《鋁合金生產(chǎn)技術(shù)》(熔煉.鑄造)教案

1、鋁合金生產(chǎn)技術(shù)（熔煉.鑄造）有色金屬鋁合金常見的鑄造方法：低壓鑄造、差壓鑄造、石膏精密鑄造、真空吸鑄造等先進(jìn)的鑄造方法已用于鋁合金鑄造。鋁及鋁合金的分類:鑄造鋁合金：目前現(xiàn)有的分為Al-Si系，（含Si量4%22%）Al-Cu系（含Cu量3%11%），Al-Mg系（含Mg有4%11%），Al-Zn系（10%以上，）Al-RE系5類。變形鋁合金:（又稱加工鋁合金）主要通過鍛造，滾軋，輾壓，擠壓等方式給鋁合金施以外力，我國(guó)的變形鋁合金牌號(hào)是怎樣表示的：根據(jù)GBT16474-1996“變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法”，凡是化學(xué)成份與變形鋁及鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)協(xié)議組織命名的合金相同的所有合金，采用4位字符

2、牌號(hào)命名，第1、2、3、4位為阿拉伯?dāng)?shù)字，第2位為英文大寫字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌號(hào)的第1位數(shù)字表示鋁及鋁合金的組別，鋁合金組別按主要元素來確定，1*為純鋁，（鋁含量不小于99.00%），2*是以銅為主要合金元素的鋁合金，3*是以錳為主要合金元素的鋁合金，4*是以硅為主要合金元素的鋁合金，5*是以鎂為主要合金元素的鋁合金，6*鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金，7*是以鋅為主要合金元素的鋁合金，8*是以其它合金元素為主要的鋁合金，9*為備用合金組。如： 1060是最低鋁含量為99.6%的工業(yè)純鋁。1035工業(yè)純鋁是一種鋁含量大于99。50%的電工鋁，

3、其中有3種雜質(zhì)應(yīng)受到控制，即（V+Ti）0.02%,(B) 0.05%,(Ga)0.03%。Al-Si鋁合金其含Si量422%，我國(guó)有18種。結(jié)合我公司產(chǎn)品針對(duì)不同的合金使用不同的熔劑，通常根據(jù)變質(zhì)方法來確定，如：使用Sr，Na，變質(zhì)可使用通用型熔劑，使用P變質(zhì)使用無鈉型熔劑。一般使用熔劑有：高溫和低溫是根據(jù)各個(gè)生產(chǎn)工藝來制定。變形鋁合金推薦產(chǎn)品有：AJ2，AZ1，AF1，（無鈉型）以及元素添加劑和細(xì)化劑，微量元素與雜質(zhì)對(duì)鋁合金性能的影響1：Na（鈉） Na可以把共晶Si的晶粒細(xì)化并變成粒狀，使強(qiáng)度和韌性都獲得很大的提高質(zhì)，所以從此便出現(xiàn)了變處理。加入量一般控制在0。01%0。04%Na以含有

4、金屬Na或鈉鹽的熔劑加入到鋁液中去的，由于Na與氧的親和力大于Al與氧的親和力，其缺點(diǎn)是：鈉是化學(xué)活性元素，在變質(zhì)處理中氧化燒損激烈，冒白色煙霧，對(duì)人體和環(huán)境都有危害，操作也不太安全，特別是易坩堝腐蝕損壞，變質(zhì)溫度高750780，燒損大，故其有效變質(zhì)時(shí)間很短，僅在1h即失效。2：Sr（鍶） Sr比Na持續(xù)變質(zhì)作用時(shí)間長(zhǎng)，約為Na的3倍多，最多可達(dá)67h加入到鋁合金液中不象Na那樣氧化激烈，燒損大，其添加量，0.040.06%，超過0.06%時(shí)，合金性能有所下降，因?yàn)槌霈F(xiàn)了脆化的Al2SiSr化合物的緣故。在爐料熔清并且進(jìn)行了精煉處理后加入合金液中。變質(zhì)溫度在720730，鋁液中存在CI，F(xiàn)，P

5、時(shí)與Sr反應(yīng)使變質(zhì)作用消失，不能用NaCI，NaF精煉，不能含P的回爐料。 3：P（磷）P 在鋁合金中形成閃鋅礦型AlP結(jié)晶，其晶格常數(shù)幾乎與金剛石型Si晶體晶格常數(shù)一樣，它會(huì)和Na，Sr，Sb形成化合物，降低它們對(duì)共晶硅結(jié)晶的細(xì)化效果，所以已經(jīng)使用Na，Sr，Sb作為過變質(zhì)處理的鋁合金，不能再加入P來作變質(zhì)處理，P-的添加量約為爐料總量的0.5%。在使用時(shí)嚴(yán)禁使用含鈉的金屬熔劑。4：Sb（銻）Sb（銻）它對(duì)亞共晶和過共晶AlSi合金都有較好的變質(zhì)作用，添加量約為爐料總量的0.2%0.4%，Sb的變質(zhì)效果與合金的冷卻速度有關(guān)，當(dāng)冷卻速度快時(shí)，變質(zhì)作用可得到充分發(fā)揮，（如在金屬型中鑄造和薄壁鑄件

6、）當(dāng)冷卻速度慢（如在石膏型或者砂型中鑄造及厚壁鑄件）時(shí)，其變質(zhì)作用差。但要注意，已經(jīng)用過鈉和鍶變質(zhì)了的不能再加入銻來變質(zhì)，因?yàn)檫@樣使合金的晶粒粗大，性能變壞效果降低，5：AlTi5B（鋁鈦硼）這是一種先進(jìn)的細(xì)化晶粒的現(xiàn)代方法，其優(yōu)點(diǎn)是：細(xì)化效果好，利用率高，使用量節(jié)省，加量為0.05%0.35%.適用于變形鋁合金的晶粒細(xì)化處理。主要是TiB3，TiAl3這兩類微細(xì) 粒均成為鋁合金結(jié)晶時(shí)，外來的有效異質(zhì)結(jié)晶核使合金晶粒得到細(xì)化，有效地防止了鑄件或型材的裂紋，提高了合金的機(jī)械性能。6：AlRE（鋁稀土） 利用AlRE合金的稀土變質(zhì)法，是在鋁合金液溫度為720760，加入占爐料總重量的0.21.0%

7、的AlRE合金，其優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)Al及共晶組織均有明顯的細(xì)化效果，有效好的精煉凈化作用，可顯著提高合金的機(jī)械性能，變質(zhì)時(shí)間長(zhǎng)，如果操作不當(dāng)時(shí)會(huì)使RE氧化，燒損也較大，還有可能產(chǎn)生高熔點(diǎn)的偏聚物沉降。 鋁合金的變質(zhì)處理和孕育處理由于在鋁合金中使用最多使用面最廣的鋁合金尤其是亞共晶含Si量為5%13%，共晶型含Si量為13%22%鋁合金，隨著含Si量的增加，共晶體（a+Si）也隨之增加，其鑄造性能優(yōu)良，但共晶硅呈粗大的針狀或板狀，顯著降低合金的強(qiáng)度和塑性，所以要對(duì)它進(jìn)行變質(zhì)處理，阻止凝固時(shí)先析出粗大的Si晶體，便成為小粒狀。鋁合金熔煉的一般工藝根據(jù)所熔煉的合金種類和熔煉爐的種類決定鋁合金的具體工藝流程

8、，一般的流程不外乎是： 配料計(jì)算準(zhǔn)備金屬爐料準(zhǔn)備非金屬材料選擇并準(zhǔn)備熔化，保溫爐及工具裝爐及熔化爐前分析，調(diào)整成分精煉合金液脫氧或扒渣變質(zhì)處理，細(xì)化晶粒靜置，保溫澆鑄例如：ZL102合金的熔煉工藝1：熔煉前的準(zhǔn)備工作1） 清爐和洗爐，2） 預(yù)熱熔爐，（坩堝）工具到200300， 3） 刷涂料4） 清理，預(yù)熱爐料5） 準(zhǔn)備好熔劑，變質(zhì)劑2：配料計(jì)算1）由于Si的含量大，易燒損大，故配料計(jì)算時(shí)應(yīng)取上限3：裝爐次序及裝料1） 回爐料2） 鋁硅中間合金3） 鋁錠4：熔煉及精煉 爐料裝好后，升溫熔化爐料，等爐料全熔后，除凈浮渣，升溫到700720ºC，用爐料總重量的1%2%的精煉劑分3次用鐘罩

9、壓人熔池中心下面精煉合金液，精煉總時(shí)間為1015min。鐘罩離爐底100150mm深處，并且要緩慢地作回轉(zhuǎn)移動(dòng)，精煉完后，靜置510min取樣分析，若化學(xué)成分出現(xiàn)低于或者高于標(biāo)準(zhǔn)成分的情況，則要作補(bǔ)料或沖淡的調(diào)整成分工作。5：變質(zhì)處理當(dāng)溫度達(dá)到730750時(shí)，進(jìn)行變質(zhì)處理，變質(zhì)總時(shí)間為1518min。6：:澆注當(dāng)溫度達(dá)到760時(shí)扒渣出爐，同時(shí)澆注化學(xué)成分和機(jī)械性能的試樣。熔液質(zhì)量與鑄造性能，鑄造缺陷一， 流動(dòng)性：流行性的好壞，主要由化學(xué)成分來決定，含氣量的影響很小。夾雜物的含量有一定的影響，夾雜物含量多時(shí)，會(huì)阻礙流動(dòng)性，溫度的影響則是最大，而溫度的影響，實(shí)際上包括熔液澆入的鑄型的溫度這兩個(gè)方面

10、。二， 收縮性：收縮性是各種金屬或合金所固有的特性。金屬或合金從液體態(tài)到凝固完畢冷卻到室溫，要產(chǎn)生體積和尺寸上的變化，這種體積和尺寸的變化，我們把它總稱為收縮。三， 鑄造裂紋，鑄造裂紋是在大部分金屬或合金液已經(jīng)凝固，液相很少，鑄件產(chǎn)生收縮應(yīng)力的冷卻過程中的伴生現(xiàn)象。此時(shí)金屬或合金的線收縮量大，但其強(qiáng)度低，處于鑄型或模具中大多數(shù)情況下不能自由收縮的鑄件，將它的薄弱部位（平時(shí)常說的不合理部位）如熱帶，直角轉(zhuǎn)接等部位產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，當(dāng)鑄型的阻力大小此收縮應(yīng)力（即不能退讓），而此時(shí)金屬或合金的強(qiáng)度小于此收縮力時(shí)，便產(chǎn)生裂紋。鑄造缺陷：氣孔，夾渣，砂眼，夾砂，氧化夾渣（雜），縮（疏松），裂紋，欠鑄，

11、偏析，針孔，一 氧化夾渣缺陷特征：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉(zhuǎn)角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經(jīng)x光透視或在機(jī)械加工時(shí)發(fā)現(xiàn)，也可在堿洗、酸洗或陽(yáng)極化時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生原因：1.爐料不清潔，回爐料使用量過多2.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良3.合金液中的熔渣未清除干凈，4.澆注操作不當(dāng)，帶入夾渣5.精煉變質(zhì)處理后靜置時(shí)間不夠 防止方法： 1.爐料應(yīng)經(jīng)過吹砂，回爐料的使用量適當(dāng)降低  2.改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高其擋渣能力  3.采用適當(dāng)?shù)娜蹌┤ピ?4.澆注時(shí)應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)并應(yīng)注意擋渣5.精煉后澆注前合金液應(yīng)靜置一定時(shí)間。 二 氣孔  氣泡缺陷特征：  

12、0;三鑄件壁內(nèi)氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發(fā)亮的氧化皮，有時(shí)呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氣孔 氣泡可通過X光透視或機(jī)械加工發(fā)現(xiàn)氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色 產(chǎn)生原因：1.澆注合金不平穩(wěn)，卷入氣體    2.型（芯）砂中混入有機(jī)雜質(zhì) 3.鑄型和砂芯通氣不良 4.冷鐵表面有縮孔  5.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良。 防止方法1.正確掌握澆注速度，避免卷入氣體。2.型（芯）砂中不得混入有機(jī)雜質(zhì)以減少造型材料的發(fā)氣量 3.改善（芯）砂的排氣能力4.正確選用及處理冷鐵5.改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。三 縮松缺陷特

13、征  鋁鑄件縮松一般產(chǎn)生在內(nèi)澆道附近飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉(zhuǎn)接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態(tài)時(shí)斷口為灰色，淺黃色經(jīng)熱處理后為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈云霧狀嚴(yán)重的呈絲狀縮松可通過X光、熒光低倍 斷口等檢查方法發(fā)現(xiàn)<br>。產(chǎn)生原因：1.冒口補(bǔ)縮作用差2.爐料含氣量太多3.內(nèi)澆道附近過熱4.砂型水分過多，砂芯未烘干 5.合金晶粒粗大  6.鑄件在鑄型中的位置不當(dāng)  7.澆注溫度過高，澆注速度太快。  防止方法： 1.從冒口補(bǔ)澆金屬液，改進(jìn)冒口設(shè)計(jì) 2.爐料應(yīng)清潔無腐蝕  3.鑄件縮松處設(shè)置冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯(lián)用

14、60; 4.控制型砂水分，和砂芯干燥5.采取細(xì)化品粒的措施 6.改進(jìn)鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度。 四 裂紋 缺陷特征 ： 1.鑄造裂紋。沿晶界發(fā)展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和形狀較復(fù)雜的鑄件容易出現(xiàn)。        2.熱處理裂紋：由于熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在產(chǎn)生應(yīng)力和熱膨張系數(shù)較大的合金冷卻過劇?；虼嬖谄渌苯鹑毕輹r(shí)產(chǎn)生。 產(chǎn)生原因： 1.鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，有尖角，壁的厚薄變化過于懸殊。     2.砂型（

15、芯）退讓性不良  3.鑄型局部過熱4.澆注溫度過高5.自鑄型中取出鑄件過早   6.熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激。  防止方法：1.改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡。        2.采取增大砂型（芯）退讓性的措施3.保證鑄件各部分同時(shí)凝固或順序凝固，改進(jìn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.適當(dāng)降低澆注溫度  5.控制鑄型冷卻出型時(shí)間 6.鑄件變形時(shí)采用熱校正法 7.正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度。鋁及鋁合金的鑄造：1：砂型鑄造2：金屬型鑄造3；壓力鑄造4；低壓鑄造

16、5；差壓鑄造6；真空吸鑄法（CLA法），真空熔化吸鑄法（CLV法），真空砂型吸鑄法（CLAV法） 7；石膏型精密鑄造法變形鋁合金的鑄造：1：塊式鐵模鑄錠法2：立式半連續(xù)式鑄錠3：水平半連續(xù)或連續(xù)式鑄造根據(jù)熔煉的生產(chǎn)工藝結(jié)合我公司產(chǎn)品，大致分為高溫熔劑和低溫熔劑，如（高溫）火焰反射爐常用的產(chǎn)品：精煉劑（AJ2系列），打渣劑（AZ系列），覆蓋劑（AF系），細(xì)化劑（AlTi5B，AX系），元素添加劑，變質(zhì)劑（AlSr、AlRE、AB1、AB2等）。（低溫）坩堝爐常用的產(chǎn)品：精煉劑（AJ0系），除渣劑（AZ系列AJ系列），覆蓋劑（AF系列），細(xì)化劑（AlTi5B），變質(zhì)劑（AlSr、AlRE、Alsb

17、、AB1、AB2等）。在銷售產(chǎn)品過程中，一定要了解對(duì)方生產(chǎn)產(chǎn)品的牌號(hào)，爐形（容量）等等，有無特殊要求。主要產(chǎn)品品種與性能特點(diǎn)熔煉用輔助材料，包括除渣，保護(hù)，精煉，變質(zhì)，細(xì)化，元素添加與去除。除渣：主要提高（渣）非金屬物的溫度，將表面非金屬與金屬分離。AJ1類，AZ1類。保護(hù)：主要是防止氧化與吸氣AF類。精煉：主要將熔體內(nèi)的非金屬與氣體去除。AJ01C，AJ02C，AJ03C，AJ04C，AJ05C，AJ2，AJ203，AJ2A，AJ6。變質(zhì)：主要改善鋁合金中的硅相組織。AB1類，AB2類，AlSr類等等。細(xì)化：主要增加微細(xì)的結(jié)晶核使合金的晶粒得到細(xì)化，有效地防止鑄件或型材的裂紋，提高合金的力學(xué)

18、性能，AX1類AlTi5B類，AlER類等。元素添加：Mn75，Ti2075，Si95，F(xiàn)e75，Ni75, Cr75, Cu75, Zr75等等（請(qǐng)查看產(chǎn)品說明書）。什么叫金屬間化合物？ 金屬間化合物：金屬與金屬或金屬與某些非金屬之間所形成的化合物。（中間相）鋅合金鋅熔點(diǎn)為419.5，沸點(diǎn)為907主要適合于壓力鑄造或重力鑄造。鋅合金牌號(hào)表示方法：舉例：ZZnAl4Cu1Mg（Zn99，95）Z-鑄造代號(hào)，Zn基體金屬鋅的元素符號(hào)Al-鋁的元素符號(hào)4-鋁的名義百分含量Cu-銅的元素符號(hào)1-銅的名義百分含量Mg加入少量鎂鑄造鋅合金的分類1：按合金成分分類可分為四類Zn-Al系，Zn-Cu系，Zn

19、-Pb系Zn-Pb-Al系等。Zn-Al系合金一般含有少量的Cu，Mg以提高強(qiáng)度和改善耐蝕性。Zn-Cu系合金一般還含有Ti，也加入少量Cr。Zn-Pb-Al系合金一般用作沖制電池殼，并可制成各種小五金及體育運(yùn)動(dòng)器材等。Zn-Pb-Al系合金用于鍍鋅行業(yè)。2：按加工方式分類主要分為；鑄造合金、變形合金、熱鍍鋅合金。鑄造合金又分為壓力鑄造合金，重力鑄造合金等。其中，Zn-Al合金和Zn-Cu-Ti合金既可直接鑄造，又可進(jìn)行變形加工。變形鋅合金可分為三類：軋制鋅合金，鋅合金板、帶、箔都是軋制生產(chǎn)的，這類鋅合金已形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；目前使用最廣泛的是Zn-Cu-Ti系合金和Zn-Pb系合金，其中Zn-Cu-Ti系合金主要用來代替黃銅。如制作拉鏈，千層鎖，日用五金等。Zn-Pb系合金主要用于沖制電池殼，焊接電池殼，制作體育運(yùn)動(dòng)器材部件，小五金件及用于照相制板等。鋅合金的熔煉溫度在450470左右時(shí)可使用我公司產(chǎn)品除渣劑（ZZ或ZJ1）精煉劑可使用ZJ0C，也可選用惰