第29次课-铸造铝合金熔炼工艺

第十三章铸造铝合金熔炼铝合金的精炼原理铝液的精炼工艺铝合金组织控制铸造铝合金熔炼工艺§13-3铝合金组织控制本次课重点铝合金的变质处理（变质剂种类及优缺点、变质处理的方法）铝合金配料计算铝合金变质处理目的变质处理的精髓是改变组织中硅的形态。纯铝中不加硅，缺乏流动性，不能用于铸造合金；加硅后，硅的组织形态很重要，呈短杆状较好，但自然冷却条件下，它往往呈不规则的多边形，割裂基体组织，降低力学性能。加入适量的钠（钠盐）、锶（锶盐）后，能有效的改变硅的不利形态，使其趋向短杆状，提高力学性能。所以，共晶、过共晶铝合金必须变质处理；亚共晶合金当其凝固速度较慢时，也必须变质处理。变质处理（以Sc为例）作用：Sc能细化晶粒，抑制再结晶，进一步提高合金的强度、韧性、耐蚀性和可焊性。变质处理合金性能合金组织决定合金成分、冷速、凝固时外加力场等决定变质处理晶粒细化处理共晶体变质改善杂质相的组织或消除易熔杂质相：主要用来细化固溶体合金的α（Al）晶粒：用来改善共晶体的组织：如加Be、Mn等改变粗大的富铁相等铝合金基体晶粒的细化元素常用Ti、B、Zr；细化剂则为细化元素与铝的中间合金；用上述元素的盐类作细化剂效果更好；细化机理形成的各种高温稳定的化合物质点（如TiAl3、AlB2、TiB2、TiC等）成为异质晶核。。基体晶粒的细化处理（孕育处理）钠变质①、纯钠②、钠盐③、钠碱其他变质锶变质、稀土变质、锑变质、碲变质铝硅合金中共晶硅的变质处理生产中广泛应用的钠盐变质剂是含NaF的卤盐混合物。加入铝液后发生反应：6NaF+Al=Na3AlF6+3Na由于NaF熔点高（986℃），加入KCl、NaCl能降低熔点，使其在熔炼温度下成液态，利于反应的进行和覆盖液面。Na3AlF6（稳定的化合物）能吸收氧化物，加它后具有变质精炼作用，称为多用变质剂，用于重要铸件的变质。钠盐的变质处理采用碳酸钠作变质剂高温下与镁反应还原出钠起变质作用：Na2CO3+3Mg=2Na+3MgO+C此变质剂用Na2CO3，镁粉和耐火砖屑（载体）压成块，压入铝液内反应。钠碱的变质处理（1）变质剂①赤磷或含赤磷的混合变质剂；②含磷的中间合金如Cu-P；③偏磷酸钠+Al2O3+V2O5（2）二次精炼变质处理前后都应进行精炼，变质后的二次精炼用的精炼剂应量少、时间短。铝硅合金中初生硅的变质处理变质处理工艺要点温度：变质温度过高，增加铝液氧化、吸气，变质效果衰退快，合金易渗铁；温度过低，变质反应慢，钠的收得率低，浪费变质剂，变质效果差。时间：变质温度越高，铝液和变质剂反应速度越快，所需变质时间越短，具体时间通过试验确定。用量：变质剂的用量要适量，加入太多时，不但造成浪费，还可能导致过变质。操作方法：精炼后，扒去氧化皮和熔渣，均匀撒上一层粉状变质剂，并在规定的变质温度下保持足够的时间。采用“压盐”法时，用压瓢把变质剂压入液面下100～150mm处，经3～5min，即可；采用“切盐”法时，先把液面结壳的变质剂切成碎块，用压瓢把碎块一起压入铝液，经3～5min，即可；采用搅拌法时，一边撒变质剂，一边进行搅拌，直至出现变质效果为止。新型变质剂－Al-P中间合金磷变质在铝活塞行业中应用越来越广泛，但复合变质剂存在严重的环境污染问题。随着社会文明的不断进步，环保意识不断增强，改善工作环境，实现铸造过程的绿色化，已成为铸造业追求的目标。基于以上原因，研制无污染的“绿色”变质剂—Al-P中间合金，可解决上述问题。Al-P中间合金的主要特点Al-P颗粒已生成，加入后，无烟、无污染；无反应渣生成，不腐蚀炉衬，且降低铝耗；熔点低，加入后迅速熔化；P可定量控制。Al-P中间合金（a）圆饼状（0.25\0.50公斤/块）(b)φ10棒状Al-P中间合金规格内部微观结构组织变质前(共晶硅）P变质态（初晶硅）primarySieutecticSiAl-P中间合金对ZL109合金的变质行为●环保要求提高生活质量提高→社会文明进步→环保要求越来越高。绿色铸造，清洁生产，赤磷→磷盐→Cu-P→Al-P中间合金。●活塞质量要求不断提高大功率活塞，对使用性能提出更高要求，靠微观组织控制得以实现。美国研制出一种铝合金，其300℃下的拉伸强度比目前的活塞合金高3-5倍。磷变质处理的发展方向变质新技术—外加物理场处理技术通电方式磁场施加方式超声波导入方式普通凝固低压脉冲电场处理变质新技术—外加物理场处理技术普通凝固低压脉冲电场处理变质新技术—外加物理场处理技术1）断口检验该法为生产中常用的简便方法。用砂型浇注φ15～φ20×200mm的圆棒，凝固冷却后击断，观察断口。浇注圆柱试样，变质不良：断口暗灰色、晶粒粗大，发亮的硅晶粒清晰可数。如断口银白色，晶粒极细，无硅亮点，断口边有剪切唇，则变质效果良好。2）热分析法各变质元素对Al～Si合金凝固特性的影响不同，可用热分析曲线来判别。测出变质前后的共晶平台温度差△TE,当△TE=4-5K时，变质正常。3）花纹鉴别法变质前试样表面光滑，变质后表面应分布Na2O膜破裂后而形成的花纹。（亚、过变质难辨）4）电阻率法变质前共晶硅呈粗大板片状，隔断铝基体的通道，铝是良导体，硅石半导体，故合金的电阻大；变质后，共晶硅呈纤维状，增加铝基体的通道，电阻变小；过变质时，出现过变质带，电阻有将回升。变质效果的检验§13-4铝合金的炉料炉料组成：新金属锭、回炉料、中间合金、二次合金锭和金属化合物等。分类一级回炉料：废铸件及大块浇冒口。二级回炉料：小块浇冒口及杂质较多的金属。三级回炉料：切屑、溅渣、小毛边等需经重熔精练后才能使用。二次合金锭：废料以及废、旧铸件重熔后铸成之锭块。炉料比例回炉料用量占炉料总量的比例≤85％，铸造重要件则应在≤60％以下，三级回炉料不超过15％。炉料形态及合金元素和炉料的加入混熔法中间合金是由两种元素互相熔合而成。置换法置换法也称热反应法，以铝钛中间合金为例：2Ti+2Na3AlF62Na2TiF6+Na2O+Al2O32Na2TiF6+6Al4NaF+4F2+2TiAl3中间合金及其制造合金元素的加入形式熔点较低，纯金属不稀贵，一般以纯金属加入。熔点较高，纯金属不稀贵，一般以中间合金加入。纯金属比较稀贵，一般可利用其化合物置换炉料的加入次序炉料加入次序的原则是：尽量增大炉料与坩埚的接触面积，加速熔化过程，并尽可能减少耗损。合金元素和炉料的加入炉料具有遗传性在生产实践中，有时同一牌号的合金在不同时期用不同炉料生产的铸件,其组织和性能发生较大的波动。所谓遗传性，就是质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽经正常熔炼工艺的处理仍无改善。Al-Cu类、Al-Mg类铸铝遗传性不明显，Al-Si类则很明显。铝合金炉料质量铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算铝合金的配料计算§13-5铸造铝合金熔炼工艺熔炼炉石棉板耐火砖托板耐热板坩埚电阻丝主要使用坩埚炉，一般用铸铁铸成，也可采用无铁芯工频感应电炉。二．铸造铝合金熔炼工艺原材料准备检验检验熔化精炼变质浇注铝合金典型熔炼工艺一.铝硅合金（ZL104)在合金成分范围内，选择成分Si9.5%Mg0.25%Mn0.4%以Al-12%Si,Al-10%Mn，纯镁加入，确定Si烧损5%，Mn为1%，Mg为10%配料准备工作：清理坩埚、预热（150-200℃）工具、刷涂料。装料熔化：坩埚预热至300-500℃时，加入铝锭、中间合金---680-700℃钟罩压入镁—搅拌。合金精炼：730-740℃时，选择精炼剂精炼，如0.2%C2Cl6。取样检查含气量，扒渣。细化晶粒、变质处理720-730℃，0.2%Al-10%Sr或1.0-1.5%钠钾盐四元变质剂变质。0.5%Al-Ti-B细化剂细化晶粒。浇注圆棒检查变质效果。静置5-10分钟，扒渣。700-730℃浇注。二.铝铜合金（ZL201)1.在合金成分范围内,按选择成分Cu5.1%Mn0.8%Ti0.3%以Al-50%Cu，Al-10%Mn，Al-3%Ti确定Cu烧损1%，Mn为1%,Ti为1%配料2.准备工作：清理坩埚、预热（150-200℃）工具、刷涂料。3.装料熔化：坩埚预热至300-500℃时，加入铝锭、中间合金—700℃均匀搅拌4.合金精炼：730-740℃时，选择精炼剂精炼，如0.2%C2Cl6、0.2%MnCl2。取样检查含气量，扒渣。5.细化晶粒：740℃0.5%Al-3Ti-4B细化剂细化处理或用1%的K2ZrF66.静置5-10分钟，扒渣，700-730℃浇注。三.铝镁合金（ZL301）1.配料：以镁锭加入2.预热坩埚至暗红色--加入覆盖剂光囱石（MgCl240-60%,KCl60-40%）---预热的炉料---700℃压入镁，搅拌均匀，补加覆盖剂—0.2%C2Cl6精炼---700℃0.5%Al-3Ti-4B细化剂细化处理或用1%的K2ZrF6----静置5-10分钟，扒渣，680℃浇注1.变质潜伏期和炉料遗传性的基本概念。2.铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在？3.浮游法精炼的基本原理和方法。4.对铸造铝合金熔炼用熔剂的要求及其分类和作用？5.精炼效果检验的内容和方法？6.影响变质处理效果的因素有哪些？思考题