铸造铝合金熔炼处理及在线质量控制

铸造铝合金熔炼处理及在线质量控制

翟佳木1  曹磊磊2   张恒3

广元中孚科技有限公司 四川省 广元市 68000 

摘要：近年来，我国的铝合金铸造行业有了很大进展，铝合金的熔炼处理技术也越来越先进。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。本文首先分析铸造铝合金熔炼处理，其次探讨铸造铝合金熔炼处理在线质量控制措施，使铸件内部组织细化，从而提高铸件强度。

关键词：铝合金；熔炼处理；质量控制

引言

长期以来，铝合金铸造生产中，对于铝合金的精炼几乎均采用用氯气、氯盐、六氯乙烷等氯化物进行精炼，精炼过程分解出来的气体为氯气或氯化物气体。氯气，为一种有毒气体，对人体、设备、厂房等有着很大的危害。就沈飞铸造厂而言，在合金精炼处理时，采用氯盐精炼，排放的大量有毒气体，直接影响着周围厂房车间的职工的健康，职工代表多次向公司上反应，但是受当时材料、工艺等限制而未有成效。所以，治理铸造精炼中产生的有毒气体，无论是对人的身心健康还是对社会都有着极其重要的意义。

1铸造铝合金熔炼处理

1.1Fe元素的稀释

根据以往的熔炼经验Fe元素是合金熔炼中威胁性最大的元素之一。一旦超量流入铝合金元素，就能在合金中生成FeAl3、FeSiAl2、Al3Si2多种具有脆化作用的铁化合物，严重影响合金物理性能，所以熔炼合金一项重要的工作就是降低合金中Fe杂质的含量。根据实验可知，Fe元素大多伴随坩埚、合金熔炼器械以及熔炼炉料进入熔炼合金中，所以必须提前对熔炼坩埚进行涂料翻新处理。合金熔炼器械尽量以石墨灰为主要材料进行制造，尤其是在合金熔炼变质和细化处理时，一定要使用纯石墨制造的金属钟罩和盐勺，因为熔炼添加的细化剂和变质剂具有极强的氧化性和腐蚀性，如果与任何含铁元素的工具接触，会直接吸收大量铁元素，并融入合金中。除此以外，加强熔炼炉料的纯度，也可以有效降低铁元素流入量。传统铸造铝合金含铁量≤0.15，但是高纯铝中铁元素含量≤0.003，所以不难判断，在熔炼过程中适用高纯铝可以有效降低铁元素含量。与之相似的还有Al的选择。无论是工业用的冶金Al还是化学用的Al2Mg，均含有较高Fe元素。所以本次研究的熔炼工艺选择了电子工业生产中的单晶Al料头，这种Al料头纯度极高，最高可以达到光谱级别，可以有效降低Fe含量。除此以外，类似常见的Mg、Cd、Ti、Be、Na、Zn等元素的流入不会影响铁元素含量，所以可以忽略。

1.2氩旋喷精炼

旋转净化由头部吹成铝合金组成。在风的作用下，氩气泡产生大量的氢气，压力为p1h2=0。溶解在铝液体中的氢，通过氮在氩中扩散，直到氩气泡中的氢与其成分平衡。氢在铝液体中，当泡沫达到一定的临界尺寸时，它会自动向铝移动，将液体表面移动，泡沫在运动中逐渐上升；在悬浮过程中，Al2O3与小气泡和相结合，同时降低铝流体的静力压力，增加体积。因此，只要气体产生气泡，它就会不断地去除溶解在铝液体中的氢。当泡沫上升时，附在上面有毒气体会上升到表面并被净化。与此同时，插入表面的原始气泡也被移除。清洁环境使用氩，氩是一种惰性气体，没有毒性，没有气味，没有污染，不需要排气。除了氢，氩对液体混合也没有危险。氩旋喷精炼与熔剂净化相比，结渣少且不会释放出有毒气体，这将大大改善工作环境，减少对环境的破坏。

1.3精炼效果检测

在铝液浇注前进行质量监测是完全可行的。试验所使用的设备是沈阳理工大学研制的“铝液精炼效果致密性检测仪”。在特制的小坩埚内浇注铝液，当系统内达到一定的负压条件下，观察铝液凝固过程中气泡的上浮情况，根据产生气泡的情况和经验，可直观判断铝液的含气情况，对铝液的含气量进行定性的分析；随后将所制的减压凝固试样冷却，在设备附带的试样密度测试台架上进行密度测试，将测得的密度值与所测合金的标准密度值进行比较，即可得出铝合金液的含气情况，实现铝液的含气量定量分析。这种方法对铝液精炼效果的检测可在5～10min内完成，速度快、数据准确、结果可靠。

2铸造铝合金熔炼处理在线质量控制

2.1冶炼技术

铝合金的铸造精炼技术主要是基于吸附和非吸附两种类型的过程。吸附法使用吸附剂和氧化剂来去除铝合金中的氧化物，以包围铝合金表面的氢，减少铝合金铸件的孔隙性。不是化学物质的化学物质，也不是化学物质的化学物质。浮游生物体内的氮很贵，所以铝合金在清洗过程中相对较好，但使用有限。根据FuFa技术专家的原则，在铝合金倡议的范围之外，技术领域的研究导致了技术进步。由于旋转和悬挂而悬浮和上升，氢和氰化物最终从液态铝的表面被吸附。此外，在国外铝合金精在冶炼工艺的研究中，还指出了过滤脱气、FILD、MINT、结合FIP、旋转喷射、LARS等精炼技术，实现合金铸造精炼技术的广泛应用促进了精炼技术的发展。

2.2变质剂的选用

（1）钠盐变质法：钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。（2）铝锶中间合金变质法：这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04%-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80%-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金。通过对多种变质剂分析，最后确定选用最适合公司生产使用的Sr（锶）作为变质剂。

2.3ZL109A铝合金精炼处理

在整个熔炼过程中，由于炉料高温等各种化学反应生成，熔炼坩埚以及其他熔炼工具难以避免的会使熔炼合金体重出现各类杂质。在液态铝合金中还会出现许多熔炼气体，其中以氢气最为常见，所占比重也最高，约占总量的80%~95%左右。而精炼的核心目的，就是对ZL109A铝合金进行再次提纯，去除液态铝中的各类杂质和气体，从而获得纯度更高的金属液态铝。

结语

氩气是惰性气体，无毒、无味、无公害、无须废气处理设备。用氩气旋转喷吹法精炼铝合金液质量优良，铸件的针孔度可以达到Ⅰ级。用氩气旋转喷吹法精炼，在精炼过程中，石墨喷头在铝液深处旋转喷吹，一方面促进了熔池内细小夹杂的聚集，另一方面，铝液表面始终保持平稳，没有剧烈翻腾现象，避免了氧气的混入和水气的吸收，也就减少了氧化物夹杂的产生和氢气的二次溶解。与熔剂净化相比，成渣量少，且不会产生有毒气体，大大的改善了工作环境，减少了对环境的危害，更加环保。采用锶作为变质剂，最好的精炼与变质的匹配工艺是在熔炼时加入铝锶合金，与氩气旋转喷吹精炼工艺结合，能得到好的精炼和变质效果。

参考文献

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