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1993年前后國(guó)內(nèi)一企業(yè)為了建一個(gè)鋁厚板項(xiàng)目提出了“中厚板”這一名詞，自此以后“中厚板”這一名詞廣為流行，但尚未見(jiàn)到對(duì)這一名詞的內(nèi)涵作出界定的報(bào)道，“中厚板”究竟是指“中板”與“厚板”的總稱，還是僅指“中等厚度板材”一種．亟待明確�，F(xiàn)在有文獻(xiàn)把它看成僅指一種板材，有人認(rèn)為是指兩類(lèi)板材。筆者認(rèn)為最好取消這一名詞，以便與國(guó)際接軌。如果非要引用這一名詞不可，則可仿照鋼材標(biāo)準(zhǔn)將鋁板分為特薄板、薄板、中板、厚板、特厚板五種，其界定范圍建議如表1，希望今后在制訂與修改有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)予以考慮。

只要有熱軋機(jī)不管是二輥的還是四輥的都可以軋出鋁及鋁合金厚板，但要生產(chǎn)有商業(yè)價(jià)值的可供所有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的各種鋁合金厚板，則必須有配備齊全的鋸切、矯直、熱處理、拉伸、超聲探傷、包裝等裝備。厚板的生產(chǎn)能力并不決定于熱軋機(jī)生產(chǎn)能力，而取決于精整設(shè)備的生產(chǎn)能力。

    就全世界而言，80%以上的鋁合金厚板用于制造交通運(yùn)輸裝備。美國(guó)是全球鋁及鋁合金厚板產(chǎn)量最多的國(guó)家，根據(jù)美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司( The AluminumAssociation Incorporated)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1998年- 2010年美國(guó)國(guó)內(nèi)厚板的總消費(fèi)量為3 770 kt，其中交通運(yùn)輸裝備業(yè)的總用量為3 228 kt，占85. 62%；美國(guó)也是全世界鋁厚板出口最多的國(guó)家之一，每年出口量約占其產(chǎn)量的18%，在出口厚板中除航空航天用的占主要的外，寬度不小于4 150 mm的也不少，這種厚板主要供造船用，全世界到目前為止只有美國(guó)鋁業(yè)公司( Alcoa)達(dá)文波特軋制廠(Davenport  Works)可以生產(chǎn)這樣寬的厚板，它有5 588 mm四輥可逆式熱粗軋機(jī)。中國(guó)也許到2016年可以生產(chǎn)這類(lèi)寬大厚板，因?yàn)橛衅髽I(yè)準(zhǔn)備建設(shè)5 600 mm級(jí)的寬大鋁及鋁合金板熱粗軋機(jī)。

    據(jù)美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司的統(tǒng)計(jì)資料( 1998  - 2010年)．在美國(guó)生產(chǎn)的鋁平軋產(chǎn)品中，薄板帶（厚度不大于6. 35 mm）占97. 7%左右，厚板約占2.3%；而在其國(guó)內(nèi)消費(fèi)的鋁平軋產(chǎn)品中，薄板帶占96. 4%左右，厚板約占3.6%，這是由于美國(guó)有發(fā)達(dá)的航空航天工業(yè)。由此可以肯定地說(shuō)，對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)，由于國(guó)情不同，消費(fèi)的薄板帶與厚板占的比例當(dāng)然會(huì)有所不同，但厚板占的比例幾乎很難超過(guò)4%。圖1表示美國(guó)1998年- 2010年國(guó)內(nèi)厚板平均消費(fèi)領(lǐng)域比例，當(dāng)然各年的比例不同，然而不管哪一年，交通運(yùn)輸裝備制造業(yè)占的比例都超過(guò)81%。

1  厚板生產(chǎn)工藝流程

圖2示出了鋁及鋁合金厚板工藝流程。

    圖2為熱處理可強(qiáng)化及不可強(qiáng)化鋁合金厚板生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)示圖，這僅是大部分產(chǎn)品的典型工藝，具體工藝不但與合金種類(lèi)、產(chǎn)品規(guī)格、技術(shù)條件、生產(chǎn)方法與裝備情況等有關(guān)，而且還與企業(yè)有關(guān)，因而即使是同一產(chǎn)品不同企業(yè)的工藝流程也會(huì)有差別，不過(guò)基本關(guān)鍵工序是相同的。

1.1扁錠鑄造

    生產(chǎn)鋁合金扁錠時(shí)首先應(yīng)確�；瘜W(xué)成分的精確性，特別是2×××系的2524鋁合金、2024鋁合金、ALCLAD（包鋁的）2024鋁合金、2219鋁合金、5024鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金、ALCLAD 7075鋁合金、7475鋁合金、7050型鋁合金、7055型鋁合金，2214鋁合金、2618鋁合金、5083鋁合金、7020鋁合金等的成分一定要符合工廠的內(nèi)部控制標(biāo)準(zhǔn)，以確保鑄造作業(yè)的順利進(jìn)行與成品板材的性能。熔體凈化處理與晶粒細(xì)化劑添加務(wù)必到位，因?yàn)樗鼈儗?duì)合金板材的性能起著最重要的作用。

1.1.1軟合金鑄造時(shí)的成分控制

    軟合金包括1×××系鋁合金、3×××系鋁合金、w( Mg) <40-/0的5×××系鋁合金、w( Mg2Si)<1%的6×××系鋁合金、7A01、8011、8A06等鋁合金。1×××系鋁合金中的1A85、1A90、1A93等與3003、5052鋁合金厚板(7 mm - 15 mm)多用于制造化工設(shè)備，如各種槽罐等。截止到2012年，中國(guó)引進(jìn)了大批世界頂級(jí)的瓦格斯塔夫(Wagstaff)鑄造機(jī)一百多臺(tái)，其中81臺(tái)為圓錠鑄造機(jī)，22臺(tái)為扁錠鑄造機(jī)。最大的扁錠鑄造機(jī)在山東南山輕合金有限公司，2007年投產(chǎn)，可鑄各種軟合金錠，其基本技術(shù)參數(shù)如下：

    1)鑄造1×××系鋁合金扁錠的鐵、硅控制

    連續(xù)鑄造工業(yè)純鋁鑄錠沒(méi)有形成冷裂紋的傾向，但當(dāng)鐵、硅含量比控制不當(dāng)或者雜質(zhì)銅含量超標(biāo)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種形式和程度不同的熱裂紋（圖3、4）。

    在生產(chǎn)條件下可按表2所示的關(guān)系控制工業(yè)純鋁鑄錠的鐵、硅含量。扁錠規(guī)格為300 mm xl 040mm及300 mm xl 240 mm。

    當(dāng)工業(yè)純鋁的品位較高，即合金中w(Si)<0. 35%時(shí)，應(yīng)當(dāng)控制鐵含量大于硅的，以降低鑄錠的熱裂紋廢品率。因?yàn)楫?dāng)純鋁中鐵含量大于硅含量時(shí)，其結(jié)晶過(guò)程（圖5）是在611℃以包晶轉(zhuǎn)變（L+α→α+β）結(jié)束的；而在硅含量大于鐵的時(shí)，合金的結(jié)晶過(guò)程是在574.5℃以共晶轉(zhuǎn)變（L+α→α+β+Si）結(jié)束的。兩者相比，前者的有效結(jié)晶溫度區(qū)間縮小了36.5℃，合金的熱脆性降低，因而鑄錠產(chǎn)生熱裂紋的傾向性也降低。

    隨著工業(yè)純鋁品位降低，要求鐵量大于硅的量變小，當(dāng)生產(chǎn)鐵、硅含量比1035工業(yè)純鋁錠的高時(shí)，基本上可以不必控制鐵、硅含量比例。因?yàn)殡S純鋁品位降低，合金中的鐵、硅總含量增加，不平衡共晶含量增加，合金在脆性區(qū)的塑性提高，焊合裂紋的能力增強(qiáng)。同時(shí)，不平衡共晶量的增加，還使合金在結(jié)晶過(guò)程中樹(shù)枝晶枝杈開(kāi)始接觸的溫度（線收縮開(kāi)始溫度）降低。所有這些都提高了合金抗熱裂紋的能力，因而可以放松對(duì)鐵、硅含量比例的要求。    此外，在生產(chǎn)中還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：    一是在生產(chǎn)1070、1070A、1060等高品位的工純鋁鑄錠時(shí)，若出現(xiàn)硅含量大于鐵含量的情況，而加鐵又可能造成純鋁品位降級(jí)時(shí)，一般也可不調(diào)整鐵、硅含量比，而加入鈦w( Ti)=0.01%-0.02%來(lái)提高合金抵抗熱裂的能力。但鈦急劇降低純鋁的導(dǎo)電性，因此，用作導(dǎo)電制品的1070A鋁合金鑄錠中不允許有鈦。為了防止熱裂，應(yīng)格外注意控制鐵、硅含量比例。

    二是雜質(zhì)銅是有可能引起高品位工業(yè)純鋁鑄錠產(chǎn)生熱裂紋的因素。盡管合金中銅含量很低，但在連續(xù)鑄造時(shí)，由于冷卻速度很高，當(dāng)w( Cu》0. 05%時(shí)，在冷凝過(guò)程中會(huì)形成不平衡低熔點(diǎn)共晶物，使熱裂紋傾向性大大增加。在GB/T 3190所包含的純鋁合金中，只有1035和1100兩個(gè)鋁合金的w(Cu)>0. 05%，但由于允許的鐵、硅含量較高，在現(xiàn)行的工

藝條件下沒(méi)有發(fā)現(xiàn)銅對(duì)鑄造性能的危害。

    2)鑄造3×××系鋁合金扁錠時(shí)化學(xué)成分控制

    連續(xù)鑄造3×××系鋁合金鑄錠時(shí)，化學(xué)成分控制重點(diǎn)是防止熱裂紋和金屬化合物一次晶的形成。圖6是根據(jù)鑄造環(huán)試驗(yàn)結(jié)果得到的鐵、硅含量對(duì)w(Mn)=1.25%的3×××系鋁合金裂紋傾向性的影響。由圖6可見(jiàn)，在w(Fe)<0.2%時(shí)，只有w(Si)<0. 05%的情況下才能消除裂紋；而在w( Fe》0. 20%時(shí)，只有鐵含量大于硅含量時(shí)，3×××系鋁合金的裂紋傾向性才可降低到很小的程度。

    在實(shí)際鑄造條件下，應(yīng)按以下要求控制合金成分：

    應(yīng)當(dāng)控制鐵含量大于硅含量。最好是w(Fe)=0. 4% -0.6%，w( Si) =0. 20%-0. 4%，因?yàn)楫?dāng)合金中硅含量較高，且鐵含量小于硅含量時(shí)，則在574℃以共晶反（L→α+T+ Si）結(jié)束；而當(dāng)鐵含量大于硅含量時(shí)，由于鐵與硅和錳優(yōu)先形成AIFeSi三元和Al-FeSiMn四元金屬間化合物，大大降低了合金中游離硅的數(shù)量，并使合金的結(jié)晶過(guò)程在648℃以包晶反應(yīng)結(jié)束，極大地縮小了合金的有效結(jié)晶區(qū)間，使鑄錠的熱裂傾向性大大降低。此外，適當(dāng)提高合金中鐵的含量還能降低錳在鋁中的過(guò)飽和度，減少錳的晶內(nèi)偏析程度，對(duì)退火板材的晶粒細(xì)化有良好作用。因此，在生產(chǎn)中一般都將3×××系鋁合金中的鐵控制在w( Fe) =0.4% -0.6%．并使鐵含量大于硅含量。但提高合金鐵、硅含量會(huì)降低其沖擊韌性。因此，對(duì)于必須保持高沖擊韌性指標(biāo)的制品，如對(duì)3104鋁合金易拉罐材，應(yīng)該把鐵和硅含量控制在下限，一般為w( Fe) =0. 35% -450-/o,w( Si) =0. 15%-0.25%.

某些企業(yè)在生產(chǎn)3A21鋁合金半硬狀態(tài)板材時(shí)，由于處理設(shè)備溫差大，性能得不到保證，采取調(diào)整鐵、硅含量的辦法來(lái)彌補(bǔ)，在內(nèi)部化學(xué)成分控制標(biāo)準(zhǔn)中，將鐵、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別控制在小于0. 25和小于0. 20%，使得扁鑄錠的鑄造裂紋傾向性大大提高。在生產(chǎn)這種扁鑄錠時(shí)，應(yīng)盡量提高鐵含量(最好控制在w( Fe)=0.22% -0.25%)，同時(shí)加入w(Ti)=0.03%-0.08%。因?yàn)樵摵辖鹬泄韬�量雖然很低(w(Si)<0.20%)，但它仍能與鋁、錳一起形成熔點(diǎn)僅為574℃的三元共晶，使合金的結(jié)晶范圍和脆性區(qū)急劇擴(kuò)大。如果此時(shí)合金中w(Fe) <0. 20%，則鐵在合金中就很難形成獨(dú)立的相，而只能溶解于MnAI。和Mn3 Si2All5形成(FeMn) A16和(MnFe) 3Si2Al15，起不到減少合金中游離硅和低熔點(diǎn)三元共晶量的作用。所以．為了降低合金的熱裂傾向性，應(yīng)盡量把鐵含量控制在技術(shù)條件允許的上限，并添加鈦。

    錳是3×××系鋁合金的主要組元，通過(guò)溶解在鋁中和生成化合物起固溶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用。如圖7所示，圖中AB曲線為實(shí)際鑄造條件下出現(xiàn)金屬化合物一次晶的成分線，即成分位于AB線右上方的合金都將生成一次晶金屬化合物。由于GB/T 3190所列的3×××系鋁合金中，除3105鋁合金外，其他幾個(gè)合金的鐵、錳含量都比較高，因此，在實(shí)際連續(xù)鑄造條件下，必須控制w( Fe +Mn)<1. 8%，最好是不大于1.6%，否則，鑄錠中很容易形成( FeMn) A16一次晶的粗大偏析聚集物，降低鑄錠內(nèi)部質(zhì)量和材料在后續(xù)使用過(guò)程中的變薄拉伸性能。同時(shí)，這些化合物通常還會(huì)在鑄造敞露液面靠近結(jié)晶器壁附近生成硬殼，使金屬充型能力降低，并導(dǎo)致冷隔等表面缺陷的產(chǎn)生。由于上述原因，除3105鋁合金外其他幾個(gè)合金生產(chǎn)時(shí)都將錳含量控制在下限，一般為w( Mn)=1.0%-1.05%。

    3004、3005和3105鋁合金的鎂在鑄造時(shí)能產(chǎn)生強(qiáng)烈的成分過(guò)冷傾向，使鑄錠晶粒細(xì)化；同時(shí)鎂還能與硅形成Mg2 Si對(duì)合金起強(qiáng)化作用，一般宜將鎂含量控制在標(biāo)準(zhǔn)的中、上限。但考慮到鎂過(guò)高時(shí)會(huì)改變材料表面氧化膜的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)。因此3004型鋁合金的鎂宜控制在中限，一般為w( Mg)=1.0%-1.10%。

    3)鑄造4×××系鋁合金扁錠化學(xué)成分的控制

    一些4×××系鋁合金用于生產(chǎn)釬焊用板、帶、箔，而生產(chǎn)厚板則多用4004鋁合金，其中w(si)=9%～10. 5%,w( Mg)=1.0%-2.0%。由Al-Si相圖可見(jiàn)，隨硅含量增加，合金的結(jié)晶溫度區(qū)間變小，共晶體增加，流動(dòng)性提高，線收縮率降低，熱脆性小，而且硅的結(jié)晶潛熱大（約為同質(zhì)量鋁的4. 65倍），因此具有相當(dāng)好的充型補(bǔ)縮的能力，使該系合金具有良好的鑄造性能。在成分控制上，主要應(yīng)該注意下列事項(xiàng)：

    A．在生產(chǎn)共晶型合金時(shí)，應(yīng)將硅含量按中限偏下控制，可降低初晶硅生成的傾向性，同時(shí)能提高鑄錠的壓力加工性能；

    B．合金中作為雜質(zhì)存在的鐵，一般應(yīng)控制不大于0. 5%。一方面是為了避免生成粗大B相，以改善鑄錠的塑性；另一方面，鐵含量過(guò)高對(duì)變質(zhì)處理不利；

    C.4×××鋁合金在熔煉鑄造時(shí)，一般溫度較高，因此，對(duì)于含鎂的合金，其鎂的含量應(yīng)按中限偏上控制，以彌補(bǔ)熔鑄過(guò)程中鎂的燒損；

    D．在滿足技術(shù)條件對(duì)力學(xué)性能要求的前提下，對(duì)含鎳和銅的合金這兩個(gè)元素的含量宜按中下限控制，以提高工藝塑性。

1.1.2硬合金扁錠鑄造時(shí)的化學(xué)成分控制

    1)5×××系鋁合金的鑄造時(shí)的成分控制

    在連續(xù)鑄錠的正常冷卻條件下，w(Mg)<4%的5×××系鋁合金(5A66、5005、5050、5052、SA02、SA03等)，其裂紋傾向性小，而高成分的5×××系鋁合金（SA05、SA06、SA12、SA13等）的熱裂紋傾向性較大，且在鑄造過(guò)程中還往往表現(xiàn)出高的拉裂傾向性。此外，這些合金中允許的鈦含量較高(一般為w(Ti)=0. 05%~0.15%，高的達(dá)0.20%），在控制不當(dāng)?shù)那闆r下，也存在形成金屬化合物一次晶的傾向性。

    鐵、硅、錳含量對(duì)w( Mg)=5%的鋁合金的裂紋傾向性影響見(jiàn)圖8。該圖表明：第一，裂紋傾向性隨鐵、硅含量的增加而喊小，w( Fe)/w( Si)無(wú)明顯影響；第二，在鐵、硅含量較高的情況下，加入w( Mn)=0. 4%的錳（在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合金成分范周內(nèi)，絕大多數(shù)含鎂高的鋁合金均含有該數(shù)量的錳），可使裂紋向性減小。圖9表示鈉、銻含量對(duì)SA12鋁合金裂紋傾向性的影響。

    由圖9可知，對(duì)于SA12鋁合金300mmx1200mm扁鑄錠，當(dāng)w(Na》3.5×10-4%時(shí)，不含銻將很容易產(chǎn)生鑄造裂紋。

    為將含鎂高的鋁合金在鑄造過(guò)程中的裂紋傾向性和形成一次晶化合物的傾向性降至最低，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)按下述原則控制化學(xué)成分：

    A．在生產(chǎn)w(Mg)>4%的鋁合金扁鑄錠時(shí)，應(yīng)將雜質(zhì)鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在10×10-4%以下，以防止鈉脆性。所謂鈉脆性，是指合金中混入一定量的鈉后，在鑄造過(guò)程中的裂紋傾向性大大提高的現(xiàn)象。鈉脆性是由合金中以單質(zhì)態(tài)存在的游離鈉引起的。因?yàn)殁c是表面活性元素，熔點(diǎn)低，在液態(tài)及固態(tài)鋁中都不溶解。當(dāng)合金凝固時(shí)，游離鈉被排斥在生長(zhǎng)著的枝晶表面，凝固后分布在枝晶網(wǎng)格邊界，削弱了晶間聯(lián)系，使合金的高溫和低溫塑性急劇降低。

    中國(guó)生產(chǎn)的原鋁錠中，通常都含w(Na)=0.001% -0. 002%，還含有比鈉多得多的硅，但在不含鎂的鋁合金中一般不產(chǎn)生鈉脆性。因?yàn)檫@些合金中，鈉不以游離態(tài)存在，而總是以化合態(tài)存在于高熔點(diǎn)的三元化合物( NaAISi)中，不使合金變脆。在含鎂量較少的合金中也沒(méi)有或很少有鈉脆性。因?yàn)殡m然鎂對(duì)硅的親和力比對(duì)鈉的大，鎂與硅能優(yōu)先形成Mg2Si，但合金中的含鎂量有限，而硅含量相對(duì)過(guò)剩，合金中的鎂既固溶一部分于鋁中（鎂在鋁中的最小溶解度在室溫時(shí)約為2.3%），又要以1. 73:1（質(zhì)量分?jǐn)?shù)比）的比例與硅化合，因而，鎂消耗殆盡，過(guò)剩的硅仍可與鈉作用生成( NaAISi)化合物，所以不使合金呈現(xiàn)鈉脆性。但是，在含鎂高的鋁合金中，雜質(zhì)硅被鎂全部奪走，使鈉只能呈游離態(tài)存在，因而顯示出很大的鈉脆性。

B．在生產(chǎn)5A12鋁合金300 mm xl 200 mm扁鑄錠時(shí)，應(yīng)將鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在5.5×10-4%以下，銻的為0.013% -0.018%。這是因?yàn)樵赟A12鋁合金中，w( Mg)高達(dá)8.3%-9.6%，在不加人工藝添加劑的情況下，只要合金中w( Na)>3.5×10-4%，300 mm xl 200 mm扁鑄錠在鑄造過(guò)程中就很難抑制裂紋的產(chǎn)生。這樣低的鈉含量在目前生產(chǎn)條件下還很難保證。因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在SA12鋁合金中應(yīng)加入w( Sb) =0. 004% -0.05%，以使銻與鈉生成高熔點(diǎn)化合物，提高合金抗裂紋能力。但是銻的作用是有限的，當(dāng)w( Sb)=0.013%時(shí)，只要w(Na)>5.5×10-4%，則裂紋仍將在所難免，故應(yīng)對(duì)合金中的鈉銻含量嚴(yán)格控制。為使鈉含量降至最低，在熔煉時(shí)還應(yīng)禁止使用含鈉的熔劑，并采用除鈉劑除鈉。通常，氮氯混合氣體精煉和二號(hào)熔劑精煉均可使w(Na)降至3×10-4%。

    C．含鎂高的鋁合金具有高的氧化性，在鑄錠表面形成疏松多孔的氧化膜，往往成為裂紋的起因。為了獲得優(yōu)良的鑄錠表面質(zhì)量，提高鑄錠抗裂紋的能力，除國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加鈹外，對(duì)其他高鎂含量的鋁合金，最好也加入w( Be) =0. 001% -0.005%，特別是在生產(chǎn)大型扁鑄錠時(shí)。這里應(yīng)該指明，應(yīng)采用鋁一鈹中間合金或鈹氟酸鉀的形式加鈹，而不能采用含鈉的鈹鹽。

    D．為了防止含鈦一次晶化合物的生成，一般鈦的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好不超過(guò)0. 05%。

    2)鑄造多元合金鑄錠的成分控制

    大部分多組元變形鋁合金在連續(xù)鑄造時(shí)，改變硅含量，會(huì)出現(xiàn)合金對(duì)熱裂紋較為敏感的區(qū)域(圖10)。這個(gè)敏感區(qū)的位置和大小，同鐵含量及其他成分含量有關(guān)。鐵、硅含量改變時(shí)，合金熱脆性之所以發(fā)生急劇改變，主要是共晶量的變化和由此而產(chǎn)生的具有最大熱脆性（3%-5%共晶量）的成分向某方面的移動(dòng)引起的。為了改善合金抵抗熱裂紋的能力，應(yīng)該事先查明這個(gè)敏感區(qū)的位置。如果合金位于“硅含量一熱脆性”曲線的上升部分，為了消除熱裂紋，則應(yīng)該降低硅含量，或者改變合金成分，使復(fù)雜共晶量減少。如果合金位于曲線的下降部分，則應(yīng)該提高硅含量，或者改變合金成分，使共晶量增加。但是，由于硅比其他組元在更大程度上能夠改變鋁合金的裂紋敏感性，所以通常采取調(diào)整鐵、硅含量，既可以達(dá)到改善合金鑄造工藝性能而，又不顯著改變產(chǎn)品的最終性能。

    已經(jīng)查明，工業(yè)純鋁、3×××系鋁合金、不以硅為合金元素的5×××系鋁合金、鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%的鋁一銅一鎂系合金、7×××系鋁合金，如2A02、2A04、2A06、2812、2A12、7A04、7A09、2A70等鋁合金為平均成分時(shí)，它們位于熱脆性曲線的上升部分；而w(Mg)<1%的鋁一銅一鎂系合金和w( Mg) <50-/0的鋁-銅一錳系合金，如2AOI、2AI1、2A13、6A02、2A50鋁合金等，則位于熱脆性曲線的下降部分。因此，為了提高上述合金抵抗形成熱裂紋的能力，屬于前者的合金中的硅含量應(yīng)當(dāng)盡量控制在下限，并使鐵含量大于硅含量；而屬于后者的合金中的硅含量應(yīng)當(dāng)盡量控制在上限，并使硅含量大于鐵含量。生產(chǎn)連續(xù)鑄錠時(shí)，這些合金中的鐵、硅含量關(guān)系建議按表3的要求控制。

    3)6×××系鋁合金扁錠鑄造時(shí)的成分控制

    工業(yè)上應(yīng)用的大多數(shù)6××x系鋁合金的成分都處于“硅含量一熱脆性曲線”的下降部分，因此生產(chǎn)中只要將硅的含量控制在中上限，一般都具有好的鑄造性能。從圖11可看出，Al-Mg2Si直線將Al-Mg-Si三元相圖分成兩個(gè)派生的合金系，一個(gè)是Al-Mg2Si-Si系，在558℃發(fā)生共晶反應(yīng)L→a+Mg2Si+ Si，三元共晶成分是4. 97%Mg+12.7%Si+余量Al；另一個(gè)是Al-A13 Mg2 -Mg2 Si系，在448℃發(fā)生共晶反應(yīng)L→a+ A13 Mg2+Mg2 Si，三元共晶成分是34%Mg +0.75%Si+余量Al。因此，為了降低鑄造裂紋傾向性，應(yīng)該將成分點(diǎn)控制在硅過(guò)剩區(qū)，以縮小有效結(jié)晶溫度區(qū)間。

    鎂和硅是合金的主要成分，其成分的確定首先應(yīng)保證成品材料力學(xué)性能。在6××x系鋁合金中，6A02、6802、6A51、6061和6070中的w(Cu)=0.15%-0.600%，銅的加入使合金的鑄態(tài)塑性下降．為了提高鑄錠抗裂紋的能力，在鑄造這些合金的扁鑄錠時(shí)，其銅含量應(yīng)該控制在下限，最好是w(Cu)<0. 3%。合金中的雜質(zhì)鐵含量較高時(shí)，雖然能改善合

金的鑄造性能，但會(huì)影響材料陽(yáng)極氧化后的表面質(zhì)

量，降低合金強(qiáng)化效果。

    4)2x××系鋁合金扁錠鑄造時(shí)的成分控制

    2×××系鋁合金可分為Al-Cu、Al-Cu-Mn、Al-Cu-Mg.Al-Cu-Mg-Mn、Al-Cu-Mg-Fe-Ni等5組。

    A．Al-Cu系鋁合金

    Al-Cu系鋁合金的201 1、2004、2A20的成分正處于極限溶解度附近，結(jié)晶溫度范圍寬（約100℃），凝固收縮率大，而共晶體中θ( CuAl2)相在熔點(diǎn)附近的塑性也較低，因此，形成熱裂紋的傾向性較大。為防止熱裂紋，在成分上應(yīng)該將銅控制在中上限，但這會(huì)造成合金力學(xué)性能和耐蝕性的下降。

    控制w( Fe)/w( Si)>0.05%-0.10%，并盡可能將硅含量降到最低，避免合金中出現(xiàn)低熔點(diǎn)的a+ CuAl，+Si三元共晶體。

    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，加入w( Ti) =0.05%  -0.15%，以進(jìn)一步改善合金抗熱裂紋的能力（圖12）。

    B．Al-Cu-Mn系鋁合金

    Al-Cu-Mn系鋁合金成分與裂紋傾向性的關(guān)系見(jiàn)圖13。2219、2A16、2816鋁合金的最低w( Cu)都大于5. 8%，在成分控制上，只要將銅含量偏上限選取，同時(shí)加鈦和控制鐵含量大于硅含量，一般都會(huì)得到好的鑄造效果。

    C．Al-Cu-Mg系鋁合金

    AI-Cu-Mg系合金成分與裂紋傾向性的關(guān)系見(jiàn)圖14。在成分上，21 17、2A01、2A13鋁合金都處于裂紋頻發(fā)區(qū)，具有較大的形成熱裂紋的傾向性，由于它們都位于“硅含量一熱脆性”曲線的下降部分，因此在成分上應(yīng)控制硅含量大于鐵含量，但作為雜質(zhì)存在的硅，含量太多將對(duì)合金的加工工藝和使用性能不利，故正確的控制辦法應(yīng)該是在w( Si)≤0.5%的前提下，使硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比鐵的大(0. 03 -0.06)個(gè)百分點(diǎn)。

    D．Al-Cu-Mg-Mn系合金

    Al-Cu-Mg-Mn系的2014、2214A、2214、2A14、2017、2017A、2A50、2850等等鋁合金含w(Si)=0. 5%-0.95%的硅（平均值），結(jié)晶組織中共晶量較多，鑄造性能較好。2A1I、2811、2A10、2A17鋁合金的平均成分位于“硅含量一熱脆性”曲線的下降部分，應(yīng)控制硅含量大于鐵含量；而2A12、2A04、2A06、2A04、2A02等鋁合金位于“硅含量．熱脆性”曲線的上升部分，應(yīng)控制鐵含量大于硅含量。

    2A11鋁合金具有較大的熱裂紋傾向，影響最大的是雜質(zhì)硅和鐵的含量。為了提高2A1I鋁合金錠連續(xù)鑄造時(shí)的工藝穩(wěn)定性，消滅或減少裂紋廢品，生產(chǎn)中有兩種完全相反的成分控制方法。一是在合金中鐵含量不高的情況下，控制硅含量大于鐵含量；二是在鐵含量較高的情況下，控制鐵含量大于硅含量，但此時(shí)應(yīng)保持w(Si)≥0.4%，其機(jī)制不詳，估計(jì)是由于低熔點(diǎn)共晶量變化，導(dǎo)致熱脆性區(qū)域發(fā)生偏移所致。在這兩種方法中，采用第二種方法時(shí)由于鐵生成Cu2 FeAl7相會(huì)導(dǎo)致合金力學(xué)性能下降，因此，在爐料中如果加進(jìn)的廢料不多或爐料中含鐵量不高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用第一種方法控制。含錳較高的2A11鋁合金傾向于產(chǎn)生冷裂紋。生產(chǎn)中還發(fā)現(xiàn)，2AI1鋁合金中的w( Mg)<0.50%時(shí)，鑄錠形成表面熱裂紋的傾向性增大。

    2A12鋁合金對(duì)熱裂紋的敏感性比2A1I鋁合金的低，形成冷裂紋的傾向更大。影響該合金裂紋傾向性最大的因素是雜質(zhì)鐵和硅的含量；同時(shí)，錳和鎂含量也有一定影響。為了消除鑄錠裂紋，在成分上應(yīng)當(dāng)控制w( Si)<0.35%，并保證鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于硅的0.05-0.10個(gè)百分點(diǎn)。

    平均成分的2A12鋁合金處于熱脆性曲線的上升部分，合金形成熱裂紋的傾向隨硅含量增加而增大。同時(shí)，合金中雜質(zhì)鐵和硅的數(shù)量愈多，合金的鑄態(tài)塑性愈低，形成冷裂紋的傾向也愈大。所以，為了消除2A12鋁合金錠形成熱裂紋和冷裂紋的傾向性，應(yīng)該盡量降低硅含量，并保證鐵含量大于硅含量。

    合金中錳和鎂的含量應(yīng)適當(dāng)控制低一些。因?yàn)殡S著錳含量的提高，合金中銅、鎂、硅在鋁中的溶解度降低，易熔共晶數(shù)量增加，而錳的化合物又促使形成新的易熔共晶，所以使合金鑄態(tài)塑性降低，導(dǎo)致裂紋廢品增加。而在合金中鎂的含量增加時(shí)，則不僅使合金的塑性下降，而且提高了合金對(duì)缺口的敏感性，從而使鑄錠產(chǎn)生裂紋的傾向性增大。生產(chǎn)中一般都將鎂含量按中限偏下控制，并使w( Cu) +w( Mg) <6. 3%，以防止或降低由于硬脆相體積分?jǐn)?shù)增加而導(dǎo)致裂紋傾向上升。

    E．Al-Cu-Mg-Fe-Ni系合金

    鐵、鎳含量宜控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍的中下限，否則會(huì)惡化工藝性能。一是在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生Fe-NiAlg金屬化合物一次晶，并可能發(fā)展到不允許的程度，使鑄錠報(bào)廢；二是在鐵、鎳含量較高時(shí)，合金塑性降低，使鑄錠產(chǎn)生裂紋的傾向性增大。

    鎳、銅含量較高的2A90、2A21和2218鋁合金由于導(dǎo)熱性好，熱收縮系數(shù)小，鑄造時(shí)不傾向于產(chǎn)生熱裂紋或冷裂紋。

    提高合金中的銅和硅含量，并在合金中加鈦，可使合金產(chǎn)生裂紋的傾向性下降（圖15）。

    合金中的錳與鐵生成FeMnAl6化合物一次晶的傾向性較大。

    根據(jù)上述規(guī)律，建議生產(chǎn)中按下述要求控制化學(xué)成分：

    ①2A90型鋁合金具有較好的鑄造性能，在生產(chǎn)條件卞，只要按指定的工藝操作，鑄錠的裂紋廢品率實(shí)際上可以降為零。

    ②2A80型鋁合金中含有較多的硅(w(Si)=0. 5%-1.2%)和銅(w( Cu)=1.go-/o~2.5%)，不平衡易熔共晶量較多，又通常加入w(Ti) =0. 03% -0. 08%，所以，合金形成裂紋的傾向性極微。但該合金形成FeNiAl。金屬化合物一次晶的傾向性比2A70型合金的大。因此，鐵和鎳含量應(yīng)按下控制，且雜質(zhì)鎂控制w(Mg)<0.1%。

    ③雖然2A70型鋁合金硅含量較低，但合金結(jié)晶溫度區(qū)間較窄，加之合金本身w( Ti)=0.02%-0.1%，因而，形成裂紋的傾向性也很小。當(dāng)然，由于2A70鋁合金位于熱脆性曲線的上升部分，從提高鑄造工藝穩(wěn)定性出發(fā)，應(yīng)將硅含量盡可能控制在較低的水平。

    ④在連續(xù)鑄造2A70和2A80鋁合金鑄錠時(shí)，通�？偸菍⒑辖鹬械蔫F和鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別控制在下限(1.0% -1.2%)．并力求使合金的鐵和鎳含量大體相等。因?yàn)樵谶B續(xù)鑄造條件下，當(dāng)這兩個(gè)合金的鐵和鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)各大于1. 25%時(shí)，鑄錠中就有可能產(chǎn)生粗大的FeNiAI。金屬化合物的一次晶體，惡化鑄錠性能。另外，這兩個(gè)合金的性能在很大程度上取決于鐵和鎳含量之比，當(dāng)合金中鐵含量大于鎳含量或鎳含量大于鐵含量時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致合金中出現(xiàn)Cu2 FeAI-r或Cu3 NiAl6相，從而使固溶體貧化，強(qiáng)化相減少，合金的強(qiáng)度和塑性都降低。只有控制鐵和鎳的含量相等時(shí)，使它們?nèi)�部形成FeNiAI。二次相的細(xì)小晶體，才有可能使合金具有最佳的性能。

    5)7×××系鋁合金扁錠鑄造時(shí)的成分控制

    7×××系鋁合金可分為Al-Zn-Mg及Al-Zn -Mg-Cu合金兩組。

    Al-Zn-Mg系合金與裂紋傾向成分的關(guān)系見(jiàn)圖16。7A05等鋁合金的平均鎂含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）與平均鋅含量的和為5. 7%、6.5%，而平均鋅含量為4. 5%-5.7%，因此具有較大的熱裂傾向性，但是，這幾個(gè)合金都含有少量的鈦和鋯，晶粒較細(xì)，加之這幾個(gè)合金的結(jié)晶溫度范圍都比較窄( 40℃-50℃)，故實(shí)際鑄造性能尚可，疏松和熱裂傾向均不大。在成分控制上，只要將鎂含量按中偏上限選取，而鋅含量按中偏下限選取，盡可能提高w( Mg)/w( Zn)比值，并控制鐵含量大于硅含量。在鋯的加入方式上，亦應(yīng)采取措施避免粗大含鋯金屬化合物的產(chǎn)生和因加入方法不當(dāng)造成實(shí)收率降低甚至含量不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象發(fā)生。

    Al-Zn-Mg-Cu系合金是目前變形鋁合金中強(qiáng)度最高的，由于該系合金具有比較嚴(yán)重的應(yīng)力腐蝕傾向性，因此廣泛采用加入銅、錳、鉻的辦法來(lái)改善合金的耐蝕性，并加入鈦、鋯改善鑄錠和再結(jié)晶組織。這樣一來(lái)，合金成分變得比較復(fù)雜，弄清成分對(duì)鑄造性能的影響規(guī)律，將有助于提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

    由于AI-Zn-Mg-Cu系合金結(jié)晶溫度范圍寬、固液區(qū)塑性低，具有極大的形成熱裂紋和疏松的傾向性。合金中的許多元素，首先是雜質(zhì)硅和鐵(圖17)，其次是錳和鎂（圖18和圖19）對(duì)合金的裂紋傾向性有重要影響。通常，在硅含量較低時(shí)，提高鐵含量，合金的熱脆性下降。這是因?yàn)殍F含量的提高，導(dǎo)致了脆件區(qū)的范圍縮小，從而提高了合金抗熱裂紋的能力（圖20）。鎂含量對(duì)300 mm xl 200 mm扁鑄錠裂紋傾向性的影響十分明顯。隨鎂含量提高，鑄錠的裂紋傾向顯著下降。這一方面是提高了w( Mg)/w( Zn)比值，另一方面也可能是鎂與硅結(jié)合形成Mg2 Si化合物抑制了硅的有害作用。隨錳含量降低，合金在固液態(tài)的塑性提高（圖21），因而熱裂傾向性降低。鋅和銅的含量在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)對(duì)合金的熱裂性影響不明顯，一些企業(yè)認(rèn)為鋅和銅的含量控制在中下限對(duì)消除裂紋有好處。實(shí)踐還表明，為了防止合金中出現(xiàn)金屬化合物一次晶，把w(Fe) +w( Mn) +w( Cr)控制在小于1.2%的水平是必要的。

    按照產(chǎn)生裂紋的傾向性，Al-Zn-Mg-Cu系合金實(shí)際上也可以分成7A31（含7AIO、7A52、7022、7A15、7A33和7A19）和7A04型鋁合金（包括7075、7475、7050、7A09和7A03等）兩大組。其中，7A31型鋁合金的裂紋傾向性相對(duì)較輕，這是因?yàn)檫@些合金中的合金化元素總量相對(duì)較少，w( Mg)/w( Zn)比值較大，銅含量較低，從而使合金的結(jié)晶溫度范圍相對(duì)窄小，特別是低熔共晶點(diǎn)（固相點(diǎn)）溫度的提高，增強(qiáng)了對(duì)裂紋的抵抗力。

    根據(jù)上述規(guī)律，在直接水冷鑄造7A04型w( Mg)/w( Zn)合金鑄錠時(shí)，為了消除鑄錠裂紋，在化學(xué)成分的控制上可以采取兩種辦法，一種是調(diào)整對(duì)裂紋傾向性最敏感的元素硅和鐵的含量，即盡量降低硅含量，提高w( Fe)/w( Si)比值。生產(chǎn)220 mm×800 mm和300 mm xl 100 mm扁鑄錠時(shí)，分別控制w( Si) <0. 15%和0.1%，并使鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于硅的0. 03個(gè)百分點(diǎn)。另一種是綜合調(diào)整的辦法，即在降低硅含量的同時(shí)，綜合調(diào)整其他主成分，即將鎂含量偏上選取，錳含量偏下選取，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)加入一定量的鈦，以提高合金抗裂紋的能力。后者的好處是：有可能提高鑄錠不產(chǎn)生裂紋的硅含量，從而有可能使用品位較低的原鋁錠和提高配料中廢料的比例，降低生產(chǎn)成本。

    中國(guó)雖然引進(jìn)了一批世界領(lǐng)先水平的扁錠鑄造機(jī)如瓦格斯塔夫公司的內(nèi)導(dǎo)式鑄造機(jī)、美國(guó)阿爾美克斯公司( Almex)的航空級(jí)變形鋁合金扁錠鑄造LARS半連續(xù)鑄造機(jī)與自動(dòng)鑄造控制系統(tǒng)、俄羅斯的鋁-鋰合金扁錠系統(tǒng)，但至2012年年底還有一些大規(guī)格的7055鋁合金扁錠不能批量鑄造，裂紋廢品率高到無(wú)法接受。

1.1.3鑄造工藝

鋁合金扁錠半連續(xù)鑄造工藝流程見(jiàn)簡(jiǎn)圖22。

    用于鑄造的熔體必須符合品質(zhì)要求，熔體化學(xué)成分應(yīng)符合工廠內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)；熔體溫度控制在工藝規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)；一般制品含氫量應(yīng)小于0. 15 mL/(100 g Al)，重要制品應(yīng)小于0.1 mL/( 100 g Al)；含渣量少（在有條件的工廠，對(duì)于重要制品，應(yīng)采用氧化膜工藝試樣法定量或定性地檢驗(yàn)熔體的氧化物含量）；細(xì)化處理效果好（有條件的工廠，可采用熱試驗(yàn)儀在鑄造前對(duì)熔體處理效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)）。

    A．軟合金扁錠的鑄錠工藝

    軟合金扁鑄錠是鋁合金板帶材廠鑄造車(chē)間生產(chǎn)量最大的品種，其成品率一般為96%-98%，廢品率一般為0. 3%-0.9%。軟合金的晶粒度和熱裂傾向性對(duì)溫度比較敏感，形成疏松的傾向性較小，因而鑄造溫度不高，一般為690℃-710℃，僅比液相線溫度高30℃-50℃，但對(duì)于形成一次晶金屬化合物傾向性較大的3×××系鋁合金，鑄造溫度應(yīng)再提高10℃- 20℃。

    常用規(guī)格軟合金扁鑄錠的鑄造制度見(jiàn)表4。鑄造300 mm x138 mm x3 800 mm 4004鋁合金扁錠的工藝參數(shù)：鑄造溫度670C~680℃，鑄造速度50 mm/min - 55 mm/min，水壓0.08N/m2～0. 15 N/mm2。

    B．含鎂量高的鋁合金扁錠鑄造工藝

    w(Mg》4%的鋁合金扁鑄錠是鑄造車(chē)間的一個(gè)主要品種，其成品率一般在94%- 96%，廢品率一般為2%-4%，含鎂量高的主要鋁合金扁錠規(guī)格的鑄造參數(shù)見(jiàn)表5。

    C.2xx×系鋁合金扁錠鑄造工藝

在正常生產(chǎn)條件下，2A1I和2A12鋁合金扁鑄錠的成品率為97%左右，而廢品率分別為1%-2.5%和0. 5%-1%。

    2A1I鋁合金具有較高的形成表面熱裂紋的傾向性，而低溫塑性較好，形成冷裂紋的傾向性較小。其鑄造工藝特點(diǎn)與含鎂量高的鋁合金扁鑄錠的大體相同，但由于含鎂量較低不顯示鈉脆性。

    2A12鋁合金形成熱裂紋的傾向性較小，而形成

冷裂紋的傾向性較大，因此，該合金扁鑄錠在鑄造工藝上具有下述特點(diǎn)：

    鑄錠寬厚比受到限制，目前最大為7。生產(chǎn)的規(guī)格主要有200 mm×1 400 mrn、255 mm xl 500 mm、300 mm xl 500 mm等。

    鑄造速度較高，寬厚比為7的200 mm xl 400mm扁鑄錠鑄造速度達(dá)110 mm/min - 115 mm/min，而255 mm xl 500 mm和300 mm xl 500 mm規(guī)格的鑄造速度也達(dá)100 mm/min - 145 mm/min。

    對(duì)鑄錠澆口必須進(jìn)行自身回火處理。

    鑄錠大面水壓0. 08 N/mm2-0.15 N/mm2，而小面水壓較含鎂量高的鋁合金和2A1I鋁合金扁錠的高，通常為0.06 N/mm2 -0.08 N/mm2，

    其他工藝參數(shù)與2A11鋁合金同規(guī)格扁鑄錠的相同，但在操作上，應(yīng)注意防止冷裂紋。2A11及2A12鋁合金扁錠鑄造工藝見(jiàn)表6，2A14及2A70鋁合金扁錠的鑄造工藝制度見(jiàn)表7。

    D．7×××系鋁合金扁錠鑄造工藝

    7A04鋁合金是扁鑄錠中產(chǎn)量較大而成品率較低的一個(gè)重要品種，成品率90% - 92%，廢品率3. 5%-7%。7A04鋁合金具有較寬的結(jié)晶溫度區(qū)間，高溫、低溫塑性都比較差，因而形成熱裂和冷裂的傾向性都很大，也易產(chǎn)生表面疏松等缺陷。鑄錠規(guī)格應(yīng)具有較小的寬厚比。鑄造工藝制度示于表8。

    生產(chǎn)7075 -T7651鋁合金20 mm xl 200 mm×300 mm預(yù)拉伸厚板用的300 mm xl 280 mm xl 200mm扁錠的工藝參數(shù)：熔煉溫度700℃-750℃，鑄造溫度705℃- 715℃，鑄造速度55 mm/min - 60 mm/min，水壓0. 08 N/mm2 -0. 15 N/mm2。