铝合金的熔炼与铸造

　　铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

　　熔炼与铸造

　　铝合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。严格控制熔炼与浇铸的全过程，对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以及缩松等铸造缺陷起着重要的作用。由于铝熔体吸收氢倾向大，氧化能力强，易溶解铁，在熔炼与浇铸过程中必须采取简易而又谨慎的预防措施，以获得优质铸件。

　　1、铝合金炉料配制及质量控制

　　为了熔炼出优质铝熔体，首先应选用合格的原材料。须对原材料进行科学管理和适当处理，否则就会严重影响合金的质量，生产实践证明，原材料(包括金属材料及辅助材料)控制不严会使铸件成批报废。

　　(一)原材料必须有合格的化学成分及组织，具体要求如下：

　　入厂的合金锭除分析主要成分及杂质含量外，尚就检查低陪组织及断口。实践证明，使用了含有严重缩孔、针孔、以及气泡的铝液，就难以获得致密的铸件，甚至会造成整炉、整批的铸件报废。

　　有人在研究铝硅合金锭对铝合金针孔的影响时发现，用熔融的纯浇铸砂型试块时并不出现针孔，当加入低组织和不合格的铝硅合金锭后，试块针孔严重，且晶粒大。其原因为材料的遗传性所致。铝硅系合金和遗传性随着含量的提高面增大，硅量达到7%时，遗传显著。继续提高硅含量到共晶成分，遗传性又稍减小。为解决炉料遗传性引起的铸件缺陷，必须选用冶金质量高的铝锭、中间合金及其它炉料。具体标准如下：

　　(1) 断口上不应有针孔、气孔

　　针孔应在三级以内，局部(不超过受检面积的25%)不应超过三级，超过三级者必须采取重熔炼的办法以减少针孔度。重熔精炼方法与一般铝合金熔炼相同，浇铸温度不宜超过660℃，对于那些原始晶粒大的铝锭、合金锭等，应先用较低的锭模温度，使它们快速凝固，细化晶粒。

　　2、炉料处理

　　炉料使用前应经吹砂处理，以去除表面的锈蚀、油脂等污物。放置时间不长，表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，所有的炉料在入炉前均应预热，以去除表面附的水分，缩短熔炼时间在3小时以上。

　　1)、炉料的管理及存放

　　炉料的合理保存及管理对确保合金质量有重要意义。炉料应贮存在温度变化不大、干燥的仓库内。

　　2)、坩埚及熔炼工具的准备

　　(一) 坩埚铸造铝合金常用铁坩埚，也可用铸钢及钢板焊接坩埚。

　　新坩埚及长期未用的旧坩埚，使用前均应吹砂，并加热到700--800度，保持2--4小时，以烧除附着在坩埚内壁的水分及可燃物质，待冷到300度以下时，仔细清理坩埚内壁，在温度不低于200度时喷涂料。坩埚使用前应预热至暗红色(500--600度)，并保温2小时以上。新坩埚外熔炼之前，最好先熔化一炉同牌号的回炉料。

　　(二)熔炼工具的准备

　　钟罩、压瓢、搅拌勺、浇包。锭模等使用前均应预热，并在150度---200度温度下涂以防护性涂料，并彻底烘干，烘干温度为200--400度，保温时间2小时以上，使用后应彻底清除表面上附着的氧化物、氟化物，(最好进行吹砂)。

　　3、熔炼温度的控制

　　熔炼温度过低，不利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠铸的倾向，还会因冒口热量不足，使铸件得不到合理的补缩，有资料指出，所有铝合金的熔炼温度到少要达705度并应进行搅拌。熔炼温度过高不仅浪费能源，更严重的是因为温度愈高，吸氢愈多，晶粒亦愈粗大，铝的氧化愈严重，一些合金元素的烧损也愈严重，从而导致合金的机械性能的下降，铸造性能和机械加工性能恶化，变质处理的效果削弱，铸件的气密性降低。

　　生产实践证明，把合金液快速升温至较高的温度，进行合理的搅拌，以促进所有合金元素的溶解(特别是难熔金属元素)，扒除浮渣后降至浇注温度，这样，偏析程度最小，熔解的氢亦少，有利于获得均匀致密、机械性能高的合金.因为铝熔体的温度是难以用肉眼来判断的，所以不论使用何种类型的熔化炉，都应该用测温仪表控制温度。测温仪表应定期校核和维修。热电偶套管应周期的用金属刷刷干净，涂以防护性涂料，以保证测温结果的准确性及处长使用寿命。

　　4、熔炼时间的控制

　　为了减少铝熔体的氧化、吸气和铁的溶解，应尽量缩短铝熔体在炉内的停留时间，快速熔炼。从熔化开始至浇注完毕，砂型铸造不超过4小时，金属型铸造不超过6小时，压铸不超过8小时。

　　为加速熔炼过程，应首先加入中等块度、熔点较低的回炉料及铝硅中间合金，以便在坩埚底陪尽快形成熔池，然后再加块度较大的回炉料及纯铝锭，使它们能徐徐浸入逐渐扩大的熔池，很快熔化。在炉料主要部分熔化后，再加熔点较高、数量不多的中间合金，升温、搅拌以加速熔化。最后降温，压入易氧化的合金元素，以减少损失。

　　5、熔体的转送和浇注

　　尽管固态氧化铝的密度近似于铝熔体的密度，在进入铝熔体内部后，经过足够长的时间才会沉至坩埚底陪。而铝熔体被氧化后形成的氧化铝膜，却仅与铝熔体接触的一面是致密的，与空气接触的一面疏松且有大量直径为60--100A的小孔，其表面积大，吸附性强，极易吸附在水汽，反有上浮的倾向。因此，在这种氧化膜与铝熔体的比重差小，将其混入熔体中，浮沉速度很慢，难以从熔体中排除，在铸件中形成气孔太夹杂。所以，转送铝熔体中关键是尽量减少熔融金属的搅拌，尽量减少熔体与空气的接触。

　　采用倾转式坩埚转注熔体时，为避免熔体与空气的混合，应将浇包尽量靠所炉咀，并倾斜放置，使熔体沿着浇包的侧壁下流，不致直接冲击包底，发生搅动、飞溅等。

　　采用正确合理的浇注方法，是获得优质铸件的重要条件之一。生产实践得，注意下列事项，对防止、减少铸件缺陷是很有效的。

　　(一)浇注前应仔细检查熔体出炉温度、浇包容量及其表面涂料层的干燥程度，其他工具的准备是否合乎要不。金属浇口杯在浇注前3--5分钟之内就在砂型上安放好，此时浇包怀的温度不高于150度，安置过早或温度过高，浇道内憋住大量气体，在浇注时有爆炸的危险。

　　(二)不能在有“过堂风”的场合下浇注，以及熔体强烈氧化，燃烧，使铸件产生氧化夹杂等缺陷。

　　(三)由坩埚内获取熔体时，应先用包底轻轻拨开熔体表面的氧化皮或熔剂层，缓慢地将浇包浸入熔体内，用浇包的宽口舀取熔体，然后平稳的提起浇包。

　　(四)端包时不要掌平，步子要稳，浇包不宜提得过高，浇包内金属液面必须保持平稳，不受拢动。

　　(五)即将浇注时，应扒净浇包的渣子，以免在浇注中将熔渣、氧化皮等带入铸型中。

　　(六)在浇注中，熔体流就保持平稳，不能中断，不能直冲口怀的底孔。浇口怀自始至终应充满，液面不得翻动，浇注速度要控制得当。通常，浇注开始度就稍慢些，使熔体充填平稳，然后速度稍快，并基本保持浇注速度不变。

　　(七)在浇注过程中，浇包咀与浇口的距离就尽可能靠近，以不超过50毫米为限，以免熔液过多地氧化。

　　(八)带堵塞的浇口怀，堵塞不能拨得太早，在熔体充满浇口怀后，再缓慢地斜向拨出，以免熔体在注入浇道时产生涡流。

　　(九)距坩埚底部60毫米以下的熔体不宜浇注铸件。

　　铝合金铸造

　　按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。

　　为了获得各种形状与规格的优质精密铸件，用于铸造的铝合金一般具有以下特性。

　　(1)有填充狭槽窄缝部分的良好流动性

　　(2)有比一般金属低的熔点，但能满足极大部分情况的要求

　　(3)导热性能好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短

　　(4)熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制

　　(5)铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向

　　(6)化学稳定性好，抗蚀性能强

　　(7)不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的表面光洁度和光泽，而且易于进行表面处理

　　(8)铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型铸造模进行铸造生产，也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形，生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。

　　铸造铝合金在轿车上是得到了广泛应用，如发动机的缸盖、进气歧管、活塞、轮毂、转向助力器壳体等。