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壓鑄新技術(shù)——鋁液凈化 小型壓鑄廠(chǎng)的福音

來(lái)源: 譽(yù)格壓鑄    人氣:1165    發(fā)布時(shí)間: 2023-02-16 

隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展,鋁合金壓鑄件的使用越來(lái)越多,對鋁合金壓鑄件的要求也越來(lái)越高。除要求保證化學(xué)成分、力學(xué)性能和尺寸精度外,鋁合金壓鑄件還不允許有縮孔、縮松、氣孔、渣孔等鑄造缺陷。鋁液凈化處理是保證高質(zhì)量鋁合金產(chǎn)品的措施之一,也是提高鋁合金綜合質(zhì)量的主要手段。鋁液的精煉效果對氣孔、縮孔、夾雜的形成有重要的影響,且直接影響鋁合金壓鑄件的物理性能、力學(xué)性能。沒(méi)有高質(zhì)量的鋁液,即使后續處理再先進(jìn),缺陷一旦產(chǎn)生它就始終存在產(chǎn)品之中,高質(zhì)量的鋁合金壓鑄件就難以獲得。因此必須重視鋁液中的氣體和夾雜物,并采取措施來(lái)清除鋁液中的氣體和夾雜物。

1、鋁液中的氣體和夾雜物

鋁液中的氣體主要是氫氣(約占80%~90%),其次是氮氣、氧氣、一氧化碳等。氫幾乎不溶于固態(tài)鋁,而在液態(tài)溶解度很大。氫在固相線(xiàn)上下的溶解度為每100 g鋁液的氫含量是0.65 mL和0.034 mL(氫在0.1MPa的條件下), 即氫在固液兩相的溶解度相差19.1倍,而每 100g 熔融鋁中正常的氫含量為0.1~0.4 mL。 由于溶解度的不同氫就傾向于從熔體中逸出, 當氫氣壓力大于表面張力和液體靜壓力時(shí)就形成氣泡,進(jìn)而在鋁合金壓鑄件中產(chǎn)生針孔。因此,在鋁合金熔體凈化方面, 主要存在的問(wèn)題是鋁合金的含氫量較高, 而現有手段不能滿(mǎn)足高質(zhì)量鋁合金壓鑄件的生產(chǎn)要求。通常每100 g鋁的含氫量在0.1~0.2 mL時(shí)基本能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,對特殊要求的鋁合金壓鑄件(像航空鑄件)每100 g鋁的含氫量要在0.06mL以下。

夾雜是指在液相線(xiàn)以上的任何固體及液體以外的物質(zhì)。 鋁液中常見(jiàn)的非金屬雜質(zhì)有氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等,大都以顆粒狀存在,典型的顆粒尺寸在1~30 μm范圍內。 除來(lái)自爐料外,主要是熔化過(guò)程中化學(xué)反應的產(chǎn)物。鋁表面的氧化膜厚度在2~10 μm,接近熔點(diǎn)時(shí)增至200 μm,液面上的氧化膜不僅更厚,而且結構發(fā)生了變化;面向鋁液一側是致密的對鋁液有保護作用,而鋁液外側是疏松的,內有直徑5~10 μm 的小孔并被氫、空氣、水汽充滿(mǎn),如果將液膜攪入鋁液就會(huì )增雜、增氣。另外在高合金熔體中還 會(huì )出現一些不希望有的初生金屬間化合物,如鋁鋯、 鋁鈦等,含鐵的鋁合金還會(huì )形成富鐵的鋁鐵相、鋁硅鐵相等,鋁硅鐵相是一種針狀化合物嚴重破壞鋁的基體,影響力學(xué)性能。

鋁合金中的夾雜物與氣體存在很強的交互作用,鋁液中的含氫量受夾雜影響很大,當夾雜含量為0.002%和0.02%時(shí),相應的氫含量為0.2 mL /100 g Al和0.35 mL /100 g Al。 在含氫量相同的情況下,夾雜物含量越高針孔率越高;相反,當鋁液中含雜量很低時(shí),含氫量也很低;即使人為通入氫氣,也會(huì )自動(dòng)析出,很快恢復到原來(lái)的含量。即使少量夾雜存在,也能顯著(zhù)降低形成氣孔的臨界濃度值。 另一方面在無(wú)夾雜(或夾雜含量很低)的情況下,形成氣孔的臨界氫濃度可以達到0.3mL/100gAl。因此,除雜和除氣應同時(shí)進(jìn)行,同樣重要。 不管用哪種精煉方式,除氣和除雜的效果往往是兼而有之,但各有側重。

壓鑄新技術(shù)——鋁液凈化 小型壓鑄廠(chǎng)的福音

2、鋁合金熔體凈化技術(shù)的現狀

目前鋁液的凈化和晶粒細化綜合處理,是獲得優(yōu)質(zhì)鋁合金的基礎問(wèn)題。 鋁液凈化處理按生產(chǎn)環(huán)節的不同可分為爐內處理和爐外處理。鋁合金爐內處理按凈化的機理可分為吸附凈化技術(shù)和非吸附凈化技術(shù)。

吸附法凈化主要是依靠精煉劑產(chǎn)生的吸附氧化夾雜物的作用,同時(shí)清除氧化夾雜及表面依附的氫, 達到凈化鋁液的目的。非吸附法凈化依靠其它物理化學(xué)作用,達到鋁液凈化的目的。吸附法凈化作用只發(fā)生在吸附界面上,非吸附法凈化的作用同時(shí)作用于整個(gè)鋁液。 吸附法主要有惰性氣體吹洗、活性氣體吹洗、混合氣體吹洗、氯鹽(六氯乙烷)凈化、無(wú)毒精煉劑凈化、溶劑法凈化等;非吸附法,主要有真空凈化處理法(靜態(tài)真空處理、動(dòng)態(tài)真空處理)、超聲波凈化處理法、電磁凈化處理法、壓力結晶法、稀土元素固氫法等。

在吸附凈化處理技術(shù)中用氯氣精煉時(shí),氯氣與液態(tài)鋁生成三氯化鋁,三氯化鋁與氫氣生成氯化氫,兼有物理和化學(xué)的作用,精煉效果明顯,但污染環(huán)境、對人體有害。后來(lái)改用惰性氣體(氮氣和氬氣)精煉,甚至用99.999%的惰性氣體,但效果不好,且增加成本。 采用各種方法改善精煉工藝但總是達不到氯氣精煉的效果。近年來(lái)國外采用混合氣體精煉,即惰性氣體加活性氣體,在強化熔體除氫作用的同時(shí)有利于去除鋁合金內部的夾雜物,并在鋁合金熔體表面形成干渣, 可以達到很好地精煉效果。而且可以便捷控制氯氣的混入量,對環(huán)境的影響也不大。

在吸附法凈化處理技術(shù)中通過(guò)工藝創(chuàng )新、工藝改造也產(chǎn)生了許多實(shí)用的鋁液處理方法:像惰性氣體旋轉除氣、泡沫陶瓷過(guò)濾、噴粉處理,以及旋轉除氣與噴粉處理聯(lián)合使用等多種方法。在非吸附法凈化處理技術(shù)中,稀土元素固氫法也是未來(lái)的發(fā)展方向之一。

3、鋁液凈化技術(shù)在我國的應用狀態(tài)

鋁合金壓鑄廠(chǎng)規模都不是很大,年產(chǎn)能在5萬(wàn)噸以上的企業(yè)也不過(guò)百家,在這些企業(yè)中鋁合金壓鑄產(chǎn)品占了相當的比例。再加上目前我國的壓鑄廠(chǎng)高質(zhì)量的鋁合金壓鑄件的生產(chǎn)量還不是很大,因此鋁液的凈化處理技術(shù)的發(fā)展緩慢。 我國的熔體凈化裝備、檢測裝備生產(chǎn)企業(yè)不少,但企業(yè)的規模都不大。一些規?;a(chǎn)的企業(yè)除選用用像摩根,Foseco這些國外品牌的裝備,國產(chǎn)裝備隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步正在得到廣泛應用。

在航空航天領(lǐng)域的鋁合金壓鑄件要求高,但在我國目前還處于品種多批量小的一種生產(chǎn)模式,壓鑄廠(chǎng)規模不是很大;大多數企業(yè)鋁液的凈化還是采用惰性氣體旋轉除氣然后打渣的作業(yè)模式;對要求高的鋁液,通過(guò)六氯乙烷進(jìn)行處理后都能達到產(chǎn)品的要求,這也是我國高端凈化設施發(fā)展緩慢的原因之一。

小型的鋁合金壓鑄廠(chǎng),由于鋁合金壓鑄件要求低,設備技術(shù)落后,它們基本上是機邊爐熔化,做些簡(jiǎn)單的打渣處理就生產(chǎn)鋁合金壓鑄件。好一點(diǎn)的還用惰性氣體或無(wú)毒精煉劑做些簡(jiǎn)單的精煉處理或者用過(guò)濾板對鋁液進(jìn)行過(guò)濾,鋁液的處理效果也不做檢測便開(kāi)始生產(chǎn);這種處理方式,鋁液質(zhì)量差、生產(chǎn)檔次低、成本相對較高、壓鑄廠(chǎng)發(fā)展難度大。一些大中型鋁合金壓鑄廠(chǎng),大多采用集中熔化,爐內打渣,轉包除氣打渣處理后轉機邊爐(轉入機邊爐的鋁液要經(jīng)過(guò)檢測)組織生產(chǎn)。有些高要求的鋁合金壓鑄件,在這類(lèi)企業(yè)一般選用連續熔化爐作為機邊爐,鋁液經(jīng)過(guò)惰性氣體在線(xiàn)除氣、泡沫陶瓷過(guò)濾后生產(chǎn)鋁合金壓鑄件。選擇金屬型重力鑄造,大批量生產(chǎn)汽車(chē)、摩托車(chē)鋁合金壓鑄件的企業(yè),基本上都采用連續熔化爐化鋁、惰性氣體T型除氣管在線(xiàn)除氣、陶瓷過(guò)濾板過(guò)濾的方式處理鋁液。 金屬型低壓鑄造,大批量生產(chǎn)汽車(chē)、摩托車(chē)鋁合金壓鑄件的企業(yè)大多也都采用連續熔化爐化鋁、周轉包內惰性氣體旋轉除氣(有些也選用旋轉除氣加噴粉精煉)、扒渣。這些方式處理的鋁液質(zhì)量能保證、效率高、生產(chǎn)成本相對較低;對大批量生產(chǎn)有好處。

4、總結

在我國鑄造領(lǐng)域從技術(shù)、設備以及管理,世界上最先進(jìn)的與最原始的2種模式并存,在這種模式下通過(guò)不斷的學(xué)習先進(jìn)的技術(shù)、管理,特別是我國在改革開(kāi)放的30多年時(shí)間里,鋁合金壓鑄發(fā)生了巨大的變化。不管是技術(shù)還是產(chǎn)能都在提高。鋁液質(zhì)量的檢測手段也在不斷的提高,由最原始的經(jīng)驗判斷到依靠設備定性分析、直到現在的定量分析。在定量分析上不同的企業(yè)都選用自己適合的方式(密度當量法、真空法以及氫含量直讀法);并且這些裝備我國都能生產(chǎn),并與國外的產(chǎn)品已沒(méi)多大的區別。越來(lái)越多的高品質(zhì)鋁合金壓鑄件已經(jīng)開(kāi)始在我國生產(chǎn),對鋁液的要求在不斷的提高,通過(guò)提高鋁液凈化裝備和工藝是一個(gè)必有途徑。

標簽: 壓鑄廠(chǎng)
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