铝合金精炼解读

典型铝合金熔炼工艺

∙2013-11-19 11:18:57

∙来源：中铝网

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随着科学技术的发展，汽车、造船、航空、航天及其他制造业对铝合金铸件的品质要求也愈来愈高，除了保证化学成分、力学性能和尺寸精度外，不允许铸件有气孔、缩孔等缺陷。而铝合金的熔炼则是铸件生产过程中的一个很重要的工序。多年来的生产经验证明，熔炼工艺过程控制不严，铸件很容易产生针孔、氧化夹渣、缩松等缺陷，直接影响铸件质量。因此，要想获得优质铝合金铸件，必须严格控制熔炼工艺。

一、熔炼前的准备

1.严格控制炉料质量。炉料质量是铸造生产的源头，直接影响到最终铸件的质量，成分不合格导致产品成批性报废。因此，要高度重视。

必须做到:

①严格控制炉料中新旧炉料的比例，回炉料所占炉料质量百分比应小于等于70%;

②保证炉料干净，炉料需经吹砂后使用;

③三等回炉料枷浇冒口匀使用前应经重熔精炼处理;

④炉料应充分预热，去除水分、油污等杂质;

⑤由于铭合金有铝硅类、铝铜类、铝镁类等合金，合金牌号较多，使用的元素也比较多，且互相影响，要求严格管理，不可混料;

⑥配料、称量要准确，比如ZL104合金，考虑到除气、排渣及变质过程中的损耗，Mg元素应在实际配料时多加炉料质量的

0.02%-0.03%，才能保证铸件的化学成分。

2.熔炼工具。熔炼使用的址涓及熔炼工具须清理干净且涂上涂料，以保证使用时与铝合金有效隔离，减少合金液受到杂质污染，并且需要充分预热，址涓要烘烤至暗红色再加入炉料熔炼，以防水蒸气带入合金中使合金的气体增加、针孔度增加。

3.其他工作。严格按已制订好的工艺规范作好覆盖剂、精炼剂及变质剂的准备工作。

二、熔炼操作

熔炼步骤如下。

①装料。在预热后的柑A中装入预制合金锭、优质回炉料，再加中fol合金，最后加合金元素。

②温度控制。严格控制铝合金熔炼的温度，只有合适的温度才能获得高质量的合金液，避免过热。若温度过高，会加大合金中各种元

素的氧化烧损，引起合金中化学成分的变化。温度过低，会使合金的化学成分不均匀，合金中的氧化夹杂物、气体等不易排出，合金的理化性能下降，影响铸造性能。

③时间控制。严格控制熔炼时间，操作要迅速，减少合金吸气和氧化夹杂，增加合金元素的烧损，影响合金化学成分。

④精炼操作。铝合金精炼的主要目的是清除熔液内的气体和非金属夹杂物、均匀合金成分。精炼是熔炼中极为重要的一个工艺过程。应正确选用精炼剂、控制好加入量份般加入合金质量的0.5%-0.7%)及把握好精炼温度，精炼温度一般控制在700-7200C。在精炼的过程中，用钟罩将精炼剂分批压入熔液面下约2/3处怀要压入柑A底韵，均匀缓慢做顺时针转动，速度要缓、动作要平稳，避免金属液大幅度搅动，以防增加氢含量和卷入夹杂。

⑤变质处理。铭合金变质的目的是细化晶粒，提高铸件性能。变质剂应先预热，控制要点是:①变质温度，一般不超过7400C ;②变质时间，一般为10min ;③变质剂的加入量，使用双色变质剂的用量一般为合金液质量的1.0%-1.2%;④操作方法要到位。合金精炼后要尽快浇注完毕，砂型铸造一般应控制在40min内，金属型铸造应控制在2h内，否则，要重新进行精炼、变质，再次精炼时加入的精炼剂为合金质量的0.2%左右。(注意事项。为防止发生铝合金飞溅，熔炼场地应保持干燥;操作人员应戴防辐射眼镜、工作帽、手套，着工作服。）

三、两个关键问题

①单铸试棒的力学性能，不能完全反映熔炼质量的好坏。单铸试棒的性能只能代表熔炼质量和热处理质量的一部分。铝液中含气量的多少、产生缩松和氧化倾向的大小、夹渣物含量的多少，不能完全根据单铸试棒的力学性能全部反映出来。

②几种元素对铝合金组织和性能的影响。在实际生产中发现，铝合金中Mg元素的含量在接近标准的下限时，可能引起铸件硬度降低，而接近标准上限时，可能引起延伸率降低;Ti元素是铝合金中最常用的细化剂，对合金熔炼有益;Fe元素是合金中主要的有害杂质，会降低合金的机械性能，它来自柑涓、熔炼工具和炉料，应严格控制;Mn 元素能有效地减弱Fe元素对铝合金的有害影响，但Mn的加入量不宜过多，否则易产生粗大脆性化合物，还可能产生偏析，影响铸件性能。

四、熔炼导致的缺陷分析及防止

1.针孔

铝合金针孔缺陷产生的原因:

①炉料及熔炼工具烘烤不充分;

②熔化温度过高或熔炼时间太长;

③变质后铝液停留的时间过长;

④合金精炼不好;⑤工作场地太潮湿。

防止办法:

①炉料及工具应彻底烘干;

②控制熔化温度，一般不超过7400C、不超过浇注温度，还要防止合金在熔化过程中的局部过热;

③操作迅速，尽量缩短熔炼时间;

④精炼操作要细心，精炼是防止气孔的最好办法;

⑤变质后合金液静置8-15min应及时浇注;⑥保持熔炼场地干燥。

2.氧化夹渣

铝合金氧化夹渣缺陷产生的原因:

①炉料不清洁，回炉料使用量过多;

②合金液中的熔渣未清除干净;③变质处理后，静置时间不够。

防止办法:炉料经吹砂后，回炉料控制在炉料质量的70%以内;除气排渣要彻底;变质后，保证足够的静置时间，以便熔渣有充分的时间下沉或上浮。

3.缩孔及缩松缺陷

铝合金缩孔和缩松缺陷产生的原因:

①合金晶粒粗大;

②招合金浇注温度过高;

③铸件浇注系统设计不合理。

防止办法:

①合金液精炼、变质操作的效果对该类缺陷影响

很大，因此要做到位;

②严格控制铝液温度，防止过热，在保证

铸件不产生浇不足的情况下，应尽可能采用低的浇注温度，浇注温度一般不超过7300C ;

③合理设计浇注系统，使金属液能够平稳充型;

④适当调整成分，控制适宜的杂质含量对增强金属液的流动性也有效果。

五、Z L 104合金熔炼过程中Mg元素的控制措施熔炼的过程中，防止合金元素的烧损显得特别重要，ZL104铝合金在熔炼过程中，Mg的损耗比其他组元损耗要难于控制，为减少Mg元素的烧损，就要加强熔炼工艺的控制。本节重点以ZL104为例详细探讨铝合金熔炼工艺控制，特别是铝合金在高温状态及精炼、变质阶段的控制。ZL104铝合金属于Al-Si二元共晶合金中添加Mg的AI-Mg-Si铸造合金，在国防工业及民用产品中，铸造铝合金ZL104应用广泛，其成分为(质量分数)Si8.0% -10.5% " M四.17%-0.3%MnO.2%-0.5%，其余为