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铝合金的精炼工艺及其参数pdf

鏃ユ湡;2019-08-22  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

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  铸 造 $%&’()* 铝合金的精炼工艺及其参数 南昌航空大学材料科学与工程学院 (江西!!!# ) 聂小武 【摘要】 铸造铝合金由于其优良的性能,广泛应用在机械、航空航天、汽车、建筑及电子等行业。在 熔炼过程中,铝合金熔液容易产生氢及氧化铝等夹杂物,降低铸件的综合性能。因此要提高铸件质量,需要 认真做好熔炼工艺,而精炼操作是至关重要的。结合工厂生产实际介绍各种精炼工艺方法,并进行了比较分 析,归纳了精炼机理,有利于更好地提高铝合金的熔炼质量。 一、概述 质剂这个词代替。 铸造铝合金以其密度小、比强度高、塑性好、导电 铝合金精炼的方法较多,总的可分为两大类:一类 导热性好、耐蚀性好,以及资源丰富和容易加工等优 为吸附法;另一类为非吸附法。非吸附法在实际铸造生 点,而广泛应用于航空航天、汽车、机械和电子等各个 产中应用较少,侧重在实验室中研究。而吸附法又包括 领域。但是,铸造铝合金在熔炼过程中可能会导致铸件 使用介质过滤法及浮游法两大类,尤其是浮游法应用最 产生一系列的缺陷,如针孔、气孔、夹渣等。因此,如 为广泛,因为浮游法操作简单,且不会产生熔剂夹渣的 何提高熔炼质量一直都是铸件实际生产中需要思考的问 危害。本文结合笔者在铸造生产中的经验,并借鉴其他 题。铸造铝合金在熔炼中的夹杂物主要为氢和三氧化二 实际生产的文献,主要介绍浮游法在实际铸造生产中的 铝,经过合适的精炼工艺是可以将其去除的,因此铸造 应用。 铝合金在熔炼过程中的精炼工艺便是关键的环节,如果 二、浮游法的原理及种类 精炼工艺不当,铝铸件的连续性和致密性受到破坏,必 有关铝合金精炼的理论和原理比较多,而浮游法精 然降低铸件的性能。以 !#$% 铝合金为列,当针孔度为 炼作用的基本原理是在铝熔液中造成大量的外来无氢气 一级时,其 ! ’ ())*+,;当针孔度为五级时,其! ’ & & 气泡,也就是气泡中氢的初始分压 : ’ $,溶于铝熔液 ( #-$*+,。其他类型的铸造铝合金也有相似的结论。 中的氢在动力学上具有不断进入气泡的驱动力,从而在 氢和三氧化二铝在铝熔液中具有正比例的关系,一 气泡中建立氢的分压,并不断增加,直到气泡中氢分压 旦熔液中三氧化二铝的含量高,则氢的含量也会较高; 与铝液中氢的浓度符合 [ ] (为常数)时 : : ’ #: # ( ( 反之亦然。这是因为三氧化二铝能够通过化学吸附与氢 才达到平衡。而气泡在铝熔液中上浮逸出液面,起到除 吸附在一起,铝合金凝固后这些附有气泡形核的部位便 氢作用。气泡在上升的过程中还会吸附氧化夹杂物,也 出现针孔缺陷。 去除了吸附在夹杂物上的那部分氢。 值得一提的是,笔者在查阅铸造铝合金的文献时发 按照浮游法使用的精炼剂不同,可将浮游法分为气 现,综合大专院校铸造工作者写的论文中,将 “精炼” 体精炼剂、液体精炼剂和固体精炼剂三种。 这个词翻译成了至少三个不同的词: ; ; ./0123 456,77186 059 三、浮游法精炼工艺 ;而把细化剂也翻译成 “ ”。笔者认为翻译成 218186 05218186 第一个词是比较准确的,因为精炼本质上是净化熔液, ! 气体精炼剂浮游法 翻译成第二个词则意思不完全,第三个词则完全不对。 气体精炼剂可分为活性气体、惰性气体和混合气体 虽然有一部分精炼剂也具有变质剂的作用,但使用很 三种。 少, 对于铝合金来讲应该是变质的意思。而细化 ()活性气体主要是使用氯气。氯气在铝合金熔液 05218186 # 剂这个词在铝合金铸造生产中是很少使用的,因为有变 中发生如下反应: 66 !! !# 年第$ 期 热加工 !!!; #$%&’ $* ; $’ !#$%&’ 铸 造 !# % $&#!$&## # 加入的温度为(. 4 -)., ,加入量为合金总质量的 $ ! 8 ./!? 4 ./8? 。# 还会与 反应生成 ,在凝固的 # % $’ !$’# &# &# $ 8 8 ! (’# % $&# !$&## % !’ 过程中细化晶粒,起到变质的作用,因此精炼效果较 ! $ &##! 的沸点为)*+, ,在-.., 的温度下,其蒸气 好。 ;6# 是 的最常见的氯化物之一,常温下 是 压约为$/$ 0 ).( 123,因此会形成气泡状上浮,氢扩散 8 ;6 ;6#8 进入其中去除;另外,由于反应会放出大量的热量,氧 无色透明液体,在空气中冒白烟,具有强烈的刺激性气 化铝夹渣会与铝液分离,与气泡一起上浮。为了减少铝 体。;6#8 的熔点为= $!/$, ,沸点为 )!+/, 。精炼工 艺与# 相似。;6# 在铝合金熔液中发生反应:!;6# 合金熔液中镁的烧损,精炼温度不宜过高,不能超过 8 8 8 ,从而达到精炼的效果,生成的 也 -)., ;熔炼的时间一般在* 4 )*567,熔液较多时取上 % 8&#!8&##! % !;6 ;6 限;通氯气的压力一般调整在 ( ) 8 , 具有变质的作用。 )/+ 4 $/+ 0 ). 123 保证金属液面不产生飞溅现象,但又要不断均匀地出现 # 固体精炼剂浮游法 气泡。通入的氯气需要经过预先干燥处理,保证在合金 固体精炼剂主要有氯盐和无毒精炼剂两种,操作起 熔液中不会产生水蒸汽。实践证明,通氯气的精炼效果 来比较简单,工厂里应用的较普遍。使用的氯盐包括 @7# 、 # 和17# 等。 虽好,但氯气有毒,腐蚀设备并污染环境,危害健康, $ $ ( $ 故目前在工厂中一般不使用。 @7#$ 的熔点为$*!, ,沸点为-!$, ,是白色六方 ()惰性气体一般采用氮气和氩气,无毒、无腐蚀 晶系粒状结晶或粉末,易溶于水,且溶于甲醇、乙醇、 $ 性,价格也相对便宜。通入氮气或氩气到熔液中,由于 甘油、丙酮和,潮解性强,能从空气中吸收水分而 气泡与铝熔液接触的界面上存在氢的分压差,氢便进入 潮解,并具有溶解金属氧化物和纤维素的特性,灼热时 气泡中上升排出熔液,且气泡在上升的过程中会吸附氧 有浓厚的白烟生成,有腐蚀性。氯化锌毒性很强,能剧 化铝等杂质达到净化的效果。一般精炼的时间为 - 4 烈刺激及烧灼皮肤和粘膜,生产人员工作时要戴防护眼 )$567,精炼温度为-). 4 -$., 。通气体的吹气管一般要 镜、防毒口罩及乳胶手套,以保护皮肤、眼睛和呼吸器 使用多孔的石墨或耐火材料通气塞,从而使放出的气体 官,车间通风要良好。@7#$ 在铝合金熔液中发生反应: 产生的气泡细小,精炼效果更好。 $&# % !@7#$!$&##! % !@7,工艺处理温度为(. 4 -$., , )混合气体可以使用 和 混合,或 、 加入量为合金质量的./)? 4 ./!? ,生产时用钟罩将其 ( # 9 # ! 9 $ $ $ $ 和 三气体混合。 会在铝合金熔液中发生反应: 压入到合金熔液中,并作均匀的水平螺旋移动,使用前 : : &# : % !: % !# !$&## % !: ,达到净化效果。混合 需烘烤以去除水分。由于@7#$ 不好保存且有毒性,目 $ ! $ ! $ 气体能在一定程度上吸取单种气体的优点,其作用及效 前工厂已不见使用。 17# 为粉红色晶体,熔点为(., ,沸点为(+., , 果相对来说会好一些,只是工艺比较复杂,精炼的温度 $ 也要控制好,保证在-.. 4 -$., 。 吸潮性小,保存比较方便。工艺温度为-.. 4 -$., ,加 ! 液体精炼剂浮游法 入量./!? 4 ./-? ,使用前需烘烤,使用方式和@7#$ 相似。因17# 价格较高,故目前工厂也不见使用。 液体精炼剂有 和 。 为无色有特臭的透 $ # ;6# # 8 8 8 # 为无色结晶体,有樟脑样气味,蒸气压为 明液体,极易挥发,分子量是 )+!/*8,蒸气压为 $ ( ( ),升华温度为 。在合 ( ),熔点 ,沸点 。对眼睛、 ./)!23 !$/-, )*(, A ).!/(23 )!/!!23 $!, = $$/(, -(/+, 金中发生反应:! # % $&#! ! # % $&## ,生成的 皮肤、粘膜和呼吸道有强烈的刺激作用,吸入可能由于 $ ( $ 8 ! # 沸点为 )$),且不溶于铝熔液,与 &## 一起进行 喉、支气管的痉挛、水肿、炎症,化学性肺炎、肺水肿 $ 8 ! 而致死。中毒表现有烧灼感、咳嗽、喘息、喉炎、气 精炼效果很好。在熔液中发生的分解反应如下: 短、头痛、恶性循环心和呕吐。 加入到铝合金熔液 &# % # !&# % # % # # $ ( $ 8 $ 8 中会分解为 和 ,前者的沸点为 ,在铝合 $&# : % (# 8&## % !: # # )$), $ ! $! ! $ $ 8 $ 金熔液中形成气泡上浮,并与# 共同起到精炼的作用。 $&# % !# !$&## $ $ ! ! 热加工 !# 年第$ 期 67 !!!/ #$%&’&() / $* / $’ 铸 造 !#$%&’ ! # $% !!$% 炼损耗,简化铝合金熔化工序,发展了多种兼有变质作 $ $% 属低毒类物品,且吸潮性小,使用保存较方 用的精炼剂,如试验采用/(. 六氯乙烷和5(. 二氧化钛 & 便,受到广泛应用。为降低精炼过程中的反应速度,在 精炼剂精炼 78(-9 铝合金熔体,获得了较好的铸锭组 织,其净化效果优于氩气精炼。而采用 -. 12 :; # 使用前将$ $% 压成圆柱块,用铝箔包好,每块质量为 & & ’( ) *(+,加入量为(,-. ) (,*. ,加入的温度为/(( ) /-.$ $6& 具有较好的精炼效果,且加入量为(,&. 时效 /’(0 ,也是用钟罩将其压入到合金熔液中,并作均匀 果最佳。还有采用多种精炼剂的组合精炼方法,在工厂 的水平螺旋移动。由于在精炼的过程中会产生刺激性的 中也有一定的应用。 浓烈烟雾,其中包含 $% ,具有腐蚀性,危害健康,污 五、结语 染环境,因此使用过程中需有良好的通风设备。还有在 近年来,铝合金熔液的精炼工艺有了较大的发展, $ 中加入缓冲剂如 、 等,制成自沉淀式精炼 $% 12$% 3$% 除了氢净化方法以外还有很多,如真空处理法、超声波 & 剂,但效果一般,目前没有大规模应用。 处理法、直流电法、压力结晶法及化合脱气法等,除采 无毒精炼剂精炼的原理通常是:’12145 # -$ ! 用复合精炼法外,还产生了一些新工艺,但是这些工艺 12 $4 # 1 # 5$4 ,反应生成物都不溶于铝合金熔液, 多半停留在实验室阶段,要大规模应用到实际生产中尚 5 形成气泡并在浮出金属液面的过程中起到净化的作用。 有一定的距离。而浮游法精炼铝合金依然有很大的潜 使用的工艺方法是将硝酸钠、石墨粉、氯化钠及耐火砖 力,提高铝熔液精炼效果的关键因素是精炼工艺和设备 屑等混合物在(( ) 5((0 下,烘烤数小时后压制成圆柱 的选择,确定合理的工艺参数,选择适用于特定铝合金 块,再用钟罩压入,铝合金熔液温度为/6( ) /-(0 。耐 熔体的精炼设备,是获得低成本、高效率精炼的有效措施。 火砖屑在铝合金熔液中会结块,浮在液面上,氯化钠起 为此需要广大铸造工作者根据企业的实际情况去挖 缓冲作用,防止反应进行过快,总体效果也较好。但有 掘,即时采用铝合金熔炼新工艺、新材料,以提高合金 研究者认为精炼效果不如六氯乙烷。 的冶金质量,减少环境污染程度,提高综合经济效益和 四、兼有变质作用的浮游法精炼工艺 社会效益。 ( ) ((/(-( 为了同时进行精炼和变质处理,减少合金元素的熔 (上接第 页) 处理系统联机应用后,不但型砂的新砂补加量及煤粉和 &- 表 型砂工艺及性能对比 膨润土的加入量降低,而且型砂运行成本下降;整个砂 ! 工艺配比 ( ) 性能指标 处理系统中型砂的灰分含量下降。另外,由于型砂性能 . 湿压强度 造成的铸件废品率降低(,@*. ,经济效益显著,因而达 项目 新砂 膨润土 煤粉 水分 透气性 = ?2 到了引进粘土砂再生系统的目的。 9 组 检测均值 - (,/ (,5- 5,5 @5 6(5 ! 结语 A 组 ()粘土旧砂再生后可以代替新砂,降低新砂补加 (,& (,5- 5,6 @/ 66( 6 检测均值 量,减少铸造废弃旧砂的排放量,实现循环经济,大幅 注:紧实率控制范围 ( ) 。 ’- B 6 . 改善对环境的污染。 表 铸件废品率统计对比 () 粘土砂旧砂再生系统与机械化造型线砂处 $DE 项目 粘砂 气孔 夹砂 冲砂 呛火 胀砂 合计 理系统联机应用,可以改善型砂性能,降低膨润土、 9 组检测 (C /’ 6C / (C / (C &’ (C /* (C 6- 5C *- 煤粉和水分的加入量,降低铸件废品率及铸造生产成 均值( ) . 本。 A 组检测 (C -/ (C @ (C (C 5 (C & (C C * ()粘土旧砂的循环利用,可以创造良好的经济效 均值( ) 5 . 益和社会效益,有利于对资源和环境的保护。 注:该废品率统计包括一检、二检。 ( ) ((/(*(/ 试验表明,$DE 粘土砂再生系统与造型线 ! #$$% 年第&$ 期 热加工 !!!, #$%&’&() , $* , $’


 
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