鋁硅合金的熔煉

1、鋁硅合金的熔煉冶金1班：鄭偉 1143081004前言： 從20世紀韌鋁合金用于鑄造工業(yè)以來，合金的成分有了很大的發(fā)展，合金的品種越來越豐富。早期使用的鑄造鋁臺金含t3%2n和3%cu。這種合金在第一次世界大戰(zhàn)前后用量很大，后來由于金屑型鑄造的發(fā)展而被鋁銅合金取代。同時，鋁硅臺金開始得到應(yīng)用. 鋁鎂合金也隨之推出。1919年，美國生產(chǎn)的鋁合金鑄件， 97%以上由含8%cu的鋁合金鑄造。1933年，用這種 合金生產(chǎn)的鑄件仍占鋁合金鑄件的 50%左右。除了在鑄態(tài)下使用的合金外， 后來又開發(fā)出可 以熱處理的鋁鍋臺金，含大約 4%cu o隨著金屑型鑄造和壓鑄工藝的發(fā)展，鋁硅合金得到廣泛應(yīng)用。 近年來，

2、在鑄造領(lǐng)域應(yīng)用的鋁合金，除了鋁硅系列合金之外， 還有鋁鍋系列、鋁鎂系列、鋁鋅系列和其他系列的鋁合 金。在這些系列的合金中， 除了少數(shù)的二元合金外，大多數(shù)都是添加多種合金元素的多元合金。摘要：鋁硅合金熔煉 性質(zhì)工藝流程正文：鋁硅系列合金具有良好的鑄造性能，較小的線脹系數(shù)，耐磨性能好，氣密性也很好。這種 合金被廣泛地應(yīng)用于鑄造復雜的鑄件，如汽車發(fā)動機鑄件等。鋁的國家標準鑄造鋁合金生產(chǎn)中所用的鋁包括電解原鋁重熔用鋁錠和一定數(shù)量的再生鋁。有些牌號的鑄造鋁合金要以電解原鋁為原料，有些牌號則可以用大部分再生鋁和小部分電解原鋁作原料.有些牌號甚至可以完全用再生鋁作原料。電解原鋁是用冰品石一氧化鋁熔融鹽電解法

3、生產(chǎn)的。自中華人民共和國成立以來，我國的電解鋁工業(yè)從無到有 p生產(chǎn)技術(shù)和鋁產(chǎn)量都有很大發(fā)展。1999年我國鋁的總產(chǎn)量已達265萬噸，躍居世界第三位，僅次于美國和俄羅斯。2003年我國鋁的總產(chǎn)量達到 542萬噸，居世界首位。但是.我國鋁的人均占有量還很少。表23除用隹犢化學成分化學成分的質(zhì)量分數(shù)*號Al.不小于雜質(zhì),不大于 一 FeSiCuCaMgZn1其他每種總利A199.9099.900.070.050.0050.0200.010.0250.0100.10A199.8599.85 0.120.080.W50.0300.020.030Q.0150.15A199.70A99.700 20OJO0

4、.030,020.03 J0.030.30Al 99.7099.700.200.120.010.030.030.030.030.30A199.60肛tiO0.250,160.010.030.030.030.03Q.4。Al99.5099.JO0.300.220*020.030.050.050,Q30,50A199.00風000.500-420.020.0$0.050.05 0.051.00硅的國家標準我國工業(yè)硅必須符合國家標憋哪2881 91,工業(yè)硅廠工業(yè)硅的內(nèi)控標準如表2.4,2, 5所示。硅鋁二元相圖鋁相硅很容易形成合金。A1si二元相圖如圖21所示。從si二元相圖可以看作簡單的二元共晶型

5、狀態(tài)圖，共品成分為12. 6%s1（有的文獻為11. 6%s1）,共品溫度為577C,共晶反應(yīng)為 L1。' Po相是硅溶解于鋁的固溶體，在 577c 時固涪度最大，為1. 65%,在室溫下大約為. 05%。P相是鋁溶于硅的固溶體，由于固溶度極小，在577c時僅為. 17%,因此可以把它看作硅相。工業(yè)中應(yīng)用的鑄造鋁硅合金臺si量大干4%,有的高達26%。工業(yè)上臺sl量小于10%的鋁硅合金稱為亞共晶型鋁硅合金，含S1量10% 14%的鋁硅合金稱為共晶型鋁硅合金，含st量大子14%的鋁硅合金稱為過共晶型鋁硅合金。認真學習和掌握從 Si二元相固十分重要，有助于分析和大致預(yù)副鋁硅合金的某些待性。

6、一般生產(chǎn)工藝流程鑄造鋁合金生產(chǎn)的一般工藝流程如圖1. 1所示原料準備：包括原料外觀檢查，化學成分分濟，配料和按配料計算結(jié)果稱量各種原料。另外，還包括精煉劑、變質(zhì)劑的烘干和稱量。熔煉：按一定的加料順序把原料加入爐內(nèi)，將其熔化成化學成分均勻的合金。爐前化驗：合金熔化均勻后，取樣化驗，檢查各種化學成分是否符合技術(shù)標準要求。調(diào)整成分：經(jīng)化驗，如果發(fā)現(xiàn)合金中某種或幾種化學成分超出技術(shù)標準的規(guī)定，則要進行調(diào)整，使化學成分達到技術(shù)標準。精煉：化學成分符合要求后，要用精煉刑清除合金中溶解的氣體和夾帶的固體顫粒。細化變質(zhì)：向鋁合金液中湯加適量的細化劑和變質(zhì)劑，改善合金力學性能和機械切削加工性能等。澆鑄：將化學成

7、分合格、變質(zhì)效果好，含氣量和含渣量均達到要求的鋁合金鑄或錠，打 成包捆。檢查入庫；經(jīng)過檢驗，化學成分、含氣量、夾雜物、變質(zhì)效果、力學性能和外觀都合格 的鋁合金錠作為合格產(chǎn)品入庫。熔爐熔煉鑄造鋁合金爐的容量范圍較大，有幾百公斤的小型爐，也有 60 - 80t的大型薩。 小型爐為增蝸爐、工顧感應(yīng)爐相中顧感應(yīng)爐等，大型爐則為備式各樣的反射爐。例如，電阻加熱反射爐，燃泊加熱反射爐，燃氣加熱反射爐和燃煤加熱反射爐等。由于反射薩容量大， 適合于大規(guī)模生產(chǎn)，所以現(xiàn)代化鑄造侶合金廠均采用反射爐。氣體燃料可以是煤氣，也可以是天然氣。鑄造鋁合金廠所用的煤氣一般為熱煤氣，低發(fā)熱量約為5652U/m3,天然氣的低發(fā)熱

8、量約為 35170U/m3。煤氣的單耗為 500 700m3/t,天然氣的單耗為 8090m3 /to燃氣加熱反射護可以做成圓形也可以砌成矩形，圓形爐的特點是，當爐子容量相同時， 爐子的外表面最小。同時，燒嘴噴出的火焰可以沿爐子內(nèi)壁切線方向流動，能提高加熱效果。爐組在鑄造鋁合金廠，除了用單體爐進行生產(chǎn)外，常常將上妒和下妒組成爐組進行生產(chǎn)。上爐 的主要任務(wù)是熔化廢鋁爐料，然后將掖態(tài)爐料放人下爐. 進行調(diào)整化學成分和精煉變質(zhì)等操 作。當上爐液態(tài)爐料全部故人下妒后.可以顛利地將妒底上留下的鐵固定件扒出來。因此可以降低鋁合金液的臺 Fe量.提高廢鋁利用率。爐組一般是一臺上爐對一臺下爐，也可以是一臺上爐

9、對兩臺或更多臺下爐。田3. 6是妒組示意圖。用3吊爐組示意圖1 一燒嘴】Z一出水口* 3一流槽；4-進水口； 5一燒嘴；6出水口當上妒中的掖態(tài)鋁爐料不需要全部放出，只需放出一部分到下爐進行配村時，應(yīng)該放出的 合金數(shù)量可以由配科計算確定。但是，打開上妒爐眼，經(jīng)過一段時間后，流到下爐中的鋁妒科量，一方固可以由有經(jīng)驗的工人大致估計，另一方面也可以根據(jù)鋁合金中的某一種合金素的含量按式計算:熔煉前的準備焙煉前的準備包括爐料準備、精煉劑淮備、變質(zhì)劑淮備、各種工具準備和始煉爐準備。鑄造鋁硅系合金生產(chǎn)所用的原料包括工業(yè)純金屑、中間合金和回收的廢鋁及廢舊鋁件等。工業(yè)純金屑。例如，工業(yè)硅、工業(yè)純鋁、電解銅、工業(yè)純

10、鎂、電解鐳 中間合金。高熔點或易氧化的合金元素，有時事先配成中間合金使用。另外，撤為鑄 造鋁合金變質(zhì)對或紹化劑的金屑元素也以中問合金的形式使用。再生鋁?；厥盏膹U鋁和廢舊鋁件的化學成分復雜，混雜的其他金屬較多。因此.在使 用前要進行預(yù)處理，包括人工分選、破碎、磁選和脫漆等。除氣除渣在熔融狀態(tài)下，鑄造鋁合金很容易被氧化和吸氣，在鋁合金錠內(nèi)部形成災(zāi)渣和針孔。如果鋁合金鑄件內(nèi)部存在大量夾渣和針孔，會使鑄件的抗拉強度和伸長率下降，氣密性遭到破壞，刀具磨損加快甚至斷裂。鋁合金的氧化和吸氣發(fā)生在熔煉和澆鑄的各個環(huán)節(jié)之中。在每一項操作中都要盡量創(chuàng)造減少氧化和吸氣的工作條件。雖然針孔是氣體溶解于鋁合金所致，氧化

11、物夾渣是由于氧化物殘留在鋁合金中引起的， 但是二者往往相互關(guān)聯(lián)。在生產(chǎn)實踐中可以發(fā)現(xiàn)，氧化物夾渣多的鋁合金往往含氣量高。這是由于某些氧化物，如 yl從03,其外表面有許多95910咖的攝孔強烈地吸附氣體的結(jié)果。 吸附氣體后的Yd203密度下降，與鋁合金液的密度差減小，懸浮在鋁合金液中， 增加了鋁合金的含氣量和夾渣量。因此，為了提高鋁合金的質(zhì)量.在凈化處理鋁臺金液的過程中要同 時考慮除氣和除渣，不可偏皮。躊造鋁合金爐內(nèi)沉渣的產(chǎn)生和預(yù)防在鑄造鋁合金和鋁合金鑄件生產(chǎn)廠，保溫爐內(nèi)液態(tài)鋁合金停留時間較長時，常常有固體微鞍向爐底沉積，稱之為 沉渣（studp） o如果爐底上有大量沉渲長時間沉積，它會逐漸形

12、成硬 塊.影電爐子的正常操作.也會給生產(chǎn)帶來其他不良影璃。對沉渲進行化學分橋表明，沉渲是由鋁、枝和鐵元家組成的.即是 A157Fe金屬問化 合物。如果鋁合金中還含有錘和錯，那么沉渣是由鋁、枝、鐵和錘以及鋁、硅、快、鐳和錯 元家組成的，即是A1SLPrMn和A1-Si-PrMn cr金屬問化合物。這些化合物的組分不固 定而且很硬，它們的密度比液態(tài)鋁合金密度大得多，熔點較高，所以在鋁合金液的保溫過程中它們會以固體微較的形態(tài)向爐底沉降，并在那里積聚。在鋁合金鑄件生產(chǎn)廠，特別不希望有從s& Fe,從SI-PrMn和從sIPrMncr等金屑間化合物形成的沉渣。如果頰鞍較大的這類沉渣落入鑄件里，它

13、們合成為鑄件里的硬質(zhì)點， 在鑄件加工過程中會使車刀磨損加快，甚至斷裂。如果是自動化流水線，由于車刀斷裂會影響整個流水線。鋁合金禱件中的硬質(zhì)點在鋁合金濤件加工的過程中，有時在加工面上發(fā)現(xiàn)有硬度很大的小顆粒，有的發(fā)亮，有的較暗。加工鑄件時有的可能從加工磨損，甚至可能使刀具斷裂，造成整個流水線停止工作。人們把鋁臺金濤件中硬度很高的微小顆粒稱為硬質(zhì)點。鋁合金鑄件中的硬質(zhì)點，大體上有：氧化物，如。 AI , ck（剛玉），MsJLl04（尖品石）和爐 襯脫落的耐火枝科頤較等；金屑間化合 Qt如從齡PrAh金屑闖化合物或從3I FrMLCr金屑 間化古物和碳化物等。這些物質(zhì)在鋁臺金濤件中出現(xiàn)概率最多的是剛玉和金屑問化合物。它們很硬，前者的布氏硬度為250 350,后考為500以上.面鑄造鋁硅合金的硬度為100左右。硅酸鹽和尖品石的 硬度為250左右，碳化物的硬度與剛五相當。從03（剛五）主要是在保溫爐里形成爐結(jié)，又脫落進入鋁合金液中，澆濤時混入鑄件里形成硬質(zhì)點。金屑間化合物主要是A1sLFLMn ,它的熔點較高，密度較大，當 Fe和Mn在