示裂纹率，曲线右下方裂纹倾向大。工业上一般加入锰减少Fe的危害，因为锰可与铁形成MnAl₆而沉淀析出。

图五   Fe、Si含量与裂纹倾向的关系

1.4.2  有害杂质Na的控制

     微量杂质Na使铝合金熔体粘度变大,铸造拉裂倾向增大。而且当Na含量较高时，铝—镁合金铸造组织晶界处球状质点多、密集，第二相体积分数变大。Na能强烈损害合金的热变形性能，出现“钠脆性”，在高Mg铝合金中尤为突出。在含Na 0. 0013 %的5083合金热轧和室温拉伸时会发生脆性断裂，呈解理和沿晶的混合状断口。微量元素Na会导致铝—镁合金发生脆性断裂。钠脆性是由于熔点低、不溶于铝中的游离Na富集于晶界造成的。

1.4.3  有害元素 H

在铝—镁合金中，由于Mg的存在，进入熔体中的H₂O在高温下更易与Mg反应生成H，由于H不能与Al 、Mg 反应,一部分结合成H₂ 分子，形成气泡，另一部分H溶于铝熔体中。H在铝熔体中的溶解度很大，在结晶过程中随温度下降溶解度急剧降低，H在液体铝和固体铝中的溶解度分别为0. 65 cm3/ (100gAl) 和0. 10～0. 034 cm3/ (100gAl)。因此，在结晶过程中由熔体析出的H形成H₂可能以气泡的形式由结晶的液穴表面放出。但是,在半连续铸造的结晶条件下，能由液穴表面放出的H₂很少，大部分被包裹在处于粘塑状的熔体中，在随后的铸造中形成气孔、疏松等铸造缺陷。

2   5×××合金的熔炼控制

铸锭生产的基本任务是获得成分、组织性能、表面质量和尺寸形状符合要求的锭坯。铸锭生产是金属材料生产工艺的第一道工序，在这一工序中产生的冶金缺陷，如偏析、晶粒粗大、氧化物及金属间氧化物、气泡等，都给后续带来很多不利的影响。因此，熔铸过程中必须严格控制。

铸锭生产包括熔炼和铸造，即熔铸过程，它包括备料、熔化、精炼、调整成分、温度、浇注等工序。为保证铸锭的化学成分符合要求，必须了解合金成分在熔铸过程中得变化情况，要得到气体、夹渣少、流动性好的熔体，必须了解气体和氧化夹渣的物化性质，气体与金属相互作用的规律，掌握去气、去渣的精炼工艺等等。所以要得到组织细密、性能均一、没有气孔、缩孔、疏松和裂纹等缺陷的合格铸锭，必须了解铸锭成形过程及影响铸锭结晶组织的各种因素，掌握铸锭工艺等。

2.1  熔体成分控制

   以下主要讨论合金成分在熔炼过程中发生变化的一般规律，如金属氧化烧损、夹渣。

2.1.1 金属镁的氧化烧损

在熔炼时应避免形成疏松的氧化膜。五系合金中主要元素是镁，镁熔点低，易被氧化烧损，合金中镁含量越高，表面氧化膜的致密性就越低，抗氧化能力就越低。氧化膜致密度差会造成以下危害：氧化膜失去保护作用，合金烧损严重，吸气性增加，易形成氧化夹渣、疏松，降低铸锭质量，导致裂纹倾向性增加。因此加镁时，将镁放在特定的加料器内，迅速侵入铝液中，往复搅动，使镁锭逐渐熔化于铝液中，切加镁后立即撒一层覆盖剂防止氧化。同时在加镁后的熔体中加入少量的铍，改善氧化膜的性质，提高抗氧化能力。

2.1.2 杂质的吸收和积累

在熔炼过程中，一方面因氧化造成一些元素的含量减少，另一方面从炉衬、炉气中吸收杂质，或者由于氧化、挥发性小的元素积累，合金某些成分或杂质允许量超标，造成化学废品。

杂质的吸收和积累，主要是由于金属液与炉衬、炉渣、炉气的相互作用，或因混料造成的结果，它与合金和炉衬的性质、炉料的纯度及熔炼工艺有关。

2.1.2.1 杂质的来源

（1）从炉衬中吸收杂质。金属与炉衬相互作用不仅降低了炉子的使用寿命，而且还会使某些杂质进入金属。如：

   （3FeO）+(2Al) = （Al₂O₃）+（3Fe）

污染金属。熔炼温度越高，金属在炉内运动温度越剧烈，这种液—固相间的反应进行的越剧烈。

（2）从炉气中吸收杂质。使用煤气炉熔炼铝合金是，煤气中的水蒸气会与Al发生化学反应：Al + H₂O（蒸汽）→ H₂+Al₂O₃。产生Al₂O₃夹渣，同时增加吸气性。

（3）从其它炉料及炉渣中吸收杂质。同一熔炉先后熔炼两种成分不同的合金时，由于合金中主要成分及杂质含量不同，若前一种合金成分正好是后一炉的杂质，此时，若不洗炉就直接熔炼，则前一炉存在炉衬及炉渣中得部分合金，将会使后者某一成分或杂质增多，以致造成严重的化学废品。

2.1.2.2 减少杂质污染的途径

   熔体的纯净化是提高材料性能的重要途径，因此，现在对材料的纯度的要求越来越高。为了防止杂质的吸收和积累，可采用下列措施：

（1）先用化学稳定的耐火材料。

（2）才可能的条件下，采用纯度较高的纯金属，合格返回料不超过炉料的50%，以保证合金纯度的要求。

（3）所有的与金属液接触的工具，尽可能采用不会带入杂质的材料或用涂料保护好。

（4）换炉熔炼含有元素不同的合金或成分，需要洗炉。

2．2  合金成分控制方法

   合金成分控制室熔炼的关键环节，除了采取控制烧损以外，还要做好以下准备：备料、配料、制订合理的加料顺序、做好炉前的成分分析和调整等。

2.2.1 炉料选择

在保证性能和降低成本的条件下，尽量少用纯度高的金属，合理使用旧料，旧料一般占炉料的40～60%。旧料过多易造成化学成分超标和铸锭夹渣。

2.2.2 炉料处理

使用前要处理干净，不应含有水分、泥土、油污等，避免产生气体造成疏松。大尺寸废料应先锯断，小而薄的边角料须先打捆。锯末废料要清洗、烘干、打包、重熔、分析成分及杂质后才能配入炉料。2.3  熔炉准备

熔炉的正确选择与合理使用是保证获得优质、高产、低成本金属熔体及制品的重要条件之一。

2.3.1 洗炉

    目的是将残留在熔池内各处的金属和炉渣清除炉外，以免污染另一种金属，确保产品的化学成分。清除大量非金属夹杂物。

（1） 新修、中修和大修后的炉子生产前进行洗炉。

（2） 长期停歇的炉子根据实际情况决定是否洗炉。

（3） 前一炉的合金为后一炉的杂质时洗炉。

（4） 杂质高的合金转纯度高的合金时需要洗炉。

2.3.2 清炉

   将炉内结存的残渣彻底清除炉外，避免成分不合，防止产生氧化夹杂。纯铝是20炉清一次，合金时10炉请一次。

2.3.3 换炉

   换炉的顺序应根据下列原则安排：1）前一炉合金元素不是下一炉合金的杂质；2）前一炉合金的杂质量低于下一炉的杂质量。

2.4   成分调整

熔炼过程中，由于各种原因会使陈分发生改变，因而需要炉料熔化后，取样快速分析，根据分析结果确定是否要进行成分调整。要求成分调整要快和准，保证成分符合要求，主要方法有两种：补料和冲淡。

2.5  熔体精炼

   熔体精炼的任务在于去气去渣，其实质就是与金属的氧化、吸气和其他杂质作斗争。

2.5.1 除渣精炼

     金属中非金属夹杂物的含量与分布，是反映金属熔体冶金质量的重要指标。它们的存在会破坏金属熔体的连续性，降低金属的塑性、韧性和耐蚀性，恶化金属的工艺性能和表面质量。

2.5.1.1 非金属夹杂物的种类和来源

铝液中的非金属化合物，主要是氧化物和少量的氮化物，都是以独立形式存在，一般称为夹杂或夹渣。

夹杂物的来源可分为外来夹杂和内生夹杂。外来夹杂是由原材料或熔炼过程中卷入金属的耐火材料、熔剂、锈蚀产物，炉气中得灰尘以及工具上得污染物等。内生夹杂是在金属加热及熔炼过程中，金属与炉气、熔剂以及其他物质反应而生成的化合物。

2.5.1.2 除渣原理

（1）密度差作用  金属液静置时，非金属夹杂和金属熔体密度不同，因而产生上浮或下沉。

（2）吸附作用  向金属熔体中导入惰性气体或氮气，在气泡上浮过程中，与悬浮状态的夹杂相遇时，夹杂便可能吸附在气泡的表面而被带出熔体。

（3）机械过滤  在浇注过程中，金属熔体通过过滤介质，对非金属夹杂物的机械阻挡作用。

2.5.2 金属中得气体及脱气精炼

   加热与熔炼过程中，液态金属吸附H₂、O₂、N₂，致使铸锭中产生气孔、疏松、板带材起泡及分层，甚至发生氢脆。铝合金熔体主要吸收的的气体是H₂。因此，除气也就是除氢。

2.5.2.1 气体的来源

熔炼过程中气体的来源

2.5.2.2 除气原理

   用导管将氮气（或者惰性气体或混合气体）通入熔体中，利用气泡中开始没有氢气，气泡内氢的分压为零，而熔体中得氢分压远远大于零，基于氢气在气泡内外的分压力之差，使熔体中氢原子向这些气泡内扩散，并在其中复合为分子氢。这一过程将进行到气泡内的分压差相等为止，即处于平衡状态。进入气泡内的氢气随着气泡上浮和逸出，被排除在大气中。

3   5×××冶金缺陷及防止措施

有色金属材料生产中，约有70%的废品与铸锭存在缺陷有关，因此，识别和分析铸锭中得缺陷和及其成因，找出防止或减少这些缺陷的方法，对提高铸锭和加工产品的质量具有重要的意义。

铸锭加工过程中常见的缺陷有数十种，如偏析、裂纹、夹渣、缩孔、性能不和、表面气泡、张嘴、分层、波浪等。产生的原因很多，但是很多缺陷又与铸锭密切相关或是因为铸锭本身原因造成的。以下重点讨论主要的冶金缺陷：偏析、缩孔与缩松、裂纹、气孔、夹杂与氧化膜。

3.1  偏析

   铸锭中化学成分不均匀的现象，分显微偏析和宏观偏析，前者是晶粒范围内的偏析，后者主要是指大范围内的区域偏析。

3.1.1显微偏析

 枝晶偏析：在生产的条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相中溶质原子来不及扩散均匀，枝晶内部先后结晶部分的成分不同。

电子探针显示的枝晶偏析情况

晶界偏析：k﹤1的合金，溶质不断从固相向液相中排出，导致最后凝固的晶界含有较多的溶质和杂质，即形成晶界偏析。

晶界偏析形成过程示意图

a—晶粒相向生长     b—晶粒平行生长

胞状偏析：当固溶体合金铸锭定向凝固时得到胞状晶，k﹤1的溶质也会在胞状晶晶界偏聚，形成胞状偏析。

枝晶偏析可以通过加工和热处理消除，但晶界偏析不能。

3.1.2 宏观偏析

正偏析与反偏析：正偏析是在顺序凝固下，溶质k﹤1的合金，固/液界面处液相中得溶质含量越来越高，因此越是后结晶的固相，溶质含量越高；而k﹥1的合金，越是后结晶的固相，溶质含量越低，此种成分不均匀现象称为正偏析，反偏析正好相反。

正偏析与晶粒组织的关系

1：激冷区 2：柱状晶区  3：偏析最大区 4：中心等轴晶区

带状偏析：当金属液中溶质的扩散速度小于凝固速度时，在固液界面前沿出现偏析层，使界面过冷度降低，界面生长受到抑制。但在界面上偏析程度较小的地方，晶体将优先，生长穿过偏析层，并长出分枝，富溶质的液体被封闭在枝晶间。当枝晶继续生长，并与相邻枝晶相连时，再次形成宏观平界面，平界面均匀向前生长一段距离后，又出现偏析和界面过冷，界面生长重新受到抑制，如此周期性地重复，在定向凝固的铸锭断面上就形成条状的带状偏析。

              带状偏析形成机理示意图（a—g）

重力偏析：互不相溶的两液相或固液相的密度不同而产生的偏析。

3.1.3  偏析防止措施

（1）严格控制合金的配料和熔炼过程，防止低熔点和高熔点的杂质混入合金液。

（2）由于不同元素的比重是不同的，如硅和铝，在浇注前要充分进行搅拌，使其混合均匀。

（3）采用矮的结晶器，降低浇注温度。铸造过程中液穴要平稳，防止波动。           

3.2  缩孔与疏松

     在铸锭的头部、中部、晶界及枝晶间等地方，产生的一些宏观和显微的孔洞，统称为缩孔。容积大而集中地缩孔成为集中缩孔，细而分散的缩孔成为疏松。

     任何形态的缩孔或疏松都会减小铸锭受力的有效面积，并在缩孔和疏松处产生应力集中，因而显著降低铸锭的力学性能。加工时疏松一般可以复合，但聚集有气体和非金属夹杂物的缩孔不能压合，只能伸长，甚至造成铸锭沿缩孔轧裂或分层，退火过程中出现起皮等缺陷。产生缩孔和疏松的直接原因是，金属凝固时发生凝固体收缩。

3.2.1 缩孔：铸锭在顺序凝固下，由于金属液态和凝固体收缩造成的孔洞得不到金属液的补缩而产生的。多产生于铸锭的中部和头部。

缩孔形成示意图

当金属液注入锭模后，凝固主要由低向上和由外向里逐层的进行，经过一段时间后，便形成一层凝壳，由于凝固收缩，因而液面下降。以后随着温度的继续降低，凝壳一层一层地加厚，液面不断降低，直到凝固完成为止。在铸锭凝固的中上部，形成了一个如上图e所示的倒锥形缩孔。

3.2.2疏松：在同时凝固的条件下，最后凝固的地方因收缩造成的孔洞得不到金属的补缩而产生的。疏松分布范围广，铸锭轴线附近尤为严重。下图是晶界疏松形成图。

疏松形成示意图

3.2.3 防止缩孔与疏松的措施

（1）合金液精炼、变质操作效果要到位。

（2）严格控制铝液温度，防止过热，因为过热将会增加吸气性，保证铸件不产生浇不足的情况下，尽量采用较低的浇注温度。

（3）合理设计浇注系统，使金属液平稳；适当调整成分，控制适宜的杂质含量。

3.3 气孔

铸锭表面与内部由于气体而产生的各种形状和大小的孔洞称为气孔。孔壁表面一般比较光滑，带有金属光泽，有些氧化色，呈圆形，据此可与疏松和气孔区别。

空心铸锭气孔

铸锭中出现的气孔有四种：内部气孔、表面气孔、皮下气孔和缩松气孔。如图所示：

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气孔不仅能减少铸锭的有效面积，且能使局部造成应力集中，称为零件断裂的裂纹源。尤其是形状不规则的气孔，如裂纹状气孔和尖角形气孔不仅增加缺口的敏感性，使金属强度下降，而且能降低零件的疲劳强度。

根据气孔的形成方式又可分为析出型气孔和反应型气孔两种。

3.3.1 析出型气孔

溶于金属中得气体，其溶解度一般随温度降低而减少，因而会逐渐析出。析出的气体是通过扩散到达金属液面而析出，或是形成气泡后上浮而逸出。但由于液面有氧化膜的阻碍，且凝固较快，气体自金属液内部扩散逸出的数量极为有限，故多以气泡形式逸出，在凝固速度大或有枝晶阻拦时，形成的气泡来不及逸出，便留在铸锭内部形成气孔。

3.3.2 反应型气孔与皮下气孔

   金属在凝固过程中，与模壁表面水分、涂料及润滑剂之间或金属液内部发生化学反应，产生的气体形成气泡，来不及上浮逸出而形成的气孔。

3.3.3 气孔防止措施

（1）炉料及浇注工具彻底烘干。

（2）控制熔炼温度。

（3）操作迅速，尽量缩短熔炼时间；精炼要彻底。

（4）静置时间不宜过长。

3.4  夹杂与氧化膜

3.4.1 非金属夹杂：在宏观组织中，与基体金属界限不清的黑色凹坑称费金属夹杂。

非金属夹杂的宏观组织

熔炼和铸造过程中，将来自熔剂、炉渣、油污、泥土和灰尘中的氧化物、氮化物、碳化物、带入熔体并除渣不彻底，铸造后在铸锭中产生夹渣。

非金属夹杂防止措施：

（1）将原、辅料中得油污、泥土、灰尘和水分等清除干净。

（2）炉子、流槽、除气箱等要处理干净。

（3）精炼要好，温度不能太低，防止渣液分离不好，炉渣要除净。

（4）提高铸造温度，以增加金属流动性，使渣上浮。

3.4.2金属夹杂：在组织中存在外来金属称金属夹杂。宏观组织特征为棱角的金属块，颜色与基体金属颜色有明显差别，并有清除的分界线，多数为不规则的多边形界线，硬度与基体金属相差很大。

    金属夹杂是由于操作不当，或由外来金属掉入液态金属中，铸造后外来的没有被熔化的金属块保留在铸锭中。

3.4.3氧化膜：在铸锭中主要由氧化铝形成的非金属夹杂称氧化膜。由于氧化膜很薄，与基体金属结合非常紧密，在未变形的铸锭宏观组织中不能被发现。将铸锭变形并淬火后做断口检查时才能发现，其特征为褐色、灰色或浅灰色的片状平台，断口两侧平台对称。

氧化膜断口特征

氧化膜的形成机理主要有两个：

其一：熔炼和铸造过程中，熔体表面始终与空气接触，不断进行高温氧化反应形成氧化膜并浮盖在熔体表面。当搅拌和熔铸操作部当时，浮在熔体表面的氧化皮被破碎卷入熔体内，最后留在注定中。

其二：铝合金熔炼时除使用了原铝锭、中间合金和纯铝作为炉料外，还加入一定数量的废料，包括工厂本身的几何废料、工艺废料、碎屑以及外厂的废料，废料尺寸小、质量差、存在着大量的氧化夹杂物，在复化和熔炼过程中除渣不干净，氧化夹杂进入熔体。

3.4.4 氧化膜防止措施：

（1）将原辅材料的油、腐蚀产物、灰尘、泥沙和水分等清除干净。

（2）熔炼过程中尽量少反复补料和冲淡，搅拌方法要正确，防止表面氧化膜成为碎块进入熔体。。

（3） 除渣除气时间不能短，静置时间要够，使用的各种工具要预热。

（4） 铸造温度不能偏低，要保证良好流动性。

3.5 裂纹

裂纹一般分为冷裂纹和热裂纹两种，在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹，凝固后冷却过程中产生的裂纹称为冷裂纹。裂纹产生的直接原因是收缩应力的破坏作用，即铸锭在凝固过程和冷却过程中，由于径向和横向收缩受到阻碍而产生的。

冷裂纹                   热裂纹

3.5.1热裂纹：收缩受到阻碍，而产生的拉应力超过当时强度或线收缩率大于大于其伸长率造成的，裂纹多沿晶界裂开，曲折而不规则，表面带氧化颜色或有低熔点填充物。

   裂纹通常经历裂纹的形核和扩展两个阶段，裂纹形核多发生在晶界液相汇聚处。若偏聚于晶界的低熔点元素或化合物对基体金属润湿性好，则裂纹形成功小，裂纹易形核，热裂倾向大。

3.5.2 冷裂纹：发生低于200度以下，即凝固以后的冷却过程中。铸锭内部由于各部分冷却不均匀，而产生极大地应力不平衡，形成收缩应力。此应力如集中大铸锭的一些薄弱处，并超过了金属的强度或塑性极限而造成裂纹。冷裂不发生氧化，表面光滑，多产生在温度较低的弹性状态，常为穿晶断裂，断口较规则，呈直线状。

    铸锭是否产生冷裂，主要取决于合金的导热性和低温时的塑性，若合金导热性好，凝固后塑性较高，就不可冷裂。

3.5.3 防止裂纹的措施

（1）合金的有效结晶温度范围宽，线收缩率大，则合金的热倾向大。

（2）合金的热裂倾向也与成分由关，如图所示（纵轴：热裂倾向，横轴:成分）该图表明，成分越靠近共晶点合金，热裂倾向越小。

有效结晶温度范围及热裂倾向与成分的关系

如工业纯铝中硅含量大于铁，则因生成熔点为574.5℃的α（Al）+Si+ß（AlFeSi）三元共晶分布于晶界而热裂。

（3）浇注工艺。如冷却速速大地连续铸锭比冷却速速小的易裂纹，浇注温度高，提高脆性区上限温度，易裂纹等。

（4）铸锭结构。铸锭结构不同，铸锭中热应力分布状况不同，故铸锭的结构必然对热裂产生影响。大锭比小锭易热裂，扁锭易侧裂、底裂和浇口裂纹等。扁锭的热裂还与厚度及宽度比有关，如图所示：b代表扁锭厚度，v代表浇注速度。

扁锭产生裂纹的倾向与锭厚及浇注速度的关系

当浇注速度及宽厚比n一定时，随着锭厚增大热裂倾向增大，当厚一定时，热裂随着浇注速度的增大而增大。

（5）由于冷裂纹主要取决于合金的导热性和低温的塑性，因此铸造过程中采用电磁搅拌等方法，增加合金的导热性，有效降低冷裂纹。

（6）铸造时，铸锭刚拉出结晶器由于温度回升，有时出现局部表面重熔和偏析瘤，因而造成横向裂纹，以后由于应力集中而发展成冷裂纹，为防止表面重熔，可适当提高铸造速度。

由于冷裂纹和热裂纹产生的原因和机理常常难以分辨，因此其防止情况只能根据具体情况具体分析。

3.5.4此外铸锭的裂纹还有侧面裂纹、中心裂纹、通心裂纹、底部裂纹、浇口部裂纹等。

4   结束语

    综上所述，5×××铝合金在加工过程中产生的冶金缺陷及防止措施主要应从以下几个方面考虑。

（1）控制Mg元素的含量，Mg元素含量过多会降低铝熔滴表面薄膜的致密性，增熔体的吸气性，易造成疏松、气孔。

（2）控制微量元素的含量，如Na元素由于熔点低易结晶在晶界处，造成晶界脆弱，加工中易产生裂纹，Fe和Si的比值要适当，否则在铸造过程中将会产生热裂纹。

（3）配料要准确，新、旧料搭配要合理，以免化学成分超标，造成化学废品。熔炉清理要彻底，避免产生金属夹杂。

（4）精炼要彻底，使溶入熔体中的气体及夹杂彻底逸出、上浮或下沉，可有效防止疏松、气孔、夹杂等缺陷。

（5）铸造工艺参数要合理，浇注温度、浇注速度、冷却强度等应根据不同的合金设定最佳的工艺参数。