铸造铝合金熔炼、浇注操作规程

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合金的熔化
11 坩埚、锭模及熔炼工具的准备
111 石墨坩埚的准备:
1111 根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚;
1112 新坩埚使用前,应由室温缓慢升温至900℃进行焙烧,以去除坩埚的水分并防止炸裂;
1113 旧坩埚(注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,清除表面熔渣和其它脏物,装料前预热到250~300℃。
112 铁质坩埚一般采用球铁坩埚,也可用铸钢(或钢板焊接)坩埚。为提高坩埚使用寿命,其外表面可进行液体渗铝处理。
113 坩埚、锭模及熔炼工具,使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。
114 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清除干净,并加热到700800℃,保温24小时,以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。
115 铝镁系合金的熔炼工具,使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。
116 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。
1161 涂料成分可按表1中的规定:
坩埚和工具用涂料
代号
名称
成分配比(重量百分比)%
氧化锌
滑石粉
水玻璃
T03
涂料三号
2530
/
35
余量
T04
涂料四号
/
2030
6
1162 涂料的配制:涂料成分中的所有固体组元,配制前应磨碎,并经过100140目过筛,然后混合均匀。使用时,先将水玻璃倒入80100℃的热水中搅拌均匀,加入固体组元后再搅拌均匀,冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。
1163 将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180250℃,涂以防腐涂料。
117 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:
耐火材料成分配比
成分(重量百分比)%
耐火熟粘土
石英砂
耐火土
上海健身房阉割
45
35
20
适量(另加)
12 原材料
121 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。
122 配制涂料、搪衬、精炼用剂所用的辅助材料也应符合QB004中的规定。
13 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
常用中间合金的配制工艺参数
名称
代号
成分/%
原材料
块度/
加入温度/
浇注温度加勒比/
铝铜
AlCu50
Cu48~52
电解铜
~100×100
850~950
700~750
铝锰
AlMn10
Mn9~11
金属锰
10~15
900~1000
850~900
4 常用中间合金的配料系数
序号
合金代号
炉料的配制系数
铝锭
01
AlCu50
100
/
100
02
AlMn10
100
11.11
/
131 铝铜中间合金熔炼工艺:
1311 将配制好的炉料充分预热;
131210~15%的铝及全部铜装炉,随着铜的熔化,分批将剩余铝锭加入熔炉,并充分搅拌,至全部熔化;
1313 700℃左右加入精炼剂(用量按各种精炼剂使用要求配加,如使用AWJ-3精炼剂,加入量为0.5~0.8%)进行除气精炼处理,扒渣后浇锭(锭厚25mm)。
132 铝锰中间合金熔炼工艺:
1321 将配制好的炉料充分预热;
1322 在石墨坩埚内将75%左右的铝锭熔化,并过热到900~1000℃;
1323 分批加入锰,每加入一批后,以石墨棒充分搅拌,待熔化后,加入下一批,最后加入余下的铝;
1324 熔化完后,在850℃左右加入精炼剂(用量按要求进行配加,如AWJ-3精炼剂加入量为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)。
14 铝合金的配制
配制铝合金采用金属锭、中间合金及回炉料,也可使用各种牌号的预制合金锭。
141 装料前必须去除炉料表面上的锈迹、泥砂等污物。
142 回炉料分为三级:
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。
清除油污、泥沙、杂质及其它附属物
可直接用作所有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
分离处理,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)当铸件有特殊要求时(如针孔度等),回炉料的用量应酌情减少,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。
143 炉料计算:
1431 元素含量计算法,按表6举例说明:
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):
Si9%Mg0.27%Mn0.4%Al90.33%,杂质Fe0.6%
Al-Mn合金:Mn10%Fe0.3;镁锭:Mg99.8%;铝锭:Al99.5%Fe0.3%
回炉料:P=24㎏,占总量的30%,成分为:Si9.2%,Mg0.27%,Mn0.4%,Fe0.4%
2.确定元素的烧损量:E
2.各元素的烧损量按表9中选取,必要时根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
3100㎏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.根据熔制合金的实际含量W,计算各元素的需要量A=W/100×Q
4.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B
5BSi=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CC=A-B
6CSi=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DD=C/FF:元素含量),带入的铝量:MAl=D-C
7.相应于新加入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GAl
8GAl=AAl-[M(Al-Mn)+BAl]=73.37-(2.08+21.64)=49.65
9.计算炉料总重W
9W=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)
dm500s接收机
10U=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%
1432 炉料配比系数法:按表7举说明:
 
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):
Si8.5%Mg0.26%Mn0.4%Al90.84%
回炉料P=100×50%=50㎏,按合金成分计算
2.确定元素的烧损量E
2.元素的烧损量按表9选取,必要时根据生产实际加以调整。计算确定为:
ESi1%EMg30%EMn1%EAl1.0%
3.计算100㎏炉料各元素的需要量A
A=a/1-E
3100㎏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B
4BSi=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C
5CSi=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.中间合金加入量D及带入的铝M
6D(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G
7G=CAl-M=46.3-1.8=44.5
8.以加入NAl=100㎏铝锭为准,计算其它炉料的需要量N
8NSi=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=P×NAl÷G=50×100÷44.5=112
注:航空动力学报ZL107的计算程序与此相同,计算过程略。ZL104ZL107的配料系数列于下表:
常用铝合金的炉料配制系数
序号
合金
代号
各种炉料的配制系数
铝锭
工业硅
镁锭
AlCu50
AlMn10
AlTi5A
同牌号回炉料
备注
01
ZL107
100
8.122
/
9.29
/
/
170
 
02
ZL107
100
94
/
109
512
/
178
Fe>0.4%
03
ZL104
100
9.74
0.774
/
4.584
/
168
 
04
105002
100
14.8
/
8.233
5.15
/
188
 
05
ZL111
100
11.3
1.63
4.01
3.15
6.36
184
 
注:上表中所列各种炉料必须符合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。
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)
Al
1.01.5
Na
23
Si
0.51
Mn
0.51
Cu
0.51
Sn
0.51
Mg
23若纯金属加入可达到1530%
Fe
0.51
Zn
13若以纯金属加入则烧损可达1015
Be
0.51
Ni
0.51
Ti
12
144 炉料加入先后原则:
1441 当用铝锭和中间合金熔化时,首先装入铝锭,然后加入中间合金;
1442 当用预制合金锭进行熔炼时,首先装入预制合金锭,然后补加所需的铝和中间合金;
1443 当炉料为回炉料和铝锭组成时,首先加入炉料中最多的那一部分;
1444 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;
1445 容易烧损和低熔点的炉料,如镁和锌,应在最后加入;
1446 在连续熔化时坩埚内应剩余一部分铝液以加速下一炉的熔化;
1447 采用覆盖剂时,应在炉料开始熔化时就加入熔剂。
145 炉料全部熔化后,进行搅拌使成分均匀,然后调温到除气工艺所需的温度。
15 合金的除气或精炼处理
151 除气剂准备:
1511 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,存放干燥器内备用。
1512 使用六氯乙烷加载体时,载体材料(氟硅酸钠或二氧化钛)应进行脱水处理;氟硅酸钠于200250℃烘烤1224小时,二氧化钛于300400℃烘烤34小时,然后按表10中的比例混合后压成圆饼放在干燥箱内备用。
152 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23次加入。除气结束后静置、除渣。
153 除气效果检验:分炉前和炉后检验
1531 炉前检验:用勺取约半勺合金液,用干净铁片刮去表面氧化物和渣,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。
1532 炉后检验,试样经腐蚀后看到针孔的大小和多少。
154 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,不作为工艺参数控制。当出现操作不当造成额外损耗、炉料含杂质(如渣、泥砂等)过多等原因,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)的选择也应根据条件(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,应作为工艺参数控制并予以记录。
10  常用精炼(除气)工艺参数
精炼剂
合金代号
精炼剂用量
%
精炼温度
备注
六氯乙烷
ZL101
0.50.7
700730
 
ZL102
0.30.5
690720
ZL104
0.50.7
700740a
ZL105
0.50.7
700730
ZL401
0.50.8
700730
六氯乙烷75%
氟硅酸钠25%
ZL101
0.50.8
700730
 
ZL105
0.30.5
700730
六氯乙烷50%
氟硅酸钠50%
ZL104
0.50.7
690720
 
ZL105
0.40.6
700730
六氯乙烷65%
二氧化钛35%
Al-Cu
系合金
0.50.7
700730
 
光卤石60%
氟化钙40%
Al-Mg系合金
24
660680
BeTi的合金
光卤石或
钡熔剂55
Al-Mg系合金
12
660680
不含BeTi的合金
a
AWJ-3
成品精炼剂
ZL104
0.50.8
690720
 
ZL107
0.5云南桥头堡建设0.8
b700740
 
ZL111
0.50.8
700730
 
105002
0.50.8
b700740
 
注:除气剂以六氯烷及六氯烷加载体的效果最好。当采用其它精炼剂时,应按其产品使用说明书要求进行验证合格,出具操作工艺后,方可使用。
16 合金的变质和孕育处理:
161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。
162 常用钠盐变质剂按表11的成分要求混合均匀,装入料盘摊平,厚度不超过50㎜,于300400℃烘烤35小时,然后破碎。3040目过筛,放入干燥器内备用。
163 变质剂的准备、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,不作为工艺参数控制和记录,精炼剂的处理温度和效果应予以验证和记录。
 
11  常用变质剂使用工艺参数
序号
01
02
03
04
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
铝稀土
中间合金
用量(%
152
23
05
06
0.150.2
0.20.4
预热
温度
100300
200±10
350450
时间
3h
24h
处理温度
700740b
700750b
730750
720740
处理时间
液面停留
1015min
23min
/
压入合金
35min
58min
/
处理方法
将预热后的变质剂均匀撒在合金液面上,覆盖1015分钟,打碎硬壳,使气体排除并将变质剂压入合金液中至100150㎜深,连续操作35分钟后打渣。
钛以合金形式加入,氟锆酸钾、氟硼酸钾在除气后均匀撒在合金液上,覆盖23分钟后压入静置58分钟后打渣。
于浇注前30分钟加入合金搅拌均匀。
163 合金经变质后,调整到浇注温度进行浇注。
17 采用其它变质剂时,应按其使用说明书要求进行验证合格后方可使用。
18 常用铝合金熔炼工艺举例如下表:
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
装料顺序:回炉料、铝锭、铝锰合金、硅,熔化后搅拌均匀,680700℃时将镁压入合金液。
浇注温度:700~740
ZL107
装料顺序:回炉料、铝锭、铝铜合金、硅,熔化后搅拌。
浇注温度:690~740
ZL111
装料顺序:回炉料、铝锭、铝铜、铝钛、铝锰合金、硅,熔化后搅拌,镁在除气精炼后680700℃时加入。
浇注温度:690~720℃,金属型铸造,可不进行变质处理
105002
装料顺序:铝锭、铝铜、铝锰合金、回炉料、硅,熔化后搅拌,使成分均匀
浇注温度:690~740
 
铝合金的浇注
21 浇注前的准备工作:
211 工具的准备:所有工具应经过清理、预热、涂料,使用前应再次预热。
212 检查开模机构各部分是否完好,各运动部分应加油润滑。如导轨、导杆、螺杆、螺母、轴承等。保证开型、合型灵活。
213 金属型的预热:金属型预热前应仔细清除原来的涂料,去除部位为型腔、铁芯和分型面。浇冒口和冒口颈可不去除。
2131 预热时要不断移动喷,使型腔受热均匀。严禁将喷搁置不动,使局部严重过热。
2132 需要温度高的地方,如冒口部位,要多加热,使该部分温度高于型腔温度。
2133 必要时,要预热金属型的背面,使金属型变形小。
214 金属型的涂料:
2141 涂料成分配比:根据金属型的特点,按表13选取涂料:
13  金属型涂料成分配比
代号
名称
成分及配比(重量百分比)%
适用范围
氧化锌
滑石粉
石墨粉
石棉粉
水玻璃
T05
涂料五号
911
/
/
/
68
余量
中小型及表面要求光滑的铸件。
T06
涂料六号
/
15
3
/
6
大型或厚壁铸件。
T07
涂料七号
/
/
22
/
4
斜度小的型芯和厚壁铸件。
T08
论革命
涂料八号
1012
/
/
1012
1012
浇冒口系统用。
2142 涂料的配制:涂料中的所有固体组元,配制前应磨碎,并经过100140目过筛(经检合格,未成团的组元可直接用于配制),然后混合均匀。使用时,先将水玻璃倒入80100℃的热水中搅拌均匀,加入固体组元后再搅拌均匀,冷却后备用。配好的涂料停放时间一般不超过8小时。
2143 涂料操作:
1)涂料可以用喷刷,要求均匀、表面光洁;
2)为利于补缩,远离冒口的部位涂薄些,而靠近冒口处涂厚些。必要时在产生缩孔的部位将涂料去除掉;
3)冒口用涂膏刮上一层23㎜厚的涂料,以提高冒口的补缩能力。
215 除去分型面及各配合面的涂料。
216 对大金属型,在涂料后还需再次预热。
217 下好泥芯,吹净型腔,并合严金属型。
22 浇注操作:
221 金属型合严后,应尽快浇注,避免其降温。
222 浇包自坩埚中舀取金属液时,先用包底拨开液面上的氧化皮或熔剂层,缓慢地用包口舀取合金液。在浇包接近金属型浇口时,应用热铁片或干木块将包嘴处的氧化皮或渣拨开,让干净的金属液进入浇口杯。
223 浇注温度的高低,要根据具体情况来决定,总的原则是保证铸件成型的前提下,浇注温度越低越好。常用铝合金浇注温度见表12
224 浇注时,开始瞬间应略慢,防止金属液溢出浇口杯和严重冲击型腔,紧接着应加快浇注速度,使浇口杯充满,做到平稳而不中断液流。
225 浇注快慢尚须视不同金属型而变化,操作者应积累经验,以便做到不冷隔、排气顺畅及不冲坏型芯。
226 浇包中的合金液应正好为铸件所需用量,如有剩余,应浇入锭模中,禁止将剩余金属液返回坩埚中。
227 浇注完毕,根据不同铸件,即时开模,做到不因开模过早损坏铸件,也不因过迟而产生脱模困难。
228 取出铸件后,观察铸件是否合格,若有缺陷,应采取措施解决,直至合格为止。
23 浇注安全
231 工作场地应平坦、整洁,道路畅通,场地上不得有积水,车间应有良好的通风措施。
232 搬运金属型、浇注和取出铸件都应细心操作,防止碰伤和烫伤。
233 浇包中铝液不宜太满。
234 金属液溢出型外时,应放干砂,以防爆炸伤人。
相关文件
31  QB004-2003《原材料技术条件及验收标准》
相关记录
41 《炉料配制原始记录表》2010-002-01
42 《熔炼、浇注原始记录表》2010-002-02
铝合金的熔化
11 坩埚、锭模及熔炼工具的准备
111 石墨坩埚的准备:
1111 根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚;
1112 新坩埚使用前,应由室温缓慢升温至900℃进行焙烧,以去除坩埚的水分并防止炸裂;
1113 旧坩埚(注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,清除表面熔渣和其它脏物,装料前预热到250~300℃。
112 铁质坩埚一般采用球铁坩埚,也可用铸钢(或钢板焊接)坩埚。为提高坩埚使用寿命,其外表面可进行液体渗铝处理。
113 坩埚、锭模及熔炼工具,使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。
114 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清除干净,并加热到700800℃,保温24小时,以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。
115 铝镁系合金的熔炼工具,使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。
116 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。
1161 涂料成分可按表1中的规定:
坩埚和工具用涂料
代号
名称
成分配比(重量百分比)%
氧化锌
滑石粉
水玻璃
T03
涂料三号
2530
/
35
余量
T04
涂料四号
/
2030
6
1162 涂料的配制:涂料成分中的所有固体组元,配制前应磨碎,并经过100140
目过筛,然后混合均匀。使用时,先将水玻璃倒入80100℃的热水中搅拌均匀,加入固体组元后再搅拌均匀,冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。
1163 将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180250℃,涂以防腐涂料。
117 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:
耐火材料成分配比
成分(重量百分比)%
耐火熟粘土
石英砂
耐火土
45
35
20
适量(另加)
12 原材料
121 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。

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