鋁合金鑄造的特點

當前，國內大多數鋁合金擠壓生產廠家都采用立式半連續鑄造方法鑄造錠坯，成分合格的熔體經過爐內精煉一一在線精煉一一在結過濾后，通過流槽（或流盤），然后經漂浮漏斗注入結晶器內，或由流盤從結晶上面經漏斗注入（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，產生凝殼。待凝殼達到一定厚度后，開通冷卻水，啟動鑄造機。鑄造機以一定的速度牽引著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的溫度場和濃度場。下面討論熔體在結晶器中的晶體生長過程。



鋁合金熔體大多含有多種溶質。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，超過共晶點時，Ko ﹥1）。因此，當最先的熔體注入結晶器時，熔體與結晶器壁發生接觸，先在器壁上形核成長（在器壁上形成球冠狀核心比在熔體中自發形核需要的激活能小得多，這個問題在《電解鋁液鑄軋生產板帶箔材》（冶金工業出版社，2011）一書中有詳細討論，此處從略），并向結晶前沿排泄溶質，在結晶面前沿形成一溶質富集層，富集層內的溶質濃度，在固液界面處最高，遠離固液界面，隨距離的增加逐漸減小，直至與整個熔體的平均溶質濃度相等。而溶質富集層的凝固溫度，則在固液界面處最低，遠離界面時，隨距離的增加而升高，至與整個熔體的凝固溫度相同為止。在溶質富集層內實際溫度低于熔體的凝固溫度，這就形成的組分過冷區。隨著結晶的繼續進行，最先形成的凝殼隨底座的向下牽引而下降，注入的熔體在已有的結晶面上成長，或在界面前沿重新形核生長，形成新的組分過冷區。同樣，新注入的熔體又在器壁上形成凝殼，產生新的組分過冷。隨著時間的延伸，新的結晶層不斷產生，已結晶面前沿又不斷生長或出現新結晶面，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，直至整個截面全部凝成固態，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冷區呈近似圓錐體狀。

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