鋁合金在製造合成工藝過程中有哪(nǎ)些要求?鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是(shì)無芯感應爐(lú)和槽(cáo)式感應爐、坩堝爐和反射式平爐(使用天然氣或燃料油燃燒)以(yǐ)及電阻爐和電(diàn)熱(rè)輻射爐。爐料種類廣泛,從高質量的預合金化鑄錠一直到(dào)專門由低等級廢料構成(chéng)的爐料都可以使用。然而(ér),即使在最適宜熔煉澆注(zhù)的條件下,熔化(huà)的鋁也易受三種(zhǒng)類型的不良影響:

·在高溫條件下,隨著時間的推移,氫氣的(de)吸附導致溶解在熔液中氫氣的增加。
·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(hěn)容易被熔化的鋁吸附的。不幸(xìng)的是,在熔化的鋁合金中,氫氣的溶解度基本上大於其在固體鋁中的溶解度。當鋁合金凝(níng)固(gù)時,氫氣從熔液中排出,收縮孔隙度擴大並放大,同時伴隨著力(lì)學性能的喪失。氫氣一般源自(zì)濕爐料和潮濕(shī)的熔(róng)化工(gōng)具,但主要的氫氣源是環境中的濕氣。
因為熔煉時幾乎(hū)難以防止氫氣(qì)的吸附,所以澆(jiāo)注前必須(xū)從(cóng)熔液中除去氫氣(qì)。最常使用的方法是向熔液中鼓入(rù)幹燥的氮氣或氬氣泡。使用氯氣除(chú)去氫氣是格外有效的。然而,由於環境和安(ān)全原因(yīn)常排除它在生產中使用。
過去已利用減壓測試法測量出溶解在熔(róng)液中的(de)氫氣量,其過程是將熔化鋁的試樣注入鋼杯中,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(de)程度指(zhǐ)示了存在的氫氣(qì)量。同時使用凝固後的試樣切片可以檢查形成氣泡的大(dà)小(xiǎo)。
遺憾(hàn)的是,這些方法並不精確,而且受(shòu)到熔(róng)體中作為氫氣泡晶核存在的氧化物顆粒的影響很大(dà)。測試(shì)溶(róng)解氫氣的更好方法是(shì)使用專門設(shè)計的利(lì)用液體萃取技(jì)術顯示氫氣(qì)的(de)儀器。
鋁在熔液表麵瞬時形成非常穩(wěn)定的氧(yǎng)化物。氧化的速度隨著溫度的升高和某些合(hé)金元素(如鎂和鈹(pí))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(xíng)成的氧化物膜是自(zì)我限製的,任何紊(wěn)流都(dōu)會將氧化物膜攪和到大部分的熔液中,並(bìng)產生新鮮的表麵以有(yǒu)利(lì)於更多的(de)氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物雜質非常有害於(yú)鑄鋁件的性能,然而,在合金冶煉、熔化金屬的轉運(yùn)或澆注和鑄型注滿的(de)過程(chéng)中都會引起紊流。
熔液中的氧(yǎng)化物顆粒成為形成縮孔和氣孔的品核。缺(quē)少氧化物雜質時,氣孔和碾微孔隙也就基本消失了。對於(yú)鑄(zhù)鋁件的生產,減少氧化物雜質是特別重要的一個條件。因為通常它們的液相線與固(gù)相線(xiàn)之(zhī)問(wèn)有非常大的幅差(chà),而在多孔隙的狀態下冷凝,則(zé)很難給孔隙提供補給。
鑄件的氧化膜則形(xíng)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於這些(xiē)氧化膜的存在(zài)而(ér)引起的,如果沒有這些(xiē)氧化膜,不均勻性就會減少,鑄件性能的重複性就會優於鍛件,用X射線檢查時,這些氧化膜通常是不可(kě)見的,但必(bì)須做到事前預防而不要等事後發(fā)現時再去(qù)修(xiū)補。
在熔融狀態下,可以利用熔劑的覆蓋來(lái)控(kòng)製氧化物。這些熔(róng)劑一般為氯化鎂鹽。它們漂浮在(zài)熔液的表而上(shàng)。但仍要定期從熔液表麵清除氧化物,可以采用熔液(yè)通過過濾床的辦法從大熔爐中清(qīng)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過濾器來(lái)清除氧化物。
為了防止在鑄件中形成氧化膜,則需要讓金屬以毫尤紊流的狀態進入到鑄型的型腔.對大多數鑄件來說(shuō),利用重力澆注的(de)方法就不可能做到這一點(diǎn),因為直澆道的水頭高度會加(jiā)快(kuài)流動速度從而發生紊流(liú),所以一定要采用反重力法或液位模具澆注技術。這樣過濾器減緩金屬流動的速度,使其慢到足以防止氧化物產生。
另(lìng)外必須從底部注入模具的型腔,注入鑄件各個液位的次序電要精心設計好,以免發生“瀑布”——模具中液態金屬從較高液位掉落到(dào)較低的液位,從而在新生金(jīn)屬表麵形成氧化物。利用從底部注入模具的方法,液態金(jīn)屬頂上的氧化層將升入到上砂箱層麵的頂部並流入冒口的頂,這樣則不會損害鑄件。
很(hěn)多鑄鋁合金都含有像鎂這樣(yàng)的(de)會慢慢與氧氣發生反應的元素,熔化的金(jīn)屬保存(cún)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,例如具有低氣化壓的鋅,還會從浴槽的表而蒸(zhēng)發(fā)。