直接水冷半連續鑄造鋁合金鑄錠，在快速冷卻的條件下鑄錠中產生不平衡結晶和冷卻不均勻，使得鑄錠顯微組織中存在化學成分和組織偏析，產生應力分布不均勻。因此，大多數鑄錠在冷加工和熱加工前要進行均勻化退火(簡稱均火)。均火的目的是使不平衡共晶向基體金屬溶解，枝晶偏析成分在晶體內分布趨于均勻，過飽和固溶元素從固溶體中析出，從而消除鑄造應力，提高鑄錠塑性，減小變形抗力。

　　用普通鑄造的6082鋁合金255mm×1500mm規格橫向壓扁鑄錠可以不采用均火，其化學成分見表1。試驗初期，該規格鑄錠多次發生鋸切裂紋。為了防止鋸切裂紋，我們試驗了先在均火爐加熱(4000℃加熱10h)后鋸切的方法，達到了抑制鋸切裂紋廢品的目的。但近年來隨著該制品產量增加，采用鋸切前加熱的方法除造成能源消耗、增加生產成本之外，還占用了均火爐，使均火工序成為生產的窄口。為了解決上述問題，我們從調整合金成分、提高

　　合金塑性等方面尋找鋸切前不經均火處理的方法，成功地防止了該合金鑄錠鋸切裂紋。

表1　6082鋁合金化學成分（質量分數）　　　　%

　　1  扁錠鋸切裂紋的形態及產生原因

　　1.1  6082合金扁錠鋸切裂紋形態

　　鋸切裂紋一般發生在鋸片一側靠近鋸床夾具端的鑄錠上，裂紋沿铞片向鑄錠長度方向延伸。裂紋長度不等，有時波及整根鑄錠（長約5m）、有時延伸200mm～500mm；裂紋深度幾乎穿透鑄錠厚度；裂紋處的斷面呈亮白色，屬于冷裂紋；出現裂紋時伴有震動和巨大的響聲。裂紋形態見圖l。

圖1 6082鋁合金扁錠鋸切裂紋形態示意圖

　　1.2 鋸切裂紋產生原因

　　（1）鑄錠中殘余應力和鋸切力疊加的結果

　　6082鋁合金255mm×l500mm規格鑄錠是采用直接水冷半連續鑄造成型的，由于凝固先后和冷卻速度的差別，在鑄造過程中的鑄錠和已鑄完的鑄錠上都有應力存在，但在整體上屬于平衡狀態，即有拉應力區和壓應力區，而且拉應力總和等于壓應力總和。鑄錠不僅在橫向發生收縮，而且在縱向上也發生收縮。因此，鑄錠中的拉應力不僅在水平方向存在，而且在垂直方向也存在。當鑄錠冷卻到室溫后殘余應力才最終固定下來。不論在鑄錠的橫向和縱向，鑄錠的中部總是處于拉應力狀態，在金屬注入點處有最大的拉應力值。

　　在鑄錠的鋸切過程中，破壞了應力的靜態平衡，鋸切力和鑄錠中的殘余應力產生了疊加，當疊加后的拉應力超過鑄錠的強度極限時就產生鋸切裂紋，晶界上的Mg2Si相越多，鑄錠產生鋸切裂紋的傾向越大。

　　（2）晶界和枝晶界存在脆性相

　　6082鋁合金屬于Al-Mg-Si系合金，Mg、Si為主要合金元素并以Mg2Si相為主要強化相。Mg、Si元素生成Mg₂Si相（Mg：Si為1.73）后存在過剩Si，Mg₂Si相存在于晶界、枝晶界上使合金的脆性增大。因此，合金中Mg含量越高，晶界和枝晶界的脆性相越多，合金的鋸切裂紋傾向也越大。

　　2 防止鋸切裂紋的措施

　　2.1 控制合金中Mg、Si元素含量

　　控制合金中Mg含量，使晶界、枝晶界Mg₂Si相盡可能的少，合金中Si含量多，增加合金的流動性，提高合金的補縮、焊合能力和致密度，從而縮小合金固-液區溫度區間，增加固-液區的塑性。在減少鑄造熱應力的同時，還能改變晶界或枝晶界上的相組成，使脆性相在晶界上不連續分布，提高了鑄錠抵抗鋸切裂紋的能力。

　　為探索合金成分與鑄錠鋸切裂紋的關系，采用正交試驗法試驗了64熔次6082鋁合金扁錠，統計分析了各元素含量與鋸切裂紋的關系。從統計中看出，Mg含量是影響鋸切裂紋的關鍵因素，Mg含量與鋸切裂紋的關系見圖2。

 
圖2 Mg含量與鑄錠鋸切裂紋的關系

　　由圖2可以看出，隨著Mg含量增加，鋸切裂紋傾向增大。當w（Mg）達到0.9％時，裂紋傾向0.2％；當w（Mg）達0.95％時，裂紋傾向增至3.5%。因此在生產中控制w（Mg）＜0.90％，一般按w（Mg）0.85%計算配料。控制Mg含量后，跟蹤觀察了560熔次6082鋁合金255 mm×1500mm扁鑄錠，無一塊產生鋸切裂紋。最終制品厚板的性能與Mg含量調整前的基本相同（見表2）。

表2 Mg含量對6082－T65 I厚板力學性能的影響

　　2.2 加強晶粒細化

　　細晶組織對鋸切裂紋的影響是：第一，晶粒大小與產生脆性斷裂和韌性斷裂有很大關系，當裂紋傳播速度大于變形速度就要產生脆性斷裂。裂紋穿過晶界時，由于能量的消耗而使傳播速度減慢或停止傳播。晶粒細小時，晶界增多，裂紋穿過晶界要消耗更多的能量，因此傳播速度減慢，故減少了脆性斷裂。因此抑制鋸切裂紋的一個重要措施就是細化鑄錠晶粒。第二，細晶組織有利于晶界塑性變形，當鑄錠中晶粒粗大時，結晶末期存在于晶界和枝晶界上的低熔點金屬相粗大，而且增加分布不均勻程度，因此鑄錠塑性低，抵抗應力的能力小，裂紋傾向大。反之當晶粒和枝晶細小時，在晶界和枝晶界上的低熔金屬相分布均勻，鑄錠塑性好，抵抗變形能力強，裂紋傾向小。

　　細化晶粒的一般措施是向鑄造前的熔體中加入適量的晶粒細化劑。晶粒細化效果與細化劑種類和添加時機有關：（l）細化劑種類常用的有Al-Ti、Al-Ti-B、Al-Ti中的細化質點為塊狀或棒狀TiAl₃；Al-Ti-B中除含TiAl₃質點外，還有大量細小彌散分布的TiB₂，TiB₂的存在有利于形成細小的晶粒。因此Al-Ti-B的細化效果要遠遠好于Al-Ti的。（2）細化劑添加時機一般以在鑄造前0.5 h最為適當，0.5 h后活性質點逐漸衰退。

　　為保證6082鋁合金的細化效果，每噸爐料中加入1kg～2kg的Al-Ti-B絲，在鑄造前0.5 h加入或鑄造時將其在線播入熔體。

　　2.3 控制熔體中非金屬夾雜物的含量

　　鋁及鋁合金極易吸氣和氧化。在工業生產條件下，鑄錠中總有一定數量的非金屬夾雜物。如果夾雜物以夾渣的形式存在于鑄錠的拉應力區，該處將產生最大應力，當與鋸切力疊加時該處極易引起裂紋。因此，在熔鑄作業中盡可能采用無污染的原材料；攪拌熔體時盡量平穩，避免金屬產生波浪，扒渣要徹底；熔化爐和靜置爐分別采用Ar氣精煉，采用陶瓷片在線過濾，盡量除去熔體中大的夾雜顆粒。

　　2.4 鑄錠鋸切前的停放時間

　　曾試驗了6082鋁合金255mm×1500mm規格鑄錠在鑄造完畢至鋸切的時間間隔（8 h～100 h）對鋸切裂紋的影響。結果發現，間隔時間小于8 h，鋸切時連續出現鋸切裂紋。這是因為放置時間少于8h,鑄錠尚未冷卻至室溫，余熱仍然存在，此時鑄錠中的殘余應力處于不穩定狀態，鋸切過程又使鑄錠溫度局部升高．高溫下鑄錠的強度降低，再加上鋸切時冷卻水的淬火作用致使鑄錠產生鋸切裂紋。根據多年生產實踐，鑄錠鑄造完畢至鋸切時的時間間隔以8h以上為宜。

　　2.5 減少鋸切力的影響

　　生產中使用的圓鋸通常帶有分離切屑的尖齒，鋸切時鋸片以一定速度向鑄錠推進，并在推進過程中完成鋸斷。鋸切過程中被鋸切的鑄錠將從局部到整個斷面逐步發生彈性變形、塑性變形和斷裂。鋸切時圓鋸盤上的圓周力（鋸切力）T可以表示為：

　　T= PmsL/t　　　　　　　（l）

　　式中：

　　P—鋸屑受到的鋸切力；

　　M—每個鋸齒所鋸切的鋸屑厚度；

　　S—鋸切寬度；

　　L—鋸盤與被鋸切金屬的接觸弧長；

　　F—鋸盤上齒的距離。

　　由（1）式可見：對于6082鋁合金255mm×1500mm規格鑄錠，給定了合金（P一定）、鋸片（s、t一定）和鑄錠規格（L的最大值已定），圓鋸盤上的鋸切力T與m成正比，即可簡寫成：T＝Km，也就是說，鋸切力T與鋸齒所鋸切的鋸屑厚度m成正比。

　　根據鋸切過程鋸切力的分析，要減少鋸切力對鑄錠殘余應力的影響，需要提高圓鋸盤的圓周速度，降低水平進給速度，使鋸屑變薄。

　　3 結束語

　　通過優化合金成分、改變細化晶粒方式來增加合金的塑性，合理掌握鑄錠鋸切前的停放時間、減少鋸切力的影響等措施，可以有效地減少鋸切裂紋的產生，可以使該合金鑄錠在不經均火處理的情況下進行鋸切。