铝硅合金的熔炼

铝硅合金的熔炼前言：从20世纪韧铝合金用于铸造工业以来，合金的成分有了很大的发展，合金的品种越来越丰富。

早期使用的铸造铝台金含t3％2n和3％cu。

这种合金在第一次世界大战前后用量很大，后来由于金屑型铸造的发展而被铝铜合金取代。

同时，铝硅台金开始得到应用．铝镁合金也随之推出。

1919年，美国生产的铝合金铸件，97％以上由含8％cu的铝合金铸造。

1933年，用这种合金生产的铸件仍占铝合金铸件的50％左右。

除了在铸态下使用的合金外，后来又开发出可以热处理的铝锅台金，含大约4％cu o随着金屑型铸造和压铸工艺的发展，铝硅合金得到广泛应用。

近年来，在铸造领域应用的铝合金，除了铝硅系列合金之外，还有铝锅系列、铝镁系列、铝锌系列和其他系列的铝合金。

在这些系列的合金中，除了少数的二元合金外，大多数都是添加多种合金元素的多元合金。

摘要：铝硅合金熔炼性质工艺流程正文：铝硅系列合金具有良好的铸造性能，较小的线胀系数，耐磨性能好，气密性也很好。

这种合金被广泛地应用于铸造复杂的铸件，如汽车发动机铸件等。

铝的国家标准铸造铝合金生产中所用的铝包括电解原铝重熔用铝锭和一定数量的再生铝。

有些牌号的铸造铝合金要以电解原铝为原料，有些牌号则可以用大部分再生铝和小部分电解原铝作原料．有些牌号甚至可以完全用再生铝作原料。

电解原铝是用冰品石—氧化铝熔融盐电解法生产的。

自中华人民共和国成立以来，我国的电解铝工业从无到有p生产技术和铝产量都有很大发展。

1999年我国铝的总产量已达265万吨，跃居世界第三位，仅次于美国和俄罗斯。

2003年我国铝的总产量达到542万吨，居世界首位。

但是．我国铝的人均占有量还很少。

硅的国家标准我国工业硅必须符合国家标憋哪288l一91，工业硅厂工业硅的内控标准如表2.4,2．5所示。

硅铝二元相图铝相硅很容易形成合金。

A1—si二元相图如图2—1所示。

从si二元相图可以看作简单的二元共晶型状态图，共品成分为12．6％s1(有的文献为11．6％s1)，共品温度为577℃，共晶反应为L1。

’Po。

相是硅溶解于铝的固溶体，在577℃时固涪度最大，为1．65％，在室温下大约为o．05％。

P相是铝溶于硅的固溶体，由于固溶度极小，在577℃时仅为o．17％，因此可以把它看作硅相。

工业中应用的铸造铝硅合金台si量大干4％，有的高达26％。

工业上台sl量小于10％的铝硅合金称为亚共晶型铝硅合金，含S1量10％一14％的铝硅合金称为共晶型铝硅合金，含st量大子14％的铝硅合金称为过共晶型铝硅合金。

认真学习和掌握从Si二元相固十分重要，有助于分析和大致预副铝硅合金的某些待性。

一般生产工艺流程铸造铝合金生产的一般工艺流程如图1．1所示原料准备：包括原料外观检查，化学成分分济，配料和按配料计算结果称量各种原料。

另外，还包括精炼剂、变质剂的烘干和称量。

熔炼：按一定的加料顺序把原料加入炉内，将其熔化成化学成分均匀的合金。

炉前化验：合金熔化均匀后，取样化验，检查各种化学成分是否符合技术标准要求。

调整成分：经化验，如果发现合金中某种或几种化学成分超出技术标准的规定，则要进行调整，使化学成分达到技术标准。

精炼：化学成分符合要求后，要用精炼刑清除合金中溶解的气体和夹带的固体颧粒。

细化变质：向铝合金液中汤加适量的细化剂和变质剂，改善合金力学性能和机械切削加工性能等。

浇铸：将化学成分合格、变质效果好，含气量和含渣量均达到要求的铝合金铸或锭，打成包捆。

检查入库；经过检验，化学成分、含气量、夹杂物、变质效果、力学性能和外观都合格的铝合金锭作为合格产品入库。

熔炉熔炼铸造铝合金炉的容量范围较大，有几百公斤的小型炉，也有60一80t的大型萨。

小型炉为增蜗炉、工顾感应炉相中顾感应炉等，大型炉则为备式各样的反射炉。

例如，电阻加热反射炉，燃泊加热反射炉，燃气加热反射炉和燃煤加热反射炉等。

由于反射萨容量大，适合于大规模生产，所以现代化铸造侣合金厂均采用反射炉。

气体燃料可以是煤气，也可以是天然气。

铸造铝合金厂所用的煤气一般为热煤气，低发热量约为5652U／m3，天然气的低发热量约为35170U／m3。

煤气的单耗为500一700m3／t，天然气的单耗为80—90m3／to燃气加热反射护可以做成圆形也可以砌成矩形，圆形炉的特点是，当炉子容量相同时，炉子的外表面最小。

同时，烧嘴喷出的火焰可以沿炉子内壁切线方向流动，能提高加热效果。

炉组在铸造铝合金厂，除了用单体炉进行生产外，常常将上妒和下妒组成炉组进行生产。

上炉的主要任务是熔化废铝炉料，然后将掖态炉料放人下炉．进行调整化学成分和精炼变质等操作。

当上炉液态炉料全部故人下妒后．可以颠利地将妒底上留下的铁固定件扒出来。

因此可以降低铝合金液的台Fe量．提高废铝利用率。

炉组一般是一台上炉对一台下炉，也可以是一台上炉对两台或更多台下炉。

田3．6是妒组示意图。

当上妒中的掖态铝炉料不需要全部放出，只需放出一部分到下炉进行配村时，应该放出的合金数量可以由配科计算确定。

但是，打开上妒炉眼，经过一段时间后，流到下炉中的铝妒科量，一方固可以由有经验的工人大致估计，另一方面也可以根据铝合金中的某一种合金素的含量按式计算：熔炼前的准备焙炼前的准备包括炉料准备、精炼剂淮备、变质剂淮备、各种工具准备和始炼炉准备。

铸造铝硅系合金生产所用的原料包括工业纯金屑、中间合金和回收的废铝及废旧铝件等。

①工业纯金屑。

例如，工业硅、工业纯铝、电解铜、工业纯镁、电解镭……②中间合金。

高熔点或易氧化的合金元素，有时事先配成中间合金使用。

另外，撤为铸造铝合金变质对或绍化剂的金屑元素也以中问合金的形式使用。

③再生铝。

回收的废铝和废旧铝件的化学成分复杂，混杂的其他金属较多。

因此．在使用前要进行预处理，包括人工分选、破碎、磁选和脱漆等。

除气除渣在熔融状态下，铸造铝合金很容易被氧化和吸气，在铝合金锭内部形成灾渣和针孔。

如果铝合金铸件内部存在大量夹渣和针孔，会使铸件的抗拉强度和伸长率下降，气密性遭到破坏，刀具磨损加快甚至断裂。

铝合金的氧化和吸气发生在熔炼和浇铸的各个环节之中。

在每一项操作中都要尽量创造减少氧化和吸气的工作条件。

虽然针孔是气体溶解于铝合金所致，氧化物夹渣是由于氧化物残留在铝合金中引起的，但是二者往往相互关联。

在生产实践中可以发现，氧化物夹渣多的铝合金往往含气量高。

这是由于某些氧化物，如yl从03，其外表面有许多95—910咖的摄孔强烈地吸附气体的结果。

吸附气体后的Y—d203密度下降，与铝合金液的密度差减小，悬浮在铝合金液中，增加了铝合金的含气量和夹渣量。

因此，为了提高铝合金的质量．在净化处理铝台金液的过程中要同时考虑除气和除渣，不可偏皮。

踌造铝合金炉内沉渣的产生和预防在铸造铝合金和铝合金铸件生产厂，保温炉内液态铝合金停留时间较长时，常常有固体微鞍向炉底沉积，称之为“沉渣(studp)”。

如果炉底上有大量沉渲长时间沉积，它会逐渐形成硬块．影电炉子的正常操作．也会给生产带来其他不良影璃。

对沉渲进行化学分桥表明，沉渲是由铝、枝和铁元家组成的．即是A1—57Fe金属问化合物。

如果铝合金中还含有锤和锗，那么沉渣是由铝、枝、铁和锤以及铝、硅、快、镭和锗元家组成的，即是A1—SLPrMn和A1—Si—PrMn·cr金属问化合物。

这些化合物的组分不固定而且很硬，它们的密度比液态铝合金密度大得多，熔点较高，所以在铝合金液的保温过程中它们会以固体微较的形态向炉底沉降，并在那里积聚。

在铝合金铸件生产厂，特别不希望有从s6。

Fe，从SI—PrMn和从sI—PrMncr等金屑间化合物形成的沉渣。

如果颊鞍较大的这类沉渣落入铸件里，它们合成为铸件里的硬质点，在铸件加工过程中会使车刀磨损加快，甚至断裂。

如果是自动化流水线，由于车刀断裂会影响整个流水线。

铝合金祷件中的硬质点在铝合金涛件加工的过程中，有时在加工面上发现有硬度很大的小颗粒，有的发亮，有的较暗。

加工铸件时有的可能从加工磨损，甚至可能使刀具断裂，造成整个流水线停止工作。

人们把铝台金涛件中硬度很高的微小颗粒称为硬质点。

铝合金铸件中的硬质点，大体上有：氧化物，如。

AI，ck(刚玉)，MsJLl04(尖品石)和炉衬脱落的耐火枝科颐较等；金屑间化合Qt如从龄PrAh金屑闯化合物或从3I—FrMLCr金屑间化古物和碳化物等。

这些物质在铝台金涛件中出现概率最多的是刚玉和金屑问化合物。

它们很硬，前者的布氏硬度为250一350，后考为500以上．面铸造铝硅合金的硬度为100左右。

硅酸盐和尖品石的硬度为250左右，碳化物的硬度与刚五相当。

从03(刚五)主要是在保温炉里形成炉结，又脱落进入铝合金液中，浇涛时混入铸件里形成硬质点。

金屑间化合物主要是A1—sLFLMn，它的熔点较高，密度较大，当Fe和Mn在铝台金中的含量一定时，即沉渣系数一定，需要保温炉有一定混度才能保证AL31—FrMn 化合物不大量聚集和下沉。

如果炉混过低，它将聚集和下沉，当浇包取铝合金液时被带入铸件内形成发亮的硬质点。

参考文献：中国机械工程学会铸造专业学会铸造手册：铸造非铁合金．3顺北京：机械工业出版社，1994：7．孙业赞，等．铁在铝硅合金中存在的形态及其作用分析．铸造，1998(7)42陈存中．有色金樱熔炼与铸锭．北京：冶金工业出版社，1991。