压铸过程中，铝液除渣及精炼除气的分析

原标题：压铸铝合金熔炼过程中除渣及精炼除气的分析

压铸铝合金熔炼是压铸生产过程中的一个重要工序, 熔炼工艺控制不严, 会造成铝(简称：Al)液含渣量及含气量增多, 并且会使化学成分产生变化, 导致铸件产生针孔、氧化夹渣、缩松和化学成分不合格, 影响铸件品质。压铸铝合金在熔炼过程中容易吸气氧化, 在连续熔化过程中, 会在Al液表面及内部产生氧化夹渣。熔炼原料分为Al锭和回炉料, 回炉料含渣量高于Al锭, 熔炼后Al液内氧化渣会相应增加。氧化渣容易被Al液内的气体吸附, 造成气体不易从Al液中析出。由于Al液中气体及氧化夹杂的存在, 导致在压铸件中产生缩孔、气孔、夹渣等缺陷。优质的Al液应具有化学成分合格、气体及氧化夹杂物含量低、铸造性能良好、铸件力学性能符合要求等特点。从熔炼过程中影响Al液质量的主要环节入手, 通过对各个环节工艺的效果进行试验, 确定各个熔炼环节最佳的工艺参数, 有效提高Al液品质, 从而满足压铸件的生产需求。

图文结果

Al液中存在的夹杂物种类很多, 除了炉体本身材料脱落外, 大部分来源于回炉料。回炉料在放置及熔化过程中会形成氧化铝、氧化镁等氧化物夹杂物。由于回炉料不能做到绝对清洁, 同时浇口、不合格压铸件等表面会粘附油状物且比较潮湿, 在熔化过程中, 会产生大量烟气、水气, 这是氢气的主要来源。经对同一炉内熔炼前Al锭及铸造后回炉料密度测试及金相分析 (见表1) , 发现回炉料内氢含量及夹杂物明显增多。

表1 Al锭和回炉料杂质对比表

表2 Al液精炼除气时间对Mg含量的影响

表3 Al锭和回收料化学成分（%）

表4 回炉料分级管控参照表

铝合金在压铸生产过程中, 由于需要对压射冲头进行润滑, 润滑介质为冲头润滑油或者润滑颗粒。压铸完成后, 大部分的冲头润滑残留物积聚在料饼表面, 形成夹杂物。在回炉料中有一部分是加工后的废品, 其表面含有切屑液及油污的残留成分, 熔化过程中, 残留的切屑液和油污经过高温加热, 产生大量的烟气、水气, 加速了Al液的吸气以及氧化夹杂产生。为保证Al液品质, 建议回炉料占比见表4。根据以上试验数据分析, 回炉料不仅导致Al液中夹杂物增多以及化学成分变化, 而且由于夹杂物增多, 也会影响铸件的力学性能;在压铸充填过程中还会影响Al液的流动性, 导致诸多压铸缺陷产生。所以在日常熔化过程中, 既要考虑到熔炼成本, 又要保证Al液的质量, 根据产品需求必须对回炉料进行分级并合理按所需比例使用。

图1 Al液中氢含量与熔炼温度和放置时间的关系

图2 精炼除气时间与铝合金试样密度的关系图

图3 不同密度铝合金试样的比较（g·cm-3）

图4 K模示例图

图5 K模尺寸示例图

(1) K模模具准备K模清洁1次/班, 并均匀喷涂模剂涂料打底;K模预热30～60min;其底面与地面末端夹角为30°～45°, 方便Al液导入、气体排出。(2) K模尺寸 (见图5) 及试样浇注：①用勺子舀Al液, 勺子倒入K模时不得浇注过快以免堵塞浇料口, 导致K模内气体无法从浇料口排出, 保持匀速直至浇满; ②待冷却8～10s将K模试样取出, 按照此方式连续浇注5模试样; ③K模浇注前:Al液必须经过旋转除气机除渣除气完成后进行, 浇包内浮渣清理干净; ④等待K模试样自然冷却或者水冷后擦干试样表面残留水分, 将每根K模试样按照折断线位置均匀敲成4小段, 并整齐码放一起, 共计5组。

图6 含渣量示意图

表5 K值标准对照表

试样在半凝固状态下放入密闭的空间, 然后对其进行抽真空, 待试样在真空容器内完全凝固, 得到的试样通过观察外观, 对比标样得出Al液中的含氢量。试验时, 取少量Al液倒入经预热的坩埚内, 立即 (小于10s) 放入密封的真空室内, 然后打开测氢仪真空泵, 真空室形成真空状态。

图7 不同精炼除气时间下真空试样外观对比效果图

图8 剖切试样比对图

图9 密度测试及对比试样

表6 铸件密度与力学性能的关系

图10 Fe含量对压铸ADC12铝合金力学性能的影响

结论

(1) 在铝合金熔炼过程中需对回炉料进行明确分类;对内部组织要求致密且有气密性要求的铸件, 回炉料配比控制在30%以内, 普通铸件回炉料的配比可放宽至40%。

(2) Al液熔炼温度保持在720～750℃可减少Al液的吸气。

(3) 为保证精炼除气效果, 铝合金精炼除气时间不得短于8min。

(4) ADC12铝合金中Fe含量应控制在0.70%～0.85%。

作者王龙生 薛东庆 张庆昌山东银光钰源轻金属精密成型有限公司本文来自：《特种铸造及有色合金》杂志，《压铸周刊》战略合作伙伴