铝合金铸造操作规程

1铝合金的熔化1．1坩埚、锭模及熔炼工具的准备1．1．1石墨坩埚的准备：1．1．1．1根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚；1．1．1．2新坩埚使用前，应由室温缓慢升温至900℃进行焙烧，以去除坩埚的水分并防止炸裂；1．1．1．3旧坩埚（注意同一个坩埚不能用于熔化不同牌号的合金）使用前应检查是否损坏，清除表面熔渣和其它脏物，装料前预热到250~300℃。1．1．2铁质坩埚一般采用球铁坩埚，也可用铸钢（或钢板焊接）坩埚。为提高坩埚使用寿命，其外表面可进行液体渗铝处理。1．1．3坩埚、锭模及熔炼工具，使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。1．1．4新坩埚及有锈蚀污物的旧坩埚，使用前应吹砂或用其它方法清除干净，并加热到700～800℃，保温2～4小时，以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。1．1．5铝镁系合金的熔炼工具，使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。1．1．6坩埚、锭模、熔炼工具使用前应涂防护涂料。搪衬的保温坩埚重复使用时，可不涂防护涂料。1．1．6．1涂料成分可按表1中的规定：表1坩埚和工具用涂料代号名称成分配比（重量百分比）%氧化锌滑石粉水玻璃水T03涂料三号25～30/3～5余量T04涂料四号/20～3061．1．6．2涂料的配制：涂料成分中的所有固体组元，配制前应磨碎，并经过100～140目过筛，然后混合均匀。使用时，先将水玻璃倒入80～100℃的热水中搅拌均匀，加入固体组元后再搅拌均匀，冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。1．1．6．3将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180～250℃，涂以防腐涂料。1．1．7用于保温的碳素钢板焊接坩埚，其内表应用耐火材料搪衬。耐火材料可按表2中的规定：表2耐火材料成分配比成分（重量百分比）%耐火熟粘土石英砂耐火土水453520适量（另加）1．2原材料1．2．1配制铝合金所用的金属材料应符合QB004《原材料技术条件及验收标准标准》中的规定。1．2．2配制涂料、搪衬、精炼用剂所用的辅助材料也应符合QB004中的规定。1．3中间合金的配制：铝基中间合金的配制工艺及配料系数见表3及表4：表3常用中间合金的配制工艺参数名称代号成分/%原材料块度/㎜加入温度/℃浇注温度/℃铝铜AlCu50含Cu：48~52电解铜~100×100850~950700~750铝锰AlMn10含Mn：9~11金属锰10~15900~1000850~900表4常用中间合金的配料系数序号合金代号各炉料的配制系数铝锭锰铜01AlCu50100/10002AlMn1010011.11/1．3．1铝铜中间合金熔炼工艺：1．3．1．1将配制好的炉料充分预热；1．3．1．2将10~15%的铝及全部铜装炉，随着铜的熔化，分批将剩余铝锭加入熔炉，并充分搅拌，至全部熔化；1．3．1．3在700℃左右加入精炼剂（用量按各种精炼剂使用要求配加，如使用AWJ-3精炼剂，加入量为0.5~0.8%）进行除气精炼处理，扒渣后浇锭（锭厚≤25mm）。1．3．2铝锰中间合金熔炼工艺：1．3．2．1将配制好的炉料充分预热；1．3．2．2在石墨坩埚内将75%左右的铝锭熔化，并过热到900~1000℃；1．3．2．3分批加入锰，每加入一批后，以石墨棒充分搅拌，待熔化后，加入下一批，最后加入余下的铝；1．3．2．4熔化完后，在850℃左右加入精炼剂（用量按要求进行配加，如AWJ-3精炼剂加入量为0.5~0.8%）除气精炼处理后静置5~10分钟浇锭。为防止锰的偏析，浇锭前要充分搅拌，并应尽快浇注完毕（锭厚≤25mm）。1．4铝合金的配制配制铝合金采用金属锭、中间合金及回炉料，也可使用各种牌号的预制合金锭。1．4．1装料前必须去除炉料表面上的锈迹、泥砂等污物。1．4．2回炉料分为三级：配料。1．4．3炉料计算：1．4．3．1元素含量计算法，按表6举例说明：表6炉料的计算程序实例（一）计算程序举例1．确定熔炼要求：A．合金牌号B．所需合金液重量C．所用炉料的成分1．以熔炼ZL104合金80㎏为例（配料计算取技术要求的平均值）：Si：9%，Mg：0.27%，Mn：0.4%，Al：90.33%，杂质Fe≤0.6%Al-Mn合金：Mn10%，Fe≤0.3；镁锭：Mg99.8%；铝锭：Al99.5%，Fe≤0.3%。回炉料：P=24㎏，占总量的30%，成分为：Si9.2%,Mg0.27%,Mn0.4%,Fe≤0.4%2．确定元素的烧损量：E2．各元素的烧损量按表9中选取，必要时根据生产实际加以调整。举例：ESi:1%，EMg:20%，EMn:0.8%，EAl:1.5%3．计算100㎏炉料各元素的需要量Q：Q=a/（1-E）3．100㎏炉料中，各元素的需要量Q：QSi=9%×100/(1-1%)=9.09㎏QMn=0.4%×100/(1-0.8%)=0.40㎏QMg=0.27%×100/(1-20%)=0.34㎏QAl=90.33%×100/(1-1.5%)=91.7㎏4．根据熔制合金的实际含量W，计算各元素的需要量4．熔制80㎏合金实际所需元素量A：ASi=80/100×QSi=80/100×9.09=7.27㎏A=W/100×QAMg=80/100×QMg=80/100×0.34=0.27㎏AMn=80/100×QMn=80/100×0.4=0.32㎏AAl=80/100×QAl=80/100×91.7=73.37㎏5．计算回炉料中各种元素的含有量B5．BSi=24×9.2%=2.21㎏BMg=24×0.27%=0.07㎏BMn=24×0.4%=0.1㎏BAl=24×90.16%=21.64㎏6．计算应加的新元素含量C：C=A-B6．CSi=ASi-BSi=7.27-2.21=5.06㎏CMg=AMg-BMg=0.27-0.07=0.20㎏CMn=AMn-BMn=0.32-0.1=0.22㎏CAl=AAl-BAl=73.37-21.64=51.73㎏7．中间合金量D：D=C/F（F：元素含量），带入的铝量：MAl=D-C7．相应于新加入的元素量所应补加的中间合金量：D(Al-Mn)=CMn/10/100=0.22×100/10=2.2㎏带入的铝:M(Al-Mn)=D-C=2.2-0.22=2.08㎏8．应补加的纯铝GAl8．GAl=AAl-[M(Al-Mn)+BAl]=73.37-(2.08+21.64)=49.65㎏9．计算炉料总重W9．W=GAl+(Al-Mn)+Si+Mg+P=49.65+2.2+5.06+0.20+24=81.11㎏10．核算杂质含量U（以铁为例）10．U=GAl×0.3%+D(Al-Mn)×0.3%+P×0.4%=49.65×0.3%+2.2×0.3%+24×0.4%=0.25㎏UFe=0.25/80×100/100=0.3125%1．4．3．2炉料配比系数法：按表7举说明：表7炉料的计算程序实例计算程序举例1．确定熔炼要求：A.合金牌号B.所需合金液重量C.所用炉料成分1．以熔炼ZL104合金100㎏为例（配料计算取技术条件规定的平均值）：Si：8.5%，Mg：0.26%，Mn：0.4%，Al：90.84%回炉料P=100×50%=50㎏，按合金成分计算2．确定元素的烧损量E2．元素的烧损量按表9选取，必要时根据生产实际加以调整。计算确定为：ESi：1%，EMg：30%，EMn：1%，EAl：1.0%3．计算100㎏炉料各元素的需要量A：A=a/（1-E）3．100㎏炉料中，各元素的需要量A：ASi=8.5%×100/(1-1%)=8.58㎏AMn=0.4%×100/(1-1%)=0.4㎏AMg=0.26%×100/(1-30%)=0.37㎏AAl=90.84%×100/(1-1.0%)=91.75㎏4．计算回炉料中各元素的含有量B4．BSi=50×8.5%=4.25㎏BMn=50×0.4%=0.2㎏BMg=50×0.26%=0.13㎏BAl=50×90.84%=45.42㎏5．应补加的新元素量C5．CSi=ASi-BSi=8.58-4.25=4.33㎏CMn=AMn-BMn=0.4-0.2=0.20㎏CMg=AMg-BMg=0.37-0.13=0.24㎏CAl=AAl-BAl=91.75-45.42=46.3㎏6．中间合金加入量D及带入的铝M6．D(Al-Mn)=CMn/10%=0.20/10%=2.0㎏M=D(Al-Mn)-CMn=2.0-0.20=1.80㎏7．应加的纯铝量G7．G=CAl-M=46.3-1.8=44.5㎏8．以加入NAl=100㎏铝锭为准，计算其它炉料的需要量N8．NSi=CSi×NAl/G=4.33×100÷44.5=9.7㎏NMg=CMg×NAl/G=0.24×100÷44.5=0.54㎏N(Al-Mn)=CMn×NAl÷G=2.0×100÷44.5=4.5㎏N回=P×NAl÷G=50×100÷44.5=112㎏注：ZL107的计算程序与此相同，计算过程略。ZL104和ZL107的配料系数列于下表：表8常用铝合金的炉料配制系数序号合金代号各种炉料的配制系数铝锭工业硅镁锭AlCu50AlMn10AlTi5A同牌号回炉备注料≤01ZL1071008.122/9.29//17002ZL1071009．4/10．95．12/178Fe0．４%时03ZL1041009.740.774/4.584/1680410500210014.8/8.2335.15/18805ZL11110011.31.634.013.156.36184注：上表中所列各种炉料必须符合QB004-2003《原材料技术条件及验收标准》的相应规定，否则，不能使用本表系数。此外，实际配料时，应逐一填写配料原始记录，以便复查核实。表9铝合金熔炼时元素的烧损量元素烧损量（电炉熔炼）元素烧损量（电炉熔炼）Al1.0～1.5Na2～3Si0.5～1Mn0.5～1Cu0.5～1Sn0.5～1Mg2～3若纯金属加入可达到15～30%Fe0.5～1Zn1～3若以纯金属加入则烧损可达10～15Be0.5～1Ni0.5～1Ti1～21．4．4炉料加入先后原则：1．4．4．1当用铝锭和中间合金熔化时，首先装入铝锭，然后加入中间合金；1．4．4．2当用预制合金锭进行熔炼时，首先装入预制合金锭，然后补加所需的铝和中间合金；1．4．4．3当炉料为回炉料和铝锭组成时，首先加入炉料中最多的那一部分；1．4．4．4当熔炉容量足以同时装入几种炉料时，则应首先装入熔点相近的成分；1．4．4．5容易烧损和低熔点的炉料，如镁和锌，应在最后加入；1．4．4．6在连续熔化时坩埚内应剩余一部分铝液以加速下一炉的熔化；1．4．4．7采用覆盖剂时，应在炉料开始熔化时就加入熔剂。1．4．5炉料全部熔化后，进行搅拌使成分均匀，然后调温到除气工艺所需的温度。1．5合金的除气或精炼处理1．5．1除气剂准备：1．5．1．1使用六氯乙烷时，应将其压成圆饼（Ф66×40，比重1.8g/cm3）,每块重约200g,存放干燥器内备用。1．5．1．2使用六氯乙烷加载体时，载体材料（氟硅酸钠或二氧化钛）应进行脱水处理；氟硅酸钠于200～250℃烘烤12～24小时，二氧化钛于300～400℃烘烤3～4小时，然后按表10中的比例混合后压成圆饼放在干燥箱内备用。1．5．2除气处理：用钟罩将除气剂压入距坩埚底100mm，沿坩埚直径1/3处（距坩埚壁）的圆周匀速移动，为不使铝液大量喷溅，除气剂可分2～3次加入。除气结束后静置、除渣。1．5．3除气效果检验：分炉前和炉后检验1．5．3．1炉前检验：用勺取约半勺合金液，用干净铁片刮去表面氧化物和渣，露出镜面样液面，冷却后如有气泡析出，则除气效果差，反之则效果好。1．5．3．2炉后检验，试样经腐蚀后看到针孔的大小和多少。1．5．4除气剂的工艺参数见表10：表中规定的精炼剂用量仅作为计算每炉使用量的依据，不作为工艺参数控制。当出现操作不当造成额外损耗、炉料含杂质（如渣、泥砂等）过多等原因，导致炉前检验除气效果差时，应考虑增加使用量，直到炉前检验合格为止。精炼温度（精炼处