鋁鑄件常見缺陷及分析(專業(yè)版)

　　

【正文】 熔劑裝入感應(yīng)爐內(nèi)，借助于感應(yīng)磁場的攪拌作用使熔劑與熔體充分混合，達到精煉的目的。對含鎂量低的鋁合金廣泛采用以鈉鉀為基的氯化物精煉劑，含鎂量高的鋁合金為避免鈉脆性則采用不含鈉的以光鹵石為基的精煉熔劑。 　?、薏粦?yīng)含有或產(chǎn)生有害雜質(zhì)及氣體。 　　鋁及鋁合金熔體的精煉凈化方法較多，主要有浮游法、熔劑精煉法、熔體過濾法、真空法和聯(lián)合法。“渣既盡，氣必除”說的就是這個意思。 　　 增加氣體在合金中的溶解度 　　采用快速或高壓下凝固的方法，提高氣體在鋁合金中的溶解度，促進氣體來不及或不能析出，從而達到消除針孔的目的。并預(yù)熱至120℃250℃，涂以防護涂料。合金熔化溫度越高，熔化時間和熔化后鋁液保持時間越長，氫在鋁液中擴散就越充分，鋁液吸氫量就越大，出現(xiàn)針孔的幾率就越大。對鋁合金鑄件切取性能試樣要求，鑄件允許存在的針孔級別詳見GB94388 　　這里應(yīng)當指出的是，由于鑄件壁厚效應(yīng)的影響，即使針孔嚴重程度相同，壁厚大的部位力學性能下降，壁厚小的則較高。 　　3． 形成氣孔的氫氣的來源與析出 　　鋁合金中氣孔的產(chǎn)生，是由于鋁合金吸氣而形成的，但氣體分子狀態(tài)的氣體一般不能溶解于合金液中，只有當氣體分子分解為活性原子時，才有可能溶解。這種針孔容易與縮孔、縮松等予以區(qū)別開來。 2．熱處理裂紋：由于熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。 　?、墼跐舶鼉?nèi)或爐中用攪拌機精煉，使熔劑機械彌散于熔體中。 　　鋁合金熔煉過程中常用熔劑的成分及作用如表1(47)。 　?、咭羞m當?shù)恼扯燃傲鲃有?。本文介紹熔劑精煉法在鋁合金熔煉中的應(yīng)用。 　　“溶”：就是要使鋁液中的氫在凝固時能部分地或者全部地固溶在合金組織中，不致在鑄件中形成氣孔。具體方法限于篇幅，在此不做過多闡述。 　　 新坩堝、新砌爐子、有銹蝕的舊坩堝，使用前應(yīng)用吹砂其他方法將表面清除干凈，并進行烘爐處理。有人曾做試驗，鋁液存放時間越長，鋁合金內(nèi)含氣量近似成比例增加。由于鑄件的力學性能取決于多種因素，不僅與針孔等級有關(guān)，還與合金的化學成分的波動、鑄 件的凝固速度、熱處理效果、其他缺陷的存在因素有關(guān)，所以同一級別的針孔試樣，力學性能將在一個相當大的范圍內(nèi)波動。合金液中氣體能溶解的數(shù)量多少，不僅與分子是否容易分解為活性原子有關(guān)，還直接與氣體原子類別有關(guān)。 　　(2) 網(wǎng)狀針孔： 在低倍組織中針孔密集相連成網(wǎng)狀，有少數(shù)較大的孔洞，不便清查單位面積上針孔的數(shù)目，也難以測出針孔的直徑大小。常在產(chǎn)生應(yīng)力和熱膨張系數(shù)較大的合金冷卻過劇。表面氣孔、氣泡可通過噴砂發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部氣孔 氣泡可通過X光透視或機械加工發(fā)現(xiàn)氣孔 氣泡在X光底片上呈黑色產(chǎn)生原因：1．澆注合金不平穩(wěn)，卷入氣體2．型(芯)砂中混入有機雜質(zhì)(如煤屑、草根 馬糞等)3．鑄型和砂芯通氣不良4．冷鐵表面有縮孔5．澆注系統(tǒng)設(shè)計不良防止方法 ：1．正確掌握澆注速度，避免卷入氣體。你應(yīng)該在乎的是，你要比現(xiàn)在的你強。 　　在一般生產(chǎn)條件下，特別是在厚大的砂型鑄件中很難避免針孔的產(chǎn)生。 　　在鋁合金熔煉時，周圍空氣中的氫氣含量并不多，氫的最通常的來源是鋁和水蒸氣的反應(yīng)，而水蒸氣主要來源于爐氣中的水分、設(shè)備及工具吸附的水分、一些材料的結(jié)晶水與鋁銹Al(OH)2分解出來的水分等，其反應(yīng)式如下： 　　3H2O(水蒸氣)+2Al=Al2O3+6[H](1) 　　含鎂鋁合金由于還發(fā)生下列反應(yīng)，更容易吸收氫： 　　H2O(水蒸氣)+ Mg=MgO+2[H](2) 　　另外，金屬爐料或回爐料帶入的油污、有機物、鹽類熔劑等與鋁液反應(yīng)也能生成氫： 　　4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H] (3) 　　鎂、鈉、鋰可以改變鋁的表面的氧化膜，使活性氫原子容易進入；金屬氟和鈹則能在鋁的表面形成更致密的氧化膜，降低氫向鋁液或鋁合金中擴散的速度，對鋁合金起到保護作用。然后涂上防護涂料并進行預(yù)熱烘干。它與鋁合金本身特性有關(guān)系，也與一系列的外界因素有關(guān)。由于鋁合金中的氣體主要是氫氣，去氣也就是主要去除氫氣。排氣塞安裝的位置和數(shù)量，常在金屬型修正時確定?！盵1 樓] | Posted: 0216 10:02潮戈級別: 論壇版主精華: 5 發(fā)帖: 264威望: 121 點金錢: 1559 RMB貢獻值: 12 點在線時間:38(小時)注冊時間:20020701最后登錄:20060222 鋁合金熔體的熔劑精煉關(guān)鍵字：鋁合金 編輯： 日期：20051109 點擊數(shù)： 但是，鋁合金熔煉過程中使用的任何熔劑，必須符合下列條件[]。等少量氟鹽，主要起精煉作用，如吸附、溶解Al2O3。 　　b)熔煉質(zhì)量較差的廢料，如由鋸、車、銑等工序下來的碎屑及熔煉扒渣等時，覆蓋劑用量(見表3)。 缺陷特征：三鑄件壁內(nèi)氣孔一般呈圓形或橢圓形，具有光滑的表面，一般是發(fā)亮的氧化皮，有時呈油黃色。?？思{說過：“不要竭盡全力去和你的同僚競爭。在氫氣泡形成前達到的過飽和度是氫氣泡形核的數(shù)目的函數(shù)，而氧化物和其他夾雜物則在起氣泡核心的作用。由圖1可知，氫在液態(tài)鋁或鋁合金中的溶液解度很大，而幾乎不溶解于固態(tài)鋁（在室溫條件下，﹪以下）。 　　熔煉用的工具如澆包、除氣用的鐘罩等，使用前應(yīng)將表面殘余的金屬、氧化皮等污物清除干凈；鋁鎂合金使用的工具，使用前則要求放在光鹵石等熔劑中洗滌干凈。 　　6．預(yù)防鋁合金鑄件針孔形成的主要措施 　　由以上分析可知，鋁合金鑄件容易產(chǎn)生針孔缺陷。因鋁合金熔煉時，除氣和精煉兩個工序多合并在一起進行，故在生產(chǎn)實踐中習慣將這兩個工序稱為精煉。如在鑄件肥厚部分設(shè)計排氣塞，排氣塞可用導熱性好的銅制作，同時還可以起到加強鑄件冷卻的作用。你應(yīng)該在乎的是，你要比現(xiàn)在的你強。 　　2 熔劑的分類和選擇 　　2．1熔劑的分類和要求 　　鋁合金熔煉中使用的熔劑種類很多，可分為覆蓋劑(防止熔體氧化燒損及吸氣的熔劑)和精煉劑(除氣、除夾雜物的熔劑)兩大類，不同的鋁合金所用的覆蓋劑和精煉劑不同。2．2．氟鹽：在氯鹽混合物中加入NaF．Na3A1FCaF2。 　　表2 覆蓋劑種類及用量 　　爐料及制品 覆蓋劑用量(占投料量的%) 覆蓋劑種類 　　電爐熔煉：一般制品特殊制品 －％－％ 普通粉狀溶劑普通粉狀溶劑 　　煤氣爐熔煉：原鋁錠廢 料 1－2％2－4％ KC1:NaC1 按1:1混合　　KC1:NaC1 按1:1混合 　　注：對高鎂鋁合金，應(yīng)一律用不含鈉鹽的熔劑進行覆蓋，避免和含鈉的熔劑接觸。 　　 ． 　　熔煉鋁合金廢料時，廢料質(zhì)量不同，覆蓋劑及精煉劑的用量也不同。 　　氯化物的表面張力小，潤濕性好，適于作覆蓋劑，其中具有分子晶型的氯鹽如CCl4 ,SiCl4，A1C13，等可單獨作為凈化劑，而具有離子晶型的氯鹽如LiCl、NaCl毛KCl、MgC12：等適于作混合鹽熔劑。其四，熔劑能吸附鋁熔體中的氧化物，使熔體得以凈化。觀山觀水皆得妙，更將何物污靈臺？美國作家威廉 　?。?）設(shè)計排氣塞：排氣塞是金屬型常用的排氣設(shè)施。 　　 加強潮濕季節(jié)預(yù)防措施 　　在雨季或空氣潮濕時節(jié)鑄造鋁合金，我們更應(yīng)加注意采取預(yù)防去氣防護措施，對熔煉用具、錠模、坩堝、爐料等都要嚴格按規(guī)范進行預(yù)熱處理，以防帶入過多的水分和油污等，引起各類針孔的產(chǎn)生。 　　 金屬型鑄造型腔的影響 　　由于金屬型鑄造沒有退讓性和無透氣性等特點，金屬型在充填和澆注過程中，型 腔內(nèi)的氣體一方面隨著鋁液金屬的充填被壓縮；另一方面又被迅速強烈加熱，引起壓力升高，結(jié)果造成充型反壓力，阻礙鋁液金屬充填型腔，當壓力超過一定極限時，氣體就可能沖破金屬液流束的表層，通過內(nèi)澆口向外逸出，破壞金屬液連續(xù)流動，并造成強烈氧化，在氣體穿越金屬液時，如果受到初晶或凝固層的阻擋，便會留在金屬液中形成氣孔。新坩堝及有銹蝕、污物的舊坩堝，使用前應(yīng)吹砂或用其他方法清除干凈，并加熱至700℃800℃，保溫2h4 h，以去除坩堝所吸附的水分和其它化學物質(zhì)，否則會因含有水分而在熔煉澆注時產(chǎn)生水蒸氣而導致形成氣孔。在鑄件凝固過程中由于氫的析出而產(chǎn)生的孔隙，不僅減少了鑄件的實際截面積而且是裂紋源。因此鋁合金液在冷卻的凝固過程中，氫的某一時刻，氫的含量超過了其溶解度即以氣泡的形式析出。山隨宴坐圖畫出，水作夜窗風雨來。 缺陷特征：氧化夾渣多分布在鑄件的上表面，在鑄型不通氣的轉(zhuǎn)角部位。 　?。鞲采w劑用量 　　a)熔煉質(zhì)量較好的廢料，如塊狀料、管、片時覆蓋劑用量(見表2)。 2?？傊?，熔劑精煉的除去夾雜物作用主要是通過與熔體中的氧化膜及非金屬夾雜物發(fā)生吸附，溶解和化學作用來實現(xiàn)的。福克納說過：“不要竭盡全力去和你的同僚競爭。在一平面上需要設(shè)制數(shù)個排氣塞時，可用一個排氣環(huán)來代替，將它設(shè)計在型腔的“氣阻”處，或型腔的大平面上，以便排氣暢通。 　　 精煉去氣，去除鋁合金中的氣體 　　一般情況下，所謂“去氣”（又叫“除氣”）就是去除合金中的氣體，“精煉”就是指去除合金中的夾雜物。當帶有砂型的金屬型鑄造時，液體金屬在充填過程中，砂型受到粘結(jié)劑分解以及涂料未烘干或金屬型預(yù)熱不充分的影響，都會增加型腔內(nèi)的氣體量，當型腔內(nèi)的氣體不能充分排出時，氣體便滯留于鑄件形成氣孔，而部分殘留氣體則富集于鑄型壁與金屬液之間形成“氣阻”，這些氣阻則使鑄件出現(xiàn)澆不足或冷隔缺陷。新砌的爐子，通常也需要使用幾天或幾周的時間進行烘爐干燥處理，否則耐火材料中含有的水分及化學結(jié)合的氫就無法釋放而導致熔煉時形成氣孔。惰性氣體不能溶于鋁或鋁合金，其他氣體一般與鋁或鋁合金反應(yīng)形成鋁的化合物，如Al2OAlClAlN、Al4C3等等。因過飽和的氫析出而形成的氫氣泡，來不及上浮排出的，就在凝固過程中形成細小、分散的氣孔，即平常我們所說的針孔（gas porosity）。觀山觀水皆得妙，更將何物污靈臺？美國作家威廉斷口多呈灰白色或黃色，經(jīng)x光透視或在機械加工時發(fā)現(xiàn)，也可在堿洗、酸洗或陽極化時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生原因：1．爐料不清潔，回爐料使用量過多3．合金液中的熔渣未清除干凈4．澆注操作不當，帶入夾渣防止方法：1．爐料應(yīng)經(jīng)過吹砂，回爐料的使用量適當降低2．改進澆注系統(tǒng)設(shè)計，提高其擋渣能力4．澆注時應(yīng)當平穩(wěn)并應(yīng)注意擋渣5．精煉后澆注前合金液應(yīng)靜置一定時間 二 氣孔 氣泡6．鑄件變形時采用熱校正法。 　　鋁合金生產(chǎn)實踐證明，鋁合金因吸氣而形成氣孔的主要氣體成分是氫氣，并且其出現(xiàn)無一定的規(guī)律可循，往往是一個爐次的全部或多數(shù)鑄件均存在有針孔現(xiàn)象；材料也不例外，各種成分的鋁合金都容易產(chǎn)生針孔。一般而言，爐氣成分是由燃料種類以及空氣量來決定的。因此，鋁合金在熔煉過程中造成水蒸氣產(chǎn)生的原因，也就是直接影響針孔形成的主要因素。 　　 砂型鑄造鑄型的影響 　　鑄型含水量高，鋁合金中含氫量就越高。 　　 已經(jīng)涂料的坩堝 、錠模、熔煉工具使用前，均須預(yù)熱，坩堝應(yīng)預(yù)熱至暗紅色（500℃600℃）；熔煉工具應(yīng)預(yù)熱至200℃400℃，保持2h以上（除使用感應(yīng)爐熔煉合金時，坩堝可不預(yù)熱外。這里僅以金屬型鑄造去氣預(yù)防措施為例做一簡易介紹。 　　當然，鋁合金熔煉或重熔時，貫徹“以防為主，以排隊為輔”的原則，正確實施“防”、“排”、“溶”三套工藝措施，還必須具有過硬的熔煉操作基本功，熔煉操作基本功包括：精煉設(shè)備、熔爐煉工具的準備和處理，溶劑、變質(zhì)劑的預(yù)制，精煉、變質(zhì)除渣的技巧，攪拌操作的技巧和合理澆注等等，我們只有具備了過硬的操作基本功，才能真正有效地預(yù)防鋁合金鑄件氣孔的形成。熔劑的作用有四個：其一，改變鋁熔體對氧化物(氧化鋁)的潤濕性，使鋁熔體易于與氧化物(氧化鋁)分離，從而使氧化物(氧化鋁)大部分進入熔劑中而減少了熔體中的氧化物的含量。 　　2．2熔劑的成分及熔鹽酌作用 　　鋁合金用熔劑一般由堿金屬及堿土金屬的氯化物及氟化物組成，其主要成分是KCl、NaCl、NaF．CaF,．、Na3A1FNa2SiF6等。首先要根據(jù)合金元素的含量來確定[8]，因為大多數(shù)鋁合金中主要元素含量都可在一定范圍內(nèi)變化，其次要根據(jù)所除雜質(zhì)成分及含量來確定。該法依靠電磁力的作用，向熔劑——金屬界面連續(xù)不斷地輸送熔體，以達到鋁熔體與熔劑間的活性接觸，熔體旋轉(zhuǎn)速度越高，其精煉效果越好?；虼嬖谄渌苯鹑毕輹r產(chǎn)生產(chǎn)生原因：1．鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過于懸殊2．砂型(芯)退讓性不良3．鑄型局部過熱4．澆注溫度過高5．自