连续铸造时,决定铝铸锭冷却速度的基本因素有:(1)冷却水的流量(水压)、流速和温度;(2)结晶器的结构(高度、锥度、喷水孔角度、内套壁的厚度和材质);(3)铸造速度。对于指定合金,结晶器的结构和铸造速度及水温通常是固定的,因此,控制冷却水的流量和流速是调节铸锭冷却速度的基本手段,一般是通过改变水压来控制和调节的。
对于扁锭,要求其水压通常比圆铸锭和空心铸锭的大。在铸锭规格相同的情况下,冷却水压按1xxx系合金→3xxx系合金和6xxx系合金→2xxx系合金→高合金5xxx系合金→高合金7xxx系合金的次序递减。但扁铸锭小面水压以硬铝型合金最大,以消除侧面冷裂纹;以Al-Zn-Mg-Cu系最小,以消除热裂纹。而对于同一合金,铸锭规格愈大,则水压愈小,以降低倾向性。但是,对于软合金和裂纹倾向性较小的合金,也可随规格增大而增大水压,以保证获得良好的铸态性能。
3.3.3 铸造速度
铸造速度对裂纹缺陷的产生影响最大,连续铸造时,单位时间铸锭成型的长度称为铸造速度[10]。文献[11]指出,铸锭液穴深度与铸造速度成正比。一般随铸造速度增大,熔体液穴下降,铸锭接触二次水冷时温度偏高,导致温度梯度增大,大大增大了组织应力,使铸锭形成冷裂纹的倾向性降低,而使形成热裂纹的倾向增加。因为加快铸造速度使铸锭中已凝固部分的温度升高,而合金在温度升高时塑性显著增加。如果把铸造速度增大到使铸锭凝固层的拉伸变形发生在具有足够塑性的温度区间(>200~300℃),则铸锭就不会发生冷裂纹。同时,随铸造速度加快,铸锭各层冷却速度差别更大,导致拉伸变形量增大,因而使铸锭形成热裂纹的倾向增大。
(1)扁铸锭:对于没有冷裂纹倾向的软合金,随铸锭宽厚比增大,应降低铸造速度。对于冷裂纹倾向较大的硬合金,随铸锭宽厚比增大,应提高铸造速度。在铸锭厚度和宽厚比一定的条件下,热裂纹倾向较大的合金,应降低铸造速度。
(2)圆铸锭:对于小直径圆铸锭,由于热裂纹倾向性和过渡带绝对尺寸都不大,在保证铸锭具有良好表面质量的条件下,可以选择较高的铸造速度。反之,对于大截面圆铸锭应该采用较低的铸造速度。同一种合金,铸锭直径越大,铸造速度越低。铸锭直径相同时,铸造速度按软合金→6xxx系合金→高镁合金→高成分2xxx系合金→高合金7xxx系合金的次序递减。
3.3.4 铸造温度
铸造温度越高,会减小熔体的过冷度,使形核率下降,晶粒变得粗大,使铝及铝合金结晶凝固期间的强度降低,塑性变差。单位表面上的液膜数量、厚度增大,且增大了铸锭的液穴深度及温度梯度,铸造的收缩应力也增大,从而易产生铸锭裂纹。