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铝合金熔炼与铸造工艺技术

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-04-13  来源:网络  浏览次数:644
    熔炼是使金属合金化的一种方法。它是采用加热的方式改变金属物态,使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体,并使其满足内部纯洁度、铸造温度和其他特定要求的一种工艺过程。熔体的品质对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响,如果熔体品质先天不足,将给制品的使用带来潜在的危险,因此,熔炼又是对加工制品的品质起支配作用的一道关键工序。

    变形铝合金典型的熔炼工艺流程如下:熔炉准备→炉料准备→配料→装炉→熔化→加铜加锌→熔化后扒渣→加镁加铍→搅拌→取样分析→调整成分→搅拌→扒渣→倒炉→精炼→扒渣覆盖→静置调温→炉前测氢→出炉→清炉
    上述工艺流程通常是在一台熔炼炉和一台静置炉中完成的。其中,熔炼炉担负熔化和调整成分的任务,静置炉担负净化熔体和保温的任务。这样配置设备的好处是能充分发挥熔炼炉的生产效率,既保证熔炼品质,又提高产量。有些工厂将上述工艺流程,全放在一台炉子中完成,此时,炉子担负着熔炼和静置的双重任务,称为熔炼保温炉。如果炉子是单膛的,则这样配置设备不能充分发挥熔炼炉的生产效率,能耗较大。另外,国内还有个别工厂采用在火焰反射炉中熔化,而后用浇包将铝水转入电阻反射炉中调整成分和温度,再在静置炉中净化熔体和保温的工艺流程。这样的设备配置要占用三台炉子,而且液态金属转注次数多,转注时间也较长使熔体严重污染,熔损增大,转注用的浇包还需专用设备加热,因此,从品质、产量、能耗上都是十分不利的。

    目前国内铝材行业采用的熔炼方法大致有分批熔炼法和半连续熔炼法两种。分批熔炼法指以一个熔次为一个周期,从装炉、熔化开始至精炼、倒炉结束,一炉一清的熔炼方法。此法多适用于生产品质要求较高而批量又不太大的成品合金,以保证化学成分的准确和均匀。通常,所有特殊制品,即所有合金的锻件和模锻件;用于航空制造业的飞机大梁型材、阶段变断面型材和小空心大梁型材;用于原子能工业的合金制品等均采用这种方法熔炼。半连续熔炼法指以相同合金为一个生产周期,每次出炉量只有熔炉中熔体总量的二分之一至三分之一,随即再装入比上述稍多的新炉料继续熔化的方法。该法的优点是炉料浸没在熔体中,不仅减少了烧损,而且提高了熔化速度,同时炉内温度波动不大,对炉底保护作用好,有利于提高炉龄。缺点是需要对成分进行有效控制,且炉内总有剩料,易造成局部过热,使铸锭产生粗大晶粒的倾向性增大。该法适用于熔炼批量大、炉料品位较低、对熔体品质无特殊要求的合金制品。通常,纯铝制品、6063建材制品及以回炉废料为主要炉料的合金制品均采用此法熔炼。

铝合金熔炼工艺
1、性能特征 目前压铸件数量最多的就是铝合金它具有重量轻、比 强度高有较高的力学性能和耐腐蚀性能等。但与锌合金相比它的铸造性能相对要差 有粘模倾向在熔炼中更易产生氧化、吸气、偏析、夹渣、结晶粒大等缺陷铁是铝合 金中的有害元素但铝合金中的含铁量低于0.6时在生产过程中容易产生粘模高于1时 会使合金中力学性能降低。铝合金增铁的原因主要来自三个方面 1熔炼过程中铁和 合金接触机会较多如坩埚、铁勺、浇包、熔炼工具等它们的表面均应涂上涂料。 铁在铝合金熔液中溶解速度随温度升高而增大铝合金熔炼温度高于750时即称为铝合金过烧这时候铁的溶解速度增大很快。
3铝合金中的增铁除了温度因素外还与 时间有关即保温时间越长增铁量越多吸气量也增加因此尽量减少保温时间对合金增 铁吸气的减少都是有利的。 2、铸铁坩埚及熔炼工具、涂料的使用方法 铸铁坩埚及 工具预热至120200后在其表面涂上或喷上涂料可重复喷涂23次以获得致密、均匀 的涂层随后徐徐加热到200300以烘干排除水分。 3、熔炼坩埚 铸铁坩埚也用于铝 合金的保温炉中因铝合金的熔化温度高易损坏坩埚其损坏原因有以下因素 1表面涂 料喷涂不好造成坩埚腐蚀严重。 2在正常情况下采用铸铁坩埚保温时其溶液温度为 620680按不同合金牌号的铸件的要求而异如将铸铁坩埚作熔化兼保温时则埚壁最 高温度可达800以下当合金过热时埚壁温度可达850以上如此温度下铸铁的抗拉 强度很低稍受载荷或冲击极可能出现裂纹。
3由于铝合金熔液对铁的侵蚀使铸铁埚 壁的内部和外表同时受到侵蚀和烧损就会加剧裂纹出现的可能。从安全和维护合金 质量出发在连续使用时应经常清除残渣涂上涂料转换坩埚方向使用。使用期限作保 温用为150h左右作熔化用为100h左右。
4纯铝熔炼时应用石墨坩埚。石墨坩埚易碎 裂并吸潮搬运存放时必须轻挪轻放避免撞击应存放在防晒及干燥的场合使用时应注 意以下事项 首次使用前应置于熔炉侧缓缓烘干36h温度不高于80100。 坩埚 入炉前应先将炉壁加热至200250然后将预热的坩埚放入炉内的填砖上点火徐徐加 热2030min再开中火加热坩埚直到坩埚底呈暗红色再仔细观察检查坩埚确无伤裂即 可将合金放入进行熔化。 料锭加入坩埚切忌撞击埚壁埚底如熔炼中发现铝料板结 埚壁切莫扳撬防止损坏坩埚。 使用结束前必须把坩埚内存余料全部舀出热坩埚切 忌受潮应放置在干燥的火砖上。
4、熔炼方法 对于大中型压铸厂家铝合金是采用中 央熔炉熔炼后再分配到保温炉保温而小型的压铸厂家通常每台压铸机配备一台以轻 柴油为燃料的熔炉也可采用电熔炉。中央熔炉的熔炼操作要求如下 1锭料与回炉料 应搭配使用回炉料的比例不大于50回炉料是指浇口溢流槽、废铸件不包括飞边和残 4铝合金液的出水温度应为720750盛铝液的浇包应预热及涂上涂料。当铝液离浇包口端100mm处即停止放液并以备好的干燥精炼剂用钟罩压入合金液底部除 气精炼后即运至保温炉保温。
5从浇包中的铝液倒入保温炉坩埚时应稳妥防止铝液 飞溅伤人和卷入空气当倒入的铝液至离埚口端50mm处止。
6表面氧化、污染和经 油漆、电镀的浇口或铸件都不能直接加入中央熔炉须经重新熔化处理后经化验合格 凝固成块后方可回炉。 7采用轻柴油炉熔炼均不应产生浓黑烟雾黑烟雾来自于柴油 的不完全燃烧或炉料有油污这不单是浪费燃料污染环境又会造成合金液的吸气。发 现炉内冒出黑烟须调节风门大小采取消除黑烟措施。 金熔体中。因此铜板如果加得 过早熔体未能将其盖住这样将增加铜板的烧损反之如果加得过晚铜板来不及溶解和 扩散将延长熔化时间影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时应尽量避免更换电阻丝 带以防脏物落入熔体中污染金属。
C、搅动熔体 熔化过程中应注意防止熔体过热 特别是天然气炉或煤气炉熔炼时炉膛温度高达1200在这样高的温度下容易产生局 部过热。为此当炉料熔化之后应适当搅动熔体以使熔池里各处温度均匀一致同时也 利于加速熔化。 扒渣与搅拌 当炉料在熔池里已充分熔化并且熔体温度达到熔炼温 度时即可扒除熔体表面漂浮的大量氧化渣。 扒渣前应先向熔体上均匀撒入粉状熔剂以使渣与金属分离有利于扒渣可以少带出金属。扒渣要求平稳防止渣卷 入熔体内。扒渣要彻底因浮渣的存在会增加熔体的含气量并弄脏金属。 于高镁铝合金为防止镁的烧损并且改变熔体及铸锭表面氧化膜的性质在加镁后须向熔体内加入少量0.001-0.004的铍。铍一般以Al-BeF4与2号粉状熔剂按11混合加入加 入后应进行充分搅拌。 Na BeF Al2NaFAlF 为防止铍的中毒在加铍操作时应戴好口罩。另外加铍后扒也的渣滓应堆积在专门的堆放场地或作专门处理。
C、搅拌 在取样之前调整化学成分之后都应当及时进行搅拌。其目的在于使合金成分均匀分 布和熔体内温度趋于一致。这看起来似乎是一种极其简单的操作但是在工艺过程中 是很重要的工序。因为一些密度较大的合金元素容易沉底另外合金元素的加入不可 能绝对均匀这就造成了熔体上下层之间炉内各区域之间合金元素的分布不均匀。如 果搅拌不彻底没有保证足够长的时间和消灭死角容易造成熔体化学成分不均匀。 拌应当平稳进行不应激起太大的波浪以防氧化膜卷入熔体中。调整成分 在熔炼过 程中由于各种原因都可能会使合金成分发生改变这种改变可能使熔体的真实成分与 配料计算值发生较大的偏差。因而需在炉料熔化后取样进行快速分析以便根据分析 结果是否需要调整成分。
A、取样 熔体经充分搅拌后即应取样进行炉前快速分析 分析化学成分是否符合标准要求。取样时的炉内熔体温度应不低于熔炼温度中限。 快速分析试样的取样部位要有代表性开然气炉或煤气炉在两个炉门中心部位各取一 组试样电炉在二分之一熔体的中心部位取两组试样。取样前试样勺要进行预热对于 高纯铝及铝合金这了防止试样勺污染取样应采用不锈钢试样勺并涂上涂料。 分调整当快速分析结果和合金成分要求不相符时就应调整成分——冲淡或补料。 补料。快速分析结果低于合金化学成分要求时需要补料。为了使补料准确应按下列原则进行计算 熔铸炉设备使用与维护操作规程 1.目的 为规范对熔铸设备的操作 更好地使用和维护设备使其最大限度地发挥使用效能确保安全生产正常运行。 范围本规程规定了熔铸炉设备操作使用与维护。
3.熔铸设备的使用与维护 3.1熔炼 炉的技术参数性能 用途 熔炼高纯铝及其合金 15T铝液出炉温度 700 750 熔化时间 4小时 喷枪数量 耗油量7075/T 炉腔最高温度 1100 热空气温度300 3.2熔铸操作规程
3.2.1开启前首先检查燃气系统、电源系统、机 械系统是否正常检查管道阀门是否关闭燃气管道是否泄漏。
3.2.2燃气总压力 5kgf/cm2压力有无波动减压后压力为10Kpa.
3.2.3开启炉门为最大行程。
3.2.4启动冷 却风机。 3.2.5启动燃烧风机使风机风量到10风量吹风2min。
3.2.6用明火投入炉中 观察有无易燃气体。 3.2.7用明火放置炉内1燃烧器口内。
3.2.8开启燃烧总阀调节燃 气1分阀慢开10使燃气正常燃烧若没有点燃应立即关闭燃气分阀1开足风量排出多余 的燃气重新按
3.2.5、3.2.8步骤进行。
3.2.9调节1燃气压力和空气量使火焰呈桔红色。
3.2.102燃烧器同1点火操作步骤。
3.3系统关机 3.3.1关闭燃气总阀
3.3.2关闭1、2燃
3.3.3关闭燃烧风机除冷却风机外所有用电设备均断电。
注意事项 1.点火前 必须打开炉门。
2.设备必须具备工作时条件。
3.调试设备一切正常。 点火后炉门下余留10cm间隙。 严禁过烧超过760。 系统维护 1出现炉门钢丝绳断股时及时更换。
2当热电偶损坏后 测温系统不是炉内实际温度因而操作手注意铝液的温度和颜色及时识别温度显示并 更换热电偶以防止事故。
3.每月一次清理清除铝垢。 浇铸炉使用与维护操作规程 目的为规范浇铸机设备的操作更好的使用和维护设备使其发挥使用效能。
2范围 本规程规定了浇铸机的使用和维护。 3浇铸机的操作规程 3.1检查四根钢丝绳有无 断股、碰伤油润滑是否均匀。
3.2底盘是否水平。
3.3电源系统是否正常变速箱运行 时有无异常声音连轴器的螺丝是否紧固。
3.4导绳器的轴承是否完好。
3.5启动下降 开关根据铝棒的直径大小、铝液温度、水压调整变频器到合适的下降速度。
3.6浇 铸完后必须将铝棒吊完后才能上升否则会造成钢丝绳断裂、拉伸。
3.7工作完毕后 将底盘上升出水面以上防止钢丝绳长期浸泡水中。 维护及注意事项 变速箱严禁缺油每月检查一次。 两个卷筒必须在同一轴线必须由维护工定期校核。 铝合金熔铸工艺及常见的缺陷 一、铸造概论 在铸造合 金中铸造铝合金的应用最为广泛是其他合金所无法比拟的铝合金铸造的种类如下 由于铝合金各组元不同从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同结晶过程也不 尽相同。故必须针对铝合金特性合理选择铸造方法才能防止或在许可范围内减少铸 造缺陷的产生从而优化铸件。
1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能通常理 解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收 缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分但也与铸造 因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 流动性流动性是指合金液体充填铸型的能力。
流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。 在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多主要是成分、温度以及 合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒但外在的根本因 素为浇注温度及浇注压力俗称浇注压头的高低。 实际生产中在合金已确定的情况下 除了强化熔炼工艺精炼与除渣外还必须改善铸型工艺性砂模透气性、金属型模具排 气及温度并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度保证合金的流动性。 收缩性收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。
一般讲合金从液体浇注到凝固直至冷到室温 共分为三个阶段分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量 有决定性的影响它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。 通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收 铝合金收缩大小通常以百分数来表示称为收缩率。
体收缩 体收缩包括液 体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固在最后凝固的地方会出现宏观或显微 收缩这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔 的孔径大而集中并分布在铸件顶部或截面厚大的热节处。分散性缩孔形貌分散而细 小大部分分布在铸件轴心和热节部位。显微缩孔肉眼难以看到显微缩孔大部分分布 缩孔和疏松是铸件的主要缺陷之一产生的原因是液态收缩大于固态收缩。生产中发现铸造铝合金凝固范围越小越易形成集中缩孔凝固范 围越宽越易形成分散性缩孔因此在设计中必须使铸造铝合金符合顺序凝固原则即铸 件在液态到凝固期间的体收缩应得到合金液的补充是缩孔和疏松集中在铸件外部冒 口中。
对易产生分散疏松的铝合金铸件冒口设置数量比集中缩孔要多并在易产生疏 松处设置冷铁加大局部冷却速度使其同时或快速凝固。 线收缩 线收缩大小将直 接影响铸件的质量。线收缩越大铝铸件产生裂纹与应力的趋向也越大冷却后铸件尺 寸及形状变化也越大。 对于不同的铸造铝合金有不同的铸造收缩率即使同一合金铸 件不同收缩率也不同在同一铸件上其长、宽、高的收缩率也不同。应根据具体情况 而定。
铝铸件热裂纹的产生主要是由于铸件收缩应力超过了金属晶粒间的结合力大多沿晶界产生从裂纹断口观察可见裂纹处金属往往被氧化失去金属光 泽。裂纹沿晶界延伸形状呈锯齿形表面较宽内部较窄有的则穿透整个铸件的端面。 不同铝合金铸件产生裂纹的倾向也不同这是因为铸铝合金凝固过程中开始形成完整 的结晶框架的温度与凝固温度之差越大合金收缩率就越大产生热裂纹倾向也越大即 使同一种合金也因铸型的阻力、铸件的结构、浇注工艺等因素产生热裂纹倾向也不 同。生产中常采用退让性铸型或改进铸铝合金的浇注系统等措施使铝铸件避免产生 裂纹。通常采用热裂环法检测铝铸件热裂纹。 气密性铸铝合金气密性是指腔体 型铝铸件在高压气体或液体的作用下不渗漏程度气密性实际上表征了铸件内部组织 致密与纯净的程度。
铸铝合金的气密性与合金的性质有关合金凝固范围越小产生疏 松倾向也越小同时产生析出性气孔越小则合金的气密性就越高。同一种铸铝合金的 气密性好坏还与铸造工艺有关如降低铸铝合金浇注温度、放置冷铁以加快冷却速度 以及在压力下凝固结晶等均可使铝铸件的气密性提高。也可用浸渗法堵塞泄露空隙 来提高铸件的气密性。 铸造应力铸造应力包括热应力、相变应力及收缩应力三 种。
各种应力产生的原因不尽相同。 热应力 热应力是由于铸件不同的几何形状 相交处断面厚薄不均冷却不一致引起的。在薄壁处形成压应力导致在铸件中残留应 相变应力相变应力是由于某些铸铝合金在凝固后冷却过程中产生相变随之 带来体积尺寸变化。主要是铝铸件壁厚不均不同部位在不同时间内发生相变所致。 收缩应力 铝铸件收缩时受到铸型、型芯的阻碍而产生拉应力所致。?庵钟ακ窃菔 攘盐啤?铸铝合金件中的残留应力降低了合金的力学性能影响铸件的加工精度。铝铸件中的残留应力可通过退火处理消除。
合金因导热性好冷却过程中无相变只要铸件结构设计合理铝铸件的残留应力一般较 吸气性铝合金易吸收气体是铸造铝合金的主要特性。液态铝及铝合金的组 分与炉料、有机物燃烧产物及铸型等所含水分发生反应而产生的氢气被铝液体吸收 所致。 铝合金熔液温度越高吸收的氢也越多在700时每100g铝中氢的溶解度为 0.50.9温度升高到850时氢的溶解度增加23倍。当含碱金属杂质时氢在铝液中的溶 解度显著增加。 铸铝合金除熔炼时吸气外在浇入铸型时也会产生吸气进入铸型内的 液态金属随温度下降气体的溶解度下降析出多余的气体有一部分逸不出的气体留在 铸件内形成气孔这就是通常称的“针孔”。
气体有时会与缩孔结合在一起铝液中析出 的气体留在缩孔内。若气泡受热产生的压力很大则气孔表面光滑孔的周围有一圈光 亮层若气泡产生的压力小则孔内表面多皱纹看上去如“苍蝇脚”仔细观察又具有缩孔 的特征。 铸铝合金液中含氢量越高铸件中产生的针孔也越多。铝铸件中针孔不仅降 低了铸件的气密性、耐蚀性还降低了合金的力学性能。要获得无气孔或少气孔的铝 铸件关键在于熔炼条件。若熔炼时添加覆盖剂保护合金的吸气量大为减少。对铝熔 液作精炼处理可有效控制铝液中的含氢量。

三、金属型铸造

1、简介及工艺流程 属型铸造又称硬模铸造或永久型铸造是将熔炼好的铝合金浇入金属型中获得铸件的方法铝合金金属型铸造大多采用金属型芯也可采用砂芯或壳芯等方法与压力铸造相 比铝合金金属型使用寿命长。
2、铸造优点 优点金属型冷却速度较快铸件组织 较致密可进行热处理强化力学性能比砂型铸造高15左右。 金属型铸造铸件质量稳定 表面粗糙度优于砂型铸造废品率低。 劳动条件好生产率高工人易于掌握。 缺点金属型导热系数大充型能力差。 金属型本身无透气性。必须采取相应措施才能有效 排气。 金属型无退让性易在凝固时产生裂纹和变形。
3、金属型铸件常见缺陷及预 针孔预防产生针孔的措施 严禁使用被污染的铸造铝合金材料、沾有有机化合 物及被严重氧化腐蚀的材料。 控制熔炼工艺加强除气精炼。 控制金属型涂料厚度 过厚易产生针孔。 模具温度不宜太高对铸件厚壁部位采用激冷措施如镶铜块或浇水 气孔预防气孔产生的措施 修改不 合理的浇冒口系统使液流平稳避免气体卷入。 模具与型芯应预先预热后上涂料结束 后必须要烘透方可使用。 设计模具与型芯应考虑足够的排气措施。
3氧化夹渣 防氧化夹渣的措施严格控制熔炼工艺快速熔炼减少氧化除渣彻底。AlMg合金必须 在覆盖剂下熔炼。 熔炉、工具要清洁不得有氧化物并应预热涂料涂后应烘干使用。 设计的浇注系统必须有稳流、缓冲、撇渣能力。 采用倾斜浇注系统使液流稳定不产 生二次氧化。 选用的涂料粘附力要强浇注过程中不产生剥落而进入铸件中形成夹 预防产生热裂的措施实际浇注系统时应避免局部过热减少内应力。 具及型芯斜度必须保证在2以上浇冒口一经凝固即可抽芯开模必要时可用砂芯代替金属型芯。 控制涂料厚度使铸件各部分冷却速度一致。 根据铸件厚薄情况选择适 细化合金组织提高热裂能力。改进铸件结构消除尖角及壁厚突变减少 热裂倾向。 疏松预防产生疏松的措施 合理冒口设置保证其凝固且有补缩能力。 适当调低金属型模具工作温度。 控制涂层厚度厚壁处减薄。 调整金属型各部位冷 却速度使铸件厚壁处有较大的激冷能力。 适当降低金属浇注温度。
 
 
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