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铸造基础知识

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铸造有色合金的熔炼

更新时间:2017-06-26 点击数:1226

铸造有色合金的熔炼

 1  铸造铝合金 

  铝合金的性能及应用

   铸造铝合金的密度比铸铁和铸钢小,而比强度则较高。因此在承受同样载荷条件下采用铝合金铸件,可以减轻结构的重量,故在航空工业及动力机械和运输机械制造中,铝合金铸件得到广泛的应用。

  铝合金有良好的表面光泽,在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性,故在民用器皿制造中,具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性,因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能,放在化工生产中使用的热交换装置,以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件,如内燃机的汽缸盖和活塞等,也适于用铝合金来制造。

  铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低(纯铝熔点为660.230C,铝合金的浇注温度一般约在730~750oC左右),故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法,以提高铸件的内在质量,尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大,在重量相同条件下,铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多,放流动性良好,有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。

  铸法铝合会的分类、牌号

  铝合金按照加工方法的不同分为两大类,即压力加工铝合金和铸造铝合金(分别以YL和ZL表示)。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列,即铸造铝硅合金、造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金(分别以 ZL1X X,ZL2 X X,ZL3 X X和ZL4 X X表示),在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。下表中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。

    铸造铝合金的牌号表

    序号  合金牌号  合金代号  序号  合金牌号  合金代号  序号  合金牌号  合金代号  
    1 ZALSi7Mg  ZL101  10  ZALSi12 Cu1Mg1Ni1  ZL109  19  ZALCu5MnCdA  ZL204A  
    2 ZALSi7MgA  ZL101A  11  ZALSi9Cu2Mg  ZL111  20  ZALCu5MnCdVA  ZL205A  
    3 ZALSi12  ZL102  12  ZALSi7Mg1A  ZL114A  21  ZALR5Cu3Si2  ZL207  
    4 ZALSi9Mg  ZL104  13  ZALSi5Zn1Mg  ZL115  22  ZALMg10  ZL301  
    5  ZALSi5Cu1Mg  ZL105  14  ZALSi8MgBe  ZL116  23  ZALMg5Si1  ZL303  
    6  ZALSi5Cu1MgA  ZL105A  15  ZALCu5Mn  ZL201  24  ZALMg8Zn1  ZL305  
    7  ZALSi8Cu1Mg  ZL106  16  ZALCu5MnA  ZL201A  25  ZALZn11Si7  ZL401  
    8  ZALSi7Cu4  ZL107  17  ZALCu10  ZL202  26  ZALZn6Mg  ZL402  
    9  ZALSi12Cu2Mg  ZL108  18  ZALCu4  ZL203    

  2  铸造铜合金 

  铸造铜合金是工业上广泛应用的一种铸造合金材料。铜基合金因具有良好的对淡水、海水及某些化学溶液的耐蚀性能而大量用于造船及化学工业。铜基合金又由于具有良好的导热性及耐磨性,故也常用于制造各种机器上承受重负荷及高速运转轴的滑动轴瓦轴套等。

  铸造铜合金分为两大类,即黄铜与青铜。黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金。在铸造黄铜中又因加入其它合金元素而形成锰黄铜、铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。在铜合金中不以锌为主加元素的统称为青铜,如锡青铜、铝青铜、铅青铜、铍青铜等。在国家标准中规定铸造铜合金共有9种,计29个牌号。

  3  其他有色合金 

  除了铸铝合金和铸铜合金以外,还有很多种铸造有色合金。其中比较常用的是铸造镁合金、铸造钛合金和铸造锌合金。镁合金和钛合金由于具有高的比强度,故多用于航空工业。其中钛合金还对多种腐蚀性介质具有很强的耐蚀性,故也用于制造石油化工设备上经受腐蚀作用的铸件。锌合金具有比较高的强度和优良的铸造性能,故广泛用于制造薄壁的和结构复杂的铸件。

  在铸造方法上,铜合金及其它有色合金除了采用砂型铸造外,还广泛采用金属型铸造、离心铸造、低压铸造以及石墨型铸造等多种特种铸造方法。

  在铜合金铸造中,采用金属型铸造方法,以加速合金的凝固,对提高铸件质量,减少铸造缺陷,具有重要的作用。金属型铸造可细分晶粒(特别对于铝青铜和锰黄铜),减少气孔,提高合金的机械性能和气密性(对锡青铜特别重要),在铅青铜等高含铅量铜合金中,采用金属型(以及水冷金属型)铸造,能防止铜成分的偏析。又由于铜合金铸件中,筒形零件(轴承、衬套)等较多,故采用离心铸造方法较多。此外,大型铸铜件(如大型船用螺旋桨)还可采用低压铸造方法,以提高合金的致密度,并减少铸件在浇注过程中产生的夹杂物。某些铜合金(如铅黄铜)还可采用压力铸造方法。

  镁合金由于铸造性能较差,特别是容易产生热裂,故大部分镁合金铸件仍是采用砂型铸造,仅小部分形状简单的铸件,可用金属型铸造。压力铸造方法在镁合金铸造中用得很少。

  锌合金具良好的铸造性能,充填铸型能力强,且不产生热裂,故特别适宜于采用金属型和压力铸造。在大量生产中常用压力铸造方法生产薄壁和结构复杂的锌合金铸件。

  钛合金由于化学活泼性极强,在铸造过程中钛液与大多数铸型材料(包括各种型砂及钢铁)都发生相互作用,致使铸件被沾污,故只能用特殊的铸型材料(如氧化钍或石墨)来铸造。

  4  铸造有色合金的熔炼 

  熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影响。多数有色合金易产生气孔和夹杂,尤其是钛合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔炼工艺流程是:

  1)根据铸件技术要求所规定的合金牌号,可查出合金的化学成分范围,从中选定化学成分;

  2)根据元素的烧损率和成分要求,进行配料计算,得出各种炉料的加入量,并选择炉料。若炉料受到污染,则需要进行处理,保证所有的炉料清洁、无锈,并在投料前进行预热;

  3)检查和准备化用具,涂刷涂料,并预热,防止气体、夹杂物和有害元素的污染;

  4)加料。一般加料顺序为:回炉料、中间合金和金属料,低熔点易氧化的金属料,如镁,在炉料熔化之后加入;

  5)为了减少合金液的吸气和氧化的污染,应尽快熔化,防止过热,根据需要,有的合金液须加覆盖剂保护;

  6)炉料熔化后,进行精炼处理,以净化合金液,并进行精炼效果的检验;

  7)根据需要,进行变质处理和细分组织处理以提高性能,并检验处理效果;

  8)调整温度,进行浇注。有的合金在浇注前要进行搅拌,以防发生比重偏析。