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    2. 氮化硼涂料在鋁合金ADC12的熔煉及其處理中的應用
      來源: http://www.hnjqzn.com/index.php?_m=mod_product&_a=view&p_id=1186   發布時間: 2017-04-15 08:57   1647 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
      保證壓鑄鋁合金熔煉質量是壓鑄生產中最重要的步驟,本文結合本公司的具體情況,簡要介紹了壓鑄鋁合金 ADC12 的熔煉過程中產生的渣子和氣體,同時也提出了關于除渣和精煉的一些具體的工藝流程。 關鍵詞:鋁合金熔煉;氮化硼涂料;除渣;精煉

      氮化硼涂料在鋁合金ADC12的熔煉及其處理中的應用
         摘 要:保證壓鑄鋁合金熔煉質量是壓鑄生產中最重要的步驟,本文結合本公司的具體情況,簡要介紹了壓鑄鋁合金 ADC12 的熔煉過程中產生的渣子和氣體,同時也提出了關于除渣和精煉的一些具體的工藝流程。
      關鍵詞:鋁合金熔煉;氮化硼涂料;除渣;精煉
      1 鋁合金的基本特性
             日本 ADC12 鋁硅合金有很好的鑄造性能,且鑄件強度高、熱膨脹系數小、耐腐蝕性能高及切屑性能好,因此,被廣泛用于制作汽車化油器、汽缸體、缸蓋、機車減震器、引擎齒輪箱、農機齒輪箱、攝影機機體及電動工具機體等零部件.近年來,隨著汽車、摩托車工業的迅速發展,更為廣泛地用于制作小型汽車的制動泵殼體及摩托車減震器殼體等形狀較復雜、強度精度較高的批量生產的中小型零件。

             鋁合金 ADC12 鑄件中,α-Al 相是最主要的組織,在鑄態時,α-Al 相呈樹枝狀,并且比較粗大,其取向沒有一定的規律,較為雜亂,這使得其性能不是很好;合金中Si,主要用來改善鑄造性能,提高耐磨性、耐蝕性和力學性能  Cu 和  Mg是形成 CuAl2和  Mg2Si 相,強化合金,但含量過高,會使塑性降低,Cu 還能提高高溫性能,但會降低耐腐性;Mn 主要是形成 AlFeMnS 相,減小 Fe 雜質的有害作用,同時可提高鑄件的耐熱性能,Fe 在 Al 合金中通常被認為是最有害的雜質元素,常見的Fe相為α-Fe相( Al8SiFe2)和β-Fe相(Al5SiFe)兩種,硬而脆的針狀的 β-Fe 相會破壞金屬基體的連接強度,大幅降低合金的力學性能(如抗拉強度),Fe在 Al 合金中作為有害元素會顯著降低合金的力學性能,影響斷裂粗糙程度等。
      2 鋁合金原材料需控制的過程
             現在壓鑄行業中多數是從鋁合金錠生產廠購進牌號鋁錠,這種配制好的牌號合金鋁錠多以回收的再生鋁制品為主料,經過成分調整(加入純鋁錠及部份中間合金)生產的。因此,這種合金鋁錠成本、售價都低于以純鋁錠為主料的合金鋁錠,但雜質含量較高。針對這種情況,需要對購進的合金鋁錠做原材料的化學成分檢驗,應根據GB/T8733與合金鋁錠生產廠簽訂技術要求時做適當調整,再根據壓鑄鋁合金的要求做出進一步調整。由于鋁合金中含氣量和硬質點的要求,要求鋁錠生產廠必須做好精煉、除氣、造渣,防止鋁錠中含氣量高,雜質多,遺傳到壓鑄鋁液中,要求鋁錠表面光滑(經過扒去浮渣的)斷口細密無結晶硅亮晶粒的。鋁錠表面有氣泡孔是錠模上涂料水份大未烘干,表面不光亮是浮渣未刮除干凈,鋁錠斷口有亮晶晶的晶粒是澆注溫度過高,有硅結晶。
             壓鑄生產中有30%~60%回爐料,對于回爐料有油污的要先燒除再壓入鋁液中,對碎鋁渣料必須過篩除塵、清除砂石才能回爐,凡使用回爐料的鋁液,精煉劑、除渣劑用量必須適量增加,一般按上限比例控制。熔煉時,加入的鋁錠一定要干燥。
      3 鋁合金的熔煉
             本公司使用的熔煉爐為 ATM-1500。公司要求每次開班時熔煉爐必須進行烘烤,以便清除爐中的濕氣,烘烤后的爐子必須達到一定的工藝要求。在進行熔煉過程中要求熔煉溫度:(680~750)℃;精煉爐溫度:(730±10) ℃。鋁合金在整個熔煉過程中,爐料受熱而開始熔化,實現由固態到液態的轉變,在這個轉變過程中,就會使金屬氧化,燒損和吸氣。金屬的氧化和燒損不但會影響合金的化學成分,而且.所造成的氧化夾渣是鋁合金鑄錠最有害的缺陷之一,金屬的吸氣則會使鑄錠在凝固過程中來不及或不能逸出,而以疏松,氣孔形式存在于鑄錠中,因此,鋁合金熔煉過程的正確與否直接關系到熔體質量的好壞,它不僅影響其化學成分,而且與其鑄錠的質量乃至最后加工的產品質量密切相關。
      鋁非?;顫?,除了惰性氣體,幾乎和所有的氣體發生反應:
      如:A1+O2→A12O3
      2A1+3H2O→A12O3+3H2↑
             而且這些反應都是不可逆的,一經反應金屬就不能還原,這樣就造成了金屬的損失.而且生成物(氧化物、碳化物等)進入熔體,將會污染金屬,造成鑄錠的內部組織缺陷。因此在鋁合金合金的熔煉過程中,對工藝設備(如爐型,加熱方式等)有嚴格的選擇,對工藝流程也應有嚴格的選擇和措施,如縮短熔煉時間、控制適當的熔化速度,采用氮化硼涂料熔劑復蓋等。
      (1)由于鋁的活性,在熔煉溫度下,它對大氣中的水分和一系列工藝過程中的水分,油,炭氫化合物等,都會發生化學反應.一方面增加熔體中的含氣量,造成疏松,氣孔,另一方面其生成物可將金屬弄臟。因此,在熔化過程中必須采取一切措施盡量減少水分,對工藝設備,工具和原材料等都要嚴格保持干燥和避免油染。
      (2)本公司采用的是連續氮化硼涂料熔煉法,此法加料連續進行,出爐間歇進行。對于鋁合金熔煉,由于爐內結構,熔體停留時間要盡量縮短。因為延長熔體停留時間,尤其在較高的熔煉溫度下,大量的非自發晶核去活,引起鑄錠晶粒粗大,造成鑄錠廢品,而且增加金屬吸氣,使熔體非金屬夾雜和含氣量增加。
      (3)熔化金屬的爐子中的氣氛中的氣體,是最主要的氣體來源之一。根據所用的熔煉爐爐型及結構,以及所用燃料的燃燒或發熱方式,爐內氣氛往往含有各種不同比例的氫(H2)、氧(O2)、水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2),一氧化碳(CO)、氮(N2)、二氧化硫(SO2)此外還有各種碳氫化合物。這些結果當然是不完全的,而且成分范圍很廣,這是因為爐內燃燒生成物—爐氣的變化是很大的,是很不穩定的。在這里主要介紹一下鋁合金液吸氫(H2)的過程,主要包括三個過程:吸附,擴散,溶解。由于氫是結構比較簡單的單元氣體,其原子或分子都很小,較易溶于金屬中,在高溫下也容易迅速擴散。所以氫是一種極易溶解于金屬中的氣體。
             氫在熔融態鋁中的溶解過程:物理吸附→化學吸附→擴散(H2)→2H→2(H+)氫與鋁不起化學反應而是以離子狀態存在于晶體點陣的間隙內,形成間隙式固溶體。在金屬液體表面無氧化膜的情況下,氣體向金屬中的擴散速度,與金屬厚度成反比,與氣體壓力平方根成正比,并隨溫度升高而增大.其關系式如下: 式中:v 擴散速度 n--常數 d--金屬厚度 E--激活能 p--氣體分壓 R--氣體常數 T--溫度°K
             因此,在達到氣體的飽和溶解度之前,熔體溫度越高,則氫分子離解速度越快,擴散速度也就越快,故熔體中含氣量越高。
      (4)在生產條件下,無論采用何種熔煉爐生產鋁合金,熔體直接與空氣接觸,也就是和空氣中的氧和氮接觸.鋁是一種比較活性的金屬,它與氧接觸后,必然產生強烈的氧化作用而生成氧化鋁。其反應式為:
      4Al + 3O2= 2A12O3
      2Al + 3H2O = Al2O3+ 3H2↑
      2Al + 3CO2= Al2O3+ 3CO↑
             鋁一經氧化,就變成了氧化渣,成了不可挽回的損失。氧化鋁是十分穩定的固態物質,如混入熔體內,便成為氧化夾渣。由于鋁與氧的親合力很大,所以氧與鋁的反應很激烈。但是,表面鋁與氧反應生成A12O3,A12O3的分子體積比鋁的分子體積大,所以表面的一層鋁氧化生成的A12O3膜是致密的,它能阻止氧原子透過氧化膜向內擴散,同時也能阻止鋁離子向外擴散,因而就阻止了鋁的進一步氧化。
      4 鋁合金的處理
             鋁合金的處理主要包括除渣,精煉。
      (1)除渣
             鋁合金熔煉過程中,常常由于不能有效除渣凈化,微量熔渣溶解在熔體中,從而使得鋁合金表面產生雪花斑,嚴重影響鋁合金的品質,如果除渣不干凈,將會造成夾渣等缺陷,使鑄件報廢。鋁是一種活潑金屬,在熔煉過程中易產生鋁的氧化物,一些非金屬夾雜也很容易進入熔體,夾雜物對鋁制品的危害很大,去除夾雜成為鋁熔體凈化的主要任務。生產實踐中,鋁合金熔體中常見夾雜物是A12O3、SiO2、MgO等。會造成金屬液的不純凈,夾雜物影響熔體流動性,凝固過程中聚合產生氣泡,影響縮松程度。由于細小的氧化物顆粒密度和鋁的相近,一般懸浮于鋁液中,采用鋁液靜置的辦法很難去除。去除的氧化物中通常包含很多鋁。盡管熔劑有許多其他用途,使鋁減少氧化和去除氧化夾雜物是使用熔劑的主要原因。
             熔煉爐內的打渣原理:用打渣劑(或除渣劑)撒在鋁液表面,使渣水分離,將分離出的渣扒出爐外,因扒渣劑中有Na3AlF6(或K3SiF6),這種鹽有強烈吸附A12O3的能力,還有Na2SiF6(或K2SiF6),它可以與A12O3和鋁起下述反應:
      3Na2SiF6+ 2Al2O3=2Na3AlF6+ 2AlF3↑+ 3SiO2
      Na2SiF6= SiF4↑+ 2NaF6NaF + Al= 3Na + Na3AlF6
             第一個反應可以吃掉一部分A12O3,第三個反應使渣水分離,將渣扒出爐外,達到去渣的目的,同時還生成Na3AlF6,有強烈吸附r—A12O3的作用,使渣和鋁液得到分離。鋁合金的除渣工序,目的是使進入鋁液的雜質,氧化物渣清除掉,往往在除渣時,渣中含有鋁液。因此,希望渣中含的鋁液盡量少,扒出的渣要經過再次炒灰。炒灰的目的是使渣中鋁液擠出沉在炒鍋底部,使灰渣揉碎分散留在上部,使渣灰與鋁液分離,為達到這一目的就要選擇良好的除渣熔劑。除渣的方法是根據熔煉爐內的鋁液多少,按要求比例均勻投入除渣劑,并勻速攪拌,靜止8-10min后再拔出濾渣,打渣要求鋁液溫度720-740℃。經驗表明除渣劑所造的渣是松散的,不發黑的,呈灰白色的是比較好的除渣劑。
      (2)精煉
             鋁的化學性質比較活潑,因此即使合金液中含氫量很低,凝固時也會有大量的氫析出,在鑄件中形成針孔和夾雜等缺陷,從而嚴重影響鋁合金的力學性能。提高鋁合金的熔體質量,凈化合金液,是鋁合金熔煉的關鍵問題之一,也是提高鋁鑄件的產品質量和市場競爭力的有效途徑和手段。不合理的精煉工藝,合金除氣不凈,鑄件易產生氣孔。為增加除氣效果勢必要增加精煉劑的加入量。但加入量過多,易造成Mg、Al、Ti 等元素的氧化燒損,形成氧化夾渣。為此一個關鍵的鋁合金的精煉工藝是必不可少的。
             研究表明,氫氣到達氣泡所需的距離越短,除氣速度越快。我公司選擇的是旋轉轉子除氣機,用于鋁合金液除氣。它的作用原理是:旋轉轉子把普通的惰性氣體大氣泡打散成為細小的氣泡,并使其分散在金屬液中,通過減小氣泡直徑,使氣泡表面積急劇增大,則有更多的惰性氣泡表面與金屬液中的氫氣和雜質接觸,從而提高除氣效率。旋轉轉子除氣被公認為是最好的除氣工藝之一。旋轉轉子除氣機結構圖是:電機帶動轉桿和石墨轉子旋轉,惰性氣體通過旋轉聯接器進入轉桿,轉桿和石墨轉子有中心孔,可使惰性氣體通過并噴入金屬液體中。旋轉的石墨轉子將惰性氣體氣泡打散成非常細小的氣泡,并擴散在整個金屬液中。通過調節并控制惰性氣體的流量和石墨轉子的轉速,以控制氣泡的大小,提高凈化效果。同時在除氣機上的放置的精煉劑按一定的比例加入處理的鋁液中,保證在除氣的時候同時進一步的除去氧化物渣滓。
             精煉的工藝要求:用轉水包將熔煉爐內的鋁水轉運至旋轉除氣機處;通入的氮氣壓力要求控制在0.1-0.3mpa,防止鋁液濺出傷人;精煉除氣的時間控制在5min。壓鑄鋁合金的除渣與精煉是一個時間過程,不可能快速完成,縮短精煉時間是錯誤的操作,鋁液中氣體的吸附和雜質的上浮都需一定的時間,只有保證有充分的吸附時間和雜質上浮時間,才能達到精煉的目的,精煉時保證鋁液充分與氣泡接觸,不斷的攪動是必要的,鋁液中的氣體除凈了,雜質去除了,才能保證產品氣孔率降低,硬質點減少,質量得到保證。
      5 結論
             壓鑄鋁合金生產過程中選擇一個合理的熔煉工藝是得到優良的壓鑄產品質量的第一步。做好原材料的嚴格控制是熔煉的關鍵步驟,同時熔煉前也需對合金中不同元素所產生的作用需有一個簡單的了解。除渣和精煉在鋁合金的熔煉過程中是非常重要的工藝過程,通過對除渣和除氣的理論研究,得出了一個適合我們公司適用的熔煉工藝。

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