铝合金熔炼工艺.docx

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铝合金熔炼工艺  Q*@2P9M4:m2t1、性能特征目前压铸件数量最多的就是铝合金，它具有重量轻、比强度高，有较高的力学性能和耐腐蚀性能等。但与锌合金相比，它的铸造性能相对要差，有粘模倾向，在熔炼中更易产生氧化、吸气、偏析、夹渣、结晶粒大等缺陷，铁是铝合金中的有害元素，但铝合金中的含铁量低于0.6%时，在生产过程中容易产生粘模，高于1%时，会使合金中力学性能降低。铝合金"增铁"的原因主要来自三个方面：5R:w'x#v5Y!~:D1）熔炼过程中，铁和合金接触机会较多，如坩埚、铁勺、浇包、熔炼工具等，它们的表面均应涂上涂料。*p,L  U"I"j/|%V2）铁在铝合金熔液中溶解速度随温度升高而增大，铝合金熔炼温度高于750℃时，即称为"铝合金过烧"，这时候铁的溶解速度增大很快。*n(]#V-6k0W!F3）铝合金中的增铁除了温度因素外，还与时间有关，即保温时间越长，增铁量越多，吸气量也增加，因此尽量减少保温时间对合金增铁，吸气的减少都是有利的。  u2M3j&T:x-O2、铸铁坩埚及熔炼工具、涂料的使用方法5a*[9},K3e$A1~+T.q5Z$]铸铁坩埚及工具预热至120～200℃后，在其表面涂上或喷上涂料，可重复喷涂2～3次，以获得致密、均匀的涂层，随后徐徐加热到200～300℃，以烘干排除水分。6`/c3?2m;c8O3、熔炼坩埚0[8_.r/I(H$@1e!i-G!u'c铸铁坩埚也用于铝合金的保温炉中，因铝合金的熔化温度高，易损坏坩埚，其损坏原因有以下因素：$G,e*g#g)i1t7u;R%T5F  o1）表面涂料喷涂不好，造成坩埚腐蚀严重。!C  T/U8c7E:e7G*D2）在正常情况下，采用铸铁坩埚保温时，其溶液温度为620～680℃（按不同合金牌号的铸件的要求而异），如将铸铁坩埚作熔化兼保温时，则埚壁最高温度可达800℃以下；当合金过热时，埚壁温度可达850℃以上，如此温度下，铸铁的抗拉强度很低，稍受载荷或冲击，极可能出现裂纹。4D)k1C,n"D"q3）由于铝合金熔液对铁的侵蚀使铸铁埚壁的内部和外表同时受到侵蚀和烧损，就会加剧裂纹出现的可能。从安全和维护合金质量出发，在连续使用时，应经常清除残渣，涂上涂料，转换坩埚方向使用。使用期限：作保温用为150h左右；作熔化用为100h左右。7R:s'S;u7E&C![4）纯铝熔炼时，应用石墨坩埚。石墨坩埚易碎裂，并吸潮，搬运存放时必须轻挪轻放，避免撞击，应存放在防晒及干燥的场合，使用时应注意以下事项：5Y"q"o9h5N  P0D;F①首次使用前，应置于熔炉侧缓缓烘干36h，温度不高于80～100℃。1D5H(P%?*}.a#H;?6b"I:?$`②坩埚入炉前，应先将炉壁加热至200～250℃，然后将预热的坩埚放入炉内的填砖上，点火徐徐加热20～30min；再开中火加热坩埚，直到坩埚底呈暗红色，再仔细观察检查坩埚确无伤裂，即可将合金放入进行熔化。+V3B(M.{6Z  Q.t$P③料锭加入坩埚切忌撞击埚壁埚底，如熔炼中发现铝料板结埚壁，切莫扳撬，防止损坏坩埚。4U'{9a*h!I6Q&C)2h0X/u④使用结束前，必须把坩埚内存余料全部舀出，热坩埚切忌受潮，应放置在干燥的火砖上。2H9I.~6P7X1X4、熔炼方法'@(z,b"N9U0j(E$~#V6J'z$m对于大中型压铸厂家铝合金是采用中央熔炉熔炼后再分配到保温炉保温，而小型的压铸厂家，通常每台压铸机配备一台以轻柴油为燃料的熔炉，也可采用电熔炉。中央熔炉的熔炼操作要求如下： (c+O;G.B  c'N!S1）锭料与回炉料应搭配使用，回炉料的比例不大于50%，回炉料是指浇口溢流槽、废铸件，不包括飞边和残屑。,R:e+U#W#G%H9l5L2）入炉的料锭和回炉料的表面应干净，干燥，先以小料（回炉料）填底，加入料锭，以防砸坏炉底。1X,f.t5~8q+M3H,J3）炉料熔化开始即用覆盖剂撒在液面上，要覆盖全部金属液面，防止氧化和吸气。:o+G/D&r*N%^5y7D4）铝合金液的出水温度应为720～750℃，盛铝液的浇包应预热及涂上涂料。当铝液离浇包口端100mm处即停止放液,并以备好的干燥精炼剂用钟罩压入合金液底部，除气精炼后即运至保温炉保温。(Q"r:i)l'X-R;t5）从浇包中的铝液倒入保温炉坩埚时应稳妥，防止铝液飞溅伤人和卷入空气，当倒入的铝液至离埚口端50mm处止。3?"|/L6p5W  Q7V;I0f3H5G6）表面氧化、污染和经油漆、电镀的浇口或铸件都不能直接加入中央熔炉，须经重新熔化处理后经化验合格，凝固成块后方可回炉。.g,Y:B6h"Q+z!C#N7）采用轻柴油炉熔炼，均不应产生浓黑烟雾，黑烟雾来自于柴油的不完全燃烧或炉料有油污，这不单是浪费燃料，污染环境，又会造成合金液的吸气。发现炉内冒出黑烟，须调节风门大小，采取消除黑烟措施。金熔体中。因此，铜板如果加得过早，熔体未能将其盖住，这样将增加铜板的烧损；反之如果加得过晚，铜板来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时，应尽量避免更换电阻丝带，以防脏物落入熔体中，污染金属。 C、搅动熔体 熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛温度高达1200℃，在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化之后，应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化。 扒渣与搅拌 当炉料在熔池里已充分熔化，并且熔体温度达到熔炼温度时，即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。 A、扒渣 扒渣前应先向熔体上均匀撒入粉状熔剂，以使渣与金属分离，有利于扒渣，可以少带出金属。扒渣要求平稳，防止渣卷入熔体内。扒渣要彻底，因浮渣的存在会增加熔体的含气量，并弄脏金属。 B、加镁加铍 扒渣后便可向熔体内加入镁锭，同时要用2号粉状熔剂进行覆盖，以防镁的烧损。 对于高镁铝合金为防止镁的烧损，并且改变熔体及铸锭表面氧化膜的性质，在加镁后须向熔体内加入少量（0.001%-0.004%）的铍。铍一般以Al-BeF4与2号粉状熔剂按1：1混合加入，加入后应进行充分搅拌。 NaBeF+Al→2NaF+AlF+Be  为防止铍的中毒，在加铍操作时应戴好口罩。另外，加铍后扒也的渣滓应堆积在专门的堆放场地或作专门处理。 C、搅拌  在取样之前，调整化学成分之后，都应当及时进行搅拌。其目的在于使合金成分均匀分布和熔体内温度趋于一致。这看起来似乎是一种极其简单的操作，但是在工艺过程中是很重要的工序。因为，一些密度较大的合金元素容易沉底，另外合金元素的加入不可能绝对均匀，这就造成了熔体上下层之间，炉内各区域之间合金元素的分布不均匀。如果搅拌不彻底（没有保证足够长的时间和消灭死角），容易造成熔体化学成分不均匀。 搅拌应当平稳进行，不应激起太大的波浪，以防氧化膜卷入熔体中。 调整成分 在熔炼过程中，由于各种原因都可能会使合金成分发生改变，这种改变可能使熔体的真实成分与配料计算值发生较大的偏差。因而需在炉料熔化后，取样进行快速分析，以便根据分析结果是否需要调整成分。 A、取样熔体经充分搅拌后，即应取样进行炉前快速分析，分析化学成分是否符合标准要求。取样时的炉内熔体温度应不低于熔炼温度中限。 快速分析试样的取样部位要有代表性，开然气炉（或煤气炉）在两个炉门中心部位各取一组试样，电炉在二分之一熔体的中心部位取两组试样。取样前试样勺要进行预热，对于高纯铝及铝合金，这了防止试样勺污染，取样应采用不锈钢试样勺并涂上涂料。 B、成分调整 当快速分析结果和合金成分要求不相符时，就应调整成分——冲淡或补料。 （1）补料。快速分析结果低于合金化学成分要求时需要补料。为了使补料准确，应按下列原则进行计算：熔铸炉设备使用与维护操作规程1.目的为规范对熔铸设备的操作，更好地使用和维护设备，使其最大限度地发挥使用效能，确保安全生产正常运行。2.范围本规程规定了熔铸炉设备操作使用与维护。3.熔铸设备的使用与维护3.1．熔炼炉的技术参数性能：用途熔炼高纯铝及其合金装炉量15T 铝液出炉温度700℃～750℃熔化时间4小时喷枪数量2台耗油量70～75㎏/T炉腔最高温度1100℃预热空气温度300℃3.2．熔铸操作规程3.2.1．开启前，首先检查燃气系统、电源系统、机械系统是否正常，检查管道阀门是否关闭，燃气管道是否泄漏。3.2.2．燃气总压力5kgf/cm2，压力有无波动，减压后压力为10Kpa.3.2.3．开启炉门为最大行程。3.2.4．启动冷却风机。3.2.5．启动燃烧风机，使风机风量到10％风量，吹风2min。3.2.6．用明火投入炉中，观察有无易燃气体。3.2.7．用明火放置炉内1＃燃烧器口内。3.2.8．开启燃烧总阀，调节燃气1＃分阀慢开10％，使燃气正常燃烧；若没有点燃应立即关闭燃气分阀1＃，开足风量排出多余的燃气，重新按3.2.5、3.2.8步骤进行。3.2.9．调节1＃燃气压力和空气量，使火焰呈桔红色。3.2.10．2＃燃烧器同1＃点火操作步骤。3.3．系统关机3.3.1．关闭燃气总阀3.3.2．关闭1＃、2＃燃气分阀3.3.3．关闭燃烧风机，除冷却风机外，所有用电设备均断电。 注意事项：1.点火前，必须打开炉门。2.设备必须具备工作时条件。3.调试设备一切正常。1、点火后，炉门下余留10cm间隙。2、调整燃气总阀、支阀时，以火焰不溢出为准。3、严禁过烧超过760℃。系统维护：1．出现炉门钢丝绳断股时及时更换。2．当热电偶损坏后，测温系统不是炉内实际温度，因而操作手注意铝液的温度和颜色，及时识别温度显示并更换热电偶以防止事故。3.每月一次清理，清除铝垢。浇铸炉使用与维护操作规程1．目的为规范浇铸机设备的操作，更好的使用和维护设备，使其发挥使用效能。2．范围本规程规定了浇铸机的使用和维护。3．浇铸机的操作规程3.1．检查四根钢丝绳有无断股、碰伤，油润滑是否均匀。 3.2．底盘是否水平。3.3．电源系统是否正常，变速箱运行时有无异常声音；连轴器的螺丝是否紧固。3.4．导绳器的轴承是否完好。3.5．启动下降开关，根据铝棒的直径大小、铝液温度、水压调整变频器到合适的下降速度。3.6．浇铸完后，必须将铝棒吊完后，才能上升，否则会造成钢丝绳断裂、拉伸。3.7．工作完毕后，将底盘上升出水面以上，防止钢丝绳长期浸泡水中。维护及注意事项：1．变速箱严禁缺油，每月检查一次。2．焊电焊时，操作工严禁用钢丝绳作地线。3．定期给钢丝绳上油（钙基润滑油）。4．电机的绝缘必须≥50mΩ，以免发生意外。5．两个卷筒必须在同一轴线，必须由维护工定期校核。铝合金熔铸工艺及常见的缺陷一、铸造概论　　在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛，是其他合金所无法比拟的，铝合金铸造的种类如下： 　　由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。　　1、铝合金铸造工艺性能　　铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。　　(1)流动性　　流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。　　影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。　　(2)收缩性　　收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。　　铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。　　①体收缩　　体收缩包括液体收缩与凝固收缩。　　铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在铸件顶部 或截面厚大的热节处。分散性缩孔形貌分散而细小，大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到，显微缩孔大部分分布在晶界下或树枝晶的枝晶间。　　缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一，产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现，铸造铝合金凝固范围越小，越易形成集中缩孔，凝固范围越宽，越易形成分散性缩孔，因此，在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则，即铸件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充，是缩孔和疏松集中在铸件外部冒口中。对易产生分散疏松的铝合金铸件，冒口设置数量比集中缩孔要多，并在易产生疏松处设置冷铁，加大局部冷却速度，使其同时或快速凝固。　　②线收缩　　线收缩大小将直接影响铸件的质量。线收缩越大，铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大；冷却后铸件尺寸及形状变化也越大。对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率，即使同一合金，铸件不同，收缩率也不同，在同一铸件上，其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况而定。　　(3)热裂性　　铝铸件热裂纹的产生，主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力，大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化，失去金属光泽。裂纹沿晶界延伸，形状呈锯齿形，表面较宽，内部较窄，有的则穿透整个铸件的端面。　　不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同，这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整的结晶框架的温度与凝固温度之差越大，合金收缩率就越大，产生热裂纹倾向也越大，即使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不同。生产中常采用退让性铸型，或改进铸铝合金的浇注系统等措施，使铝铸件避免产生裂纹。通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。　　(4)气密性　　铸铝合金气密性是指腔体型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度，气密性实际上表征了铸件内部组织致密与纯净的程度。　　铸铝合金的气密性与合金的性质有关，合金凝固范围越小，产生疏松倾向也越小，同时产生 析出性气孔越小，则合金的气密性就越高。同一种铸铝合金的气密性好坏，还与铸造工艺有关，如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度以及在压力下凝固结晶等，均可使铝铸件的气密性提高。也可用浸渗法堵塞泄露空隙来提高铸件的气密性。　　(5)铸造应力　　铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三种。各种应力产生的原因不尽相同。　　①热应力　　热应力是由于铸件不同的几何形状相交处断面厚薄不均，冷却不一致引起的。在薄壁处形成压应力，导致在铸件中残留应力。　　②相变应力　　相变应力是由于某些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变，随之带来体积尺寸变化。主要是铝铸件壁厚不均，不同部位在不同时间内发生相变所致。　　③收缩应力　　铝铸件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。这种应力是暂时的，铝铸件开箱是会自动消失。但开箱时间不当，则常常会造成热裂纹，特别是金属型浇注的铝合金往往在这种应力作用下容易产生热裂纹。　　铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能，影响铸件的加工精度。铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。合金因导热性好，冷却过程中无相变，只要铸件结构设计合理，铝铸件的残留应力一般较小。　　(6)吸气性　　铝合金易吸收气体，是铸造铝合金的主要特性。液态铝及铝合金的组分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收所致。　　铝合金熔液温度越高，吸收的氢也越多；在700℃时，每100g铝中氢的溶解度为0.5～0.9，温度升高到850℃时，氢的溶解度增加2～3倍。当含碱金属杂质时，氢在铝液中的溶解度显著增加。　　铸铝合金除熔炼时吸气外，在浇入铸型时也会产生吸气，进入铸型内的液态金属随温度下降， 气体的溶解度下降，析出多余的气体，有一部分逸不出的气体留在铸件内形成气孔，这就是通常称的“针孔”。气体有时会与缩孔结合在一起，铝液中析出的气体留在缩孔内。若气泡受热产生的压力很大，则气孔表面光滑，孔的周围有一圈光亮层；若气泡产生的压力小，则孔内表面多皱纹，看上去如“苍蝇脚”，仔细观察又具有缩孔的特征。　　铸铝合金液中含氢量越高，铸件中产生的针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降低了铸件的气密性、耐蚀性，还降低了合金的力学性能。要获得无气孔或少气孔的铝铸件，关键在于熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护，合金的吸气量大为减少。对铝熔液作精炼处理，可有效控制铝液中的含氢量。　　　三、金属型铸造　　1、简介及工艺流程　　金属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造，是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法，铝合金金属型铸造大多采用金属型芯，也可采用砂芯或壳芯等方法，与压力铸造相比，铝合金金属型使用寿命长。　　2、铸造优点　　(1)优点　　金属型冷却速度较快，铸件组织较致密，可进行热处理强化，力学性能比砂型铸造高15%左右。　　金属型铸造，铸件质量稳定，表面粗糙度优于砂型铸造，废品率低。　　劳动条件好，生产率高，工人易于掌握。　　(2)缺点　　金属型导热系数大，充型能力差。　　金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效排气。　　金属型无退让性，易在凝固时产生裂纹和变形。　　3、金属型铸件常见缺陷及预防　　(1)针孔 　　预防产生针孔的措施：　　严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合物及被严重氧化腐蚀的材料。　　控制熔炼工艺，加强除气精炼。　　控制金属型涂料厚度，过厚易产生针孔。　　模具温度不宜太高，对铸件厚壁部位采用激冷措施，如镶铜块或浇水等。　　采用砂型时严格控制水分，尽量用干芯。　　(2)气孔　　预防气孔产生的措施：　　修改不合理的浇冒口系统，使液流平稳，避免气体卷入。　　模具与型芯应预先预热，后上涂料，结束后必须要烘透方可使用。　　设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。　　(3)氧化夹渣　　预防氧化夹渣的措施：　　严格控制熔炼工艺，快速熔炼，减少氧化，除渣彻底。Al－Mg合金必须在覆盖剂下熔炼。　　熔炉、工具要清洁，不得有氧化物，并应预热，涂料涂后应烘干使用。　　设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。　　采用倾斜浇注系统，使液流稳定，不产生二次氧化。　　选用的涂料粘附力要强，浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹渣。　　(4)热裂　　预防产生热裂的措施：　　实际浇注系统时应避免局部过热，减少内应力。　　模具及型芯斜度必须保证在2°以上，浇冒口一经凝固即可抽芯开模，必要时可用砂芯代替金属型芯。　　控制涂料厚度，使铸件各部分冷却速度一致。　　根据铸件厚薄情况选择适当的模温。 　　细化合金组织，提高热裂能力。　　改进铸件结构，消除尖角及壁厚突变，减少热裂倾向。　　(5)疏松预防产生疏松的措施：　　合理冒口设置，保证其凝固，且有补缩能力。　　适当调低金属型模具工作温度。　　控制涂层厚度，厚壁处减薄。　　调整金属型各部位冷却速度，使铸件厚壁处有较大的激冷能力。　　适当降低金属浇注温度。