廢鋁與鋁合金的再生知識(shí)

廢鋁與鋁合金的再生學(xué)問廢鋁中重金屬的分別技術(shù)出重有色金屬的難度較大。從國(guó)內(nèi)外報(bào)道的資料看，爭(zhēng)論的方案主要有以下幾個(gè)方面：重介質(zhì)選礦法即利用重介質(zhì)重選的方法分選出密度大于鋁的銅等重有色金屬，其利用拋物選礦法利用各種體積根本一樣的物體在受到一樣的力被拋出時(shí)落點(diǎn)不同的原理，可以把廢雜鋁中密度不同的各種廢有色金屬分開目的。此種方法可使廢鋁、廢銅、廢鉛和其他廢物均勻地分開。依據(jù)此種原理制造的設(shè)備已在國(guó)外承受，國(guó)內(nèi)正處于爭(zhēng)論階段。鋁合金鑄件氣孔與預(yù)防比重小，比強(qiáng)度高，具有良好的綜合性能，因此被廣泛用于航空工業(yè)、汽車制造業(yè)、動(dòng)力儀事。本文結(jié)合作者鋁合金鑄件生產(chǎn)實(shí)踐閱歷談?wù)勪X合金鑄件氣孔與預(yù)防問題。氣孔類別由于鋁合金具有嚴(yán)峻的氧化和吸氣傾向，熔煉過程中又直接與爐氣或外界大氣相接觸，通常是指鑄件中小于1mm的析出性氣孔，多呈圓形，不均勻性氣孔的分布和外形特征，針孔又可以分為三類①，即：點(diǎn)狀針孔：在低倍組織中針孔呈圓點(diǎn)狀，針孔輪廓清楚且互不連續(xù)，能數(shù)出每平方厘米面積上針孔的數(shù)目，并能測(cè)得出其直徑。這種針孔簡(jiǎn)潔與縮孔、縮松等予以區(qū)分開來。網(wǎng)狀針孔：在低倍組織中針孔密集相連成網(wǎng)狀，有少數(shù)較大的孔洞，不便清查單位面積上針孔的數(shù)目，也難以測(cè)出針孔的直徑大小。綜合性氣孔：它是點(diǎn)狀針孔和網(wǎng)狀針孔的中間型，從低倍組織上看，大針孔較多，但不是圓點(diǎn)狀，而呈多角形。種成分的鋁合金都簡(jiǎn)潔產(chǎn)生針孔。針孔的形成下降而削減，由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)時(shí)，氫在鋁合金中的溶解度下降19倍?！矚湓诩冧X中的溶解度與溫度的關(guān)系見圖1③〕。因此鋁合金液在冷卻的凝固過程中，氫的某一時(shí)刻，氫的含出的，就在凝固過程中形成細(xì)小、分散的氣孔，即尋常我們所說的針孔〔gasporosity〕。在氫氣泡形成前到達(dá)的過飽和度是氫氣泡形核的數(shù)目的函數(shù)泡核心的作用節(jié)總比多雨潮濕的季節(jié)鋁合金鑄件針孔缺陷少些的緣由。一般說來，對(duì)鋁合金而言，假設(shè)結(jié)晶溫度范圍較大，則產(chǎn)生網(wǎng)狀針孔的機(jī)率也就大得多③。〔即補(bǔ)縮通道被堵塞析出而形成針孔。形成氣孔的氫氣的來源與析出金熔煉過程中，通常接觸的爐氣有：氫氣、氧氣、水蒸氣、二氧化碳、二氧化硫等，這些氣及空氣量來打算的。一般焦炭坩堝爐，爐氣成分主要為二氧化碳、二氧化硫和氮?dú)?；煤氣、主要是氫氣。因此，承受不同的熔煉爐熔煉時(shí)，鋁合金的吸氣量和產(chǎn)生氣孔的程度是不同的。溶于鋁或鋁合金，其他氣體一般與鋁或鋁合金反響形成鋁的化合物，如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C31可知，氫在液態(tài)鋁或鋁合金中的溶液解度很大，而幾乎不溶解于固態(tài)鋁〔在室溫條件下，其溶解度約在0.003﹪以下〕。在鋁合金熔煉時(shí)，四周空氣中的氫氣含量并不多，氫的最通常的來源是鋁和水蒸氣的反響，Al(OH)2分解出來的水分等，其反響式如下：3H2O(水蒸氣)+2Al=Al2O3+6[H](1)含鎂鋁合金由于還發(fā)生以下反響，更簡(jiǎn)潔吸取氫：H2O(水蒸氣)+Mg=MgO+2[H](2)另外，金屬爐料或回爐料帶入的油污、有機(jī)物、鹽類熔劑等與鋁液反響也能生成氫：4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H](3)成氫化物的元素，如鈣、鈦、鋰、銫等金屬均能猛烈地?cái)U(kuò)大氫在鋁液中的溶解度。不同溫度下活性氫原子在鋁液或鋁合金中的溶解度見表1。氣孔對(duì)鋁合金鑄件性能的影響針孔對(duì)鋁合金性能的影響主要表現(xiàn)在能使鑄件組織致密度降低，力學(xué)性能下降。為此，證鋁合金鑄件品質(zhì)是格外重要的。針孔等級(jí)評(píng)定，低倍檢驗(yàn)按GB10851-89進(jìn)展，當(dāng)有爭(zhēng)議時(shí)2規(guī)定執(zhí)行；X射線照相按GB11346-89鋁合金鑄件針孔分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)選用目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的兩種合金ZL101〔Al-Si-Mg系〕和ZL201〔Al-Cu-Mn系〕,并在T4狀бbσ5的試驗(yàn)結(jié)果說明〔ZL101T4、ZL201ST4各種針孔試樣的力學(xué)性能分別見表34〕：鑄件力學(xué)性能與針孔等級(jí)之間是線性相關(guān)關(guān)系，隨著針孔等級(jí)級(jí)別增加，力學(xué)性能逐步下降；針孔等級(jí)每增加一級(jí)，力學(xué)性бb3%左右，σ55%左右。對(duì)鋁合金鑄件切取性能試樣要求，鑄件允許存在的針孔級(jí)別詳見GB9438-8性能下降，壁厚小的則較高。由于鑄件的力學(xué)性能取決于多種因素，不僅與針孔等級(jí)有關(guān)，還與合金的化學(xué)成分的波動(dòng)、鑄件的凝固速度、熱處理效果、其他缺陷的存在因素有關(guān)，所以同一級(jí)別的針孔試樣，力學(xué)性能將在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)波動(dòng)。鋁合金鑄件針孔形成的主要因素綜上所述，針孔是鋁合金鑄件中簡(jiǎn)潔消滅的且對(duì)鑄件品質(zhì)造成肯定影響的一種鑄造缺陷，氫是造成針孔的主要緣由〔有的資料介紹，鋁液中所溶解的氣體中80%-90%是氫〕，而氫的主要來源是水蒸氣分解所產(chǎn)生的也就是直接影響針孔形成的主要因素。影響針孔形成的主要因素有：原材料、關(guān)心材料的影響AL〔OH〕2分解會(huì)產(chǎn)生水分，造型材料中有多種有機(jī)和無機(jī)輔料帶有的水分，鑄型材料中的度，但也相應(yīng)增大了發(fā)氣量。熔煉設(shè)備及工具的影響銹蝕、污物的舊坩堝，使用前應(yīng)吹砂或用其他方法去除干凈，并加熱至700℃-800℃，保溫2h-4h，以去除坩堝所吸附的水分和其它化學(xué)物質(zhì)，否則會(huì)因含有水分而在熔煉澆注時(shí)產(chǎn)生否則耐火材料中含有的水分及化學(xué)結(jié)合的氫就無法釋放而導(dǎo)致熔煉時(shí)形成氣孔。產(chǎn)生大量的氣體，導(dǎo)致鑄件針孔的形成。氣候的影響的現(xiàn)象就嚴(yán)峻些。固然，空氣濕度大時(shí)，鋁合金錠、熔煉設(shè)備、工具等也會(huì)因空氣潮濕而增加外表水分的吸附量，因此更應(yīng)留意實(shí)行有力預(yù)熱烘干防護(hù)措施，以削減氣孔的產(chǎn)生。熔化操作的影響孔的幾率就越大。有人曾做試驗(yàn)，鋁液存放時(shí)間越長(zhǎng)，鋁合金內(nèi)含氣量近似成比例增加。因工藝規(guī)程，一般鋁合金熔化后保持時(shí)間不能超過3h-5h，鋁合金熔化溫度也不能過高，一般760℃以下，最高初始熔煉溫度不應(yīng)超過920℃。砂型鑄造鑄型的影響定合金中氫氣含量有很大區(qū)分③：鑄型含水量為5%時(shí)，鑄型中含氫量為1.5ml/100g；鑄型6%2.5ml/100g8%3.0ml/100g6%以下。這是由于濕型鑄造時(shí)，由于水分的汽化溫度低，當(dāng)加熱到鋁液熔化溫度時(shí)液，導(dǎo)致侵入性氣孔的形成。金屬型鑄造型腔的影響由于金屬型鑄造沒有退讓性和無透氣性等特點(diǎn)，金屬型在充填和澆注過程中，型腔內(nèi)“氣阻”，這些氣阻則使鑄件消滅澆缺乏或冷隔缺陷。預(yù)防鋁合金鑄件針孔形成的主要措施品質(zhì)，可針對(duì)性地實(shí)行適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施予以預(yù)防。認(rèn)真做好熔煉澆注時(shí)的預(yù)備工作嚴(yán)格按工藝規(guī)程要求，正確處理好爐料。爐料使用前應(yīng)用吹砂或其它方法去除爐料表面的銹跡、泥沙等污物，并進(jìn)展?fàn)t料預(yù)熱，預(yù)熱溫度：350℃-4503h以上，嚴(yán)防帶入水分和油污等。按QJ169-75I類鑄件，只允許使用一級(jí)回爐料，Ⅱ、Ⅲ類鑄件允許使用二級(jí)回爐料，但Ⅱ類鑄件回爐料的總量不允許超過70%，三級(jí)回爐料不允許用于基本產(chǎn)品的生產(chǎn)。坩堝、錠模、熔煉工具，使用前應(yīng)將外表油污、臟物等去除干凈。并預(yù)熱至120℃-250℃，涂以防護(hù)涂料。坩堝、砌爐子、有銹蝕的舊坩堝，使用前應(yīng)用吹砂其他方法將外表去除干凈，并700℃-800℃，保溫2h-4h，以去除坩堝所吸附的水分及其它化學(xué)物質(zhì)。已經(jīng)涂料的坩堝、錠模、熔煉工具使用前，均須預(yù)熱，坩堝應(yīng)預(yù)熱至暗紅色〔500℃-600℃〕；熔煉工具應(yīng)預(yù)熱至200℃-400℃，保持2h以上〔除使用感應(yīng)爐熔煉合金時(shí)，坩堝可不預(yù)熱外?！硣?yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程，力求做到快速熔煉Al-Mg合金和其它鋁過程中消滅特別，要準(zhǔn)時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員取得聯(lián)系，實(shí)行堅(jiān)決措施予以處理。依據(jù)QJ1182-87標(biāo)準(zhǔn)，每一爐合金從開頭熔化到澆注完畢的時(shí)間，砂型鑄造不得超過4h；金屬型鑄造不6h8h760℃，坩堝底部涂料厚度不得小于６0ｍｍ。加強(qiáng)潮濕季節(jié)預(yù)防措施在雨季或空氣潮濕季節(jié)鑄造鋁合金，我們更應(yīng)加留意實(shí)行預(yù)防去氣防護(hù)措施，對(duì)熔煉用具、錠模、坩堝、爐料等都要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展預(yù)熱處理，以防帶入過多的水分和油污等，引起各類針孔的產(chǎn)生。精煉去氣，去除鋁合金中的氣體<一般狀況下，所謂“去氣”〔又叫“除氣”〕就是去除合金中的氣體，“精煉”就是指去除合金中去氣的主要方法是在鋁合金中通過精煉除氣劑制造大量的氣〔氣泡中的氣體可能是鋁液內(nèi)部經(jīng)化學(xué)反響產(chǎn)生的，也可能性是經(jīng)由局部精煉除氣劑參加直接帶入的〕，利用分壓原理，〔此時(shí)氣泡的分壓為零〕浮到鋁液外表時(shí)，氣泡裂開，氫氣逸入大氣之中，最終到達(dá)去除氫氣的目的。氣、氮?dú)獬龤?，用真空除氣，用超聲波除氣，過濾除氣等方法。，常用精煉除氣劑的用途見表5。承受氯鹽和氯化物除氣劑除氣時(shí)，要用鐘罩將除氣劑壓入坩堝底部100mm，沿坩堝直徑1/3處〔距坩堝內(nèi)壁〕的圓周勻速移動(dòng)。為了不使鋁液大量噴濺，除氣劑可分批參加，除6規(guī)定的時(shí)間進(jìn)展靜置。增加氣體在合金中的溶解度承受快速或高壓下凝固的方法從而到達(dá)消退針孔的目的。具體方法限于篇幅，在此不做過多闡述。承受工藝方法進(jìn)展除氣屬型時(shí)就必需有排氣預(yù)防措施，其生產(chǎn)中常用的排氣方式有：利用分型面或型腔零件的組合面的間隙進(jìn)展排氣：由于金屬型零件在組合時(shí)，總會(huì)有0.1mm-0.2mm之間，利用這刺增加，降低鑄件尺寸精度。開排氣槽：即在分型面或型腔零件的組合面上，芯座與頂桿外表上做排氣槽，這樣既“氣阻”的地方。設(shè)計(jì)排氣塞：排氣塞是金屬型常用的排氣設(shè)施。在一平面上需要設(shè)制數(shù)個(gè)排氣塞時(shí)，可用一個(gè)排氣環(huán)來代替，將它設(shè)計(jì)在型腔的“氣阻”處，或型腔的大平面上，以便排氣暢通。卻的作用。排氣塞安裝的位置和數(shù)量，常在金屬型修正時(shí)確定。在金屬型小批量生產(chǎn)時(shí)，為ф5-10也可以起到排氣塞的作用。預(yù)防鋁合金鑄件氣孔形成應(yīng)遵循的工藝原則的就是要在鑄件中防止生成氣孔和夾雜，獲得優(yōu)良品質(zhì)的鑄件。從鑄造工藝角度綜合分析，“防”“排”“溶”三字工藝原則來概括?！胺馈保壕褪且乐顾旨案鞣N污物進(jìn)入坩堝或熔爐中?！芭拧彪s物〔主要是Al2O3〕，才能防止鋁液增氫，消退去氫障礙，從而獲得純潔的鋁液，澆出合格的鑄件?！霸缺M，氣必除”說的就是這個(gè)意思?！叭堋毙纬蓺饪?。因此，在鋁合金熔煉安排和選擇“防”、“排”、“溶”三套工藝措施時(shí)，我們必需遵循“以防為主，以排為輔”的工藝原則，但最正確的熔煉或重熔方法，著眼點(diǎn)應(yīng)仍放在“防”字上。固然，鋁合金熔煉或重熔時(shí)，貫徹“以防為主，以排隊(duì)為輔”的原則，正確實(shí)施“防”、“排”、“溶”三套工藝措施，還必需具有過硬的熔煉操作根本功，熔煉操作根本功包括：精煉設(shè)備、熔爐煉工具的預(yù)備和處理，溶劑、變質(zhì)劑的預(yù)制，精煉、變質(zhì)除渣的技巧，攪拌操作的技巧的形成。鋁合金件金屬型鑄造工藝及設(shè)備概述密等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。尤其是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件，日、美、英、德和意等工業(yè)興旺國(guó)家很多鋁技術(shù)也廣泛應(yīng)用于航空、航天、高壓電器、電力機(jī)械以及儀器儀表等行業(yè)〔相比主要具有如下幾方面的優(yōu)勢(shì)：幾何尺寸和金相組織等綜合質(zhì)量好。較低壓及高壓鑄造工藝敏捷，可生產(chǎn)較簡(jiǎn)單鑄件。更有利于大批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化和簡(jiǎn)化修理；在同等生產(chǎn)規(guī)模下，與高、低壓鑄造相比，鑄造設(shè)備和金屬型等工裝的一次性投資更低。鋁合金件金屬型鑄造工藝技術(shù)鋁合金件金屬型鑄造工藝設(shè)計(jì)金屬型鑄造工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵是鑄件澆注位置確實(shí)定、澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和模具工作溫度的掌握和調(diào)整。l〕鑄件澆注位置。它直接關(guān)系到金屬型型芯和分型面的數(shù)量、金屬液導(dǎo)入位置、排氣的通暢程度以及金屬型構(gòu)造的簡(jiǎn)單程度等溫度分布，進(jìn)而影響鑄件的生產(chǎn)效率，尺寸精度等內(nèi)、外質(zhì)量。因此，鑄件澆注位置是鑄造工藝設(shè)計(jì)首先考慮的重要環(huán)節(jié)。澆冒系統(tǒng)。鑄件澆冒系統(tǒng)設(shè)計(jì)打算鑄件內(nèi)、外質(zhì)量。澆冒系統(tǒng)應(yīng)具有撇渣、排氣和補(bǔ)縮功能，同時(shí)應(yīng)保證鑄件合理的凝固、冷卻溫度場(chǎng)。正確、合理的澆冒系統(tǒng)除憑閱歷估算外，〔孔的危急部進(jìn)法國(guó)Sifa公司鋁合金金屬型鑄造機(jī)正是承受這種澆冒系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定。百分之百的式，消退了縮松缺陷，缸蓋成品率顯著提高。英國(guó)Foseco公司曾對(duì)兩種澆注方法做過具體的爭(zhēng)論和比照試驗(yàn)工件，并稱后者為DYPUR法。該法使型簡(jiǎn)化、緊湊，節(jié)約鋁液，鑄件成品影響也不大。固然，澆冒系統(tǒng)的開設(shè)位置、構(gòu)造和尺寸大小除考慮鑄件凝固溫度場(chǎng)外，還需兼顧型簡(jiǎn)單程度，金屬液充型是否平穩(wěn)，是否具有撇渣和排氣等功能。金屬型工作溫度。同樣，金屬型工作溫度和各局部的溫差對(duì)鑄件的冷卻溫度場(chǎng)有著重要手段是掌握冷卻水出口溫度，出口溫度靠冷卻循環(huán)水循環(huán)速度調(diào)整。如意大利Fata公司和法Sifa公司設(shè)計(jì)制造的金屬型都有先進(jìn)的水、風(fēng)冷卻裝置。此外，對(duì)于局部厚大熱節(jié)部位還可鑲嵌熱導(dǎo)率高或蓄熱量大的金屬嵌塊或調(diào)整涂料層厚度和涂料種類以保證鑄件形成合理的冷卻溫度梯度，消退局部縮松〔孔〕缺陷。鋁合金金屬型設(shè)計(jì)及材料金屬型設(shè)計(jì)及制造。好的金屬型設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是滿足工藝設(shè)計(jì)、適應(yīng)大批量、高質(zhì)量鑄件生產(chǎn)的關(guān)鍵。金屬型設(shè)計(jì)主要包括金屬型構(gòu)造、排氣系統(tǒng)、鎖緊機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)、連接來表達(dá)。金屬型材料。適宜制造金屬型的材料應(yīng)具有足夠的高溫強(qiáng)度、肯定的熱穩(wěn)定性和熱疲乏10000～50000次左右；興旺國(guó)家普遍承受美國(guó)鋼鐵學(xué)會(huì)〔AISI〕H-13，相當(dāng)于國(guó)內(nèi)4CrMoVSi模具，其鑄件尺寸穩(wěn)定、模具壽命長(zhǎng)，一般大于100000次。固然，模具的壽命除與材質(zhì)有關(guān)外，還與模具構(gòu)造、鑄造合金的材料、操作和治理等因素有關(guān)。鋁合金金屬型鑄造設(shè)備及自動(dòng)化〔1〕金屬