CN109207758B - 一种铝合金工件熔炼铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

一种铝合金工件熔炼铸造方法，包括熔炼‑精练‑除气除渣‑装配模具‑铸造‑脱模‑热处理‑加工的步骤，其中通过除气除渣中旋转喷吹的设置，能够减少制备铝合金工件的针孔，提高其气密性，保证铸造铝合金的质量，提高其产品的最终使用性能。

Description

一种铝合金工件熔炼铸造工艺
技术领域
本发明涉及金属铸造的技术领域，尤其是涉及一种铝合金工件熔炼铸造工艺。
背景技术
铝是地壳中含量最高的金属元素，铝合金由于具有质量轻、导热性好、延展性好、强度高、耐腐蚀性优良等一系列优异特性，作为有色金属结构材料，在机械工程、能源化工、控制装备、房产建筑等现代化建设的各个行业中已得到大量应用，尤其是在节能减排实行轻量化的过程中，铝合金有不可替代的作用。
由于铝的化学性质比较活泼。在铝合金的制备过程中，熔炼过程中易与水气发生反应，氧化并吸氢。铝液中的气体成分主要是氢气(约占80％～90％)，其余是氮气、氧气和一氧化碳等。溶解于铝液中的氢约90％为原子状态。氢在铝合金中从液态到固态的饱和溶解度相差17倍。在凝固过程中，氢气便倾向与从熔液中逸出，形成气泡，常常导致铸件产生缩松、气孔、缩孔等冶金铸造缺陷，显著地降低铸造合金材料的抗拉应力、弹塑性、延展性、应力疲劳、热裂敏感性等性能。
为了降低铝熔体中过高的气体含量对最终铸锭质量的影响，通常通过铝合金熔液进行除气净化处理。显然，先进的除气技术对于保证铸造铝合金的质量，提高其产品的最终使用性能具有非常重要的意义。
旋转喷吹法是一种吸附精炼除气方法，其通过转头将惰性气体(如氮气、氩气等)通入到铝熔体内部，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进人气泡，并随气泡上浮并排出，达到除气的目的。气泡在上浮的过程中由于溶解作用带走氢的同时，同时可以通过物理吸附作用吸附夹杂，从而除去夹杂物，除气除杂兼得。相对于其他方法的单一净化功效而言，旋转喷吹可以同时除氢除杂，且对环境污染小，使得在工业应用很广泛。
旋转喷吹法除气效果取决于气泡在熔体的分散均匀程度、气泡的大小、气泡在熔体中的滞留时间等。气泡越小、越分散越均匀、上浮速度越慢，则除氢效率越好。另外，铝合金熔体具有一定的黏度，氩气泡析出需要克服一定的阻力，完全析出需要一定时间，需要静置一段时间后除气效果越好；然而静置时间不宜过长，因为静置时气体与熔体反应是一个动态过程。熔体中气体随惰性气体析出，同时液态金属吸收大气中的水蒸气并与之反应，继续形成氢，去氢净化过程实际上由铝液内部去氢净化过程和铝液表面氧化-吸氢过程即污染过程所组成，随着静置时间增加，水蒸气与铝熔体的反应，反应所生成的氢通过吸附和扩散溶人铝熔体，导致铝熔体中的吸氢量大于铝熔体内部去氢净化量，导致铝熔体的吸氢量增大。
发明内容
本发明提供一种铝合金工件熔炼铸造工艺，能够使铝合金熔炼铸造过程中旋转喷吹除气时的气泡变小，并且均匀分散，同时具有足够长的静置时间而不会导致熔体的吸氢量增大。
作为本发明的一个方面，提供铝合金工件熔炼铸造方法，包括如下步骤：（1）将纯度≥99.9％的铝锭放在熔炼炉中加热到660℃～670℃熔化，升温至720℃～730℃加入中间合金金属融化，得到合金熔液；（2）将熔炼炉里中的熔体转入静置炉中进行精炼，升温到740℃～780℃后加入熔剂，对合金液进行搅拌、净化；（3）将精炼后的熔体进行除气除渣；（4）装配模具，将模具预热温度到300℃；（5）将洁净后铝合金液进行连续浇铸，浇铸温度控制在690~700℃，采用水平浇铸方式进行浇铸获得铸造后工件；（6）脱模后，将工件进行热处理强化；（7）对工件进行机械加工以及表面处理，最终形成需要的工件；所述步骤（3）中包括如下步骤：（3.1）向静置炉中通入惰性气体，排出其中的空气；（3.2）封闭静置炉，通过熔体上方的气体输入通道，向熔体上方通入高压惰性气体，使静置炉中的气压处于高压状态；（3.3）加热静置炉中的熔体，使其温度大于阈值温度；（3.4）通过旋转喷头从熔体下方通入惰性气体进行炉底吹除；（3.4）经过特定时间后，将温度降低到浇筑温度；（3.5）通过排气口排出静置炉中的高压惰性气体；（3.6）打开扒渣门将浮在铝合金液表面上的铝渣清理干净；（3.7）在铝合金液表面设置覆盖剂层。
优选的，所述阈值温度为大于800度。
优选的，所述特定时间为大于30分钟。
优选的，所述高压惰性气体的压强大于三倍大气压。
优选的，所述步骤（2）中，所述溶剂包括氯化钾和/或氯化镁。
优选的，所述步骤（1）中所述中间合金金属包括铝锰铜或铝镁铜等。
优选的，所述惰性气体为氮气或者氩气。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的铝合金工件熔炼铸造方法，能够减少制备铝合金工件的针孔，提高其气密性，获得优质铸件，包括如下步骤：熔炼-精练-除气除渣-装配模具-铸造-脱模-热处理-加工。
熔炼过程中，根据铸造工件的要求确定铝合金中各成分的含量，先将纯度≥99.9％的铝锭放在熔炼炉中加热到660℃～670℃熔化，升温至720℃～730℃加入中间合金金属融化，得到铝合金熔液；其中，中间金属可以是铝锰铜或铝镁铜等。
将熔炼炉里中熔炼得到的铝合金熔液转入静置炉中进行精炼，将铝合金熔液温度提高到740℃～780℃，加入熔剂，对铝合金熔液进行搅拌、净化，去除合金中氧化物和有害气体；该溶剂可以包括氯化钾和/或氯化镁，例如可以使用2～6％的以氯化钾—氯化镁为基础成分的溶剂。进一步的，为了避免铝合金熔液氧化，可以在精练时在熔液上均匀撒入覆盖剂，避免液体金属裸露而氧化。
对于精练后的铝合金熔液进行除气除渣，包括如下步骤：（3.1）向静置炉中通入惰性气体，排出其中的空气；如果精练时溶液上设置覆盖剂层，在通入惰性气体之前，需要先清理溶液上的覆盖剂层；（3.2）封闭静置炉，通过熔体上方的气体输入通道，向熔体上方通入高压惰性气体，使静置炉中的气压处于高压状态，该高压可以是例如大于三倍大气压，使静置炉中铝合金液内部的压强增大，从而使喷入熔体内部的惰性气体的气泡体积减小；（3.3）加热静置炉中的熔体，使其温度大于阈值温度，该温度阈值可以是例如大于800℃；（3.4）通过旋转喷头从熔体下方通入惰性气体进行炉底吹除，惰性气体通入熔体后，熔体中的氢在分压差的作用下扩散进人气泡，并随气泡上浮并排出；惰性气体可以是氩气或者氮气；（3.5）由于熔体上方不存在空气以及水蒸汽，不存在铝液表面氧化-吸氢过程，可以将熔体静置足够长的时间使铝液内部去氢净化过程充分进行，经过足够长的特定时间后例如30分钟后，将温度降低到浇筑温度；优选的，为了避免析出的氢气在铝液表面的吸附，在步骤（3.5）中可以在除气过程中在熔体上方间歇性打开进气口和排气口，通入高压惰性气体将析出的氢气排出静置炉；（3.6）通过排气口排出静置炉中的高压惰性气体；（3.7）打开扒渣门将浮在铝合金液表面上的铝渣清理干净；（3.8）在铝合金液表面设置覆盖剂层。
在铝合金溶液铸造前，需要装配模具，将模具预热温度到300℃；将洁净后铝合金液进行连续浇铸，浇铸温度控制在690~700℃，采用水平浇铸方式进行浇铸，铝合金液进入模具的型腔中，随后开始凝固冷却，待达到冷却时间后进行脱模。脱模后，将工件进行热处理强化，使内部组织分布更加均匀，消除或减小淬火后工件内的微观应力及机械加工残余应力。然后，对工件进行机械加工以及表面处理，消除表面缺陷和应力集中，最终形成需要的工件。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铝合金工件熔炼铸造方法，包括如下步骤：（1）将纯度≥99.9％的铝锭放在熔炼炉中加热到660℃～670℃熔化，升温至720℃～730℃加入中间合金金属融化，得到合金熔液；（2）将熔炼炉里中的熔体转入静置炉中进行精炼，升温到740℃～780℃后加入熔剂，对合金液进行搅拌、净化；（3）将精炼后的熔体进行除气除渣；（4）装配模具，将模具预热温度到300℃；（5）将洁净后铝合金液进行连续浇铸，浇铸温度控制在690~700℃，采用水平浇铸方式进行浇铸获得铸造后工件；（6）脱模后，将工件进行热处理强化；（7）对工件进行机械加工以及表面处理，最终形成需要的工件；其特征在于：所述步骤（3）中包括如下步骤：（3.1）向静置炉中通入惰性气体，排出其中的空气；（3.2）封闭静置炉，通过熔体上方的气体输入通道，向熔体上方通入高压惰性气体，使静置炉中的气压处于高压状态，所述高压惰性气体的压强大于三倍大气压；使静置炉中铝合金液内部的压强增大，从而使喷入熔体内部的惰性气体的气泡体积减小；（3.3）加热静置炉中的熔体，使其温度大于阈值温度；所述阈值温度为大于800度；（3.4）通过旋转喷头从熔体下方通入惰性气体进行炉底吹除；（3.5）经过特定时间后，将温度降低到浇铸温度；所述特定时间为大于30分钟；（3.6）通过排气口排出静置炉中的高压惰性气体；（3.7）打开扒渣门将浮在铝合金液表面上的铝渣清理干净；（3.8）在铝合金液表面设置覆盖剂层。
2.根据权利要求1所述的铝合金工件熔炼铸造方法：其特征在于：所述步骤（2）中，所述熔剂包括氯化钾和/或氯化镁。
3.根据权利要求2所述的铝合金工件熔炼铸造方法：其特征在于：所述步骤（1）中所述中间合金金属包括铝锰铜或铝镁铜。
4.根据权利要求3所述的铝合金工件熔炼铸造方法：其特征在于：所述惰性气体为氮气或者氩气。
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