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、锭模及熔炼工具的预备
1.1.1石墨坩埚的预备:
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℃进展焙烧,以去除坩埚的水分并防止炸裂;
1.1.1.3旧坩埚(留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,去除外表熔渣和其它脏物,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。
为提高坩埚使用寿命,其外外表可进展液体渗铝处理。
1.1.3坩埚、锭模及熔炼工具,使用前应将剩余的金属、氧化皮等杂物去除洁净。
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去除洁净,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洁净。
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
名称成安排比(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:
涂料成分中的全部固体组元,配制前应磨碎,并经过100~140目过筛,然后混合匀称。
使用时,先将水玻璃倒入80~100℃的热水中搅拌匀称,参加固体组元后再搅拌匀称,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 耐火材料成安排比
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、精炼用剂所用的帮助材料也应符合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/㎜参加温度/℃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,分批将剩余铝锭参加熔炉,并充分搅拌,至全部熔化;
1.3.1.3在700℃左右参加精炼剂(用量按各种精炼剂使用要求配加,如使用AWJ-3精炼剂,参加量为0.5~0.8%)进展除气精炼处理,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分批参加锰,每参加一批后,以石墨棒充分搅拌,待熔化后,参加下一批,最终参加余下的铝;
1.3.2.4熔化完后,在850℃左右参加精炼剂(用量按要求进展配加,如AWJ-3精炼剂参加量为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装料前必需去除炉料外表上的锈迹、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。
去除油污、泥沙、杂质及其它附属物可直接用作全部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,可考虑喷砂处理,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别处理,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削减,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.相应于新参加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.中间合金参加量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.以参加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的计算程序与此一样,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需符合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若纯金属参加可到达15~30%Fe0.5~1Zn1~3若以纯金属参加则烧损可达10~15Be0.5~1Ni0.5~1Ti1~21.4.4炉料参加先后原则:
1.4.4.1当用铝锭和中间合金熔化时,首先装入铝锭,然后参加中间合金;
1.4.4.2当用预制合金锭进展熔炼时,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,首先参加炉料中最多的那一局部;
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简单烧损和低熔点的炉料,如镁和锌,应在最终参加;
1.4.4.6在连续熔化时坩埚内应剩余一局部铝液以加速下一炉的熔化;
1.4.4.7采纳掩盖剂时,应在炉料开头熔化时就参加熔剂。
1.4.5炉料全部熔化后,进展搅拌使成分匀称,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除气剂预备:
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,存放枯燥器内备用。
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)应进展脱水处理;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枯燥箱内备用。
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次参加。
除气完毕后静置、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,用洁净铁片刮去外表氧化物和渣,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,不作为工艺参数掌握。
当消失操作不当造成额外损耗、炉料含杂质(如渣、泥砂等)过多等缘由,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,应作为工艺参数掌握并予以记录。
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展验证合格,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的成分要求混合匀称,装入料盘摊平,厚度不超过50㎜,于300~400℃烘烤3~5小时,然后破裂。
30~40目过筛,放入枯燥器内备用。
1.6.3变质剂的预备、用量、处理时间等作为操作处理时的参考,以最终炉前检验的效果来合理选择,不作为工艺参数掌握和记录,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匀称撒在合金液面上,掩盖10~15分钟,打碎硬壳,使气体排解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。
钛以合金形式参加,氟锆酸钾、氟硼酸钾在除气后匀称撒在合金液上,掩盖2~3分钟后压入静置5~8分钟后打渣。
于浇注前30分钟参加合金搅拌匀称。
1.6.3合金经变质后,调整到浇注温度进展浇注。
1.7采纳其它变质剂时,应按其使用说明书要求进展验证合格前方可使用。
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装料挨次:
回炉料、铝锭、铝锰合金、硅,熔化后搅拌匀称,680~700℃时将镁压入合金液。
浇