壓鑄過程中，鋁液除渣及精煉除氣的分析

原標題：壓鑄鋁合金熔煉過程中除渣及精煉除氣的分析

壓鑄鋁合金熔煉是壓鑄生產過程中的一個重要工序, 熔煉工藝控制不嚴, 會造成鋁(簡稱：Al)液含渣量及含氣量增多, 並且會使化學成分產生變化, 導致鑄件產生針孔、氧化夾渣、縮鬆和化學成分不合格, 影響鑄件品質。壓鑄鋁合金在熔煉過程中容易吸氣氧化, 在連續熔化過程中, 會在Al液表面及內部產生氧化夾渣。熔煉原料分爲Al錠和回爐料, 回爐料含渣量高於Al錠, 熔煉後Al液內氧化渣會相應增加。氧化渣容易被Al液內的氣體吸附, 造成氣體不易從Al液中析出。由於Al液中氣體及氧化夾雜的存在, 導致在壓鑄件中產生縮孔、氣孔、夾渣等缺陷。優質的Al液應具有化學成分合格、氣體及氧化夾雜物含量低、鑄造性能良好、鑄件力學性能符合要求等特點。從熔煉過程中影響Al液質量的主要環節入手, 通過對各個環節工藝的效果進行試驗, 確定各個熔煉環節最佳的工藝參數, 有效提高Al液品質, 從而滿足壓鑄件的生產需求。

圖文結果

Al液中存在的夾雜物種類很多, 除了爐體本身材料脫落外, 大部分來源於回爐料。回爐料在放置及熔化過程中會形成氧化鋁、氧化鎂等氧化物夾雜物。由於回爐料不能做到絕對清潔, 同時澆口、不合格壓鑄件等表面會粘附油狀物且比較潮溼, 在熔化過程中, 會產生大量煙氣、水氣, 這是氫氣的主要來源。經對同一爐內熔煉前Al錠及鑄造後回爐料密度測試及金相分析 (見表1) , 發現回爐料內氫含量及夾雜物明顯增多。

表1 Al錠和回爐料雜質對比表

表2 Al液精煉除氣時間對Mg含量的影響

表3 Al錠和回收料化學成分（%）

表4 回爐料分級管控參照表

鋁合金在壓鑄生產過程中, 由於需要對壓射衝頭進行潤滑, 潤滑介質爲衝頭潤滑油或者潤滑顆粒。壓鑄完成後, 大部分的衝頭潤滑殘留物積聚在料餅表面, 形成夾雜物。在回爐料中有一部分是加工後的廢品, 其表面含有切屑液及油污的殘留成分, 熔化過程中, 殘留的切屑液和油污經過高溫加熱, 產生大量的煙氣、水氣, 加速了Al液的吸氣以及氧化夾雜產生。爲保證Al液品質, 建議回爐料佔比見表4。根據以上試驗數據分析, 回爐料不僅導致Al液中夾雜物增多以及化學成分變化, 而且由於夾雜物增多, 也會影響鑄件的力學性能;在壓鑄充填過程中還會影響Al液的流動性, 導致諸多壓鑄缺陷產生。所以在日常熔化過程中, 既要考慮到熔煉成本, 又要保證Al液的質量, 根據產品需求必須對回爐料進行分級並合理按所需比例使用。

圖1 Al液中氫含量與熔煉溫度和放置時間的關系

圖2 精煉除氣時間與鋁合金試樣密度的關系圖

圖3 不同密度鋁合金試樣的比較（g·cm-3）

圖4 K模示例圖

圖5 K模尺寸示例圖

(1) K模模具準備K模清潔1次/班, 並均勻噴塗模劑塗料打底;K模預熱30～60min;其底面與地面末端夾角爲30°～45°, 方便Al液導入、氣體排出。(2) K模尺寸 (見圖5) 及試樣澆注：①用勺子舀Al液, 勺子倒入K模時不得澆注過快以免堵塞澆料口, 導致K模內氣體無法從澆料口排出, 保持勻速直至澆滿; ②待冷卻8～10s將K模試樣取出, 按照此方式連續澆注5模試樣; ③K模澆注前:Al液必須經過旋轉除氣機除渣除氣完成後進行, 澆包內浮渣清理幹淨; ④等待K模試樣自然冷卻或者水冷後擦幹試樣表面殘留水分, 將每根K模試樣按照折斷線位置均勻敲成4小段, 並整齊碼放一起, 共計5組。

圖6 含渣量示意圖

表5 K值標準對照表

試樣在半凝固狀態下放入密閉的空間, 然後對其進行抽真空, 待試樣在真空容器內完全凝固, 得到的試樣通過觀察外觀, 對比標樣得出Al液中的含氫量。試驗時, 取少量Al液倒入經預熱的坩堝內, 立即 (小於10s) 放入密封的真空室內, 然後打開測氫儀真空泵, 真空室形成真空狀態。

圖7 不同精煉除氣時間下真空試樣外觀對比效果圖

圖8 剖切試樣比對圖

圖9 密度測試及對比試樣

表6 鑄件密度與力學性能的關系

圖10 Fe含量對壓鑄ADC12鋁合金力學性能的影響

結論

(1) 在鋁合金熔煉過程中需對回爐料進行明確分類;對內部組織要求致密且有氣密性要求的鑄件, 回爐料配比控制在30%以內, 普通鑄件回爐料的配比可放寬至40%。

(2) Al液熔煉溫度保持在720～750℃可減少Al液的吸氣。

(3) 爲保證精煉除氣效果, 鋁合金精煉除氣時間不得短於8min。

(4) ADC12鋁合金中Fe含量應控制在0.70%～0.85%。

作者王龍生 薛東慶 張慶昌山東銀光鈺源輕金屬精密成型有限公司本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰略合作夥伴