熔煉是使金屬合金化的一種方法。它是采用加熱的方式改變金屬物態，使基體金屬和合金化組元按要求的配比熔制成成分均勻的熔體，并使其滿足內部純潔度、鑄造溫度和其他特定要求的一種工藝過程。熔體的品質對鋁材的加工性能和最終使用性能產生決定性的影響，如果熔體品質先天不足，將給制品的使用帶來潛在的危險，因此，熔煉又是對加工制品的品質起支配作用的一道關鍵工序。
變形鋁合金典型的熔煉工藝流程如下：熔爐準備→爐料準備→配料→裝爐→熔化→加銅加鋅→熔化后扒渣→加鎂加鈹→攪拌→取樣分析→調整成分→攪拌→扒渣→倒爐→精煉→扒渣覆蓋→靜置調溫→爐前測氫→出爐→清爐
上述工藝流程通常是在一臺熔煉爐和一臺靜置爐中完成的。其中，熔煉爐擔負熔化和調整成分的任務，靜置爐擔負凈化熔體和保溫的任務。這樣配置設備的好處是能充分發揮熔煉爐的生產效率，既保證熔煉品質，又提高產量。有些工廠將上述工藝流程，全放在一臺爐子中完成，此時，爐子擔負著熔煉和靜置的雙重任務，稱為熔煉保溫爐。如果爐子是單膛的，則這樣配置設備不能充分發揮熔煉爐的生產效率，能耗較大。另外，國內還有個別工廠采用在火焰反射爐中熔化，而后用澆包將鋁水轉入電阻反射爐中調整成分和溫度，再在靜置爐中凈化熔體和保溫的工藝流程。這樣的設備配置要占用三臺爐子，而且液態金屬轉注次數多，轉注時間也較長使熔體嚴重污染，熔損增大，轉注用的澆包還需專用設備加熱，因此，從品質、產量、能耗上都是十分不利的。
目前國內鋁材行業采用的熔煉方法大致有分批熔煉法和半連續熔煉法兩種。分批熔煉法指以一個熔次為一個周期，從裝爐、熔化開始至精煉、倒爐結束，一爐一清的熔煉方法。此法多適用于生產品質要求較高而批量又不太大的成品合金，以保證化學成分的準確和均勻。通常，所有特殊制品，即所有合金的鍛件和模鍛件；用于航空制造業的飛機大梁型材、階段變斷面型材和小空心大梁型材；用于原子能工業的合金制品等均采用這種方法熔煉。半連續熔煉法指以相同合金為一個生產周期，每次出爐量只有熔爐中熔體總量的二分之一至三分之一，隨即再裝入比上述稍多的新爐料繼續熔化的方法。該法的優點是爐料浸沒在熔體中，不僅減少了燒損，而且提高了熔化速度，同時爐內溫度波動不大，對爐底保護作用好，有利于提高爐齡。缺點是需要對成分進行有效控制，且爐內總有剩料，易造成局部過熱，使鑄錠產生粗大晶粒的傾向性增大。該法適用于熔煉批量大、爐料品位較低、對熔體品質無特殊要求的合金制品。通常，純鋁制品、6063建材制品及以回爐廢料為主要爐料的合金制品均采用此法熔煉。
鋁合金熔煉工藝
1、性能特征 目前壓鑄件數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0.6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。 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120200后在其表面涂上或噴上涂料可重復噴涂23次以獲得致密、均勻 的涂層隨后徐徐加熱到200300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 620680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的可能。從安全和維護合金 質量出發在連續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 首次使用前應置于熔爐側緩緩烘干36h溫度不高于80100。 坩堝 入爐前應先將爐壁加熱至200250然后將預熱的坩堝放入爐內的填磚上點火徐徐加 熱2030min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。 料錠加入坩堝切忌撞擊堝壁堝底如熔煉中發現鋁料板結 堝壁切莫扳撬防止損壞坩堝。 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 4鋁合金液的出水溫度應為720750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妥防止鋁液 飛濺傷人和卷入空氣當倒入的鋁液至離堝口端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境又會造成合金液的吸氣。發 現爐內冒出黑煙須調節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。 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。 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0.001-0.004的鈹。鈹一般以Al-BeF4與2號粉狀熔劑按11混合加入加 入后應進行充分攪拌。 Na BeF Al2NaFAlF 為防止鈹的中毒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。 拌應當平穩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生改變這種改變可能使熔體的真實成分與 配料計算值發生較大的偏差。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。 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。 補料。快速分析結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程 1.目的 為規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揮使用效能確保安全生產正常運行。 范圍本規程規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 3.1熔煉 爐的技術參數性能 用途 熔煉高純鋁及其合金 15T鋁液出爐溫度 700 750 熔化時間 4小時 噴槍數量 耗油量7075/T 爐腔最高溫度 1100 熱空氣溫度300 3.2熔鑄操作規程
3.2.1開啟前首先檢查燃氣系統、電源系統、機 械系統是否正常檢查管道閥門是否關閉燃氣管道是否泄漏。
3.2.2燃氣總壓力 5kgf/cm2壓力有無波動減壓后壓力為10Kpa.
3.2.3開啟爐門為最大行程。
3.2.4啟動冷 卻風機。 3.2.5啟動燃燒風機使風機風量到10風量吹風2min。
3.2.6用明火投入爐中 觀察有無易燃氣體。 3.2.7用明火放置爐內1燃燒器口內。
3.2.8開啟燃燒總閥調節燃 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
3.2.5、3.2.8步驟進行。
3.2.9調節1燃氣壓力和空氣量使火焰呈桔紅色。
3.2.102燃燒器同1點火操作步驟。
3.3系統關機 3.3.1關閉燃氣總閥
3.3.2關閉1、2燃
3.3.3關閉燃燒風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。 點火后爐門下余留10cm間隙。 嚴禁過燒超過760。 系統維護 1出現爐門鋼絲繩斷股時及時更換。
2當熱電偶損壞后 測溫系統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程 目的為規范澆鑄機設備的操作更好的使用和維護設備使其發揮使用效能。
2范圍 本規程規定了澆鑄機的使用和維護。 3澆鑄機的操作規程 3.1檢查四根鋼絲繩有無 斷股、碰傷油潤滑是否均勻。
3.2底盤是否水平。
3.3電源系統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。
3.4導繩器的軸承是否完好。
3.5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。
3.6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。
3.7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 變速箱嚴禁缺油每月檢查一次。 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、澆口形狀等有關。 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。 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收縮、凝固收縮和固態收縮。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 鋁合金收縮大小通常以百分數來表示稱為收縮率。
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部位。顯微縮孔肉眼難以看到顯微縮孔大部分分布 縮孔和疏松是鑄件的主要缺陷之一產生的原因是液態收縮大于固態收縮。生產中發現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。 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。
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等措施使鋁鑄件避免產生 裂紋。通常采用熱裂環法檢測鋁鑄件熱裂紋。 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。 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。 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 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生相變所致。 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。?庵鐘ακ竊菔 攘鹽啤?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 吸氣性鋁合金易吸收氣體是鑄造鋁合金的主要特性。液態鋁及鋁合金的組 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 0.50.9溫度升高到850時氫的溶解度增加23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 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、鑄造優點 優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定 表面粗糙度優于砂型鑄造廢品率低。 勞動條件好生產率高工人易于掌握。 缺點金屬型導熱系數大充型能力差。 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 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 氣孔預防氣孔產生的措施 修改不 合理的澆冒口系統使液流平穩避免氣體卷入。 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 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。AlMg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。 設計的澆注系統必須有穩流、緩沖、撇渣能力。 采用傾斜澆注系統使液流穩定不產 生二次氧化。 選用的涂料粘附力要強澆注過程中不產生剝落而進入鑄件中形成夾 預防產生熱裂的措施實際澆注系統時應避免局部過熱減少內應力。 具及型芯斜度必須保證在2以上澆冒口一經凝固即可抽芯開模必要時可用砂芯代替金屬型芯。 控制涂料厚度使鑄件各部分冷卻速度一致。 根據鑄件厚薄情況選擇適 細化合金組織提高熱裂能力。改進鑄件結構消除尖角及壁厚突變減少 熱裂傾向。 疏松預防產生疏松的措施 合理冒口設置保證其凝固且有補縮能力。 適當調低金屬型模具工作溫度。 控制涂層厚度厚壁處減薄。 調整金屬型各部位冷 卻速度使鑄件厚壁處有較大的激冷能力。 適當降低金屬澆注溫度。
變形鋁合金典型的熔煉工藝流程如下：熔爐準備→爐料準備→配料→裝爐→熔化→加銅加鋅→熔化后扒渣→加鎂加鈹→攪拌→取樣分析→調整成分→攪拌→扒渣→倒爐→精煉→扒渣覆蓋→靜置調溫→爐前測氫→出爐→清爐
上述工藝流程通常是在一臺熔煉爐和一臺靜置爐中完成的。其中，熔煉爐擔負熔化和調整成分的任務，靜置爐擔負凈化熔體和保溫的任務。這樣配置設備的好處是能充分發揮熔煉爐的生產效率，既保證熔煉品質，又提高產量。有些工廠將上述工藝流程，全放在一臺爐子中完成，此時，爐子擔負著熔煉和靜置的雙重任務，稱為熔煉保溫爐。如果爐子是單膛的，則這樣配置設備不能充分發揮熔煉爐的生產效率，能耗較大。另外，國內還有個別工廠采用在火焰反射爐中熔化，而后用澆包將鋁水轉入電阻反射爐中調整成分和溫度，再在靜置爐中凈化熔體和保溫的工藝流程。這樣的設備配置要占用三臺爐子，而且液態金屬轉注次數多，轉注時間也較長使熔體嚴重污染，熔損增大，轉注用的澆包還需專用設備加熱，因此，從品質、產量、能耗上都是十分不利的。
目前國內鋁材行業采用的熔煉方法大致有分批熔煉法和半連續熔煉法兩種。分批熔煉法指以一個熔次為一個周期，從裝爐、熔化開始至精煉、倒爐結束，一爐一清的熔煉方法。此法多適用于生產品質要求較高而批量又不太大的成品合金，以保證化學成分的準確和均勻。通常，所有特殊制品，即所有合金的鍛件和模鍛件；用于航空制造業的飛機大梁型材、階段變斷面型材和小空心大梁型材；用于原子能工業的合金制品等均采用這種方法熔煉。半連續熔煉法指以相同合金為一個生產周期，每次出爐量只有熔爐中熔體總量的二分之一至三分之一，隨即再裝入比上述稍多的新爐料繼續熔化的方法。該法的優點是爐料浸沒在熔體中，不僅減少了燒損，而且提高了熔化速度，同時爐內溫度波動不大，對爐底保護作用好，有利于提高爐齡。缺點是需要對成分進行有效控制，且爐內總有剩料，易造成局部過熱，使鑄錠產生粗大晶粒的傾向性增大。該法適用于熔煉批量大、爐料品位較低、對熔體品質無特殊要求的合金制品。通常，純鋁制品、6063建材制品及以回爐廢料為主要爐料的合金制品均采用此法熔煉。
鋁合金熔煉工藝
1、性能特征 目前壓鑄件數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0.6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。 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120200后在其表面涂上或噴上涂料可重復噴涂23次以獲得致密、均勻 的涂層隨后徐徐加熱到200300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 620680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的可能。從安全和維護合金 質量出發在連續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 首次使用前應置于熔爐側緩緩烘干36h溫度不高于80100。 坩堝 入爐前應先將爐壁加熱至200250然后將預熱的坩堝放入爐內的填磚上點火徐徐加 熱2030min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。 料錠加入坩堝切忌撞擊堝壁堝底如熔煉中發現鋁料板結 堝壁切莫扳撬防止損壞坩堝。 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 4鋁合金液的出水溫度應為720750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妥防止鋁液 飛濺傷人和卷入空氣當倒入的鋁液至離堝口端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境又會造成合金液的吸氣。發 現爐內冒出黑煙須調節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。 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。 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0.001-0.004的鈹。鈹一般以Al-BeF4與2號粉狀熔劑按11混合加入加 入后應進行充分攪拌。 Na BeF Al2NaFAlF 為防止鈹的中毒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。 拌應當平穩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生改變這種改變可能使熔體的真實成分與 配料計算值發生較大的偏差。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。 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。 補料。快速分析結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程 1.目的 為規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揮使用效能確保安全生產正常運行。 范圍本規程規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 3.1熔煉 爐的技術參數性能 用途 熔煉高純鋁及其合金 15T鋁液出爐溫度 700 750 熔化時間 4小時 噴槍數量 耗油量7075/T 爐腔最高溫度 1100 熱空氣溫度300 3.2熔鑄操作規程
3.2.1開啟前首先檢查燃氣系統、電源系統、機 械系統是否正常檢查管道閥門是否關閉燃氣管道是否泄漏。
3.2.2燃氣總壓力 5kgf/cm2壓力有無波動減壓后壓力為10Kpa.
3.2.3開啟爐門為最大行程。
3.2.4啟動冷 卻風機。 3.2.5啟動燃燒風機使風機風量到10風量吹風2min。
3.2.6用明火投入爐中 觀察有無易燃氣體。 3.2.7用明火放置爐內1燃燒器口內。
3.2.8開啟燃燒總閥調節燃 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
3.2.5、3.2.8步驟進行。
3.2.9調節1燃氣壓力和空氣量使火焰呈桔紅色。
3.2.102燃燒器同1點火操作步驟。
3.3系統關機 3.3.1關閉燃氣總閥
3.3.2關閉1、2燃
3.3.3關閉燃燒風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。 點火后爐門下余留10cm間隙。 嚴禁過燒超過760。 系統維護 1出現爐門鋼絲繩斷股時及時更換。
2當熱電偶損壞后 測溫系統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程 目的為規范澆鑄機設備的操作更好的使用和維護設備使其發揮使用效能。
2范圍 本規程規定了澆鑄機的使用和維護。 3澆鑄機的操作規程 3.1檢查四根鋼絲繩有無 斷股、碰傷油潤滑是否均勻。
3.2底盤是否水平。
3.3電源系統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。
3.4導繩器的軸承是否完好。
3.5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。
3.6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。
3.7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 變速箱嚴禁缺油每月檢查一次。 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、澆口形狀等有關。 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。 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收縮、凝固收縮和固態收縮。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 鋁合金收縮大小通常以百分數來表示稱為收縮率。
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部位。顯微縮孔肉眼難以看到顯微縮孔大部分分布 縮孔和疏松是鑄件的主要缺陷之一產生的原因是液態收縮大于固態收縮。生產中發現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。 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。
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等措施使鋁鑄件避免產生 裂紋。通常采用熱裂環法檢測鋁鑄件熱裂紋。 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。 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。 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 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生相變所致。 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。?庵鐘ακ竊菔 攘鹽啤?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 吸氣性鋁合金易吸收氣體是鑄造鋁合金的主要特性。液態鋁及鋁合金的組 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 0.50.9溫度升高到850時氫的溶解度增加23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 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、鑄造優點 優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定 表面粗糙度優于砂型鑄造廢品率低。 勞動條件好生產率高工人易于掌握。 缺點金屬型導熱系數大充型能力差。 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 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 氣孔預防氣孔產生的措施 修改不 合理的澆冒口系統使液流平穩避免氣體卷入。 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 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。AlMg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。 設計的澆注系統必須有穩流、緩沖、撇渣能力。 采用傾斜澆注系統使液流穩定不產 生二次氧化。 選用的涂料粘附力要強澆注過程中不產生剝落而進入鑄件中形成夾 預防產生熱裂的措施實際澆注系統時應避免局部過熱減少內應力。 具及型芯斜度必須保證在2以上澆冒口一經凝固即可抽芯開模必要時可用砂芯代替金屬型芯。 控制涂料厚度使鑄件各部分冷卻速度一致。 根據鑄件厚薄情況選擇適 細化合金組織提高熱裂能力。改進鑄件結構消除尖角及壁厚突變減少 熱裂傾向。 疏松預防產生疏松的措施 合理冒口設置保證其凝固且有補縮能力。 適當調低金屬型模具工作溫度。 控制涂層厚度厚壁處減薄。 調整金屬型各部位冷 卻速度使鑄件厚壁處有較大的激冷能力。 適當降低金屬澆注溫度。
