鑄鋁

鑄鋁是以熔融狀態的鋁，澆注進模具內，經冷卻形成所需要形狀鋁件的一種工藝方法。鑄鋁所用的鋁，稱為鑄造鋁合金。

基本介紹

• 中文名：鑄鋁
• 套用：工業
• 屬性：工藝方法

簡介

概述

是一種將純鋁或鋁合金錠按標準的成份比例配製後，經過人工加熱將其變成鋁合金液體或熔融狀態後再通過專業的模具或相應工藝將鋁液或熔融狀態的鋁合金澆注進型腔，經冷卻形成所需要形狀鋁件的一種工藝方法。

鑄鋁所用的鋁稱為：鑄造鋁合金。常用的鑄鋁方法有：砂鑄，壓鑄，低壓鑄造，精密鑄造，永久模鑄造等。

注意要點

一 、氧化夾渣缺陷特徵：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經x光透視或在機械加工時發現，也可在鹼洗、酸洗或陽極化時發現。

產生原因： 1.爐料不清潔，回爐料使用量過多。 2.澆注系統設計不良。 3.合金液中的熔渣未清除乾淨。 4.澆注操作不當，帶入夾渣。 5.精煉變質處理後靜置時間不夠。防止方法： 1.爐料應經過吹砂，回爐料的使用量適當降低 。2.改進澆注系統設計，提高其擋渣能力 3.採用適當的熔劑去渣 4.澆注時應當平穩並應注重擋渣 5.精煉後澆注前合金液應靜置一定時間。

二、氣孔、缺陷特徵：三鑄件壁內氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發亮的氧化皮，有時呈油黃色。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發現，內部氣孔、 氣泡可通過X光透視或機械加工發現氣孔、 氣泡在X光底片上呈黑色。

產生原因： 1.澆注合金不平穩，捲入氣體。 2.型(芯)砂中混入有機雜質(如煤屑、草根 馬糞等)。 3.鑄型和砂芯通氣不良。 4.冷鐵表面有縮孔。 5.澆注系統設計不良。防止方法： 1.正確把握澆注速度，避免捲入氣體。 2.型(芯)砂中不得混入有機雜質以減少造型材料的發氣量。 3.改善(芯)砂的排氣能力。 4.正確選用及處理冷鐵。 5.改進澆注系統設計。

三、 縮松缺陷特徵：鋁鑄件縮松一般產生在內澆道四周飛冒口根部厚大部位、壁的厚薄轉接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態時斷口為灰色，淺黃色經熱處理後為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈雲霧狀嚴重的呈絲狀縮松可通過X光、螢光低倍 斷口等檢查方法發現。

產生原因： 1.冒口補縮作用差。 2.爐料含氣量太多。 3.內澆道四周過熱 4.砂型水分過多，砂芯未烘乾。 5.合金晶粒粗大。 6.鑄件在鑄型中的位置不當 。7.澆注溫度過高，澆注速度太快。防止方法： 1.從冒口補澆金屬液，改進冒口設計。 2.爐料應清潔無腐蝕。 3.鑄件縮松處設定冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯用 。4.控制型砂水分，和砂芯乾燥。 5.採取細化品粒的措施。 6.改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度。

四、 裂紋缺陷特徵 ：1.鑄造裂紋。沿晶界發展，常伴有偏析，是一種在較高溫度下形成的裂紋在體積收縮較大的合金和外形較複雜的鑄件輕易出現 2.熱處理裂紋：由於熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在產生應力和熱膨張係數較大的合金冷卻過劇。或存在其他冶金缺陷時產生。

產生原因：1.鑄件結構設計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過於懸殊。 2.砂型(芯)退讓性不良。 3.鑄型局部過熱 。4.澆注溫度過高。 5.自鑄型中取出鑄件過早。 6.熱處理過熱或過燒，冷卻速度過激。防止方法:：1.改進鑄件結構設計，避免尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡。 2.採取增大砂型(芯)退讓性的措施。 3.保證鑄件各部分同時凝固或順序凝固，改進澆注系統設計。 4.適當降低澆注溫度。 5.控制鑄型冷卻出型時間。 6.鑄件變形時採用熱校正法。 7.正確控制熱處理溫度，降低淬火冷卻速度。

製造原則

①當用鋁錠和中間合金進行熔化時，首先裝入鋁，然後加入中間合金。

②當用預製合金錠進行熔煉時，首先裝入預製合金錠，然後補加所需數量的鋁和中間合金。當爐料由囚爐料和鋁錠組成時，首先熔化爐料中最多的那一部分。

④當熔爐的容量足以同時裝入幾種爐料時，則應首先一起裝入熔點相近的成份。

⑤容易燒損和低熔點的爐料，如鎂和鋅，應在最後加入。

⑥在連續熔化時，坩堝內應剩餘一部分鋁液，以加速下一爐的熔化。

⑦採用覆蓋熔劑時，應在爐料開始熔化時就加入熔劑。

工藝流程

裝料

熔煉時，裝入爐料的順序和方法不僅關係到熔煉的時間、金屬的燒損、熱能消耗，還會影響到金屬熔體的質量和爐子的使用壽命。裝料的原則有：

1、裝爐料順序應合理。正確的裝料要根據所加入爐料性質與狀態而定，而且還應考慮到最快的熔化速度，最少的燒損以及準確的化學成分控制。

裝料時，先裝小塊或薄片廢料，鋁錠和大塊料裝在中間，最後裝中間合金。熔點易氧化的中間合金裝在中下層。所裝入的爐料應當在熔池中均勻分布，防止偏重。

小塊或薄板料裝在熔池下層，這樣可減少燒損，同時還可以保護爐體免受大塊料的直接衝擊而損壞。中間合金有的熔點高，如AL-NI和AL-MN合金的熔點為750-800℃，裝在上層，由於爐內上部溫度高容易熔化，也有充分的時間擴散；使中間合金分布均勻，則有利於熔體的成分控制。

爐料裝平，各處熔化速度相差不多這樣可以防止偏重時造成的局部金屬過熱。

爐料應進量一次入爐，二次或多次加料會增加非金屬夾雜物及含氣量。

2、對於質量要求高的產品（包括鍛件、模鍛件、空心大梁和大梁型材等）的爐料除上述的裝料要求外，在裝料前必須向熔池內撒20-30kg粉狀熔劑，在裝爐過程中對爐料要分層撒粉狀熔劑，這樣可提高爐體的純潔度，也可以減少損耗。

3、電爐裝料時，應注意爐料最高點距電阻絲的距離不得少於100mm，否則容易引起短路。

熔化

爐料裝完後即可升溫。熔化是從固態轉變為液態的過程。這一過程的好壞，對產品質量有決定性的影響。

A、覆蓋

熔化過程中隨著爐料溫度的升高，特別是當爐料開始熔化後，金屬外層表面所覆蓋的氧化膜很容易破裂，將逐漸失去保護作用。氣體在這時候很容易侵入，造成內部金屬的進一步氧化。並且已熔化的液體或液流要向爐底流動，當液滴或液流進入底部匯集起來時，其表面的氧化膜就會混入熔體中。所以為了防止金屬進一步氧化和減少進入熔體的氧化膜，在爐料軟化下塌時，應適當向金屬表面撒上一層粉狀熔劑覆蓋，其用量見表。這樣也可以減少熔化過程中的金屬吸氣。

B、加銅、加鋅

當爐料熔化一部分後，即可向液體中均勻加入鋅錠或銅板，以熔池中的熔體剛好能淹沒住鋅錠和銅板為宜。

這時應強調的是，銅板的熔點為1083℃，在鋁合金熔煉溫度範圍內，銅是溶解在鋁合金熔體中。因此，銅板如果加得過早，熔體未能將其蓋住，這樣將增加銅板的燒損；反之如果加得過晚，銅板來不及溶解和擴散，將延長熔化時間，影響合金的化學成分控制。

電爐熔煉時，應儘量避免更換電阻絲帶，以防髒物落入熔體中，污染金屬。

C、攪動熔體

熔化過程中應注意防止熔體過熱，特別是天然氣爐（或煤氣爐）熔煉時爐膛溫度高達1200℃，在這樣高的溫度下容易產生局部過熱。為此當爐料熔化之後，應適當攪動熔體，以使熔池裡各處溫度均勻一致，同時也利於加速熔化。

扒渣與攪拌

當爐料在熔池裡已充分熔化，並且熔體溫度達到熔煉溫度時，即可扒除熔體表面漂浮的大量氧化渣。

A、扒渣

扒渣前應先向熔體上均勻撒入粉狀熔劑，以使渣與金屬分離，有利於扒渣，可以少帶出金屬。扒渣要求平穩，防止渣捲入熔體內。扒渣要徹底，因浮渣的存在會增加熔體的含氣量，並弄髒金屬。

B、加鎂加鈹

扒渣後便可向熔體內加入鎂錠，同時要用2號粉狀熔劑進行覆蓋，以防鎂的燒損。為防止鈹的中毒，在加鈹操作時應戴好口罩。另外，加鈹後扒也的渣滓應堆積在專門的堆放場地或作專門處理。

C、攪拌

在取樣之前，調整化學成分之後，都應當及時進行攪拌。其目的在於使合金成分均勻分布和熔體內溫度趨於一致。這看起來似乎是一種極其簡單的操作，但是在工藝過程中是很重要的工序。因為，一些密度較大的合金元素容易沉底，另外合金元素的加入不可能絕對均勻，這就造成了熔體上下層之間，爐內各區域之間合金元素的分布不均勻。如果攪拌不徹底（沒有保證足夠長的時間和消滅死角），容易造成熔體化學成分不均勻。

攪拌應當平穩進行，不應激起太大的波浪，以防氧化膜捲入熔體中。

調整成分

在熔煉過程中，由於各種原因都可能會使合金成分發生改變，這種改變可能使熔體的真實成分與配料計算值發生較大的偏差。因而需在爐料熔化後，取樣進行快速分析，以便根據分析結果是否需要調整成分。

A、取樣

熔體經充分攪拌後，即應取樣進行爐前快速分析，分析化學成分是否符合標準要求。取樣時的爐內熔體溫度應不低於熔煉溫度中限。

快速分析試樣的取樣部位要有代表性，開然氣爐（或煤氣爐）在兩個爐門中心部位各取一組試樣，電爐在二分之一熔體的中心部位取兩組試樣。取樣前試樣勺要進行預熱，對於高純鋁及鋁合金，這了防止試樣勺污染，取樣應採用不鏽鋼試樣勺並塗上塗料。

B、成分調整

當快速分析結果和合金成分要求不相符時，就應調整成分—沖淡或補料。

一、補料。快速分析結果低於合金化學成分要求時需要補料。為了使補料準確，應按下列原則進行計算：

1、先算量少者後算量多者；

2、先算雜質後算合金元素；

3、先算低成分的中間合金，後算高成分的中間合金；

4、最後算新金屬

二、沖淡。

快速分析結果高於化學成分的國家標準、交貨標準等的上限時就需沖淡。

在沖淡時高於化學成分標準的合金元素要衝至低於標準要求的該合金元素含量上限。

我國的鋁加工廠根據歷年來的生產實踐，對於鋁合金都制定了廠內標準，以便使這些合金獲得良好的鑄造性能和力學性能。為此，在沖淡時一般都沖至接近或低於該元素的廠內化學成分標準上限所需的化學成分。

C 、調整成分時應注意的事項

1、試樣用元代表性。試樣無代表性是加為，某些元素密度較大，溶解擴散速度慢，或易於偏析分層。故取樣前應充分攪拌，以均勻其成分，由於反射爐熔池表面溫度高，爐底溫度低，沒有對流傳熱作用，取樣前要多次攪拌，每次攪拌時間不得少於5min。

2、取樣部位和操作方法要合理。由於反射爐熔池大而深，儘管取樣前進行多次攪拌，熔池內各部位的成分仍然有一定的偏差，因此，試樣應在熔池中部最深部位的二分之一處取出。

取樣前應將試樣模充分加熱乾燥，取樣時操作方法正確，使試樣符合要求，否則試樣有氣孔、夾渣或不符合要求，都會給快速分析帶來一定的誤差。

3、取樣時溫度要適當。某些密度大的元素，它的溶解擴散速度隨著溫度的升高而加快。如果取樣前熔體溫度較低，雖然經過多次攪拌，其溶解擴散速度仍然很慢，此時取出的試樣仍然無代表性，因此取樣前應控制熔體溫度適當高些。

4、補料和沖淡時一般都用中間合金，熔點較高和較難熔化的新金屬料，應予避免。

5、補料量和沖淡量在保證合金元素要求的前提下應越少越好。且沖淡時應考慮熔煉爐的容量和是否便於沖淡的有關操作。

6、如果在沖淡量較大的情況下，還應補入其它合金元素，應使這些合金元素的含量不低於相應的標準或要求。

精煉

工業生產的鋁合金絕大多數在熔煉爐不再設氣體精煉鋼過程，而主要靠靜置爐精煉和線上熔體淨化處理，便有的鋁加工廠仍還設有熔煉爐精煉，其目的是為了提高熔體的純淨度。這些精煉方法可分為兩類：即氣體精煉法和熔劑精煉法。

出爐

當熔體經過精煉處理，並扒出表面浮渣後，待溫度合適時，即可將金屬熔體輸注到靜置爐，以便準備鑄造。

清爐

清爐就是將爐內殘存的結渣徹底清出爐外。每當金屬出爐後，都要進行一次清爐。當合金轉換，普通製品連續生產5-15爐，特殊製品每生產一爐，一般就要進行大清爐。大清爐時，應先均勻向爐內撒入一層粉狀熔劑，並將爐膛溫度升至800℃以上，然後用三角鏟將爐內各處殘存的結渣徹底清除。