《铝合金生产技术》熔炼铸造教案.docx
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《铝合金生产技术》熔炼铸造教案
铝合金生产技术（熔炼.铸造）
有色金属铝合金常见的铸造方法：
低压铸造、差压铸造、石膏精密铸造、真空吸铸造等先进的铸造方法已用于铝合金铸造。
铝及铝合金的分类:
铸造铝合金：
目前现有的分为Al-Si系，（含Si量4%—22%）Al-Cu系（含Cu量3%—11%），Al-Mg系（含Mg有4%—11%），Al-Zn系（10%以上，）Al-RE系5类。
变形铝合金:
（又称加工铝合金）
主要通过锻造，滚轧，辗压，挤压等方式给铝合金施以外力，
我国的变形铝合金牌号是怎样表示的：
根据GB∕T16474-1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡是化学成份与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织命名的合金相同的所有合金，采用4位字符牌号命名，第1、2、3、4位为阿拉伯数字，第2位为英文大写字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。
牌号的第1位数字表示铝及铝合金的组别，铝合金组别按主要元素来确定，1***为纯铝，（铝含量不小于99.00%），2***是以铜为主要合金元素的铝合金，3***是以锰为主要合金元素的铝合金，4***是以硅为主要合金元素的铝合金，5***是以镁为主要合金元素的铝合金，6***镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，7***是以锌为主要合金元素的铝合金，8***是以其它合金元素为主要的铝合金，9***为备用合金组。
如：
1060是最低铝含量为99.6%的工业纯铝。
1035工业纯铝是一种铝含量大于99。
50%的电工铝，其中有3种杂质应受到控制，即ω（V+Ti）≦0.02%,ω（B）≦0.05%,ω（Ga）≦0.03%。
Al-Si铝合金其含Si量4~~22%，我国有18种。
结合我公司产品针对不同的合金使用不同的熔剂，通常根据变质方法来确定，如：
使用Sr，Na，变质可使用通用型熔剂，使用P变质使用无钠型熔剂。
一般使用熔剂有：
高温和低温是根据各个生产工艺来制定。
变形铝合金推荐产品有：
AJ2，AZ1，AF1，（无钠型）以及元素添加剂和细化剂，
微量元素与杂质对铝合金性能的影响
1：
Na（钠）
Na可以把共晶Si的晶粒细化并变成粒状，使强度和韧性都获得很大的提高质，所以从此便出现了变处理。
加入量一般控制在0。
01%~~0。
04%Na以含有金属Na或钠盐的熔剂加入到铝液中去的，由于Na与氧的亲和力大于Al与氧的亲和力，其缺点是：
钠是化学活性元素，在变质处理中氧化烧损激烈，冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易坩埚腐蚀损坏，变质温度高750~~780℃，烧损大，故其有效变质时间很短，仅在1h即失效。
2：
Sr（锶）
Sr比Na持续变质作用时间长，约为Na的3倍多，最多可达6~~7h加入到铝合金液中不象Na那样氧化激烈，烧损大，其添加量，0.04~~0.06%，超过0.06%时，合金性能有所下降，因为出现了脆化的Al2SiSr化合物的缘故。
在炉料熔清并且进行了精炼处理后加入合金液中。
变质温度在720~~730℃，铝液中存在CI，F，P时与Sr反应使变质作用消失，不能用NaCI，NaF精炼，不能含P的回炉料。
3：
P（磷）
P在铝合金中形成闪锌矿型AlP结晶，其晶格常数几乎与金刚石型Si晶体晶格常数一样，它会和Na，Sr，Sb形成化合物，降低它们对共晶硅结晶的细化效果，所以已经使用Na，Sr，Sb作为过变质处理的铝合金，不能再加入P来作变质处理，P-的添加量约为炉料总量的0.5%。
在使用时严禁使用含钠的金属熔剂。
4：
Sb（锑）
Sb（锑）它对亚共晶和过共晶Al—Si合金都有较好的变质作用，添加量约为炉料总量的0.2%~~0.4%，Sb的变质效果与合金的冷却速度有关，当冷却速度快时，变质作用可得到充分发挥，（如在金属型中铸造和薄壁铸件）当冷却速度慢（如在石膏型或者砂型中铸造及厚壁铸件）时，其变质作用差。
但要注意，已经用过钠和锶变质了的不能再加入锑来变质，因为这样使合金的晶粒粗大，性能变坏效果降低，
5：
AlTi5B（铝钛硼）
这是一种先进的细化晶粒的现代方法，其优点是：
细化效果好，利用率高，使用量节省，加量为0.05%~~0.35%.适用于变形铝合金的晶粒细化处理。
主要是TiB3，TiAl3这两类微细粒均成为铝合金结晶时，外来的有效异质结晶核使合金晶粒得到细化，有效地防止了铸件或型材的裂纹，提高了合金的机械性能。
6：
AlRE（铝稀土）
利用AlRE合金的稀土变质法，是在铝合金液温度为720~~760℃，加入占炉料总重量的0.2~~1.0%的AlRE合金，其优点是它对Al及共晶组织均有明显的细化效果，有效好的精炼净化作用，可显著提高合金的机械性能，变质时间长，
如果操作不当时会使RE氧化，烧损也较大，还有可能产生高熔点的偏聚物沉降。
铝合金的变质处理和孕育处理
由于在铝合金中使用最多使用面最广的铝合金尤其是亚共晶含Si量为5%~~13%，共晶型含Si量为13%~~22%铝合金，随着含Si量的增加，共晶体（a+Si）也随之增加，其铸造性能优良，但共晶硅呈粗大的针状或板状，显著降低合金的强度和塑性，所以要对它进行变质处理，阻止凝固时先析出粗大的Si晶体，便成为小粒状。
铝合金熔炼的一般工艺
根据所熔炼的合金种类和熔炼炉的种类决定铝合金的具体工艺流程，一般的流程不外乎是：
配料计算——准备金属炉料——准备非金属材料——选择并准备熔化，保温炉及工具——装炉及熔化——炉前分析，调整成分——精炼合金液——脱氧或扒渣——变质处理，细化晶粒——静置，保温——浇铸
例如：
ZL102合金的熔炼工艺
1：
熔炼前的准备工作
1）清炉和洗炉，
2）预热熔炉，（坩埚）工具到200~~300℃，
3）刷涂料
4）清理，预热炉料
5）准备好熔剂，变质剂
2：
配料计算
1）由于Si的含量大，易烧损大，故配料计算时应取上限
3：
装炉次序及装料
1）回炉料
2）铝硅中间合金
3）铝锭
4：
熔炼及精炼
炉料装好后，升温熔化炉料，等炉料全熔后，除净浮渣，升温到700~720ºC，用炉料总重量的1%～2%的精炼剂分3次用钟罩压人熔池中心下面精炼合金液，精炼总时间为10～15min。
钟罩离炉底100～150mm深处，并且要缓慢地作回转移动，精炼完后，静置5～10min取样分析，若化学成分出现低于或者高于标准成分的情况，则要作补料或冲淡的调整成分工作。
5：
变质处理
当温度达到730~750℃时，进行变质处理，变质总时间为15～18min。
6：
:
浇注
当温度达到760℃时扒渣出炉，同时浇注化学成分和机械性能的试样。
熔液质量与铸造性能，铸造缺陷
一，流动性：
流行性的好坏，主要由化学成分来决定，含气量的影响很小。
夹杂物的含量有一定的影响，夹杂物含量多时，会阻碍流动性，温度的影响则是最大，而温度的影响，实际上包括熔液浇入的铸型的温度这两个方面。
二，收缩性：
收缩性是各种金属或合金所固有的特性。
金属或合金从液体态到凝固完毕冷却到室温，要产生体积和尺寸上的变化，这种体积和尺寸的变化，我们把它总称为收缩。
三，铸造裂纹，铸造裂纹是在大部分金属或合金液已经凝固，液相很少，铸件产生收缩应力的冷却过程中的伴生现象。
此时金属或合金的线收缩量大，但其强度低，处于铸型或模具中大多数情况下不能自由收缩的铸件，将它的薄弱部位（平时常说的不合理部位）如热带，直角转接等部位产生很大的收缩应力，当铸型的阻力大小此收缩应力（即不能退让），而此时金属或合金的强度小于此收缩力时，便产生裂纹。
铸造缺陷：
气孔，夹渣，砂眼，夹砂，氧化夹渣（杂），缩（疏松），裂纹，欠铸，偏析，针孔，
一氧化夹渣
缺陷特征：
氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。
断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现
产生原因：
1.炉料不清洁，回炉料使用量过多2.浇注系统设计不良3.合金液中
的熔渣未清除干净，4.浇注操作不当，带入夹渣5.精炼变质处理后静置时间不够
防止方法：
1.炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低 2.改进浇注系统设计，提高其挡渣能力 3.采用适当的熔剂去渣4.浇注时应当平稳并应注意挡渣5.精炼后浇注前合金液应静置一定时间。
二气孔
气泡缺陷特征：
三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。
表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔气泡在X光底片上呈黑色
产生原因：
1.浇注合金不平稳，卷入气体 2.型（芯）砂中混入有机杂质 3.铸型和砂芯通气不良 4.冷铁表面有缩孔 5.浇注系统设计不良。
防止方法
1.正确掌握浇注速度，避免卷入气体。
2.型（芯）砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量3.改善（芯）砂的排气能力4.正确选用及处理冷铁5.改进浇注系统设计。
三缩松
缺陷特征 铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。
在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍断口等检查方法发现
。
产生原因：
1.冒口补缩作用差2.炉料含气量太多3.内浇道附近过热4.砂型水分过多，砂芯未烘干5.合金晶粒粗大 6.铸件在铸型中的位置不当 7.浇注温度过高，浇注速度太快。
防止方法：
1.从冒口补浇金属液，改进冒口设计2.炉料应清洁无腐蚀 3.铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用 4.控制型砂水分，和砂芯干燥5.采取细化品粒的措施6.改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度。
四裂纹
缺陷特征：
1.铸造裂纹。
沿晶界发展，常伴有偏析，是一种在较高温度下形成的裂纹在体积收缩较大的合金和形状较复杂的铸件容易出现。
2.热处理裂纹：
由于热处理过烧或过热引起，常呈穿晶裂纹。
常在产生应力和热膨张系数较大的合金冷却过剧。
或存在其他冶金缺陷时产生。
产生原因：
1.铸件结构设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊。
2.砂型（芯）退让性不良 3.铸型局部过热4.浇注温度过高5.自铸型中取出铸件过早 6.热处理过热或过烧，冷却速度过激。
防止方法：
1.改进铸件结构设计，避免尖角，壁厚力求均匀，圆滑过渡。
2.采取增大砂型（芯）退让性的措施3.保证铸件各部分同时凝固或顺序凝固，改进浇注系统设计4.适当降低浇注温度 5.控制铸型冷却出型时间6.铸件变形时采用热校正法7.正确控制热处理温度，降低淬火冷却速度。
铝及铝合金的铸造：
1：
砂型铸造
2：
金属型铸造
3；压力铸造
4；低压铸造
5；差压铸造
6；真空吸铸法（CLA法），真空熔化吸铸法（CLV法），真空砂型吸铸法（CLAV法）
7；石膏型精密铸造法
变形铝合金的铸造：
1：
块式铁模铸锭法
2：
立式半连续式铸锭
3：
水平半连续或连续式铸造
根据熔炼的生产工艺结合我公司产品，大致分为高温熔剂和低温熔剂，如（高温）火焰反射炉常用的产品：
精炼剂（AJ2系列），打渣剂（AZ系列），覆盖剂（AF系），细化剂（AlTi5B，AX系），元素添加剂，变质剂（AlSr、AlRE、AB1、AB2等）。
（低温）坩埚炉常用的产品：
精炼剂（AJ0系），除渣剂（AZ系列AJ系列），覆盖剂（AF系列），细化剂（AlTi5B），变质剂（AlSr、AlRE、Alsb、AB1、AB2等）。
在销售产品过程中，一定要了解对方生产产品的牌号，炉形（容量）等等，有无特殊要求。
主要产品品种与性能特点
熔炼用辅助材料，包括除渣，保护，精炼，变质，细化，元素添加与去除。
除渣：
主要提高（渣）非金属物的温度，将表面非金属与金属分离。
AJ1类，AZ1类。
保护：
主要是防止氧化与吸气AF类。
精炼：
主要将熔体内的非金属与气体去除。
AJ01C，AJ02C，AJ03C，AJ04C，AJ05C，AJ2，AJ203，AJ2A，AJ6。
变质：
主要改善铝合金中的硅相组织。
AB1类，AB2类，AlSr类等等。
细化：
主要增加微细的结晶核使合金的晶粒得到细化，有效地防止铸件或型材的裂纹，提高合金的力学性能，AX1类AlTi5B类，AlER类等。
元素添加：
Mn75，Ti20—75，Si95，Fe75，Ni75,Cr75,Cu75,Zr75等等
（请查看产品说明书）。
什么叫金属间化合物？
金属间化合物：
金属与金属或金属与某些非金属之间所形成的化合物。
（中间相）
锌合金
锌熔点为419.5℃，沸点为907℃主要适合于压力铸造或重力铸造。
锌合金牌号表示方法：
举例：
ZZnAl4Cu1Mg（Zn99，95）
Z---铸造代号，
Zn—基体金属锌的元素符号
Al--铝的元素符号
4--铝的名义百分含量
Cu--铜的元素符号
1--铜的名义百分含量
Mg—加入少量镁
铸造锌合金的分类
1：
按合金成分分类可分为四类
Zn-Al系，Zn-Cu系，Zn-Pb系Zn-Pb-Al系等。
Zn-Al系合金一般含有少量的Cu，Mg以提高强度和改善耐蚀性。
Zn-Cu系合金一般还含有Ti，也加入少量Cr。
Zn-Pb-Al系合金一般用作冲制电池壳，并可制成各种小五金及体育运动器材等。
Zn-Pb-Al系合金用于镀锌行业。
2：
按加工方式分类主要分为；
铸造合金、变形合金、热镀锌合金。
铸造合金又分为压力铸造合金，重力铸造合金等。
其中，Zn-Al合金和Zn-Cu-Ti合金既可直接铸造，又可进行变形加工。
变形锌合金可分为三类：
轧制锌合金，锌合金板、带、箔都是轧制生产的，这类锌合金已形成了国际标准和国家标准；目前使用最广泛的是Zn-Cu-Ti系合金和Zn-Pb系合金，其中Zn-Cu-Ti系合金主要用来代替黄铜。
如制作拉链，千层锁，日用五金等。
Zn-Pb系合金主要用于冲制电池壳，焊接电池壳，制作体育运动器材部件，小五金件及用于照相制板等。
锌合金的熔炼温度在450~470℃左右时可使用我公司产品除渣剂（ZZ或ZJ1）精炼剂可使用ZJ0C，也可选用惰性气体。
变质，细化的概念目前还没有统一的定义，从试验证明含TiB及稀土的ZA-43，ZA-27合金有明显的细化作,当稀土加入量为0.06%时，效果最好，晶粒尺寸由56µｍ细化到36µｍ，晶枝臂间距从40µｍ减少到26µｍ。
总之，一定量的稀土加入能够改善锌铝合金在中性、碱性溶液以及水蒸气中的耐蚀性能。
铸造缺陷：
锌合金压铸件目前广泛用于各种装饰方面，如家具配件、建筑装饰与浴室配件、灯饰零件、玩具、领带夹、皮带扣、各种金属装饰扣等，因而对铸件表面质量要求高，并要求有良好的表面处理性能。
锌合金压铸件易出现的
裂纹：
主要是水纹，冷隔纹，热裂纹，
（1）水纹，冷隔纹。
金属液在充型过程中，先进入的液体过早凝固，后进入的不能和前面的熔合为一体，在铸件表面对接处形成叠纹，出现条状况缺陷。
水纹一般是在铸件表面浅层，而冷隔纹有可能渗入到铸件内部。
（2）热裂纹。
当铸件厚薄不均，凝固过程产生应力，过早顶出，金属强度不够，顶出时受力不均，过高的模温使晶粒粗大，有害杂质存在。
金属型芯歪斜或导向装置不良，取出型芯时铸件开裂。
缩孔：
大多数金属的液态密度小于固态密度，因此结晶时要发生体积收缩。
金属收缩的结果是，原来填铸型的液态金属，凝固后就不能再填满，此时如果没有液体金属继续补充的话，就会出现收缩孔洞，称为缩孔。
形状不规则，孔壁粗糙。
缩松：
冷隔：
冷隔是铸件边缘的圆钝的穿透或不穿透缝隙。
气孔：
重力偏析等
其中常见的是表面起泡。
其特征为：
压铸件表面有小泡，出现的情况为：
压铸出来就发现。
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