铸造铝合金熔炼浇注操作规程.docx

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铸造铝合金熔炼浇注操作规程

铸造铝合金熔炼、浇注操作规程

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依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铁质坩埚一般采纳球铁坩埚，也可用铸钢〔或钢板焊接〕坩埚。

为提升坩埚使用寿命，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

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

配制铝合金采纳金属锭、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：

表5 回炉料的分级、应用及最大回用量

级别分类   熔炼前的预加工用途回用量一级不是因化学成分报废的铸件，金属型铸件的浇冒口，砂型铸件的冒口。

清除油污、泥沙、杂质及其它附属物可直接用作所有类别工作合金的回炉料＜80%二级砂型铸件的浇道，坩埚底部的剩料，因化学成分报废的铸件。

除去夹砂、杂物，可合计喷砂处理，并补加所需元素。

可直接用做Ⅱ、Ⅲ类铸件的合金的回炉料＜70%三级溅屑、铸件飞边和碎小的废料分开处理，除去杂物及泥沙用于无气密性要求，或化学成分范围较宽的合金                                                                                                                                                                   ＜30%注：

〔1〕当铸件有特别要求时〔如针孔度等〕，回炉料的用量应酌情减少，如气缸铸件应低于40%；

〔2〕当各级回炉料搭配使用时，回炉料的总量≤80%，其中，三级回炉料≤10%，二级回炉料≤50%。

〔3〕回炉料应按牌号分开堆放，成分不清的需经重熔后分析成分方可用于配料。

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，必要时依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．依据熔制合金的实际含量W，计算各元素的需要量A=W/100×Q4．熔制80㎏合金实际所需元素量A：

                          ASi=80/100×QSi=80/100×9.09=7.27㎏                          AMg=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，必要时依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                          各种炉料的配制系数铝锭工业硅镁锭AlCu50AlMn10AlTi5A同牌号回炉料≤备注01ZL1071008.122/9.29//170

02ZL1071009．4/10．95．12/178Fe0．４%时03ZL1041009.740.774/4.584/168

0410500210014.8/8.2335.15/188

05ZL11110011.31.634.013.156.36184

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假设纯金属加入可达到15～30%Fe0.5～1Zn1～3假设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采纳覆盖剂时，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，应合计增加使用量，直到炉前检验合格为止。

精炼温度〔精炼处理时铝液的温度〕的选择也应依据条件〔如环境、设备因素等〕的变化作随机调整，以最终炉前检验的效果来验证，应作为工艺参数控制并予以记录。

表10 常用精炼〔除气〕工艺参数

精炼剂合金精炼剂用量                          ≥〔%〕精炼温度                          〔℃〕备注六氯乙烷ZL1010.5～0.7700～730

ZL1020.3～0.5690～720ZL1040.5～0.7700～740aZL1050.5～0.7700～730ZL4010.5～0.8700～730六氯乙烷75%                          氟硅酸钠25%ZL1010.5～0.8700～730

ZL1050.3～0.5700～730六氯乙烷50%                          氟硅酸钠50%ZL1040.5～0.7690～720

ZL1050.4～0.6700～730六氯乙烷65%                          二氧化钛35%Al-Cu                          系合金0.5～0.7700～730

光卤石60%                          氟化钙40%Al-Mｇ系合金2～4660～680含Be、Ti的合金光卤石或                          钡熔剂55Al-Mｇ系合金1～2660～680不含Be、Ti的合金a                  AWJ-3                          成品精炼剂ZL1040.5～0.8690～720

ZL1070.5～0.8b700～740

ZL1110.5～0.8700～730

1050020.5～0.8b700～740

注：

除气剂以六氯烷及六氯烷加载体的效果最好。

当采纳其它精炼剂时，应按其产品使用说明书要求进行验证合格，出具操作工艺后，方可使用。

1.6合金的变质和孕育处理：

1.6.1变质处理是为了细化铝硅合金中的共晶硅，孕育处理是为了细化铝合金中的初生相。

1.6.2常用钠盐变质剂按表11的成分要求混合均匀，装入料盘摊平，厚度不超过50㎜，于300～400℃烘烤3～5小时，然后破碎。

30～40目过筛，放入干燥器内备用。

1.6.3变质剂的准备、用量、处理时间等作为操作处理时的参照，以最终炉前检验的效果来合理选择，不作为工艺参数控制和记录，精炼剂的处理温度和效果应予以验证和记录。

表11 常用变质剂使用工艺参数

序号01020304名称钠基钛、硼、锆稀土三元变质剂四元变质剂变质孕育剂金属成分〔%〕氟化钠25氯化钠63氯化钾12氟化钠30氯化钠50氯化钾10冰晶石10氟锆酸钾氟硼酸钾钛铝稀土                          中间合金用量〔%〕≥1．5～2≥2～30．50．60.15～0.20.2～0.4预热温度≥100～300℃200±10℃350～450℃时间≥3h2～4h处理温度700～740℃b700～750℃b730～750℃720～740℃处理时间液面停留≥10～15min≥2～3min/压入合金≥3～5min≥5～8min/处理方法将预热后的变质剂均匀撒在合金液面上，覆盖10～15分钟，打碎硬壳，使气体排除并将变质剂压入合金液中至100～150㎜深，连续操作3～5分钟后打渣。

钛以合金形式加入，氟锆酸钾、氟硼酸钾在除气后均匀撒在合金液上，覆盖2～3分钟后压入静置5～8分钟后打渣。

于浇注前30分钟加入合金搅拌均匀。

1.6.3合金经变质后,调整到浇注温度进行浇注。

1.7采纳其它变质剂时，应按其使用说明书要求进行验证合格后方可使用。

1.8常用铝合金熔炼工艺举例如下表：

表12 常用铝合金熔炼工艺举例

合金                          牌号熔炼工艺要点备注ZL104装料顺序：

回炉料、铝锭、铝锰合金、硅，熔化后搅拌均匀，680～700℃时将镁压入合金液。

浇注温度：

700~740℃ZL107装料顺序：

回炉料、铝锭、铝铜合金、硅，熔化后搅拌。

浇注温度：

690~740℃ZL111装料顺序：

回炉料、铝锭、铝铜、铝钛、铝