铝合金的熔炼与铸造

铝合金的熔炼与铸造发布时间：2012-4-321:37:13|38人感兴趣|评分：3|收藏：01配料及其计算配料是熔体铸的第一道工序。它的首要任务是控制成分和杂质含量使之符合要求，其次是根据对合金的加工和使用性能的要求，确定各种炉料品种及配料比；再次是正确地计算每炉的全部炉料量。合理地吊装各种原辅材料，管理好各种金属及废料(旧料)。铝合金熔炼时，炉料大致分为三类，即：工业纯金属，或称新料或新金属；回炉的金属或合金废料，也称旧料或返回料；以及中间合金或配制合金用的纯金属。正确地选择配制合金的炉料，对于合金成分控制，铸锭质量的保证，以及金属原料的节约，都有重要的意义。总之，在保证性能合乎要求的前提下，允许利用各种废料，节约新金属和贵重金属。换句话说，就是能用废料应少用纯金属，能用低品位纯金属绝不用高品位的纯金属。做到废料用尽，次料代替好料，好料精用，搭配适当，保证质量。1.1工业纯金属--新料铝合金是在纯金属熔炼的基础上，加上其它合金元素配制而成．因此，在配制合金以前，首先应依所需配制的合金成分的要求，选择所需的纯金属之品位。有色金属的工业纯金属多来源于冶炼厂，如工业纯铝(称原铝)，工业纯铜(称紫铜或电解铜)，工业纯镁，以及金属镍等都是从电解工厂制得的。原铝多铸成15-20公斤的小锭(称铝锭)；镁以锭状供应，镁锭的重量可分为2.5公斤和9公斤两种；纯铜和金属镍一般多以电解铜板和电解镍板的形式供应；金属锌一般铸成重40公斤左右的扁平锌锭，而金属锰和铬分别以不同的粒度供应。这些所谓的纯金属中，杂质仍是不可避免的。例如，原铝锭中仍含有Fe和Si两种主要杂质。它们大多数是从炼铝原料---铝矿石中带来的。这两种杂质元素对铝及其合金的性能有极大的影响，因而使用原铝锭时，必须注意这些杂质的含量，根据所配制合金的要求正确地选用原铝锭。铝冶炼厂生产的原铝新料，是按所含铁和硅二种主要杂质元素的多少而定其品位的。纯铜内所含杂质元素种类很多，所以一般工业纯铜基本上是按照铜的含量多少而定其品位的。总的来讲，在选择金属品位时，为了保证质量，应尽量选择杂质较少，纯度较高的高品位的纯金属；但纯度越高，生产越困难，成本也越高，因而应尽量避免使用过高纯度的原料，以节约生产成本。因此正确地选用金属原料的品位，在配料过程中是十分重要的。铝合金中常用的金属原料有铝锭，镁锭，紫铜板、锌锭和用于制作中间合金的电解镍板，金属锰，金属铬，结晶硅以及海棉钛，海棉锆等。1.2废料--回炉料1.2.1废料的来源和使用原则废料，又称回炉料，也叫旧料。按其来源不同，大致可分为本厂废料及厂外废料两大类．(1)本厂废料这部份废料来源于熔铸车间及各加工车间各工序所得的加工余料(一般称几何废料)及不合格的报废料(一般称工艺废料)。铝合金成品率一般在60～80％左右，也就是说，将有20-40％的原料在加工过程中变成废料。这部份废料大致都有可能保持质量不受掺杂，是高质量的废料，是熔炼铝合金的重要原料之一。对本厂废料要加以仔细分离、分级，并按合金归类分组保管。只要管理得好，这些废料一般都能保持良好的质量，不受掺杂，污染及混料，在工厂里称为一级废料或二级废料。这部份废料通常不需处理就可以直接入炉使用。只有从车床，刨床，锯床等回炉的铣，锯、刨边碎屑料，常被油污或氧化，或含杂质过多，这些料质量低劣，通常称之为三级废料。这部份废料不能直接入炉，事先要经过洗涤，干燥处理，再重熔复化，经化验取得准确的成分后才能入炉使用．在使用废料时，要求入炉的废料不得混合金，混级，应清洁无油泥污染。如果混料，则宁愿将少量的低成分合金(低合金)混于高成分合金(高合金)，不可使少量的高成分合金混于低成分合金。例如，纯铝混入LF21合金中，则用于LF21合金炉料中；防锈铝(LF2--LF21)各合金废料分别混于LY12合金中；则可用于LY12合金炉料中；LD6合金废料混于LD2合金中，则可用于LD5合金炉料中；LD7、LD8，LD9合金废料互混在一起，则可酌量用于LD8合金或LD9合金中。有的合金废料互混在一起，则不能用于生产，如LD10合金料混入LC4合金中，则必须挑选后，经检查确定无混料时，方能分别用于该合金炉料中。还有一些合金废料互混后，又难于挑选，不易检查分辨的，应重熔复化，取得准确的成分后方可作为炉料。另外，某些废料，虽未混料，但放置时间过长，严重腐蚀，或油泥污染严重的，也应回炉重熔复化。总的来讲，所有牌号不明，成分含量不清，腐蚀污染严重的一级和二级废料和车，刨、铣、锯碎屑都不能直接入炉，属于工厂里规定的三级废料范围，应重熔复化。(2)厂外废料源于用制造工厂或市场上回收的废料，大都掺杂混合，其质量多不可靠，甚至无准确的化学成分，最好不直接入炉使用。如确实保证不掺杂其它金属者，方可按本厂废料分级归类使用。必须注意，这些厂外回收废料，往往含有一般化验方法难于检查出来的有害杂质元素，其含量即使仅万分之一，甚至十万分之一，也会严重影响产品质量及工艺性能。因此，凡制造高质量的产品，最好不使用这些厂外回收废料。那些化学成分不明，或不符合标准的杂料，有时被称为化学废料，工厂里也称之为号外料．也应当进行复化重熔，明确其化学成分后，才能适量入炉．1.2.2废料的分级和归类管理铝合金废料的分离，分级，按合金系统门类保管的要求是十分严格的。因为铝合金一经混杂入炉，就无法使之除去，除非加入大量纯金属予以冲淡。因此管理好废料,正确的使用废料对保证产品质量，降低消耗，节约金属极为重要。某些铝合金的成分含差异很大,如果一种合金废料混入另一种合金，即使数量不多，也会造成废料无法使用。例如，超硬铝中含Zn量都很高，而其它系列铝合金中要求含Zn量却很低，如果有5-10％的超硬铝合金废料混入LY12合金炉料中，就会使炉料全部报废。又如Al-Cu-Mg-Fe-Ni系锻造铝合金中含Ni量都在1.0％以上，而其它铝合金中一般要求含Ni量低于0.1％，当有百之几的高Ni废料混入其它合金炉料中，同样会造成全炉报废。如果各合金废料互混在一起，废料中同时含有较多量的Si，Zn、Ni等元素。那么此废料很难用于任何一种铝合金铸锭生产中,即使用量少也可能形成杂质元素的恶性循环，影响产品的机械性能及加工性能。其结就只好积压大批废料而使用较多的新金属，浪费金属材料。因此对本厂废料要分合金或按合金系统严格管理。所有一、二级废料必须分合金装架打捆，三级废料应按合金系统归类装箱,所有废料都必须合理分组归类堆放，而且要有明显的标牌或标示。在铝合金铸锭生产中，某些制品由于用途不同，要求其杂质含量和铸锭的内部质量也不相同、因而对炉料的几何尺寸和表面清洁度的要求也不一样。例如，制作大梁、型材，和锻件的合金铸锭，要求其杂质含量较低，非金属夹杂物愈少愈好，其炉料一般不用碎片及薄板和油泥较多的废料。因而，各种合金废料除不混料外，还必须按照工艺规程的规定,根据废料的外形尺寸和表面清洁度而分级装架和堆码。铝合金废料一般分四级，一二级废料可直接入炉熔制成品合金铸锭，某些特殊制品不得使用二级废料；三、四级废料须经干燥，重熔复化，分析化学成分后才能使用。下表列出了某生产厂的废料分类。废料分级的标准第一级1．报废的铸锭及毛料2．铸锭的切头切尾3．铸锭的低倍试片4．干燥的放干料和清理铸造工具时大块金属5．包铝板的压延废料6.厚度为1.0毫米以上的废料板材的切头切尾7．5毫米以上厚板拉伸试样余料．8．5毫米以上厚板的切边料9．锻压和模压的废品及中间毛料10．水压机的压挤残料11．管、棒，型、板的废品、残料和切头，切尾12.模锻件和氧化膜试片取样余料13.模压毛边料第二级1．厚度小于1.0毫米板材废品及切头切尾2．热压时撕下来的包铝边2．所有板材的予剪碎边料4．软硬片精整试样长度小于300毫米之余料6．壁厚小于10毫米的管材低倍试片6．被油污，泥土弄脏的所有一级废料第三级1．熔铸过程中扒渣中的金属，流盘倒出的金属2．化学成分分析用的园并、棒状试样3．锯床，车床，铣床、刨床的加工碎屑4．挤，模压车间的所有试样料5．所有被油污，泥土弄脏的二级料第四级1．不能分开的混合废料2．掏铸造井时的掏井渣3．打扫工作场地时的回收金属铝合金一，二级废料存放专区的划分LC4，LC5、LC6，LC9、LC10，LB1LD7，LD8，LD9LD2、LD5、LD10LF2、LF3、LF5、LF6、lF11、LF12、LT66等L1-7、LB2、LF21LY11、LY2，LY16，LY17，等LYl1、LT2，LT2-1工艺过程中产生的一、二级废料是分合金，按不同的级别装架或打捆，每架，每捆废料的上，中、下部多处应标明合金牌号和级别；大块废料用钢印在其端部打上合金牌号及熔次号，并尽快返回熔铸车间。实际上，一种合金的生产不是连续的，而是间断式周期性的生产。各工序的废料是按照产生→运输→积存→待用的规律循环着。在这些过程中，由于吊装、堆码等多方面的原因，料架与料架之间，捆与捆之间仍有混料的可能。为了减少再次混料的几率，便于配料吊装，所有的一、二级废料应按合金成分含量归类，每类合金存放在指定的区域内统一称之为废料专区。废料专区的划分应根据合金的化学成分，品种规格和料场情况而合理归类，—而般而言，铝合金一、二级废料场可分为高锌、高镍、高硅、高镁、纯铝和LY12及LY11专区，因LYl2，LY11合金的生产量大，可单列一专区存放。按合金分级装架，打捆的一、二级废料必须存放在规定的专区内。备专区内的料架或整捆废料要放置平稳可靠，不易倾倒，滑动，并要定期清理，核对，以免发生混料，混级.生产中的三级废料大多为细碎之残屑，分合金装箱、堆放是有困难的，一般都分组装箱，堆放，分组重熔复化。当然也可将三级废料分合金堆放，复化，这要视工艺要求条件而合理安排。生产实践表明，三级废料只要不混组，经重熔复化后，都可作为合金铸锭生产的原料。四级料也称号外料，大部份是成分不清的混合料。由于四级料质量低劣，成分复杂，必须重熔复化，因此，四级料也是复化料的一部份。如果废料管理得好，四级废料是极少的，生产中要求四级料越少越好．混合料经重熔复化后,用于成品合金炉料时，要仔细调配各杂质元素的含量，并视合金性能的要求少量用于生产。1.3配料计算配料计算是合金铸锭生产的重要工序，是合金成分及杂质含量控制的首要关卡，它的首要任务是控制成分和杂质含量使之符合要求；根据合金的加工和使用性能的要求，确定各种炉料品种的配料比；正确地计算出每炉的全部炉料量。1.3.1使用纯(新)金属和废料的比例在确定配料比例时，应根据下列一些原则：(1)考虑到经济原则，在保证产品质量和性能的前提下，根据合金制品用途和加工工艺的要求，应充分利用本身废料，降低新料用量，做到能自身平衡，即该合金加工的产生的废料，能全部回炉使用。例如，在熔制LY1l及LYl2、LC4合金的板材时，某些熔次可全部使用lOO％的本身一、二级废料;而另一些熔次则可使用一部份低合金及纯铝废料，同时配入一部份复化料及少量新金属。(2)在考虑尽可能使用低品位纯金属的原则下，还应注意到废料循环使用及操作上的原因所造成的杂质逐渐增加，使原料晶位逐步降级。例如在熔制工业纯铝时，为防止杂质增高而使品位降级，不但应限制废料用量不超过50％，而且应使用一部份比制品要求品位高一级的原料，例如，全部使用新铝熔制L3纯铝时，常用50％的A1-1品位的原铝和50％A1-0品位的原铝锭。(3)对质量要求较高的制品，应尽量少用废料，而选用高品位新铝。例如生产LY12合金的大梁型材，一般只允许使用20％以下的废料，甚至全部用原铝锭和新料，并且还要求选用Al-0品位以上的原铝锭。又如LT66合金板材的表面质量要求高，杂质Fe的允许量要低，宜用高纯铝制作，一般不用废料。(4)低合金的废料(指一、二级废料)对高合金可做新料使用，但对某些合金制品，例如模锻件及某些特殊制品，只允许用原铝作新铝。所有合金废料对本身合金不能当做新铝使用，只有某些合金制品使用本身一级废料时，可代替新铝实际用量的一半。对于LY11，LY12，LC4合金方锭，全部使用本身废料时，可不用新铝。1.3.2配料成