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【摘 要】本文对5083铸锭裂纹控制进行了分析，并对影响裂纹的的因素进行了讨论，提出了在生产中如何控制裂纹的相关建议。
【关键词】铝合金；铸锭；裂纹；控制
5083合金属于Al-Mg 系，该合金质量轻、抗蚀性好、塑性好、有一定的抗拉强度，广泛用于航天航空、国防、建筑、容器包装、交通运输、电力和电子工业、机械制造和石油化工等各部门。在航空航天工业，5083合金是空中客车、巡航导弹的主要材料；5083合金在船舶、舰艇上的应用越来越广泛，从舢板、汽艇到万吨巨轮，从高速气垫船到深水潜艇，从渔船到海洋采矿船都在采用5083 合金材料制造船壳体、上层结构等零部件。
5083铸锭在生产过程中，铸锭的表面和侧面都容易产生裂纹，对于宽幅铸锭裂纹倾向更大。我公司目前生产的5083合金铸锭宽度在1120-2100mm之间， 1800mm以上5083铸锭铸造难度大，易发生裂纹缺陷，导致成材率低下，生产成本居高不下，本文讨论如何控制5083铸锭裂纹倾向。
1. 5083扁锭熔铸特点
由于5083合金Mg含量大，合金的流动性以及溶汤补给性降低，铝液粘度大，铸锭极易产生夹渣、裂纹、疏松、气孔等缺陷。对于宽幅铸锭，铸锭大面的应力分布范围大，因此大面表面裂纹倾向增大。
5083合金在空气中易氧化，铸锭表面的氧化膜强度低，在铸造时破损在铸锭表面，使得铸锭表面散热不均匀，导致应力不均，容易产生裂纹。
2. 5083合金元素的作用和控制方法
表1：5083化学成份
牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Be Na
5083 0.4 0.4 0.1 0.4-1.0 4.1-4.9 0.05-0.25 0.15 - -
Mg 在合金中，是主要强化元素。在5083 合金中W（Mg）< 5 %，随Mg 含量增加，合金的再结晶温度、凝固时裂纹倾向下降，合金的塑性下降。固Mg尽可能取中上线4.7-4.8%。
Mn 部分固溶于铝基体，其余以MnAl6 的形式存在于合金中。Mn 元素含量越高，韧性降低、热脆性就越大，因此Mn元素配料取下线0.45 -0.55%。
Cr 的加入可以改线晶间腐蚀，提高合金的抗拉强度，但在金属间产生化合物导致韧性降级，固配料时取中上线0.18-0.2。
杂质元素Fe、Si对合金的热脆性有明显的作用，Si含量的增加导致合金热脆性极具提高，而Fe含量的增加，合金的热脆性显著下降。
固通过控制杂质成分及其相互关系，缩小脆性区温度范围，提高脆性区的塑性，增强合金的补缩能力，提高抵抗晶间裂纹的能力。因此Si元素尽可能低，Fe元素控制偏高，并且要求W（Fe）>W（Si）。
其他杂质元素（Na、Be），5083Mg含量较高，氧化性较大，在熔体表面易生成不致密的、疏松多孔的氧化膜（ VMgO/ VMg =58 %） ，氧化反应向熔体深度处进行，氧化后的熔体铸造使得铸锭表面发黑、疏松增加、容易产生夹渣，导致应力分布不均匀，裂纹倾向增大，对此利用元素Be 原子半径小、氧化时发热量大和VBeO/VBe > 1 等特点，在5083 合金熔体中加入适量的Be保护熔体，阻止氧化。同时控制熔体中Na含量，因为Na元素导致铸锭的热脆性增大。
表2：5083配料标准
牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Be Na
5083 0.1 0.25-0.35 0.1 0.45-0.55 4.7-4.8 0.18-0.20 0.15 8ppm 3ppm
3.熔体质量
3.1加强熔体的净化
若在铸造前熔体净化不彻底，熔体氢含量大，夹渣严重，铸造时易产生气孔、夹渣等缺陷，从而影响铸锭局部应力不均匀，导致铸锭出现裂纹。因此在铸造前必须对熔体经行有效的净化。我厂净化具体包括熔炼炉熔剂精炼，保温炉炉测气体（氯气+氩气）精炼、在线LARS（氩气）精炼、DBF及CFF过滤等净化方式。
3.2避免熔体过热
熔炼温度过高，作为晶核的非自发质点早高温下反应溶解消失，晶粒变的粗大，使得晶粒间作用不均匀，晶间应力不均，铸锭裂纹倾向增大。
3.3减少熔体在铝液中停留时间
熔体在炉内时间越长，合金中的非自发晶核逐渐减少结晶组织变粗，使得铸锭晶粒度粗大，粗大的晶粒易产生裂纹，导致铸锭出现裂纹倾向增大。
综上所述，熔体质量对铸锭裂纹有着明显的作用，在生产中必须严格控制，确保熔体质量。
4.铸造条件
在铸锭凝固结晶是，由于受到摩擦阻力和收缩应力，固极易出现裂纹及表面拉裂缺陷，这主要是于铸造是结晶器液面高度，铸造温度、铸造速度、冷却强度等铸造条件有关。
4.1 液面高度
液面高度是指结晶器内液面距离结晶器下沿的高度。液面高度越低，有效的结晶区就越短，冷却速度快，活性质点多，晶粒细小、而应力分布均匀。同时结晶区内气体和非金属夹杂的析出距离短，有利于气体和非金属夹杂物的上浮和析出，使应力平均，从而降低裂纹倾向。但液面过低，不平衡结晶趋势增大，扩大了合金的脆性区温度空间，易出现裂纹现象。因此液位高度控制在60-80MM之间。
4.2 铸造温度
在其他条件一定下，铸造温度的提高，使得铸造液穴的深度增加，柱状晶形成倾向增大，合金的热脆性增大，裂纹倾向增大。同时铸造温度的增大使得铸造时一次冷却的型壳重熔，易出现漏铝事故。铸造温度偏低，使得铝液粘稠度增大，使得铝液流动性降低，温度梯度变大，内应力增大，裂纹倾向增大。因此铸造温度选择在700-720℃之间，同时必须根据环境温度和水温的不同做出相应的调整。
4.3 铸造速度
铸造速度的快慢直接影响铸锭的结晶速度、液穴深度及过渡带的宽窄，是决定铸锭的重要参数。随着铸造速度的逐渐增大，铸锭的平均力学性能沿着铸锭截面分布的不均匀程度增大，导致裂纹倾向增大，但塑性提高。我们选择速度在53-58mm/min。
4.4 冷却强度
冷却强度的大小取决于水流量的大小，固我们分析水流量即可。随着水流量的增大，铸造的结晶速度增大，溶质元素扩散慢，晶粒细小，减小了偏析度，同时力学性能也随着水流量的增大而增大。对于宽幅的铸锭，大面水流量的冷却必须要均匀，若出现不均匀使得铸锭大面应力不均匀，导致铸锭裂纹倾向增大。水流量取值为260-280m?/h。
5.结论
在控制宽幅5083铸锭通裂方面，在工艺上应当注意以下几个问题：
（1）严格控制5083合金成份及杂质元素。
（2）确保熔体的洁净度。
（3）选定合理的铸造参数。
参考文献：
[1] 肖亚庆，铝加工技术实用手册，2005.
[2] 郝志刚，黄晶等，5083，铝合金大规格扁锭熔铸工艺研究，轻合金加工技术2006.
[3] 周家荣，铝合金熔铸生产技术问答 冶金工业出版社，2007.
[4] 赵世庆， 钟利，铝合金熔炼和铸造技术，冶金工业出版社，2009.
[5] 周庆波，化学成分对5083铝合金性能的影响，轻合金加工技术，2007.
【关键词】铝合金；铸锭；裂纹；控制
5083合金属于Al-Mg 系，该合金质量轻、抗蚀性好、塑性好、有一定的抗拉强度，广泛用于航天航空、国防、建筑、容器包装、交通运输、电力和电子工业、机械制造和石油化工等各部门。在航空航天工业，5083合金是空中客车、巡航导弹的主要材料；5083合金在船舶、舰艇上的应用越来越广泛，从舢板、汽艇到万吨巨轮，从高速气垫船到深水潜艇，从渔船到海洋采矿船都在采用5083 合金材料制造船壳体、上层结构等零部件。
5083铸锭在生产过程中，铸锭的表面和侧面都容易产生裂纹，对于宽幅铸锭裂纹倾向更大。我公司目前生产的5083合金铸锭宽度在1120-2100mm之间， 1800mm以上5083铸锭铸造难度大，易发生裂纹缺陷，导致成材率低下，生产成本居高不下，本文讨论如何控制5083铸锭裂纹倾向。
1. 5083扁锭熔铸特点
由于5083合金Mg含量大，合金的流动性以及溶汤补给性降低，铝液粘度大，铸锭极易产生夹渣、裂纹、疏松、气孔等缺陷。对于宽幅铸锭，铸锭大面的应力分布范围大，因此大面表面裂纹倾向增大。
5083合金在空气中易氧化，铸锭表面的氧化膜强度低，在铸造时破损在铸锭表面，使得铸锭表面散热不均匀，导致应力不均，容易产生裂纹。
2. 5083合金元素的作用和控制方法
表1：5083化学成份
牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Be Na
5083 0.4 0.4 0.1 0.4-1.0 4.1-4.9 0.05-0.25 0.15 - -
Mg 在合金中，是主要强化元素。在5083 合金中W（Mg）< 5 %，随Mg 含量增加，合金的再结晶温度、凝固时裂纹倾向下降，合金的塑性下降。固Mg尽可能取中上线4.7-4.8%。
Mn 部分固溶于铝基体，其余以MnAl6 的形式存在于合金中。Mn 元素含量越高，韧性降低、热脆性就越大，因此Mn元素配料取下线0.45 -0.55%。
Cr 的加入可以改线晶间腐蚀，提高合金的抗拉强度，但在金属间产生化合物导致韧性降级，固配料时取中上线0.18-0.2。
杂质元素Fe、Si对合金的热脆性有明显的作用，Si含量的增加导致合金热脆性极具提高，而Fe含量的增加，合金的热脆性显著下降。
固通过控制杂质成分及其相互关系，缩小脆性区温度范围，提高脆性区的塑性，增强合金的补缩能力，提高抵抗晶间裂纹的能力。因此Si元素尽可能低，Fe元素控制偏高，并且要求W（Fe）>W（Si）。
其他杂质元素（Na、Be），5083Mg含量较高，氧化性较大，在熔体表面易生成不致密的、疏松多孔的氧化膜（ VMgO/ VMg =58 %） ，氧化反应向熔体深度处进行，氧化后的熔体铸造使得铸锭表面发黑、疏松增加、容易产生夹渣，导致应力分布不均匀，裂纹倾向增大，对此利用元素Be 原子半径小、氧化时发热量大和VBeO/VBe > 1 等特点，在5083 合金熔体中加入适量的Be保护熔体，阻止氧化。同时控制熔体中Na含量，因为Na元素导致铸锭的热脆性增大。
表2：5083配料标准
牌号 Si Fe Cu Mn Mg Cr Ti Be Na
5083 0.1 0.25-0.35 0.1 0.45-0.55 4.7-4.8 0.18-0.20 0.15 8ppm 3ppm
3.熔体质量
3.1加强熔体的净化
若在铸造前熔体净化不彻底，熔体氢含量大，夹渣严重，铸造时易产生气孔、夹渣等缺陷，从而影响铸锭局部应力不均匀，导致铸锭出现裂纹。因此在铸造前必须对熔体经行有效的净化。我厂净化具体包括熔炼炉熔剂精炼，保温炉炉测气体（氯气+氩气）精炼、在线LARS（氩气）精炼、DBF及CFF过滤等净化方式。
3.2避免熔体过热
熔炼温度过高，作为晶核的非自发质点早高温下反应溶解消失，晶粒变的粗大，使得晶粒间作用不均匀，晶间应力不均，铸锭裂纹倾向增大。
3.3减少熔体在铝液中停留时间
熔体在炉内时间越长，合金中的非自发晶核逐渐减少结晶组织变粗，使得铸锭晶粒度粗大，粗大的晶粒易产生裂纹，导致铸锭出现裂纹倾向增大。
综上所述，熔体质量对铸锭裂纹有着明显的作用，在生产中必须严格控制，确保熔体质量。
4.铸造条件
在铸锭凝固结晶是，由于受到摩擦阻力和收缩应力，固极易出现裂纹及表面拉裂缺陷，这主要是于铸造是结晶器液面高度，铸造温度、铸造速度、冷却强度等铸造条件有关。
4.1 液面高度
液面高度是指结晶器内液面距离结晶器下沿的高度。液面高度越低，有效的结晶区就越短，冷却速度快，活性质点多，晶粒细小、而应力分布均匀。同时结晶区内气体和非金属夹杂的析出距离短，有利于气体和非金属夹杂物的上浮和析出，使应力平均，从而降低裂纹倾向。但液面过低，不平衡结晶趋势增大，扩大了合金的脆性区温度空间，易出现裂纹现象。因此液位高度控制在60-80MM之间。
4.2 铸造温度
在其他条件一定下，铸造温度的提高，使得铸造液穴的深度增加，柱状晶形成倾向增大，合金的热脆性增大，裂纹倾向增大。同时铸造温度的增大使得铸造时一次冷却的型壳重熔，易出现漏铝事故。铸造温度偏低，使得铝液粘稠度增大，使得铝液流动性降低，温度梯度变大，内应力增大，裂纹倾向增大。因此铸造温度选择在700-720℃之间，同时必须根据环境温度和水温的不同做出相应的调整。
4.3 铸造速度
铸造速度的快慢直接影响铸锭的结晶速度、液穴深度及过渡带的宽窄，是决定铸锭的重要参数。随着铸造速度的逐渐增大，铸锭的平均力学性能沿着铸锭截面分布的不均匀程度增大，导致裂纹倾向增大，但塑性提高。我们选择速度在53-58mm/min。
4.4 冷却强度
冷却强度的大小取决于水流量的大小，固我们分析水流量即可。随着水流量的增大，铸造的结晶速度增大，溶质元素扩散慢，晶粒细小，减小了偏析度，同时力学性能也随着水流量的增大而增大。对于宽幅的铸锭，大面水流量的冷却必须要均匀，若出现不均匀使得铸锭大面应力不均匀，导致铸锭裂纹倾向增大。水流量取值为260-280m?/h。
5.结论
在控制宽幅5083铸锭通裂方面，在工艺上应当注意以下几个问题：
（1）严格控制5083合金成份及杂质元素。
（2）确保熔体的洁净度。
（3）选定合理的铸造参数。
参考文献：
[1] 肖亚庆，铝加工技术实用手册，2005.
[2] 郝志刚，黄晶等，5083，铝合金大规格扁锭熔铸工艺研究，轻合金加工技术2006.
[3] 周家荣，铝合金熔铸生产技术问答 冶金工业出版社，2007.
[4] 赵世庆， 钟利，铝合金熔炼和铸造技术，冶金工业出版社，2009.
[5] 周庆波，化学成分对5083铝合金性能的影响，轻合金加工技术，2007.