鋁合金熔煉工藝

鋁合金熔煉工藝鋁合金熔煉工藝鋁合金熔煉工藝V:1.0精細整理，僅供參考鋁合金熔煉工藝日期：20xx年X月鋁合金熔煉工藝

1、性能特征

目前壓鑄件數(shù)量最多的就是鋁合金，它具有重量輕、比強度高，有較高的力學性能和耐腐蝕性能等。但與鋅合金相比，它的鑄造性能相對要差，有粘模傾向，在熔煉中更易產生氧化、吸氣、偏析、夾渣、結晶粒大等缺陷，鐵是鋁合金中的有害元素，但鋁合金中的含鐵量低于%時，在生產過程中容易產生粘模，高于1%時，會使合金中力學性能降低。鋁合金"增鐵"的原因主要來自三個方面：

1）熔煉過程中，鐵和合金接觸機會較多，如坩堝、鐵勺、澆包、熔煉工具等，它們的表面均應涂上涂料。

2）鐵在鋁合金熔液中溶解速度隨溫度升高而增大，鋁合金熔煉溫度高于750℃時，即稱為"鋁合金過燒"，這時候鐵的溶解速度增大很快。

3）鋁合金中的增鐵除了溫度因素外，還與時間有關，即保溫時間越長，增鐵量越多，吸氣量也增加，因此盡量減少保溫時間對合金增鐵，吸氣的減少都是有利的。

2、鑄鐵坩堝及熔煉工具、涂料的使用方法

鑄鐵坩堝及工具預熱至120～200℃后，在其表面涂上或噴上涂料，可重復噴涂2～3次，以獲得致密、均勻的涂層，隨后徐徐加熱到200～300℃，以烘干排除水分。

3、熔煉坩堝

鑄鐵坩堝也用于鋁合金的保溫爐中，因鋁合金的熔化溫度高，易損壞坩堝，其損壞原因有以下因素：

1）表面涂料噴涂不好，造成坩堝腐蝕嚴重。

2）在正常情況下，采用鑄鐵坩堝保溫時，其溶液溫度為620～680℃（按不同合金牌號的鑄件的要求而異），如將鑄鐵坩堝作熔化兼保溫時，則堝壁最高溫度可達800℃以下；當合金過熱時，堝壁溫度可達850℃以上，如此溫度下，鑄鐵的抗拉強度很低，稍受載荷或沖擊，極可能出現(xiàn)裂紋。

3）由于鋁合金熔液對鐵的侵蝕使鑄鐵堝壁的內部和外表同時受到侵蝕和燒損，就會加劇裂紋出現(xiàn)的可能。從安全和維護合金質量出發(fā)，在連續(xù)使用時，應經常清除殘渣，涂上涂料，轉換坩堝方向使用。使用期限：作保溫用為150h左右；作熔化用為100h左右。

4）純鋁熔煉時，應用石墨坩堝。石墨坩堝易碎裂，并吸潮，搬運存放時必須輕挪輕放，避免撞擊，應存放在防曬及干燥的場合，使用時應注意以下事項：

①首次使用前，應置于熔爐側緩緩烘干36h，溫度不高于80～100℃。

②坩堝入爐前，應先將爐壁加熱至200～250℃，然后將預熱的坩堝放入爐內的填磚上，點火徐徐加熱20～30min；再開中火加熱坩堝，直到坩堝底呈暗紅色，再仔細觀察檢查坩堝確無傷裂，即可將合金放入進行熔化。

③料錠加入坩堝切忌撞擊堝壁堝底，如熔煉中發(fā)現(xiàn)鋁料板結堝壁，切莫扳撬，防止損壞坩堝。

④使用結束前，必須把坩堝內存余料全部舀出，熱坩堝切忌受潮，應放置在干燥的火磚上。4、熔煉方法

對于大中型壓鑄廠家鋁合金是采用中央熔爐熔煉后再分配到保溫爐保溫，而小型的壓鑄廠家，通常每臺壓鑄機配備一臺以輕柴油為燃料的熔爐，也可采用電熔爐。中央熔爐的熔煉操作要求如下：

1）錠料與回爐料應搭配使用，回爐料的比例不大于50%，回爐料是指澆口溢流槽、廢鑄件，不包括飛邊和殘屑。

2）入爐的料錠和回爐料的表面應干凈，干燥，先以小料（回爐料）填底，加入料錠，以防砸壞爐底。

3）爐料熔化開始即用覆蓋劑撒在液面上，要覆蓋全部金屬液面，防止氧化和吸氣。

4）鋁合金液的出水溫度應為720～750℃，盛鋁液的澆包應預熱及涂上涂料。當鋁液離澆包口端100mm處即停止放液,并以備好的干燥精煉劑用鐘罩壓入合金液底部，除氣精煉后即運至保溫爐保溫。5）從澆包中的鋁液倒入保溫爐坩堝時應穩(wěn)妥，防止鋁液飛濺傷人和卷入空氣，當?shù)谷氲匿X液至離堝口端50mm處止。6）表面氧化、污染和經油漆、電鍍的澆口或鑄件都不能直接加入中央熔爐，須經重新熔化處理后經化驗合格，凝固成塊后方可回爐。7）采用輕柴油爐熔煉，均不應產生濃黑煙霧，黑煙霧來自于柴油的不完全燃燒或爐料有油污，這不單是浪費燃料，污染環(huán)境，又會造成合金液的吸氣。發(fā)現(xiàn)爐內冒出黑煙，須調節(jié)風門大小，采取消除黑煙措施。金熔體中。因此，銅板如果加得過早，熔體未能將其蓋住，這樣將增加銅板的燒損；反之如果加得過晚，銅板來不及溶解和擴散，將延長熔化時間，影響合金的化學成分控制。

電爐熔煉時，應盡量避免更換電阻絲帶，以防臟物落入熔體中，污染金屬。

C、攪動熔體

熔化過程中應注意防止熔體過熱，特別是天然氣爐（或煤氣爐）熔煉時爐膛溫度高達1200℃，在這樣高的溫度下容易產生局部過熱。為此當爐料熔化之后，應適當攪動熔體，以使熔池里各處溫度均勻一致，同時也利于加速熔化。

扒渣與攪拌

當爐料在熔池里已充分熔化，并且熔體溫度達到熔煉溫度時，即可扒除熔體表面漂浮的大量氧化渣。

A、扒渣

扒渣前應先向熔體上均勻撒入粉狀熔劑，以使渣與金屬分離，有利于扒渣，可以少帶出金屬。扒渣要求平穩(wěn)，防止渣卷入熔體內。扒渣要徹底，因浮渣的存在會增加熔體的含氣量，并弄臟金屬。

B、加鎂加鈹

扒渣后便可向熔體內加入鎂錠，同時要用2號粉狀熔劑進行覆蓋，以防鎂的燒損。

對于高鎂鋁合金為防止鎂的燒損，并且改變熔體及鑄錠表面氧化膜的性質，在加鎂后須向熔體內加入少量（%%）的鈹。鈹一般以Al-BeF4與2號粉狀熔劑按1：1混合加入，加入后應進行充分攪拌。

NaBeF+Al→2NaF+AlF+Be

為防止鈹?shù)闹卸?，在加鈹操作時應戴好口罩。另外，加鈹后扒也的渣滓應堆積在專門的堆放場地或作專門處理。

C、攪拌

在取樣之前，調整化學成分之后，都應當及時進行攪拌。其目的在于使合金成分均勻分布和熔體內溫度趨于一致。這看起來似乎是一種極其簡單的操作，但是在工藝過程中是很重要的工序。因為，一些密度較大的合金元素容易沉底，另外合金元素的加入不可能絕對均勻，這就造成了熔體上下層之間，爐內各區(qū)域之間合金元素的分布不均勻。如果攪拌不徹底（沒有保證足夠長的時間和消滅死角），容易造成熔體化學成分不均勻。

攪拌應當平穩(wěn)進行，不應激起太大的波浪，以防氧化膜卷入熔體中。

調整成分

在熔煉過程中，由于各種原因都可能會使合金成分發(fā)生改變，這種改變可能使熔體的真實成分與配料計算值發(fā)生較大的偏差。因而需在爐料熔化后，取樣進行快速分析，以便根據分析結果是否需要調整成分。

A、取樣熔體經充分攪拌后，即應取樣進行爐前快速分析，分析化學成分是否符合標準要求。取樣時的爐內熔體溫度應不低于熔煉溫度中限。

快速分析試樣的取樣部位要有代表性，開然氣爐（或煤氣爐）在兩個爐門中心部位各取一組試樣，電爐在二分之一熔體的中心部位取兩組試樣。取樣前試樣勺要進行預熱，對于高純鋁及鋁合金，這了防止試樣勺污染，取樣應采用不銹鋼試樣勺并涂上涂料。

B、成分調整

當快速分析結果和合金成分要求不相符時，就應調整成分——沖淡或補料。

（1）補料?？焖俜治鼋Y果低于合金化學成分要求時需要補料。為了使補料準確，應按下列原則進行計算：熔鑄爐設備使用與維護操作規(guī)程1.目的為規(guī)范對熔鑄設備的操作，更好地使用和維護設備，使其最大限度地發(fā)揮使用效能，確保安全生產正常運行。2.范圍本規(guī)程規(guī)定了熔鑄爐設備操作使用與維護。3.熔鑄設備的使用與維護．熔煉爐的技術參數(shù)性能：用途熔煉高純鋁及其合金裝爐量15T鋁液出爐溫度700℃～750℃熔化時間4小時噴槍數(shù)量2臺耗油量70～75㎏/T爐腔最高溫度1100℃預熱空氣溫度300℃．熔鑄操作規(guī)程，首先檢查燃氣系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機械系統(tǒng)是否正常，檢查管道閥門是否關閉，燃氣管道是否泄漏。，壓力有無波動，減壓后壓力為10Kpa.，使風機風量到10％風量，吹風2min。，觀察有無易燃氣體。，調節(jié)燃氣1＃分閥慢開10％，使燃氣正常燃燒；若沒有點燃應立即關閉燃氣分閥1＃，開足風量排出多余的燃氣，重新按，使火焰呈桔紅色。．系統(tǒng)關機，除冷卻風機外，所有用電設備均斷電。注意事項：1.點火前，必須打開爐門。2.設備必須具備工作時條件。3.調試設備一切正常。1、點火后，爐門下余留10cm間隙。2、調整燃氣總閥、支閥時，以火焰不溢出為準。3、嚴禁過燒超過760℃。系統(tǒng)維護：1．出現(xiàn)爐門鋼絲繩斷股時及時更換。2．當熱電偶損壞后，測溫系統(tǒng)不是爐內實際溫度，因而操作手注意鋁液的溫度和顏色，及時識別溫度顯示并更換熱電偶以防止事故。3.每月一次清理，清除鋁垢。澆鑄爐使用與維護操作規(guī)程1．目的為規(guī)范澆鑄機設備的操作，更好的使用和維護設備，使其發(fā)揮使用效能。2．范圍本規(guī)程規(guī)定了澆鑄機的使用和維護。3．澆鑄機的操作規(guī)程．檢查四根鋼絲繩有無斷股、碰傷，油潤滑是否均勻。．底盤是否水平。．電源系統(tǒng)是否正常，變速箱運行時有無異常聲音；連軸器的螺絲是否緊固。．導繩器的軸承是否完好。．啟動下降開關，根據鋁棒的直徑大小、鋁液溫度、水壓調整變頻器到合適的下降速度。．澆鑄完后，必須將鋁棒吊完后，才能上升，否則會造成鋼絲繩斷裂、拉伸。．工作完畢后，將底盤上升出水面以上，防止鋼絲繩長期浸泡水中。維護及注意事項：1．變速箱嚴禁缺油，每月檢查一次。2．焊電焊時，操作工嚴禁用鋼絲繩作地線。3．定期給鋼絲繩上油（鈣基潤滑油）。4．電機的絕緣必須≥50mΩ，以免發(fā)生意外。5．兩個卷筒必須在同一軸線，必須由維護工定期校核。鋁合金熔鑄工藝及常見的缺陷一、鑄造概論

在鑄造合金中，鑄造鋁合金的應用最為廣泛，是其他合金所無法比擬的，鋁合金鑄造的種類如下：

由于鋁合金各組元不同，從而表現(xiàn)出合金的物理、化學性能均有所不同，結晶過程也不盡相同。故必須針對鋁合金特性，合理選擇鑄造方法，才能防止或在許可范圍內減少鑄造缺陷的產生，從而優(yōu)化鑄件。

1、鋁合金鑄造工藝性能鋁合金鑄造工藝性能，通常理解為在充滿鑄型、結晶和冷卻過程中表現(xiàn)最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分，但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的復雜程度、澆冒口系統(tǒng)、澆口形狀等有關。

(1)流動性

流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造復雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。

影響流動性的因素很多，主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒，但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力（俗稱澆注壓頭）的高低。

實際生產中，在合金已確定的情況下，除了強化熔煉工藝（精煉與除渣）外，還必須改善鑄型工藝性（砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度），并在不影響鑄件質量的前提下提高澆注溫度，保證合金的流動性。

(2)收縮性

收縮性是鑄造鋁合金的主要特征之一。一般講，合金從液體澆注到凝固，直至冷到室溫，共分為三個階段，分別為液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮。合金的收縮性對鑄件質量有決定性的影響，它影響著鑄件的縮孔大小、應力的產生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮，在實際生產中一般應用線收縮來衡量合金的收縮性。

鋁合金收縮大小，通常以百分數(shù)來表示，稱為收縮率。

①體收縮

體收縮包括液體收縮與凝固收縮。

鑄造合金液從澆注到凝固，在最后凝固的地方會出現(xiàn)宏觀或顯微收縮，這種因收縮引起的宏觀縮孔肉眼可見，并分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中，并分布在鑄件頂部或截面厚大的熱節(jié)處。分散性縮孔形貌分散而細小，大部分分布在鑄件軸心和熱節(jié)部位。顯微縮孔肉眼難以看到，顯微縮孔大部分分布在晶界下或樹枝晶的枝晶間?？s孔和疏松是鑄件的主要缺陷之一，產生的原因是液態(tài)收縮大于固態(tài)收縮。生產中發(fā)現(xiàn)，鑄造鋁合金凝固范圍越小，越易形成集中縮孔，凝固范圍越寬，越易形成分散性縮孔，因此，在設計中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則，即鑄件在液態(tài)到凝固期間的體收縮應得到合金液的補充，是縮孔和疏松集中在鑄件外部冒口中。對易產生分散疏松的鋁合金鑄件，冒口設置數(shù)量比集中縮孔要多，并在易產生疏松處設置冷鐵，加大局部冷卻速度，使其同時或快速凝固。

②線收縮

線收縮大小將直接影響鑄件的質量。線收縮越大，鋁鑄件產生裂紋與應力的趨向也越大；冷卻后鑄件尺寸及形狀變化也越大。

對于不同的鑄造鋁合金有不同的鑄造收縮率，即使同一合金，鑄件不同，收縮率也不同，在同一鑄件上，其長、寬、高的收縮率也不同。應根據具體情況而定。

(3)熱裂性

鋁鑄件熱裂紋的產生，主要是由于鑄件收縮應力超過了金屬晶粒間的結合力，大多沿晶界產生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化，失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸，形狀呈鋸齒形，表面較寬，內部較窄，有的則穿透整個鑄件的端面。

不同鋁合金鑄件產生裂紋的傾向也不同，這是因為鑄鋁合金凝固過程中開始形成完整的結晶框架的溫度與凝固溫度之差越大，合金收縮率就越大，產生熱裂紋傾向也越大，即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結構、澆注工藝等因素產生熱裂紋傾向也不同。生產中常采用退讓性鑄型，或改進鑄鋁合金的澆注系統(tǒng)等措施，使鋁鑄件避免產生裂紋。通常采用熱裂環(huán)法檢測鋁鑄件熱裂紋。

(4)氣密性鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度，氣密性實際上表征了鑄件內部組織致密與純凈的程度。

鑄鋁合金的氣密性與合金的性質有關，合金凝固范圍越小，產生疏松傾向也越小，同時產生析出性氣孔越小，則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞，還與鑄造工藝有關，如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結晶等，均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。

(5)鑄造應力

鑄造應力包括熱應力、相變應力及收縮應力三種。各種應力產生的原因不盡相同。

①熱應力

熱應力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均，冷卻不一致引起的。在薄壁處形成壓應力，導致在鑄件中殘留應力。

②相變應力

相變應力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產生相變，隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均，不同部位在不同時間內發(fā)生相變所致。

③收縮應力

鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產生拉應力所致。這種應力是暫時的，鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當，則常常會造成熱裂紋，特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應力作用下容易產生熱裂紋。鑄鋁合金件中的殘留應力降低了合金的力學性能，影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火處理消除。合金因導熱性好，冷卻過程中無相變，只要鑄件結構設計合理，鋁鑄件的殘留應力一般較小。

(6)吸氣性

鋁合金易吸收氣體，是鑄造鋁合金的主要特性。液態(tài)鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒產物及鑄型等所含水分發(fā)生反應而產生的氫氣被鋁液體吸收所致。

鋁合金熔液溫度越高，吸收的氫也越多；在700℃時，每100g鋁中氫的溶解度為～，溫度升高到850℃時，氫的溶解度增加2～3倍。當含堿金屬雜質時，氫在鋁液中的溶解度顯著增加。

鑄鋁合金除熔煉時吸氣外，在澆入鑄型時也會產生吸氣，進入鑄型內的液態(tài)金屬隨溫度下降，氣體的溶解度下降，析出多余的氣體，有一部分逸不出的氣體留在鑄件內形成氣孔，這就是通常稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結合在一起，鋁液中析出的氣體留在縮孔內。若氣泡受熱產生的壓力很大，則氣孔表面光滑，孔的周圍有一圈光亮層；若氣泡產生的壓力小，則孔內表面多皺紋，看上去如“蒼蠅腳”，仔細觀察又具有縮孔的特征。

鑄鋁合金液中含氫量越高，鑄件中產生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅降低了鑄件的氣密性、耐蝕性，還降低了合金的力學性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件，關鍵在于熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護，合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉處理，可有效控制鋁液中的含氫量。

三、金屬型鑄造

1、簡介及工藝流程

金屬型鑄造又稱硬模鑄造或永久型鑄造，是將熔煉好的鋁合金澆入金屬型中獲得鑄件的方法，鋁合金金屬型鑄造大多采用金屬型芯，也可采用砂芯或殼芯等方法，與壓力鑄造相比，鋁合金金屬型使用壽命長。2、鑄造優(yōu)點

(1)優(yōu)點

金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較致密，可進行熱處理強化，力學性能比砂型鑄造高15%左右。

金屬型鑄造，鑄件質量穩(wěn)定，表面粗糙度優(yōu)于砂型鑄造，廢品率低。

勞動條件好，生產率高，工人易于掌握。

(2)缺點

金屬型導熱系數(shù)大，充型能力差。

金屬型本身無透氣性。必須采取相應措施才能有效排氣。

金屬型無退讓性，易在凝固時產生裂紋和變形。

3、金屬型鑄件常見缺陷及預防

(1)針孔

預防產生針孔的措施：

嚴禁使用被污染的鑄造鋁合金材料、沾有有機化合物及被嚴重氧化腐蝕的材料。

控制熔煉工藝，加強除氣精煉。

控制金屬型涂料厚度，過厚易產生針孔。

模具溫度不宜太高，對鑄件厚壁部位采用激冷措施，如鑲銅塊或澆水等。

采用砂型時嚴格控制水分，盡量用干芯。

(2)氣孔

預防氣孔產生的措施：

修改不合理的澆冒口系統(tǒng)，使液流平穩(wěn)，避免氣體卷入。

模具與型芯應預先預熱，后上涂料，結束后必須要烘透方可使用。

設計模具與型芯應考慮足夠的排氣措施。

(3)氧化夾渣

預防氧化夾渣的措施：嚴格控制熔煉工藝，快速熔煉，減少氧化，除渣徹底。Al－Mg合金必須在覆蓋劑下熔煉。

熔爐、工具要清潔，不得有氧化物，并應預熱，涂料涂后應烘干使用。

設計的澆注系統(tǒng)必須有穩(wěn)流、緩沖、撇渣能力。

采用傾斜澆注系統(tǒng)，使液流穩(wěn)定，不產生二次氧化。

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