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铸造铝合金工艺
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  铸造铝合金操作规程 1 铝合金的熔化 1.1 坩埚、锭模及熔炼工具的准备 1.1.1 石墨坩埚的准备: 1.1.1.1 根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚; 1.1.1.2 新坩埚使用前,应由室温缓慢升温至 900℃进行焙烧,以去除坩埚的水分并防止炸裂; 1.1.1.3 旧坩埚(注意同一个坩埚不能用于熔化不同牌号的合金)使用前应检查是否损坏,清除 表面熔渣和其它脏物,装料前预热到 250~300℃。 1.1.2 铁质坩埚一般采用球铁坩埚,也可用铸钢(或钢板焊接)坩埚。为提高坩埚使用寿命,其外 表面可进行液体渗铝处理。 1.1.3 坩埚、锭模及熔炼工具,使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。 1. 1. 4 新坩埚及有锈蚀污物的旧坩埚,使用前应吹砂或用其它方法清除干净, 并加热到 700~800℃, 保温 2~4 小时,以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。 1.1.5 铝镁系合金的熔炼工具,使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。 1.1.6 坩埚、锭模、熔炼工具使用前应涂防护涂料。搪衬的保温坩埚重复使用时,可不涂防护涂料。 1.1.6.1 涂料成分可按表 1 中的规定: 表1 代号 T03 T04 名称 涂料三号 涂料四号 坩埚和工具用涂料 成分配比(重量百分比)% 氧化锌 25~30 / 滑石粉 / 20~30 水玻璃 3~5 6 水 余量 1.1.6.2 涂料的配制:涂料成分中的所有固体组元,配制前应磨碎,并经过 100~140 目过筛,然 后混合均匀。使用时,先将水玻璃倒入 80~100℃的热水中搅拌均匀,加入固体组元后再搅拌均匀, 冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过 8 小时。 1.1.6.3 将坩埚、锭模、熔炼工具预热到 180~250℃,涂以防腐涂料。 1.1.7 用于保温的碳素钢板焊接坩埚,其内表应用耐火材料搪衬。耐火材料可按表 2 中的规定: 表2 耐火材料成分配比 成分(重量百分比)% 耐火熟粘土 45 石英砂 35 耐火土 20 水 适量(另加) 1.2 原材料 1.2.1 配制铝合金所用的金属材料应符合 QB004《原材料技术条件及验收标准 标准》中的规定。 1.2.2 配制涂料、搪衬、精炼用剂所用的辅助材料也应符合 QB004 中的规定。 1.3 中间合金的配制:铝基中间合金的配制工艺及配料系数见表 3 及表 4: 表3 名称 铝铜 铝锰 代号 AlCu50 AlMn10 成分/% 含 Cu:48~52 含 Mn:9~11 常用中间合金的配制工艺参数 原材料 电解铜 金属锰 块度/㎜ ~100×100 10~15 加入温度/℃ 850~950 900~1000 浇注温度/℃ 700~750 850~900 表 4 常用中间合金的配料系数 序号 01 02 合金代号 AlCu50 AlMn10 各炉料的配制系数 铝锭 100 100 锰 / 11.11 铜 100 / 1.3.1 铝铜中间合金熔炼工艺: 1.3.1.1 将配制好的炉料充分预热; 1.3.1.2 将 10~15%的铝及全部铜装炉,随着铜的熔化,分批将剩余铝锭加入熔炉,并充分搅拌, 至全部熔化; 1.3.1.3 在 700℃左右加入精炼剂(用量按各种精炼剂使用要求配加,如使用 AWJ-3 精炼剂,加入 量为 0.5~0.8%)进行除气精炼处理,扒渣后浇锭(锭厚≤25mm)。 1.3.2 铝锰中间合金熔炼工艺: 1.3.2.1 将配制好的炉料充分预热; 1.3.2.2 在石墨坩埚内将 75%左右的铝锭熔化,并过热到 900~1000℃; 1.3.2.3 分批加入锰,每加入一批后,以石墨棒充分搅拌,待熔化后,加入下一批,最后加入余 下的铝; 1.3.2.4 熔化完后,在 850℃左右加入精炼剂(用量按要求进行配加,如 AWJ-3 精炼剂加入量为 0.5~0.8%)除气精炼处理后静置 5~10 分钟浇锭。为防止锰的偏析,浇锭前要充分搅拌,并应尽快浇 注完毕(锭厚≤25mm)。 1.4 铝合金的配制 配制铝合金采用金属锭、中间合金及回炉料,也可使用各种牌号的预制合金锭。 1.4.1 装料前必须去除炉料表面上的锈迹、泥砂等污物。 1.4.2 回炉料分为三级: 表5 级别 一级 分类 回炉料的分级、应用及最大回用量 熔炼前的预加工 用途 回用量 <80% 不是因化学成分报废的铸件,金属型 清除油污、泥沙、杂质及其 可直接用作所有类别工作合金 铸件的浇冒口,砂型铸件的冒口。 它附属物 的回炉料 二级 砂型铸件的浇道,坩埚底部的剩料, 除去夹砂、杂物,可考虑喷 可直接用做Ⅱ、Ⅲ类铸件的合 因化学成分报废的铸件。 砂处理,并补加所需元素。 金的回炉料 用于无气密性要求,或化学成 <70% 三级 溅屑、铸件飞边和碎小的废料 分离处理,除去杂物及泥沙 分范围较宽的合 金 <30% 注:(1)当铸件有特殊要求时(如针孔度等),回炉料的用量应酌情减少,如气缸铸件应低于 40%; (2) 当各级回炉料搭配使用时, 回炉料的总量≤80%, 其中, 三级回炉料≤10%, 二级回炉料≤50%。 (3)回炉料应按牌号分开堆放,成分不清的需经重熔后分析成分方可用于配料。 1.4.3 炉料计算: 1.4.3.1 元素含量计算法,按表 6 举例说明: 表6 计算程序 1.确定熔炼要求: A. B. C. 合金牌号 所需合金液重量 所用炉料的成分 炉料的计算程序实例(一) 举例 1.以熔炼 ZL104 合金 80 ㎏为例(配料计算取技术要求的平均值): Si:9%,Mg:0.27%,Mn:0.4%,Al:90.33%,杂质 Fe≤0.6% Al-Mn 合金:Mn10%,Fe≤0.3;镁锭:Mg99.8%;铝锭:Al99.5%,Fe≤0.3%。 回炉料:P=24 ㎏,占总量的 30%,成分为:Si9.2%,Mg0.27%,Mn0.4%,Fe≤0.4% 2.确定元素的烧损量:E 2.各元素的烧损量按表 9 中选取,必要时根据生产实际加以调整。 举例:ESi:1%,EMg:20%,EMn:0.8%,EAl:1.5% 3.计算 100 ㎏炉料各元素 3.100 ㎏炉料中,各元素的需要量 Q: 的需要量 Q: Q=a/(1-E) QSi=9%×100/(1-1%)=9.09 ㎏ QMg=0.27%×100/(1-20%)=0.34 ㎏ QMn=0.4%×100/(1-0.8%)=0.40 ㎏ QAl=90.33%×100/(1-1.5%)=91.7 ㎏ 4.根据熔制合金的实际含 4.熔制 80 ㎏合金实际所需元素量 A: 量 W, 计算各元素的需要量 ASi=80/100×QSi=80/100×9.09=7.27 ㎏ A=W/100×Q AMg=80/100×QMg=80/100×0.34=0.27 ㎏ AMn=80/100×QMn=80/100×0.4=0.32 ㎏ AAl=80/100×QAl=80/100×91.7=73.37 ㎏ 5.计算回炉料中各种元素 5.BSi=24×9.2%=2.21 ㎏ 的含有量 B BMg=24×0.27%=0.07 ㎏ BMn=24×0.4%=0.1 ㎏ BAl=24×90.16%=21.64 ㎏ 6.计算应加的新元素含量 6.CSi=ASi-BSi=7.27-2.21=5.06 ㎏ C:C=A-B CMn=AMn-BMn=0.32-0.1=0.22 ㎏ CMg=AMg-BMg=0.27-0.07=0.20 ㎏ CAl=AAl-BAl=73.37-21.64=51.73 ㎏ 7.中间合金量 D:D=C/F 7.相应于新加入的元素量所应补加的中间合金量: (F:元素含量),带入的 D(Al-Mn)=CMn/10/100=0.22×100/10=2.2 ㎏ 铝量:MAl=D-C 8.应补加的纯铝 GAl 9.计算炉料总重 W 带入的铝:M(Al-Mn)=D-C=2.2-0.22=2.08 ㎏ 8.GAl=AAl-[M(Al-Mn)+BAl]=73.37-(2.08+21.64)=49.65 ㎏ 9.W=GAl+(Al-Mn)+Si+Mg+P=49.65+2.2+5.06+0.20+24=81.11 ㎏ 10.核算杂质含量 U(以铁 10.U=GAl×0.3%+D(Al-Mn)×0.3%+P×0.4%=49.65×0.3%+2.2×0.3%+24×0.4%=0.25 为例) ㎏ UFe=0.25/80×100/100=0.3125% 1.4.3.2 炉料配比系数法:按表 7 举说明: 表7 计算程序 1. 确定熔炼要求: 炉料的计算程序实例 举例 1.以熔炼 ZL104 合金 100 ㎏为例(配料计算取技术条件规定的平均值): Si:8.5%,Mg:0.26%,Mn:0.4%,Al:90.84% 回炉料 P=100×50%=50 ㎏,按合金成分计算 A.合金牌号 B.所需合金液重量 C.所用炉料成分 2.确定元素的烧损量 E 2.元素的烧损量按表 9 选取,必要时根据生产实际加以调整。计算确定为: ESi:1%,EMg:30%,EMn:1%,EAl:1.0% 3.计算 100 ㎏炉料各元素的 3.100 ㎏炉料中,各元素的需要量 A: 需要量 A: A=a/(1-E) ASi=8.5%×100/(1-1%)=8.58 ㎏ AMg=0.26%×100/(1-30%)=0.37 ㎏ AMn=0.4%×100/(1-1%)=0.4 ㎏ AAl=90.84%×100/(1-1.0%)=91.75 ㎏ BMn=50×0.4%=0.2 ㎏ BAl=50×90.84%=45.42 ㎏ CMn=AMn-BMn=0.4-0.2=0.20 ㎏ CAl=AAl-BAl=91.75-45.42=46.3 ㎏ 4.计算回炉料中各元素的含 4.BSi=50×8.5%=4.25 ㎏ 有量 B ㎏ 5.应补加的新元素量 C 5.CSi=ASi-BSi=8.58-4.25=4.33 ㎏ CMg=AMg-BMg=0.37-0.13=0.24 ㎏ 6.中间合金加入量 D 及带入 6.D(Al-Mn)=CMn/10%=0.20/10%=2.0 ㎏ 的铝 M 7.应加的纯铝量 G M=D(Al-Mn)-CMn=2.0-0.20=1.80 ㎏ 7.G=CAl-M=46.3-1.8=44.5 ㎏ BMg=50×0.26%=0.13 8.以加入 NAl=100 ㎏铝锭为 8.NSi=CSi×NAl/G=4.33×100÷44.5=9.7 ㎏ 准,计算其它炉料的需要量 N NMg=CMg×NAl/G=0.24×100÷44.5=0.54 ㎏ N(Al-Mn)=CMn×NAl÷G=2.0×100÷44.5=4.5 ㎏ N 回=P×NAl÷G=50×100÷44.5=112 ㎏ 注:ZL107 的计算程序与此相同,计算过程略。ZL104 和 ZL107 的配料系数列于下表: 表8 合金 代号 ZL107 ZL107 ZL104 105002 ZL111 铝锭 100 100 100 100 100 工业硅 8.122 9.4 9.74 14.8 11.3 镁锭 / / 0.774 / 1.63 常用铝合金的炉料配制系数 各种炉料的配制系数 AlCu50 9.29 10.9 / 8.233 4.01 AlMn10 / 5.12 4.584 5.15 3.15 AlTi5A / / / / 6.36 同牌号回炉 料≤ 170 178 168 188 184 Fe0.4%时 备注 序号 01 02 03 04 05 注:上表中所列各种炉料必须符合 QB004-2003《原材料技术条件及验收标准》的相应规定,否则,不 能使用本表系数。此外,实际配料时,应逐一填写配料原始记录,以便复查核实。 表9 元素 Al Si Cu Mg Zn Ni 烧损量(电炉熔炼) 1.0~1.5 0.5~1 0.5~1 2~3 若纯金属加入可达到 15~30% 1~3 若以纯金属加入则烧损可达 10~15 0.5~1 铝合金熔炼时元素的烧损量 元素 Na Mn Sn Fe Be Ti 烧损量(电炉熔炼) 2 ~3 0.5~1 0.5~1 0.5~1 0.5~1 1 ~2 1.4.4 炉料加入先后原则: 1.4.4.1 当用铝锭和中间合金熔化时,首先装入铝锭,然后加入中间合金; 1.4.4.2 当用预制合金锭进行熔炼时,首先装入预制合金锭,然后补加所需的铝和中间合金; 1.4.4.3 当炉料为回炉料和铝锭组成时,首先加入炉料中最多的那一部分; 1.4.4.4 当熔炉容量足以同时装入几种炉料时,则应首先装入熔点相近的成分; 1.4.4.5 容易烧损和低熔点的炉料,如镁和锌,应在最后加入; 1.4.4.6 在连续熔化时坩埚内应剩余一部分铝液以加速下一炉的熔化; 1.4.4.7 采用覆盖剂时,应在炉料开始熔化时就加入熔剂。 1.4.5 炉料全部熔化后,进行搅拌使成分均匀,然后调温到除气工艺所需的温度。 1.5 合金的除气或精炼处理 1.5.1 除气剂准备: 1.5.1.1 使用六氯乙烷时,应将其压成圆饼(Ф 66×40,比重 1.8g/cm3),每块重约 200g,存放干 燥器内备用。 1.5.1.2 使用六氯乙烷加载体时,载体材料(氟硅酸钠或二氧化钛)应进行脱水处理;氟硅酸钠 于 200~250℃烘烤 12~24 小时,二氧化钛于 300~400℃烘烤 3~4 小时,然后按表 10 中的比例混合 后压成圆饼放在干燥箱内备用。 1.5.2 除气处理:用钟罩将除气剂压入距坩埚底 100mm,沿坩埚直径 1/3 处(距坩埚壁)的圆周匀 速移动,为不使铝液大量喷溅,除气剂可分 2~3 次加入。除气结束后静置、除渣。 1.5.3 除气效果检验:分炉前和炉后检验 1.5.3.1 炉前检验:用勺取约半勺合金液,用干净铁片刮去表面氧化物和渣,露出镜面样液面, 冷却后如有气泡析出,则除气效果差,反之则效果好。 1.5.3.2 炉后检验,试样经腐蚀后看到针孔的大小和多少。 1.5.4 除气剂的工艺参数见表 10: 表中规定的精炼剂用量仅作为计算每炉使用量的依据,不作为工艺参数控制。当出现操作不 当造成额外损耗、炉料含杂质(如渣、泥砂等)过多等原因,导致炉前检验除气效果差时,应考虑增 加使用量,直到炉前检验合格为止。 精炼温度(精炼处理时铝液的温度)的选择也应根据条件(如环境、设备因素等)的变化作 随机调整,以最终炉前检验的效果来验证,应作为工艺参数控制并予以记录。 表 10 精炼剂 合金代号 ZL101 ZL102 六氯乙烷 ZL104 ZL105 ZL401 六氯乙烷 75% 氟硅酸钠 25% 六氯乙烷 50% ZL101 ZL105 ZL104 常用精炼(除气)工艺参数 精炼剂用量 ≥(%) 0.5~0.7 0.3~0.5 0.5~0.7 0.5~0.7 0.5~0.8 0.5~0.8 0.3~0.5 0.5~0.7 精炼温度 (℃) 700~730 690~720 700~740a 700~730 700~730 700~730 700~730 690~720 备注 氟硅酸钠 50% 六氯乙烷 65% 二氧化钛 35% 光卤石 60% 氟化钙 40% 光卤石或 钡熔剂 55 a AWJ-3 成品精炼剂 ZL105 Al-Cu 系合金 Al-Mg系合金 0.4~0.6 0.5~0.7 700~730 700~730 2~4 660~680 含 Be、Ti 的合金 Al-Mg系合金 ZL104 ZL107 ZL111 105002 1~2 0.5~0.8 0.5~0.8 0.5~0.8 0.5~0.8 660~680 690~720 b700~740 700~730 b700~740 不含 Be、Ti 的合金 注:除气剂以六氯烷及六氯烷加载体的效果最好。当采用其它精炼剂时,应按其产品使用说明书要求 进行验证合格,出具操作工艺后,方可使用。 1.6 合金的变质和孕育处理: 1.6.1 变质处理是为了细化铝硅合金中的共晶硅,孕育处理是为了细化铝合金中的初 生相。 1.6.2 常用钠盐变质剂按表 11 的成分要求混合均匀,装入料盘摊平,厚度不超过 50 ㎜,于 300~400℃烘烤 3~5 小时,然后破碎。30~40 目过筛,放入干燥器内备用。 1.6.3 变质剂的准备、用量、处理时间等作为操作处理时的参考,以最终炉前检验的 效果来合理选择,不作为工艺参数控制和记录,精炼剂的处理温度和效果应予以验证和 记录。 表 11 序号 名称 01 钠基 三元变质剂 四元变质剂 常用变质剂使用工艺参数 02 03 钛、硼、锆 变质孕育剂 钛 0.15~0.2 04 稀土 金属 铝稀土 中间合金 0.2~0.4 成分(%) 用量(%) 预热 温度 时间 氟化 氯化 氯化 氟化 氯化 氯化 冰晶 氟锆酸 氟硼酸 钠 25 钠 63 钾 12 钠 30 钠 50 钾 10 石 10 ≥1.5~2 ≥2~3 ≥100~300℃ ≥3h 700~740℃b 700~750℃b 730~750℃ ≥2~3min 钾 0 .5 钾 0.6 200±10℃ 350~450℃ 2~4h 720~740℃ / 处理温度 液面停 处理 留 ≥10~15min 时间 压入合 金 ≥3~5min ≥5~8min / 将预热后的变质剂均匀撒在合金液面上, 覆 钛以合金形式加入,氟锆酸钾、氟硼 于浇注前 30 分钟 处理方法 盖 10~15 分钟,打碎硬壳,使气体排除并 酸钾在除气后均匀撒在合金液上,覆 加入合金搅拌均 将变质剂压入合金液中至 100~150 ㎜深, 盖 2~3 分钟后压入静置 5~8 分钟后 匀。 连续操作 3~5 分钟后打渣。 打渣。 1.6.3 合金经变质后,调整到浇注温度进行浇注。 1.7 采用其它变质剂时,应按其使用说明书要求进行验证合格后方可使用。 1.8 常用铝合金熔炼工艺举例如下表: 表 12 常用铝合金熔炼工艺举例 合金 牌号 ZL104 ZL107 ZL111 熔炼工艺要点 装料顺序: 回炉料、 铝锭、 铝锰合金、 硅, 熔化后搅拌均匀, 680~700℃ 时将镁压入合金液。 装料顺序:回炉料、铝锭、铝铜合金、硅,熔化后搅拌。 备注 浇注温度:700~740℃ 浇注温度:690~740℃ 装料顺序:回炉料、铝锭、铝铜、铝钛、铝锰合金、硅,熔化后搅拌,浇注温度:690~720℃,金属型铸 镁在除气精炼后 680~700℃时加入。 装料顺序:铝锭、铝铜、铝锰合金、回炉料、硅,熔化后搅拌,使成分 均匀 造,可不进行变质处理 浇注温度:690~740℃ 105002 2 铝合金的浇注 2.1 浇注前的准备工作: 2.1.1 工具的准备:所有工具应经过清理、预热、涂料,使用前应再次预热。 2.1.2 检查开模机构各部分是否完好,各运动部分应加油润滑。如导轨、导杆、螺杆、 螺母、轴承等。保证开型、合型灵活。 2.1.3 金属型的预热:金属型预热前应仔细清除原来的涂料,去除部位为型腔、铁芯 和分型面。浇冒口和冒口颈可不去除。 2.1.3.1 预热时要不断移动喷枪,使型腔受热均匀。严禁将喷枪搁置不动,使局部严 重过热。 2.1.3.2 需要温度高的地方,如冒口部位,要多加热,使该部分温度高于型腔温度。 2.1.3.3 必要时,要预热金属型的背面,使金属型变形小。 2.1.4 金属型的涂料: 2.1.4.1 涂料成分配比:根据金属型的特点,按表 13 选取涂料: 表 13 金属型涂料成分配比 代号 T05 T06 T07 T08 名称 涂料五号 涂料六号 涂料七号 涂料八号 成分及配比(重量百分比)% 氧化锌 9~11 / / 10~12 滑石粉 / 15 / / 石墨粉 / 3 22 / 石棉粉 / / / 10~12 水玻璃 6~8 6 4 10~12 余量 水 适用范围 中小型及表面要求光滑的铸件。 大型或厚壁铸件。 斜度小的型芯和厚壁铸件。 浇冒口系统用。 2.1.4.2 涂料的配制:涂料中的所有固体组元,配制前应磨碎,并经过 100~140 目 过筛(经检合格,未成团的组元可直接用于配制),然后混合均匀。使用时,先将水玻 璃倒入 80~100℃的热水中搅拌均匀,加入固体组元后再搅拌均匀,冷却后备用。配好 的涂料停放时间一般不超过 8 小时。 2.1.4.3 涂料操作: 1)涂料可以用喷刷,要求均匀、表面光洁; 2)为利于补缩,远离冒口的部位涂薄些,而靠近冒口处涂厚些。必要时在产生缩孔的部 位将涂料去除掉; 3)冒口用涂膏刮上一层 2~3 ㎜厚的涂料,以提高冒口的补缩能力。 2.1.5 除去分型面及各配合面的涂料。 2.1.6 对大金属型,在涂料后还需再次预热。 2.1.7 下好泥芯,吹净型腔,并合严金属型。 2.2 浇注操作: 2.2.1 金属型合严后,应尽快浇注,避免其降温。 2.2.2 浇包自坩埚中舀取金属液时,先用包底拨开液面上的氧化皮或熔剂层,缓慢地 用包口舀取合金液。在浇包接近金属型浇口时,应用热铁片或干木块将包嘴处的氧化皮 或渣拨开,让干净的金属液进入浇口杯。 2.2.3 浇注温度的高低,要根据具体情况来决定,总的原则是保证铸件成型的前提下, 浇注温度越低越好。常用铝合金浇注温度见表 12。 2.2.4 浇注时,开始瞬间应略慢,防止金属液溢出浇口杯和严重冲击型腔,紧接着应 加快浇注速度,使浇口杯充满,做到平稳而不中断液流。 2.2.5 浇注快慢尚须视不同金属型而变化,操作者应积累经验,以便做到不冷隔、排 气顺畅及不冲坏型芯。 2.2.6 浇包中的合金液应正好为铸件所需用量,如有剩余,应浇入锭模中,禁止将剩 余金属液返回坩埚中。 2.2.7 浇注完毕,根据不同铸件,即时开模,做到不因开模过早损坏铸件,也不因过 迟而产生脱模困难。 2.2.8 取出铸件后,观察铸件是否合格,若有缺陷,应采取措施解决,直至合格为止。 2.3 浇注安全: 2.3.1 工作场地应平坦、整洁,道路畅通,场地上不得有积水,车间应有良好的通风 措施。 2.3.2 搬运金属型、浇注和取出铸件都应细心操作,防止碰伤和烫伤。 2.3.3 浇包中铝液不宜太满。 2.3.4 金属液溢出型外时,应放干砂,以防爆炸伤人。 3 相关文件 3.1 QB004-2003《原材料技术条件及验收标准》 4 相关记录 4.1 《炉料配制原始记录表》2010-002-01 4.2 《熔炼、浇注原始记录表》2010-002-02


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