3003 铝合金扁锭的熔铸工艺及缺陷控制研究

引言

3003 铝合金扁锭应用普遍，成形与耐腐蚀性能佳，强度适宜。铝合金扁锭铸造是复杂的物理化学反应过程，该熔炼工艺流程包含原材料化学成分优化、熔炼、精炼、晶粒细化与在线处理、铸造成型。在熔铸过程中，过程中的不当操作易导致各种质量缺陷出现，使产品合格率降低，探究 3003 铝合金扁锭熔铸工艺及其缺陷治理技术措施，可形成全流程质量把控体系，提升该产品生产与成形效率，助力行业高质量发展。

1.3003 铝合金扁锭的熔铸工艺

依据 3003 铝合金的化学成分，计算称量纯铝锭，严格按照中间合金和废料控制中间值，控制好原材料的纯洁性和干燥度。中间合金的成分有Al-Si，Al-Cu，Al-Mn 等；废料必须严格分类和控制。科学合理地配置各主元素的含量，适当添加微元素，并严格控制杂质含量，抓好相关工艺控制。为了配合控制原料的流动性与强度，其中的硅的含量一般为 8.5～ 11.5% ，铜含量为 1.5～3.5% ，镁含量 ⩽5.5% 。

1.2 熔炼

把原料装入燃气炉或电炉内，在 700 ～ 760℃温度下熔化。控制好原料的覆盖剂，可以有效防止熔池吸气和氧化烧损。充分地搅拌，使原料成分均匀，有效防止比重偏析。控制好熔炼的温度，避免温度过高导致晶粒过大。

1.3 精炼

精炼关键是去除熔体中的氢气和夹杂物，其中氧化物、熔剂、碳化物等是常见杂物。除气采用旋转喷吹技术，向熔体底部吹入高纯惰性气体，然后利用气泡浮选作用吸附并带走溶解的氢。根据炉的容量确定惰性气体流量，以保证气泡数量和除气效率。精炼温度通常控制730-750℃为宜；精炼时间控制在 30min 为宜，以保证除气除渣效果。

1.4 晶粒细化与在线处理

为获得细小均匀的等轴晶组织 提高铸锭塑性、减少裂纹倾向 通常在铸造前向熔体中加入 Al-Ti-B。添加温度需低于晶粒细化剂溶解 -Ti-B 丝添加量需控制在 0.5 - 2.0kg / 吨铝，确保晶粒尺寸符合要求； 求控制在7 间，以保证细化剂粒子存活率和分布均匀性。在线处理时熔体经过流槽进入铸造机前，需要利用陶瓷泡沫过滤器进行深度过滤，以去除微小夹杂物。

1.5 铸造

采用直接水冷半连续铸造工艺，熔体通过分配流盘进入结晶器。一次冷却时结晶器壁的间接水冷可使熔体形成稳定凝壳；二次冷却时铸锭拉出结晶器，由于下方高压喷水的直接急冷，可实现快速定向凝固。为预防凝固前热应力和裂纹，需要严格控制冷却水的水量、水压等参数，同时严格控制铸造速度与温度，根据合金特性、规格匹配合适的参数（如表1 所示）。

内部缺陷包括气孔、夹渣、疏松以及偏析。气孔缺陷又分为析出性气孔和卷入性气孔。析出性气孔是精炼不充分、炉料潮湿、环境湿度大导 急剧下降析出形成气泡；卷入性气孔成因是在熔体转注或浇注过程 时上浮排出。夹渣缺陷是炉料不洁、熔炼过程氧化膜卷入、精炼扒 滤失效。疏松缺陷成因：合金凝固范围宽、补缩不良、晶粒粗大阻碍 析和宏观偏析。晶内偏析原因是内部成分不均导致；宏观偏析又分为逆偏析和比 大范围内成分不均导致。

3．3003 铝合金扁锭缺陷控制策略

3.1 原材料与熔炼控制

2.2 内部缺陷

控制原材料质量，尽量选用干燥、干净的炉料。对废料进行分类，做好预处理，保证废料干净、干燥及压紧，控制废料中的油污、水分、高杂质含量。控制熔炼，严格控制熔炼温度，禁止温度过高。原材料混合均匀，使成分均匀，及时加入覆盖剂，减少氧化吸气，保持炉衬及工具干净和干燥。精确配料，使合金成分准确，将杂质的微量元素控制在允许范围，特别要注意低熔点有害相的杂质。

3.2 强化熔体净化处理

为高效除气，优化旋转喷吹工艺参数，严格控制气体纯度、流量、转子转速、浸入深度、时间等，确保除气效率。定期检测熔体氢含量，精炼后充分静置后再彻底除渣。同时，科学运用快速测渣技术与高效在线过滤系统，定期更换过滤介质，确保流槽系统清洁干燥。

3.3 优化晶粒细化与在线处理

按铝合金厚度与规格选用不同品种的晶粒细化剂。严格控制添加量、添加温度和保温时间，防止过热溶解，保证弥散分布。加强过程保护，对在线处理来说一般都在氩气条件下进行，防止熔体的搅动和再氧化。

3.4 精细控制铸造工艺参数

（1）铸造温度控制。在保证良 用低温铸造。严格控制铸造温度，以降低吸气、氧化倾向和热裂纹 金特性、扁锭规格、冷却强度进行参数优化。（3）冷却强度控 以形成稳定且厚度合适的初生凝壳；二次冷却是铸造工艺关 水温等参数。（4）液位控制。通过自动控制系统维持结晶器内金属 减少冷隔与波纹的关键。（5）润滑控制。油气润滑需均匀、适量。 拉模阻力，易造成表面拉伤和热裂。

4．结论

3003 铝合金扁锭熔铸工艺对技术和管理要求极高，质量控制关键是精确把控熔体纯净度、加强过程控制和热应力管理。因此，本文得出以下结论：

（1）熔体纯净度是基石。通过严格的原料管控、旋转喷吹精炼、彻底扒渣、在线深度过滤，可最大限度降低氢含量、消除气孔与夹渣缺陷。

（2）凝固组织调控是关键。精确控制添加温度与静置时间，可获得细小均匀的等轴晶组织，提升扁锭整体塑性。

（3）铸造工艺参数控制是缺陷防治的核心。根据合金特性和扁锭规格，严格控制、动态优化铸造速度与二次冷却强度，确保冷却均匀，有效抑制缺陷。

参考文献：

[1] 吴 超 峰 , 曹 磊 磊 . 铝 合 金 扁 锭 熔 铸 生 产 过 程 中 合 金 转 组 工 艺 的 研 究 [J]. 有 色 金 属 加工 ,2023,52(06):50-51+61.

[2] 白世森 , 刘民章 . 大规格 3104 铝合金扁锭的熔铸工艺及表面偏析瘤缺陷的预防措施 [J]. 轻金属 ,2021,(09):45-51.

[3] 巨 克 良 , 严 得 仑 , 刘 民 章 .8150 铝 合 金 扁 锭 熔 铸 工 艺 及 疏 松 缺 陷 的 预 防 措 施 [J]. 轻 金属 ,2021,(08):38-43.

[4] 刘民章 . 大规格 3003 铝合金扁锭的熔铸工艺及裂纹缺陷控制 [J]. 有色冶金节能 ,2020,36(06):22-24+29.

[5] 樊晓伟 , 张能发 , 刘民章 . 用电解铝液生产 5454 铝合金扁锭的熔铸工艺及预防通裂的措施 [J]. 轻金属 ,2020,(01):53-57+62.