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铝合金熔铸时的合金化工艺技术探讨

   日期:2017-04-26     来源:网络    浏览:1120    评论:0    
 在铝合金的熔铸过程中,合金化——按照合金牌号的要求调整铝水的化学成分——是一个重要工序。合金化的过程就是往铝水中添加合金元素来调整合金元素在铝水中的含量。这些合金元素的添加主要通过中间合金或金属粉末来进行。
中间合金是以铝为基体含有少量其它元素的合金。例如Al-20Fe合金,在铝基体中含有20%铁;Al-25Mn合金,在铝基体中含有25%Mn。中间合金的一个重要指标是有较低的熔点,以便加到铝水中后能迅速熔化,所以中间合金中合金元素的含量必须控制在较低的水平,一般在5—25%。只有少数几种低熔点元素,例如镁、硅等,含量可以达到50%。

用金属粉末法来进行合金化主要有两种方法:一种是喷吹法加入纯金属粉末;另一种是将金属粉末和其它助熔剂混合后压成块状,再加入到铝水中。

金属粉末不能直接撒入熔炼炉中。由于铝水表面有一层厚厚的氧化铝膜,甚至还有熔渣,如果直接将金属粉末撒入炉内,部分粉末可能会漂浮在氧化膜或熔渣上面,不能熔入铝水中,造成金属粉末流失,影响合金元素的熔化效果,降低了合金元素的收得率。所以,纯金属粉末往往使用喷吹法加入。喷吹法是用氮气、氩气或其它惰性气体通过导管将金属粉末吹入到铝水中。但这需要一套复杂的喷吹设备来完成。

将金属粉末和其它助熔剂混合后压成块状,也即所谓的合金添加剂,相对来说比较简单。合金元素添加剂由金属粉末、助熔剂和粘结剂组成。金属粉末的含量一般为70%至85%,助熔剂的含量为15%至30%,粘结剂只需很少量,0.5—2.0%。加工过程为将各组分粉末均匀混合后,用压力机压成饼状。饼块的大小可以由50克到1500克不等。这种饼块投入到熔炉中可以迅速沉入铝水中并逐渐熔散开来,有效避免了金属粉末散浮在熔液表面的问题,提高了合金元素的收得率。

中间合金的熔点较低,可以直接在铝水中熔化。但是,合金元素的熔点都比较高,比如铁的熔点超过1500度;锰的熔点接近1250度。而铝水的温度只有不到750 度,合金元素粉末就不能直接在铝水中熔化。大量的研究表明,这些合金元素是通过化学反应熔入铝水中。以合金元素锰为例,当锰剂添加到铝水中,锰粒子首先和铝水产生化学反应,生成金属间化合物MnAl4。在铝水界面,锰离子[Mn] 和铝水继续反应,生成MnAl4;在锰粒子界面,铝离子[Al] 和锰继续反应生成MnAl4。金属间化合物MnAl4 迅速长大,包围锰粒子。随着MnAl4 迅速长大,在MnAl4 和Mn粒子界面将形成新的金属间化合物MnAl3。在 MnAl3 迅速长大后,在MnAl3 和Mn 粒子界面又将形成新的金属间化合物MnAl。直至锰粒子全部反应完毕,将锰完全熔入铝中。

从生产成本角度来看,使用中间合金的成本较高。首先,由于中间合金是通过在高温下熔炼铝和合金元素,然后再浇注成锭,导致中间合金造价较高。其次,由于中间合金中合金元素含量较低,导致中间合金的添加量要多好几倍。例如,如果使用Al-20Fe中间合金,如果需要添加100公斤铁,必需要添加500公斤的中间合金,这无疑增加了储运成本。所以,在实际生产中,只有在生产质量要求很高的合金时,或者对纯净度或熔化速度等有严格要求的情况下必须使用中间合金以外,在一般生产中,都倾向于使用金属粉末来进行合金化。

使用纯金属粉末的成本最低。金属粉末不需要二次加工就可以直接加入铝水中。但是,为了避免粉末漂浮在铝水表面,提高合金元素的收得率,必须要使用专门的喷吹设备。这就限制了纯金属粉末的应用。
合金元素添加剂兼具成本低廉和使用方便的优点。所以它的使用越来越广泛。
 
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