鋁合金熔煉與鑄造工藝規(guī)范與流程

1、鋁合金熔煉與鑄造工藝規(guī)范與流程資料來源：全球鋁業(yè)網(wǎng) 鋁業(yè)知識頻道 一、鋁合金熔煉規(guī)范（ 1） 總則按本文件生產(chǎn)的鑄件， 其化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合GB/T 9438-1999鋁合金鑄件、JISH 5202-1999 鋁合金鑄件 、 ASTM B 108-03a 鋁合金金屬型鑄件 、 GB/T 15115-1994 壓鑄鋁合金 、 JISH 5302-2006 鋁合金壓鑄件、 ASTM B 85-03 鋁合金壓鑄件 、EN1706-1998 鑄造鋁合金等標準的規(guī)定。本文件所指的鋁合金熔煉，系在電阻爐、感應(yīng)爐及煤氣（天然氣）爐內(nèi)進行。一般采取石墨坩堝或鑄鐵坩堝。鑄鐵坩堝須進行液體滲鋁。（ 2） 配

2、料及爐料1） 配料計算鎂的配料計算量：用氯鹽精煉時，應(yīng)取上限，用無公害精煉劑精煉時，可適當減少；也可根據(jù)實際情況調(diào)整加鎂量。鋁合金壓鑄時， 為了減少壓鑄時粘?，F(xiàn)象， 允許適當提高鐵含量， 但不得超過有關(guān)標準的規(guī)定。2） 金屬材料及回爐料新金屬材料鋁錠：GB/T 1196 2002 重熔用鋁錠鋁硅合金錠： GB/T 8734-2000 鑄造鋁硅合金錠鎂錠： GB 3499-1983 鎂錠鋁銅中間合金：YS/T 282-2000 鋁中間合金錠鋁錳中間合金：YS/T 282-2000 鋁中間合金錠各牌號的預(yù)制合金錠： GB/T 8733-2000 鑄造鋁合金錠 、 JISH 2117-1984 鑄件

3、用再生鋁合金錠 、 ASTM B 197-03 鑄造鋁合金錠 、 JISH 2118-2000壓鑄鋁合金錠、 EN1676-1996鑄造鋁合金錠等。回爐料包括化學(xué)成分明確的廢鑄件、 澆冒口和坩堝底剩料， 以及溢流槽和飛邊等破碎的重熔錠。回爐料的用量一般不超過80，其中破碎重熔料不超過30 ；對于不重要的鑄件可全部使用回爐料；對于有特殊要求（氣密性等）的鑄件回爐料用量不超過50% 。3） 清除污物為提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須清除爐料表面的臟物、 油污、 廢鑄件上的鑲嵌件，應(yīng)在熔煉前除去（可用一個熔煉爐專門去除鑲嵌件） 。4） 爐料預(yù)熱預(yù)熱一般為 350450c下保溫 24h。Zn、Mg、RE在20025

4、0c下保溫24h。在保 證坩堝涂料完整和充分預(yù)熱的情況下，除Zn、 Mg 、 Sr、 Cd 及 RE 等易燃材料外的爐料允許隨爐預(yù)熱。（ 3） 精煉劑準備鋁合金的精煉一般采用六氯乙烷、 DSG 鋁合金除渣除氣劑、鋁精煉劑 ZS-AJ 01C 等 精煉劑。六氯乙烷使用前，置于熔爐旁預(yù)熱。 DSG 鋁合金除渣除氣劑、鋁精煉劑 ZS-AJ 01C 等精煉劑，存放時要防止吸潮，使用 前應(yīng)置于熔爐旁預(yù)熱。（ 4） 坩堝及熔煉工具的準備新增期使用前應(yīng)清理干凈（可采用吹砂或其它方法），然后加熱到600700C,保持3060min,再降溫到 200300 C,開始噴刷涂料。即將使用的坩堝和熔煉工具應(yīng)用鋼絲刷、

5、 鐵鏟、 鏨子等工具去除坩堝和熔煉工具表面的氧化物、熔渣等污物，并預(yù)熱到200300 C,然后在與合金液接觸部分的表面噴刷涂料。噴刷涂料后，增期應(yīng)預(yù)熱到500600 C,其它熔煉工具應(yīng)預(yù)熱到200300 c待用。噴刷涂料后的使用時間， 以涂料不脫落為原則， 在連續(xù)熔煉時， 坩堝噴刷一次涂料一般不超過24h,否則應(yīng)重新清理塔竭，并噴刷涂料。其它熔煉工具涂料脫落后應(yīng)隨時補涂。用后的坩堝和熔煉工具上的金屬殘渣、 氧化皮和熔渣應(yīng)清理干凈 （坩堝使用后最好趁熱清理） 。（ 5） 合金熔煉根據(jù)塔期熔煉和爐料重量，按回爐料、合金錠、中間合金、純金屬的次序陸續(xù)或同時加入坩堝并升溫熔化。a. 加鎂時，用鐘罩將鎂

6、塊壓入合金液下部，緩慢轉(zhuǎn)動，攪拌均勻，待鎂全部熔化后取出鐘罩。爐料全部熔化后，當合金液溫度到690740c時，用鐘罩分23批將精煉劑壓入合金液內(nèi)，距離塔期底部1015cm處，緩慢均勻轉(zhuǎn)動，直到反應(yīng)停止后，取出鐘罩。a. 天氣潮濕或回爐料用量較大時，精煉劑加入量取上限，具體加入量還要根據(jù)精煉效果。精煉后，靜置1020min,然后去除合金液表面的熔渣，再將合金液轉(zhuǎn)入保溫爐或直 接澆注。a. 在整個熔煉澆注過程中，合金液的溫度不要過高，在短時間內(nèi)也不應(yīng)超過750 。b. 合金的熔煉澆注時間要盡量縮短，從合金開始熔煉到澆注完畢不宜超過8h。c.精煉后合金液的停留時間，鑄造或壓鑄不超過4h,否則應(yīng)補充精

7、煉。d.補充精煉的溫度與澆注溫度相同，精煉劑的用量為剩余合金液重量的,補充精煉含鎂的鋁合金時，還應(yīng)酌量補加鎂的燒損量。e. 在澆注過程中，不得將澆口余料或廢鑄件隨意加入合金液內(nèi)，否則應(yīng)重新精煉。f. 坩堝底的剩余合金液深度小于 50mm 時，不得再澆注鑄件，但可以加入爐料連續(xù)熔煉，或倒入新的合金液。g. 在整個熔煉過程中，要盡量少破壞合金液表面的氧化皮，在舀取合金液時，應(yīng)先將氧化皮扒開，盡量避免將氧化皮帶入合金液內(nèi)。（ 6） 質(zhì)量檢查合金熔煉后應(yīng)進行爐前檢驗：化學(xué)成分檢測（光譜分析法）、斷口檢查（目視法）、針孔度分析（當鑄件有氣密性要求或耐壓要求時進行檢測） 。每爐合金澆注一般時，應(yīng)澆注力學(xué)性

8、能試樣（對鑄件有力學(xué)性能要求時進行）。（ 7） 安全技術(shù)工作場地應(yīng)保持干燥，不允許有積水或積油。工作開始前， 操作者應(yīng)按規(guī)定穿戴好防護用品， 并檢查設(shè)備的線路或管道等， 發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)先行排除。塔期在使用前應(yīng)進行認真細致檢查，若發(fā)現(xiàn)有裂紋、嚴重氧化皮或嚴重“漲肚”，應(yīng)停止使用。電路的通電和斷電應(yīng)有指示燈顯示。吊出增期時應(yīng)先斷電。點燃煤氣爐或天然氣爐時，應(yīng)先開氣閥送氣后點火；停爐時，應(yīng)先關(guān)閉氣閥。采用六氯乙烷精煉時，應(yīng)先開動抽風(fēng)機。加料時應(yīng)注意使爐料在開始熔化時能自行下降，不得有“搭橋”現(xiàn)象。禁止使用未經(jīng)預(yù)熱的熔煉工具與合金液接觸；禁止將未經(jīng)預(yù)熱的冷料加到合金液內(nèi)； 禁止將合金液倒在冷錠模或水泥地

9、面及金屬地板上。二、鋁合金熔煉與澆鑄鋁合金的熔煉與澆注是鑄造生產(chǎn)中主要環(huán)節(jié)。 嚴格控制熔煉與澆鑄的全過程， 對防止針孔、夾雜、欠鑄、裂紋、氣孔以及縮松等鑄造缺陷起著重要的作用。由于鋁熔體吸收氫傾向大， 氧化 能力強， 易溶解鐵， 在熔煉與澆鑄過程中必須采取簡易而又謹慎的預(yù)防措施國，以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。1、鋁合金爐料配制及質(zhì)量控制為了熔煉出優(yōu)質(zhì)鋁熔體，首先應(yīng)選 用合格的原材料。須對原材料進行科學(xué)管理和適當處理，否則就會嚴重影響合金的質(zhì)量，生產(chǎn)實踐證明，原材料（包括金屬材料及輔助材料）控制不嚴會使鑄件成批報廢。（一） 原材料必須有合格的化學(xué)成分及組織，具體要求如下：入廠的合金錠除分析主要成分及雜質(zhì)含量

10、外， 尚就檢查低陪組織及斷口。 實踐證明， 使 用了含有嚴重縮孔、針孔、以及氣泡的鋁液，就難以獲得致密的鑄件，甚至?xí)斐烧麪t、整 批的鑄件報廢。有人在研究鋁硅合金錠對鋁合金針孔的影響時發(fā)現(xiàn)， 用熔融的純澆鑄砂型試塊時并不出現(xiàn)針孔，當加入低組織和不合格的鋁硅合金錠后， 試塊針孔嚴重， 且晶粒大。其原因為材料的遺傳性所致。鋁硅系合金和遺傳性隨著含量的提高面增大，硅量達到 7% 時，遺傳顯著。繼續(xù)提高硅含量到共晶成分， 遺傳性又稍減小。 為解決爐料遺傳性引起的鑄件缺陷， 必須選用冶金質(zhì)量高的鋁錠、中間合金及其它爐料。具體標準如下：（ 1）斷口上不應(yīng)有針孔、氣孔針孔應(yīng)在三級以內(nèi)，局部（不超過受檢面積的

11、 25% ）不應(yīng)超過三級，超過三級者必須采取重熔煉的辦法以減少針孔度。 重熔精煉方法與一般鋁合金熔煉相同， 澆鑄溫度不宜超過660，對于那些原始晶粒大的鋁錠、合金錠等，應(yīng)先用較低的錠模溫度，使它們快速凝固，細化晶粒。2、爐料處理爐料使用前應(yīng)經(jīng)吹砂處理，以去除表面的銹蝕、油脂等污物。放置時間 不長，表面較干凈的鋁合金錠及金屬型回爐料可以不經(jīng)吹砂處理， 但應(yīng)消除混在爐料內(nèi)的鐵質(zhì)過濾網(wǎng)及鑲嵌件等， 所有的爐料在入爐前均應(yīng)預(yù)熱， 以去除表面附的水分， 縮短熔煉時間在3 小時以上。3、爐料的管理及存放爐料的合理保存及管理對確保合金質(zhì)量有重要意義。 爐料應(yīng)貯存在溫度變化不大、 干燥 的倉庫內(nèi)。2、坩堝及熔

12、煉工具的準備（一）坩堝鑄造鋁合金常用鐵坩堝，也可用鑄鋼及鋼板焊接坩堝。新坩堝及長期未用的舊坩堝， 使用前均應(yīng)吹砂， 并加熱到700-800 度， 保持2-4 小時 ，以燒除附著在坩堝內(nèi)壁的水分及可燃物質(zhì)， 待冷到 300 度以下時， 仔細清理坩堝內(nèi)壁， 在溫 度不低于 200 度時噴涂料。坩堝使用前應(yīng)預(yù)熱至暗紅色（500-600 度） ，并保溫 2 小時以上。新坩堝外熔煉之前，最好先熔化一爐同牌號的回爐料。（二）熔煉工具的準備鐘罩、壓瓢、攪拌勺、澆包錠模等使用前均應(yīng)預(yù)熱，并在 150 度-200 度溫度下涂以防護性涂料，并徹底烘干，烘干溫度為200-400 度，保溫時間 2 小時以上，使用后應(yīng)

13、徹底清除表面上附著的氧化物、氟化物， （最好進行吹砂） 。3、熔煉溫度的控制熔煉溫度過低，不利于合金元素的溶解及氣體、夾雜物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠鑄的傾向，還會因冒口熱量不足， 使鑄件得不到合理的補縮，有資料指出，所有合金的熔煉溫度到少要達705 度并應(yīng)進行攪拌。 熔煉溫度過高不僅浪費能源， 更嚴重的是因為溫度愈高，吸氫愈多，晶粒亦愈粗大，鋁的氧化愈嚴重，一些合金元素的燒損也愈嚴重，從而導(dǎo)致合金的機械性能的下降， 鑄造性能和機械加工性能惡化， 變質(zhì)處理的效果削弱， 鑄件的氣密性降低。生產(chǎn)實踐證明， 把合金液快速升溫至較的溫度， 進行合理的攪拌， 以促進所有合金元素的溶解（特別是難熔金屬

14、元素） ，扒除浮渣后降至澆注溫度，這樣，偏析程度最小，熔解的氫亦少，有利于獲得均勻致密、機械性能高的合金.因為鋁熔體的溫度是難以用肉眼來判斷的， 所以不論使用何種類型的熔化爐， 都應(yīng)該用測溫儀表控制溫度。 測溫儀表應(yīng)定期校核和維修。 熱電偶套管應(yīng)周期的用金屬刷刷干凈， 涂以防護性涂料， 以保證測溫結(jié)果的準確性及處長使用壽命。4、熔煉時間的控制為了減少鋁熔體的氧化、 吸氣和鐵的溶解， 應(yīng)盡量縮短鋁熔體在爐內(nèi)的停留時間， 快速熔煉。 從熔化開始至澆注完畢， 砂型鑄造不超過4 小時， 金屬型鑄造不超過 6 小時，壓鑄不超過 8 小時。為加速熔煉過程， 應(yīng)首先加入中等塊度、 熔點較低的回爐料及鋁硅中間

15、合金， 以便在坩堝底陪盡快形成熔池， 然后再加塊度較大的回爐料及純鋁錠， 使它們能徐徐浸入逐漸擴大的熔池，很快熔化。在爐料主要部分熔化后，再加熔點較高、數(shù)量不多的中間合金，升溫、攪拌以加速熔化。最后降溫，壓入易氧化的合金元素，以減少損失。5、熔體的轉(zhuǎn)送和澆注盡管固態(tài)氧化鋁的密度近似于鋁熔體的密度， 在進入鋁熔體內(nèi)部后， 經(jīng)過足夠長的時間才會沉至坩堝底陪。 而鋁熔體被氧化后形成的氧化鋁膜， 卻僅與鋁熔體接觸的一面是致密的，與空氣接觸的一面疏松且有大量直徑為 60-100A 的小孔，其表面積大，吸附性強，極易吸附在水汽，反有上浮的傾向。因此，在這種氧化膜與鋁熔體的比重差小，將其混入熔體中，浮沉速度

16、很慢， 難以從熔體中排除， 在鑄件中形成氣孔太夾雜。所以， 轉(zhuǎn)送鋁熔體中關(guān)鍵是盡量減少熔融金屬的攪拌，盡量減少熔體與空氣的接觸。采用傾轉(zhuǎn)式坩堝轉(zhuǎn)注熔體時， 為避免熔體與空氣的混合， 應(yīng)將澆包盡量靠所爐咀， 并傾 斜放置，使熔體沿著澆包的側(cè)壁下流，不致直接沖擊包底，發(fā)生攪動、飛濺等。采用正確合理的澆注方法， 是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的重要條件之一。 生產(chǎn)實踐得， 注意下列事項，對防止、減少鑄件缺陷是很有效的。（1） 澆注前應(yīng)仔細檢查熔體出爐溫度、 澆包容量及其表面涂料層的干燥程度，其他工具的準備是否合乎要不。金屬澆口杯在澆注前3-5 分鐘之內(nèi)就在砂型上安放好，此時澆包懷的溫度不高于150 度， 安置過早或

17、溫度過高， 澆道內(nèi)憋住大量氣體， 在澆注時有爆炸的危險。（二）不能在有“過堂風(fēng)”的場合下澆注，以及熔體強烈氧化，燃燒，使鑄件產(chǎn)生氧化夾雜等缺陷。（3） 由坩堝內(nèi)獲取熔體時，應(yīng)先用包底輕輕撥開熔體表面的氧化皮或熔劑層，緩慢地將澆包浸入熔體內(nèi)，用澆包的寬口舀取熔體，然后平穩(wěn)的提起澆包。（4） 端包時不要掌平，步子要穩(wěn)， 澆包不宜提得過高， 澆包內(nèi)金屬液面必須保持平穩(wěn)，不受攏動。（五）即將澆注時，應(yīng)扒凈澆包的渣子，以免在澆注中將熔渣、氧化皮等帶入鑄型中。（六）在澆注中，熔體流就保持平穩(wěn)，不能中斷，不能直沖口懷的底孔。澆口懷自媽至終應(yīng)充滿，液面不得翻動，澆注速度要控制得當。通常，澆注開始度就稍慢些，使

18、熔體充填平穩(wěn)，然后速度稍快，并基本保持澆注速度不變。（七）在澆注過程中，澆包咀與澆口的距離就盡可能靠近，以不超過 50 毫米為限，以免熔液過多地氧化。 、（八） 帶堵塞的澆口懷， 堵塞不能撥得太早， 在熔體充滿澆口懷后， 再緩慢地斜向撥出，以免熔體在注入澆道時產(chǎn)生渦流。（九）距坩堝底部60 毫米以下的熔體不宜澆注鑄件。三、熔煉過程質(zhì)量控制工藝為了解決成品缺陷的拖黑、夾渣問題，減少報廢量， 提高成品率，工藝科進行了大量的調(diào)查工作。通過長期的跟蹤，對預(yù)防拖黑、夾渣提出以下三個方面的方法來解決：1、 生產(chǎn)工藝控制1）剪完棒要用風(fēng)管吹干凈棒上的塵土，減少帶入的煤灰量，減少拖黑、夾渣的來源；2）壓余厚度

19、要留夠，太薄的壓余會導(dǎo)鋁棒死區(qū)卷入型材尾端，造成拖黑、夾渣；3） 擠壓速度要進行有效的控制， 特別是末端要進行減速處理， 防止紊流卷入表皮雜質(zhì)；4）每生產(chǎn)一段時間（至少每次換模）要進行清缸；2、 設(shè)備、裝置的調(diào)整1）如擠壓桿沒有對中，擠壓桿運動中磨損料膽，會造成料膽大肚、變形等缺陷；模座中心位，上、下、左、右要對中，嚴禁移動模座進行生產(chǎn)，上下不對中的，要聯(lián)系機修進行維修；2）壓餅大小要進行定期檢測并換新，對于卷邊的擠壓餅， 也會造成拖黑、夾渣等報廢；3）料膽長期使用，出現(xiàn)大肚等變形，也會造成批量報廢，此種報廢在生產(chǎn)中出現(xiàn)非常多，需要引起重視，新料膽一定將膽內(nèi)的臟物去除并對內(nèi)膽進行拋光后才能上機

20、安裝。3、 模具設(shè)計、生產(chǎn)計劃的調(diào)整1）對于平面模，如 PM 系列，需要加裝導(dǎo)流板進行導(dǎo)流，這樣做縮小了進料口，鉗制住死區(qū)；2）料膽口必須充分包圍模具分流孔，班長要對每裝一套模具進行對比，如有分流孔過大的現(xiàn)象，不能上機生產(chǎn)，要轉(zhuǎn)大機生產(chǎn)；3）生產(chǎn)下計劃時，要根據(jù)模具部開模的原始機臺（ 同棒徑的可以通用 ）下計劃，不要出現(xiàn)小棒生產(chǎn)大棒機臺的模具；四、鋁合金產(chǎn)品性能強化的力學(xué)性能不高， 不適宜制作承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件。 為了提高鋁的力學(xué)性能在純鋁中加入某些合金元素制成合金，常加入的合金元素有銅、鎂、鉻、鋅、硅、錳、鎳、鈷、鈦及鍶等， 稀土元素在某些合金中加入。 這些合金元素加入后通過以下幾個方面對鋁進行強化。1 固溶強化合金元素加入純鋁中形成無限固溶體或有限固溶體， 不僅能獲得高的強度， 而且還能獲得優(yōu)良的塑性與良好的壓力加工性能。在一般中固溶強化最常用的合金元素是銅、鎂、錳、鋅、 硅、 鎳等元素。 一般鋁的合金化都形成有限的固溶體， 如 Al-Cu ， Al-Mg ， Al-Zn ， Al-Si ，Al-Mn 等二元合金均形成有限固溶體，并且都有較大的極限溶解度能起較大的固溶強化效果。2時效強化鋁合金熱處理后可以得到過飽和的鋁基固溶體。 這種過飽和鋁基固溶體在室溫或加熱到某一溫度時，其強度和硬度隨時間和延長而增高， 但塑性降低。這個過程就稱時效。