Bien que la coulée semi-continue soit appliquée dans l'industrie depuis près de cent ans, les zones de ségrégation de surface (manifestées par des nodules de ségrégation, des retassures et des couches riches en solutés en surface) sont encore l'un des défauts les plus tenaces qui affectent la production d'aluminium haut de gamme.

L'essence de la tumeur de ségrégation de surface est le résultat d'un enrichissement eutectique à bas point de fusion "extrudé" à la surface du lingot. Sa formation est un processus complexe de couplage multifactoriel :

Et le matériau en fusion est rapidement refroidi dans le cristalliseur, provoquant la solidification rapide de la couche de surface et la formation d'une coquille solidifiée. En raison du retrait de solidification, un espace se forme entre la surface du lingot et la surface de travail du cristalliseur. La conductivité thermique de l'espace d'air est beaucoup plus faible que celle de l'aluminium, ce qui entraîne une chute soudaine de l'échange de chaleur à cet endroit.

La dissipation thermique externe de la coquille solidifiée est bloquée, tandis que la phase liquide de la cavité liquide interne continue de conduire la chaleur vers l'intérieur à travers la couche déjà solidifiée. Ce processus de "gain de chaleur supérieur à la perte de chaleur" provoque un chauffage secondaire de la coquille solidifiée. Lorsque la température de chauffage secondaire dépasse le point de fusion de la composition à bas point de fusion, la coquille solidifiée subit une fusion locale.

La surface extrudée de l'eutectique à bas point de fusion contient une grande quantité de fusion eutectique à bas point de fusion (riche en Mg₂Si, Al₆Mn et autres secondes phases). Le long des espaces entre les cristaux et les dendrites, le film d'oxyde formé lors de la cristallisation initiale est brisé, extrudé dans les espaces entre le lingot et le cristalliseur, et condensé en nodules de ségrégation. L'examen métallographique montre que la zone de tumeur de ségrégation est généralement une zone d'enrichissement eutectique à bas point de fusion, où la taille de la seconde phase est plusieurs fois supérieure à celle du substrat, la distribution est également dense, et la fraction volumique de la seconde phase est plusieurs fois supérieure. Parfois, des cristaux primaires (tels que Mg₂Si en forme de plume ou de bloc, ou Al₆Mn avec des pores entre les phases) peuvent être trouvés sur le site de la tumeur de ségrégation.

La tumeur de ségrégation dans la zone de ségrégation de surface est un tissu anormal qui doit être retiré avant le traitement de déformation. Si elle n'est pas complètement retirée, les tumeurs de ségrégation résiduelles seront transportées à la surface ou à l'intérieur du produit déformé, ce qui réduira considérablement les propriétés mécaniques de l'alliage et provoquera facilement des fissures et des défaillances lors de l'utilisation ; Il existe un grand espace entre la matrice de l'alliage d'aluminium et la tumeur de ségrégation, qui devient une source de fissures de fatigue ; Contenant une grande quantité d'eutectique à bas point de fusion, l'alliage est sujet à la surchauffe et aux bulles de surface lors du traitement thermique. Cela signifie qu'un lingot avec des nodules de ségrégation, si la couche de ségrégation n'est pas complètement retirée pendant le processus de laminage, présentera périodiquement des "lignes noires" et un "écaillage" à la surface des profilés extrudés ultérieurs ; Lors du laminage de tôles, des bulles de laminage se formeront ; Dans les pièces forgées aérospatiales, cela devient un défaut fatal qui échoue aux essais non destructifs.

Sur la base de plusieurs études, les facteurs de processus externes qui affectent la formation des nodules de ségrégation de surface comprennent principalement :

• Structure du cristalliseur : conicité du cristalliseur, état du revêtement en graphite, conditions de lubrification.
• Température de coulée : une température excessive exacerbe l'approfondissement des cavités liquides et la fusion.
• Vitesse de coulée : une vitesse trop rapide rend la coquille solidifiée plus mince, ce qui est sujet à la fusion.
• Intensité de l'eau de refroidissement : un refroidissement insuffisant est la cause directe des nodules de ségrégation.
• Contrôle de la hauteur du niveau de liquide : la fluctuation du niveau de liquide détruit l'intégrité du film d'oxyde.
• Position de l'entonnoir de coulée : une distribution inégale du flux de liquide entraîne des différences de refroidissement locales.