04 铝及铝合金熔铸(技师)

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1、第四篇 铝及铝合金熔铸主要知识点：部分合金元素的添加方法及原理、测氢仪的工作原理及使用方法、产品内部 质量缺陷（主要是气孔、缩孔和裂纹）产生的原因及防止方法。重点：内部质量缺陷的主要形式与产生的原因。难点：内部质量缺陷的主要形式与产生的原因。第一节 熔 炼第一单元 高熔点和难熔金属的添加和熔化一、学习目标通过本单元的学习掌握高熔点和难熔金属的添加和熔化的操作要领。二、工作内容或操作步骤使用中间合金是合金生产中添加高熔点和难熔金属的有效方法，但在中间合金 的制备以及一些特定的环境条件下，不可避免地要进行高熔点金属的直接熔化的操 作。金属硅块、电解铜板在液态原铝（或合金熔体）中的添加和熔化的操作步

2、骤及 要领如下：（其他的高熔点和难熔金属的熔化，可调整对应的参数，参考以下步骤操 作）1设定产量（一般以熔炼炉容量的 80%设定），计算熔体及加入金属的入炉数 量（因金属硅易烧损，计算时考虑 98%的实收率）；2待加入金属细化： 金属硅块的人工破碎：用手锤将大块破至30-40mm粒径，不能过细，尽量使 颗粒均匀； 电解铜板的机械切割：用剪板机将阴极铜板剪成80X 160mm左右的小块。3颗粒（或块）的计量入炉（入炉数量应比计算入炉量稍低，须将金属块均匀地铺于熔炼炉底）；4液态原铝（或合金熔体）入炉（入炉应迅速，必须使熔体完全浸没所有金属 块），记录准确的入炉数量；5根据熔体入炉数量，计算补充金

3、属块并入炉；6. 调整炉温（熔硅时调整熔体温度到950C ；熔铜800C）并保温（调整和保 温共 35 分钟）；7. 搅拌熔体（搅拌应迅速、彻底，须避免搅拌后金属块集中成堆）；8. 重复一遍调温保温、搅拌过程（要领相同）；9. 取样分析熔体中所熔金属含量，若熔化已完成，可进行下一步操作，否则要 重复调温保温、搅拌过程直到所加金属完全熔化；10. 最终搅拌，调整熔体温度（熔硅调整到780C、熔铜720C）后，开始浇铸。三、相关知识中间合金： 中间合金的特性纯金属的熔点一般都较含有一定量其他金属的合金为高。对于确定的两种金属（设如金属X和金属Y）,存在着它们确定的熔点（Tx、Ty）,当向金属X中逐

4、步加TyTo100% （X金属含量一Y） 100%图1-1熔点与金属含量关系图入金属Y时，其熔点由Tx逐步降低；当金属Y的 含量达到某一数值时，熔点达到最低点，进一步 增加金属Y的含量，熔点开始上升，这时 可看作在合金中减少了金属X的含量。如 Tx 下图就是金属X和金属Y所组成合金的熔点 与金属含量的关系图。图 1-1 中的横坐标表示金 属的相对含量，从左至右金属Y的含量逐渐增加， 金属 X 的含量逐渐减少，在每一点两种金属含量 之和都是100% ；纵坐标为温度轴；图中实线所 示为对应金属含量的合金熔点。图中可见，在图中水平虚线所示的温度 T0下时，合金中金属Y的含量必须在大于a而小于b的范围

5、时，其熔点才能低于温度T。对于两种确定的金属，一般状态下它 们的关系图也是确定的。中间合金就是根据上述原理，使用原铝与高熔点金属预先制备的合金，通过调整高熔点金属的含量，可以使中间合金的熔点满足正常合金熔炼温度的要求，并使 中间合金中高熔点金属的含量尽可能高，以便于合金生产的配料。 使用中间合金的意义一些金属元素自身的熔点很高（如镍的熔点为1452C）,若在合金生产中加入 纯金属，就必须将铝过热很高的温度，这样不仅会增加铝的烧损，而且恶化了合金 的质量。所以，在合金生产中，常将高熔点难熔金属先制备成含量较高的铝基中间 合金，这些中间合金的熔点大大低于纯金属，如将金属硅制备成含硅 10%左右的中

6、 间合金（即102 合金），这样以中间合金的形式加入，可以在较低的温度下进行熔炼， 目的就是防止金属过热，缩短熔炼时间，降低金属烧损，便于加入高熔点、难熔及 易氧化挥发的合金元素，易获得成分均匀、准确的合金。四、注意事项1在金属硅块入炉前，应先将待入炉的熔体准备妥当，以便硅块入炉后能立即 将熔体放入炉内淹没硅块，避免硅块表面氧化后难于熔化；2. 为避免金属过烧，熔炼温度最高不能超过：熔硅时1050r、熔铜时850C第二单元 熔体含氢量的测量一、学习目标 通过本单元的学习掌握一般测氢仪的结构、原理及熔体氢含量的测量操作二、工作内容或操作步骤 使用测氢仪测量熔体氢含量的步骤及操作要领如下：1 .肉

7、眼观察检查测氢仪集气探头、测温探头是否完好，如有损坏应立即更换；2.检查各联接管路及接头是否完好牢靠、氮气压力是否符合使用要求并做相应 的调整；3. 将测氢仪（探头部分）移至熔体待测点位置；4. 将双探头移到熔体上10mm左右预热，同时将测氢仪的电源接头连接妥当；5. 开启测氢仪电源开关；6按下氮气吹扫按钮，在十秒钟内将探头移到熔体平面下10-15mm之间，并按下测氢开始按钮（对静止的熔体进行测氢时，须开启探头摇动装置）开始测氢；7.结束时测氢仪自动进行吹扫，在吹扫过程中将探头移出熔体，完成一个测量过程。此时可重复上一条进行另一次测氢，也可取出测量记录、关闭测氢仪电源结 束测氢。三、相关知识测

8、氢仪的结构及工作原理:一般测氢仪由主机部分和探头两部分组成。探头包括测氢集气探头和热电偶测 温探头，测氢集气探头通过两根空心金属软管与主机相连；热电偶探头则通过普通 的电信号线与主机连接。两种探头由夹具固定在一个水平摇摆装置上，其相对位置 可预先调节，通常热电偶探头顶端位置较集气探头更靠下（防止测氢过程中集气探 头接触底部造成损坏）。主机部分包括一个氮气瓶、含氢氮气分析装置、吹扫和循环 氮气的驱动装置及显示、打印、机架等设施。测氢时由瓶中导出一定数量的氮气，在被测熔体与含氢氮气分析装置之间形成 一个封闭的循环系统。其中的氮气由一根空心管压入熔体，与熔体短暂接触后由另 一空心管抽回到含氢氮气分析

9、装置，经含氢氮气分析装置进行快速分析后再次由前 一根管压入熔体，如此不断循环。当氮气气泡与熔体接触时，熔体所含氢经气-液界 面扩散进入氮气气泡，并被抽出进行分析。随着循环的进行，氮气含氢浓度不断提 高，达到一定数值后时，含氢氮气分析装置给出的氢分压数值趋于稳定，表示界面 扩散达到平衡，氮气含氢浓度不再提高，此时得到的氮气氢分压数值，结合当时所 测出的熔体温度，即可换算出熔体中的氢含量。测氢仪的测氢工作原理如图1-2 所示：含氢氮气分析仪熔体液面探头罩图1-2测氢仪结构示意图为避免熔体进入管路发生堵塞，测氢开始和结束时都要用氮气对管路进行吹扫。吹扫时两根空心管都做出气管，一般吹扫三次，总共10-

10、15 秒钟。四、注意事项1由于集气探头很容易损坏，将探头放入熔体时应特别仔细并进行预热； 2因集气管很细，很少的熔体进入就能造成管路堵塞，因此在测氢的前、后都 必须进行吹扫。第二节 产品内部质量缺陷一、学习目标学习造成内部质量缺陷产生的原因及产生的影响二、工作程序或操作步骤 合金锭 在水平铸造生产中，如果生产铝母线，属含有一定杂质的工业纯铝，偏析产生 较少，会产生裂纹、气孔和缩孔，生产铝合金锭时，不但产生偏析、气孔、缩孔夹 渣等，而且裂纹是造成铸锭废品的主要因素，裂纹有时整根铸锭都有，有时局部都 有，从外观观察，有的裂纹在表面很明显，有的裂纹从外面根本看不出来，只有锯 切后或通过采取一定手段检

11、测方能发现。1中心裂纹的防止 应严格控制铸造速度，铸造温度 严格按产品质量标准和工艺要求控制合金的化学成分和杂质含量。 严格控制炉内温度和浇铸温度。2气孔的防止 应使铝熔体在炉内停留的时间缩短。 采取有效的除气精炼方法。 适当提高铸造温度，降低铸造速度。3缩孔和疏松防止 适当提高浇铸温度，降低浇铸速度。 防止熔体在炉中停留时间过长。4夹渣的防止 应严格按要求采取适当的方式除去非金属夹杂物。 适当提高铸造温度，使渣较易上浮除去。 操作中尽可能保持中间仓（水平铸造）和结晶器（垂直铸造）的铝液面平稳， 不要发生较大波动 电工圆铝杆 在铸造生产过程中，不同的产品存在着不同的内部质量缺陷。对于重熔用铝锭

12、， 其主要的质量缺陷是外部缺陷，如：飞边，大、小块，表面积渣等，而对它的内部 缺陷要求不高，但必须保证其内部化学成份均匀。而对于电工圆铝杆其内部的质量 缺陷主要有气孔和夹渣。1气孔 气孔对电工圆铝杆的性能有着很大的影响，当浇铸时，铸坯内部气孔含量过多， 可能导致在轧制过程中出现断线或在缠卷过程中被拉断，气孔产生的影响因素主要 有： 铝液温度过高，导致含氢量过高。根据试验表面，铝液内部的含氢量与铝液 温度成正比。 在浇铸过程中，冷却水冷却产生的大量蒸汽没有及时散去，部分蒸汽被溶入 到铝液内部形成气孔。 钢带上润滑油太少，没有形成较好的一层保护油膜，造成蒸汽进入铝液。 主要措施： 降低铝液温度，保

13、证铝液温度在正常的浇铸温度范围内。 在浇铸前安装除气装置，如用高纯氮气或氮氯混合气体等除气或在保持炉 内进行除气处理。 在浇铸部位安装风扇将蒸汽吹散。 在浇铸过程中，调整好润滑油量，保证钢带上有一层保护油膜。 2内部夹渣夹渣同样对电工圆铝杆的性能有很大影响，在生产过程中，可能导致断坯或断 线。夹渣产生的影响因素主要有： 铝液内部含渣过多，没有进行有效的精炼处理。 铝液温度过高，产生较多的氧化浮渣。 铝液在流槽转注过程中，没有使用 TD 管和浮漂，使铝液不断冲刷，造成渣 子溶入铝液中。主要措施： 在保持炉内对铝液进行精炼，如加入精炼剂、造渣剂等，保证铝液静置时间。 做好保持炉温度控制，确保铝液温

14、度在标准范围内。 在浇铸前加入过滤装置，如使用陶瓷过滤板进行过滤。 在流槽转注过程使用 TD 管和浮漂，使铝液在氧化膜下层流动，保持液面平 稳，避免将氧化渣冲入铝液中。不管是气孔还是夹渣，都可以降低电工圆铝杆的抗拉强度和延伸率以及增加它 的电阻率，并且影响电工圆铝杆的正常生产。三、相关知识一般重熔用铝锭质量的要求有两方面：一是化学成分要符合国家标准，二是铝 锭表面无夹渣、飞边，较大的波纹、缩孔等。对于变形铝合金及可加工使用的铸造铝合金，除要求化学成份、表面冷隔、拉 裂的深度、疱瘤（偏析瘤、软熔瘤和金属瘤）的高度，表面夹渣的面积和深度，还 要求铸锭和铸坯的几何尺寸符合加工要求，铸锭组织细小、致密

15、、均匀，符合有关 技术标准。铸锭组织细小指晶粒小、晶内结构细；致密指破坏铸锭连续性的缺陷如 疏松、气孔、夹渣、裂纹等程度小，均匀指柱状晶、羽毛晶、粗大等晶等缺陷造成 组织不均一的程度，并且铸锭内化学成分应分布均匀，各种偏析的程度。由此可见 造成铸锭内部质量缺陷的原因很多，但常见的主要是裂纹、气孔、疏松、缩孔、偏 析、夹渣等。在生产过程中，铸锭的内部质量状况是无法观察到的，只有在锯切后可观察到 锯切部位的裂纹、缩孔，而铸锭的内部质量状况直接影响到铸锭的使用性能和加工 性能。而其它需通过低倍试片检验，断口检验，超声波无损检验、机械性能检验等 才能发现和确定。了解铸锭内部质量缺陷产生的原因及影响因素，对于在生产中采 取有效措施提高及改善铸锭质量有着重要意义。在了解裂纹、气孔、疏松、缩孔、偏析、夹渣产生的原因之前，先了解一下收 缩、铸造应力和液穴的概念。1收缩 金属在液态、凝固态和固态的冷却过程中，体积都要发生变化，对于铝合金而 言从铸造温度到常温，不管中途体积如何变化，最后体积是缩小，这一现象称为收 缩，热脆性就是指合金在高温状态下形成热裂纹的倾向性。2铸造应力铸造应力产生的基本原因是：铸锭在结晶和冷却过程中，由于径