鋁合金在製造合成工藝過程中有哪些要求(qiú)?鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是無芯感應爐和槽(cáo)式(shì)感應爐、坩堝爐和反射式平爐(使用天然氣或燃料(liào)油燃燒)以及電(diàn)阻(zǔ)爐和電熱輻射爐(lú)。爐料(liào)種類廣(guǎng)泛,從高質(zhì)量的(de)預合金化鑄錠一直到專門由低等級廢料構成的爐料都可以(yǐ)使用。然(rán)而,即使在最適宜(yí)熔煉澆注的條件下,熔化的鋁也易受三種類型的不(bú)良影響(xiǎng):

·在高溫條件下,隨著(zhe)時間的推移,氫氣的吸附導致溶解在(zài)熔液中氫氣的增加(jiā)。
·在高溫條件下,隨著時間的推移,熔液發生氧化。
·合金元素的喪失。
氫氣是很容易被(bèi)熔化的鋁吸附的。不幸的是,在熔化的鋁合金中,氫氣的(de)溶解度基本上(shàng)大於其在固體鋁中的溶解度。當鋁合金凝固時,氫(qīng)氣從熔液中排出(chū),收縮孔隙(xì)度擴大並放大,同時伴隨著力學性能的喪失。氫氣一般源自濕爐料和(hé)潮(cháo)濕的熔化工具,但主(zhǔ)要(yào)的氫氣源是環境中的濕氣(qì)。
因為熔煉時幾乎(hū)難以防止(zhǐ)氫氣的吸附,所以澆注前必須從熔液中除去氫(qīng)氣。最常使用的方(fāng)法是向熔液中鼓入幹燥的氮氣或氬氣泡。使用氯氣除去氫氣是格(gé)外(wài)有效(xiào)的。然(rán)而(ér),由於環境和安(ān)全原因常排(pái)除它在生產中使用(yòng)。
過去已利用減壓(yā)測試法測量出溶(róng)解在熔液中的氫氣量,其過程(chéng)是(shì)將熔化鋁的試樣注入鋼杯(bēi)中,並讓它在真空腔中凝固。觀察凝固過程發現,在凝固過程中氣泡變化的程度指示了存在的(de)氫氣量。同時使用凝固後的試樣切片可以檢查形成(chéng)氣(qì)泡的大小。
遺憾的是,這些方法並不精確,而且受到熔體中作(zuò)為氫氣泡晶核(hé)存在的氧(yǎng)化物顆粒(lì)的影(yǐng)響很大。測(cè)試溶解氫氣的更(gèng)好方法是使用專門設計的利用液體萃取(qǔ)技術顯(xiǎn)示氫氣的儀器。
鋁在熔液表麵瞬時形(xíng)成非常穩定的氧化物。氧化的速(sù)度隨著溫度的升高和某些合金元素(如鎂和鈹)的存在而增加。而如果鋁熔液表麵沒有受到於擾,那麽在其表麵形成的氧(yǎng)化(huà)物(wù)膜是自我限製的,任何(hé)紊流都會將氧化物膜攪(jiǎo)和到大部分的(de)熔液中,並產生新鮮的表麵以有利於更多的(de)氧化物形(xíng)成。生成的氧化物膜和氧(yǎng)化物(wù)雜質非(fēi)常(cháng)有害於鑄(zhù)鋁件的性能,然而,在合金冶煉、熔化金屬的轉運或澆注和鑄型注滿的過程中都會引起紊流。
熔液中的氧化物顆粒成為形成縮孔(kǒng)和(hé)氣(qì)孔的品核。缺少氧化物雜質時(shí),氣孔(kǒng)和碾微孔隙也就基本消失(shī)了。對於鑄鋁件的生產,減少氧化物雜質是特別重要的一個條件。因(yīn)為(wéi)通常它們的(de)液相線與固相線之問有非常大的幅差,而在多孔隙的狀態下冷凝,則很難給孔隙提供補給。
鑄件的氧化膜則形成了極易失效的脆弱麵,鑄鋁合金力學性能的不均勻性恰恰就是由(yóu)於這些氧化膜的存(cún)在(zài)而引起的,如(rú)果沒有這些氧化膜,不均勻性就會減少,鑄件性(xìng)能的重複性就(jiù)會優於鍛(duàn)件,用X射線檢查時,這些氧(yǎng)化膜通(tōng)常是不可見的,但必須做到事前預防而不要等(děng)事後發現時再去修補。
在熔(róng)融狀態下,可以利用熔劑(jì)的(de)覆蓋來控製氧化物。這些熔劑一般為氯化鎂鹽(yán)。它們漂浮在熔液的(de)表而上。但仍要定期從熔液表麵清除氧化(huà)物,可以采用熔液通過過(guò)濾床的辦法從大熔爐中清除這些懸浮的氧化物雜質。較小規模生產時,可以在澆注係統中設置(zhì)過濾器來清除氧化物。
為了防止在鑄件中形成氧化膜,則需(xū)要讓金屬以毫尤紊流的狀態(tài)進入(rù)到鑄型的型腔.對大多數鑄件(jiàn)來說,利用重力澆注的方法就不(bú)可能做到這(zhè)一點(diǎn),因為直澆道的水頭高度會加快流動速度從而發生紊流,所以一定要采用反重(chóng)力法或液(yè)位模(mó)具澆注技術。這樣過濾器減(jiǎn)緩金屬流動的速度,使其慢到足以防止氧化(huà)物產生。
另外必須從底部注入模具的型腔,注(zhù)入鑄件各個液位(wèi)的次序電要精心設計(jì)好,以免發生“瀑布”——模具中液(yè)態金屬(shǔ)從較高液位掉落(luò)到較低的(de)液位,從而在新(xīn)生金屬表麵形成氧化(huà)物。利用從底部注(zhù)入模具的(de)方法,液態金屬頂上的氧化層將(jiāng)升入到(dào)上砂箱層麵的頂部(bù)並流(liú)入冒口的頂,這樣則不(bú)會損害鑄件。
很多(duō)鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會慢慢與氧(yǎng)氣發生反應的元素(sù),熔化的金屬保存時間過長,這些元素就會被逐漸氧化,導致鑄件的化學成分不達標,而其他一些合金元素,例如具有(yǒu)低氣化壓的鋅,還會從浴槽的表而蒸發(fā)。