铝合金及其熔炼

铝合金及其熔炼

一、铝合金的系列：铝合金共有三个系列根据与其形成合金的元素而有些区别。

1、铝硅系：合金中硅含量在共晶点附近，合金的流动性好，铸造性能好，不易产生裂纹，致密性好，热膨胀量小，导热性好，耐腐蚀，适合压铸大型薄壁复杂铸件。但是其机械性能不够高，切削性稍差，阳极氧化不理想。

2、铝硅铜系：合金具有最佳综合性能，应用广泛，尤其在汽摩行业。

3、铝镁系：合金的强度、塑性、耐蚀性和表面质量最佳，但收缩和膨胀量大，铸造性能差。

二、合金元素的作用：

1、硅：铝与硅的共晶点在11.7%，共晶合金的凝固温度范围最小，补缩及抗热裂性最好，共晶点附近的合金都有良好的流动性，适合铸造薄壁，复杂大型的铸件。随着含硅量的提高，强度与硬度也有所提升，但伸长力下降，切削性能变差，而合金对坩埚的熔蚀也增加。

2、铜：铜对于铝合金可提高机械性能改善切削性，但耐蚀性降低，热裂倾向增大。

3、镁：铝镁合金耐蚀性好，但由于凝固温度范围大，有热脆性故铸件易于产生裂纹，其流动性随着镁含量的提高而改善，但相应收缩也增加。对于铝硅系合金而言，镁有强化效能，提高耐蚀性，改善电镀，阳极氧化的性能及铸件表面质量。但对铝硅铜而言，必须控制其含量，因为镁会造成热裂，冷脆降低伸长率和冲击韧性。

4、铁：铁能缓解铝与模具的亲和力，通常控制在0.6% ~ 1%之间，过高的含铁量在铸件中产生FeAl3针状相，降低性能。在铝硅系及铝硅铜系里过量的Fe形成金属间化合物造成脆性在切削时会影响表面粗糙度。

5、锰：适量锰能中和过量铁的不利影响，但不大于0.5%。

6、锌可提高流动性，改善机械性能，但高温脆性大，产生热裂。

7、锡：改善切削性能，降低强度和耐蚀性，有高温脆性。

8、镍：少量的镍能改善机械性能，对耐蚀性不利。

9、铅：改善切削性能，但有损耐蚀性。

10、铬：改善耐蚀性。

11、钛：细化结晶，改善性能。

三、铝合金的熔炼：

铝合金的熔炼对压铸企业而言是个重要环节，一般均有熔炼及保温二种过程，一边压铸一边熔炼是不被容许的。

1、压铸对铝合金液有如下几个要求：

①化学成分符合要求，成分均匀。

②气体熔解量小，氧化夹杂，熔剂残留少，以免在铸件中形成气孔和夹渣。

③组织细化使铸件能获得致密的结晶。

由于熔炼过程不妥而造成的铸造缺陷，有渗漏，气孔夹渣，偏析，裂纹，晶粒粗大等。

2、铝合金熔炼的工艺流程如下：

熔炉预热————→装料——→熔化→炉前检查→调整成分→精炼和除渣↑↑↑↑

熔炉及工具准备炉料准备快速分析精炼剂准备

→调温→浇入保温炉

对于工艺流程的每个环节都要做到尽可能完善：

熔炼炉：常用燃油气炉，电阻炉，感应炉，其中燃油燃气的效力较高，但目前油价居高不下，也是个压力，电阻炉效力最低。

保温炉：最常用的是井式坩埚炉，可以是电阻炉也可以燃油燃气，但近来上热式电阻炉有逐渐取代的趋势，其优点是节能，效费比高。坩埚通常有高硅球铁，石墨、铸钢（或钢板焊接）,比较好而价格高的是内层非金属，而外壁是金属的复合坩埚，当然对合金的质量肯定有好处。炉子及各种工具在使用前应该清理干净，不应残留氧化皮油污及其他杂物。

金属工具应用氧化锌水玻璃涂刷，以防止渗铁，然后在200—300℃的温度下烘干备用。

装料：a铝锭应符合国家标准的要求，使用前要经过预热，将水份全部蒸发掉，因为水在炉内外发生分解，产生O2与H2，其中的O2与铝合成Al2O3成为夹杂，而H2则在熔液里转为铸件的气孔。

b旧料：旧料指浇道、废铸件及溢流槽等，（飞边和切屑则应该从新熔炼成锭后使用）由于旧料中必定含有大量的水，油污杂物和涂料，应该在清理和烘干后投入炉内熔炼。通常旧料使用量不超过50%

熔化：

铝合金熔炼温度常在670—750℃范围由，过高的温度会加剧铝的氧化过程，过低则铝液呈粥状，使熔渣及杂质不易分离。已然漂浮于液面的渣要及时清除，因为在液面上生成的氧化铝薄膜结构很致密，有防止进一步氧化的作用，但由于氧化铝的比重与铝合金非常接近，故它残留在铝液内不会自动漂浮上液面，需用精炼的办法来去除。

炉前检查：

铝合金熔炼完成后，对其应该进行化学成分分析，应用最广泛的是光谱仪测量，如不合格则转入下一步的调整过程，另外还要进行全面检查；金相、机械性能等。

调整成分：

按分析结果，缺什么补什么，但是要求加入的是中间合金，如果铝则可以直接加入。

精炼：

合金的精炼是为了纯净合金液，也使合金中含有的气体排出，减少隐患。

a、精炼剂通常为氯化锌、六氯乙烷、氯气、氮气还有氯化锰，二氧化钛加氯化锰，后者用于特殊合金，此外镁铝合金使用的精炼剂则更不一样。氯盐要吸湿故必须经过烘烤才能使用。用氯盐精炼比较好，原理是在炉内发生化学反应生成AlCl3（沸点为121℃）在合金内是气态，上浮过程中把杂质，气体等吸附在一起上浮，较果很好，但烟雾很大，对环保而言不理想。

氯气精炼是目前效果最好的方法，但其精炼过程中产生的HCl腐蚀和污染严重。

氮气精炼效果尚可，使用方便，无毒无味。近年来开发了不少无毒精炼剂，除气效果可以但除渣作用不大，但综合效果尚无一个十分理想的品种。

b、精炼剂的使用量：

通常精炼剂与合金的比例为2~4%。

c、精炼温度：

精炼温度通常为700℃~740℃精炼10分钟，静置15分钟，吹氯精炼温度不超过700℃，气压0.1-0.2MPa。

d、精炼方式：

最常见的是用钟罩将精炼剂压到距炉底100mm左右加以搅动。吹氮吹氯则用充气导管。也有用氮气作载体将精炼剂喷吹进入铝液来达到目的。

后过程是调整好合金液的温度至710℃。

浇入保温炉投入出产。