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昆山冠奧鋁業有限公司
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  • “鋁合金”詳細信息
鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料,在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。工業經濟的飛速發展,對鋁合金焊接結構件的需求日益增多,使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。目前鋁合金是應用很多的合金。

鋁合金歷史發展
氧化鋁在1808年在實驗室利用電解還原為鋁材,于1884年即被作為建筑材料使用在美國華盛頓紀念碑尖頂上至今;鋁材加入各種金屬元素合成的鋁合金材料已被建筑工業廣泛應用在各環節上。
1908年美國鋁業公司發明電工鋁合金1050,并制成鋼芯鋁絞線,開創高壓遠程輸電先鋒。
1915年美國鋁業公司發明2017合金,1933年發明2024合金,使鋁在航空器中的應用得以迅速擴大。 1933年美國鋁業公司發明6061合金,隨即創造了擠壓機淬火工藝,顯著擴大了擠壓型材應用范圍。
1943年美國鋁業公司發明了6063合金及7075合金,開創了高強度鋁合金的新紀元。
1965年美國鋁業公司又發明了A356鑄造鋁合金,這是經典鑄造鋁合金。
隨著對鋁合金材料方面的研究深入,高強鋁合金(2000、7000系列)以其優異的綜合性能在商用飛機上的使用量已經達到其結構質量的80%以上,因此得到全球航空工業界的普遍重視。鋁合金開始逐漸應用于生活、軍事、科技方面。

鋁合金理化性質
物質特性
鋁合金密度低,但強度比較高,接近或超過優質鋼,塑性好,可加工成各種型材,具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性,工業上廣泛使用,使用量僅次于鋼。一些鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。硬鋁合金屬AI—Cu—Mg系,一般含有少量的Mn,可熱處理強化.其特點是硬度大,但塑性較差。超硬鋁屬Al一Cu—Mg—Zn系,可熱處理強化,是室溫下強度最高的鋁合金,但耐腐蝕性差,高溫軟化快。鍛鋁合金主要是Al—Zn—Mg—Si系合金,雖然加入元素種類多,但是含量少,因而具有優良的熱塑性,適宜鍛造,故又稱鍛造鋁合金。 
物質結構
純鋁的密度?。é?2.7g/cm3),大約是鐵的 1/3,熔點低(660℃),鋁是面心立方結構,故具有很高的塑性(δ:32~40%,ψ:70~90%),易于加工,可制成各種型材、板材,抗腐蝕性能好。但是純鋁的強度很低,退火狀態 σb 值約為8kgf/mm2,故不宜作結構材料。通過長期的生產實踐和科學實驗,人們逐漸以加入合金元素及運用熱處理等方法來強化鋁,這就得到了一系列的鋁合金。 添加一定元素形成的合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度,σb 值分別可達 24~60kgf/mm2。這樣使得其“比強度”(強度與比重的比值 σb/ρ)勝過很多合金鋼,成為理想的結構材料,廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面,飛機的機身、蒙皮、壓氣機等常以鋁合金制造,以減輕自重。采用鋁合金代替鋼板材料的焊接,結構重量可減輕50%以上。

鋁合金制造工藝:
合成工藝
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)以及電阻爐和電熱輻射爐。爐料種類廣泛,從高質量的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使用。然而,即使在最適宜熔煉澆注的條件下,熔化的鋁也易受三種類型的不良影響:
·在高溫條件下,隨著時間的推移,氫氣的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。
氫氣是很容易被熔化的鋁吸附的。不幸的是,在熔化的鋁合金中,氫氣的溶解度基本上大于其在固體鋁中的溶解度。當鋁合金凝固時,氫氣從熔液中排出,收縮孔隙度擴大并放大,同時伴隨著力學性能的喪失。氫氣一般源自濕爐料和潮濕的熔化工具,但主要的氫氣源是環境中的濕氣。因為熔煉時幾乎難以防止氫氣的吸附,所以澆注前必須從熔液中除去氫氣。最常使用的方法是向熔液中鼓入干燥的氮氣或氬氣泡。使用氯氣除去氫氣是格外有效的。然而,由于環境和安全原因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液中的氫氣量,其過程是將熔化鋁的試樣注入鋼杯中,并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氫氣量。同時使用凝固后的試樣切片可以檢查形成氣泡的大小。遺憾的是,這些方法并不精確,而且受到熔體中作為氫氣泡晶核存在的氧化物顆粒的影響很大。測試溶解氫氣的更好方法是使用專門設計的利用液體萃取技術顯示氫氣的儀器。
鋁在熔液表面瞬時形成非常穩定的氧化物。氧化的速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。而如果鋁熔液表面沒有受到于擾,那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的,任何紊流都會將氧化物膜攪和到大部分的熔液中,并產生新鮮的表面以有利于更多的氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物雜質非常有害于鑄鋁件的性能,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和氣孔的品核。缺少氧化物雜質時,氣孔和碾微孔隙也就基本消失了。對于鑄鋁件的生產,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面,鑄鋁合金力學性能的不均勻性恰恰就是由于這些氧化膜的存在而引起的,如果沒有這些氧化膜,不均勻性就會減少,鑄件性能的重復性就會優于鍛件,用X射線檢查時,這些氧化膜通常是不可見的,但必須做到事前預防而不要等事后發現時再去修補。
在熔融狀態下,可以利用熔劑的覆蓋來控制氧化物。這些熔劑一般為氯化鎂鹽。它們漂浮在熔液的表而上。但仍要定期從熔液表面清除氧化物,可以采用熔液通過過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,可以在澆注系統中設置過濾器來清除氧化物。
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,利用重力澆注的方法就不可能做到這一點,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較低的液位,從而在新生金屬表面形成氧化物。利用從底部注入模具的方法,液態金屬頂上的氧化層將升入到上砂箱層面的頂部并流入冒口的頂,這樣則不會損害鑄件。
很多鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會慢慢與氧氣發生反應的元素,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,例如具有低氣化壓的鋅,還會從浴槽的表而蒸發。
加工工藝
硅對硬質合金有腐蝕作用。雖然一般將超過12%Si的鋁合金稱為高硅鋁合金,推薦使用金剛石刀具,但這不是絕對的,硅含量逐漸增多對刀具的破壞力也逐漸加大。因此有些廠商在硅含量超過8%時就推薦使用金剛石刀具。
硅含量在8%-12%之間的鋁合金是一個過渡區間,既可以使用普通硬質合金,也可以使用金剛石刀具。但使用硬質合金應使用經PVD(物理鍍層)方法、不含鋁元素的、膜層厚度較小的刀具。因為PVD方法和小的膜層厚度使刀具保持較鋒利的切削刃成為可能(否則為避免膜層在刃口處異常長大需要對刃口進行足夠的鈍化,切鋁合金就會不夠鋒利),而膜層材料含鋁可能使刀片膜層與工件材料發生親合作用而破壞膜層與刀具基體的結合。因為超硬鍍層多為鋁、氮、鈦三者的化合物,可能會因硬質合金基體隨膜層剝落時少量剝落造成崩刃。
建議使用下列三類刀具之一:
1.不鍍層的超細顆粒硬質合金刀具
2.帶未含鋁鍍層(PVD)方法的硬質合金刀具,如鍍TiN、TiC等
3.用金剛石刀具
刀具的容屑空間要大,一般建議用2齒,前角、后角要大(如12°-14°,包括端齒后角)。
如果只是一般銑面,可以用45°主偏角的可轉位面銑刀,配用專門加工鋁合金的刀片,應該效果更好。
鋁合金常用板材厚度:高級金屬屋面(和幕墻)系統的一般為0.8-1.2mm(而傳統的一般要≥2.5mm).

鋁合金檢測方法:
Delta 合金分析儀專門用于現場,無損,快速,準確分析檢測合金元素和合金牌號的識別。
· 合金材料鑒別(PMI)
來料檢驗;庫存材料管理;安裝材料復檢。由于在石化建設,金屬冶煉,壓力容器,電力電站,石油化工,精細化工,制藥,航空航天等行業中,混料或使用不合格的材料會產生嚴重的安全事故。Delta
合金分析檢測鋁合金
合金分析檢測鋁合金
合金分析儀用以確保生產設備與管道中所使用的合金零部件與設計要求的規格完全一致。Delta合金分析儀攜帶方便,使用簡單,分析速度快,精度高,其結果直接顯示合金牌號、金屬成分的百分比含量,從而使Delta合金分析儀成為合金材料鑒別的全世界第一供應商。
· 廢舊金屬分析
廢舊金屬的回收、再利用需要Delta合金分析儀,確保對大量繁雜多樣的合金種類及材料品質,進行現場快速準確的分析檢測。為購銷雙方在原材料交易時作出迅速、可靠的判定,并提供必要的信息。
· 質量保證與質量控制(QA/QC)
在金屬制造行業中,材料、半成品、成品的質量保證與質量控制(QA/QC)是必不可少的,混料或使用不合格材料必給企業帶來損失。Delta合金分析儀被廣泛用于從小型金屬材料加工廠到大型的飛機制造商的各種制造業。已成為質量體系中材料確認、半成品檢驗、成品復檢的首選儀器。

鋁合金材料分類:
純鋁分冶煉品和壓力加工品兩類
,前者以化學成份Al表示,后者用漢語拼音LV(鋁、工業用的)表示。鋁合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類:
形變鋁合金能承受壓力加工??杉庸こ篩髦中翁?、規格的鋁合金材。主要用于制造航空器材、建筑用門窗等。 形變鋁合金又分為不可熱處理強化型鋁合金和可熱處理強化型鋁合金。不可熱處理強化型不能通過熱處理來提高機械性能,只能通過冷加工變形來實現強化,它主要包括高純鋁、工業高純鋁、工業純鋁以及防銹鋁等??扇卻砬炕吐梁轄鸝梢醞ü慊鷙褪斃У熱卻硎侄衛刺岣呋敵閱?,它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。
鑄造鋁合金按化學成分可分為鋁硅合金,鋁銅合金,鋁鎂合金,鋁鋅合金和鋁稀土合金,其中鋁硅合金又有過共晶硅鋁合金,共晶硅鋁合金,單共晶硅鋁合金,鑄造鋁合金在鑄態下使用。
變形鋁合金
一系:1000系列鋁合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列屬于含鋁量最多的一個系列。純度可以達到99.00%以上。由于不含有其他技術元素,所以生產過程比較單一,價格相對比較便宜,是目前常規工業中最常用的一個系列。市場上流通的大部分為1050以及1060系列。1000系列鋁板根據最后兩位阿拉伯數字來確定這個系列的最低含鋁量,比如1050系列最后兩位阿拉伯數字為50,根據國際牌號命名原則,含鋁量必須達到99.5%以上方為合格產品。我國的鋁合金技術標準(gB/T3880-2006)中也明確規定1050含鋁量達到99.5%.同樣的道理1060系列鋁板的含鋁量必須達到99.6%以上。
二系:2000系列鋁合金代表2024、2A16(LY16)、 2A02(LY6)。2000系列鋁板的特點是硬度較高,其中以銅元素含量最高,大概在3-5%左右。2000系列鋁棒屬于航空鋁材,在常規工業中不常應用。
三系:3000系列鋁合金代表3003 、 3A21為主。我國3000系列鋁板生產工藝較為優秀。3000系列鋁棒是由錳元素為主要成分。含量在1.0-1.5之間,是一款防銹功能較好的系列。
四系:4000系列鋁棒代表為4A01 4000系列的鋁板屬于含硅量較高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之間。屬建筑用材料、機械零件鍛造用材、焊接材料;低熔點、耐蝕性好, 產品描述:具有耐熱、耐磨的特性
五系:5000系列鋁合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列鋁棒屬于較常用的合金鋁板系列,主要元素為鎂,含鎂量在3-5%之間。又可以稱為鋁鎂合金。主要特點為密度低,抗拉強度高,延伸率高,疲勞強度好,但不可做熱處理強化。在相同面積下鋁鎂合金的重量低于其他系列.在常規工業中應用也較為廣泛。在我國5000系列鋁板屬于較為成熟的鋁板系列之一。
六系:6000系列鋁合金代表6061 主要含有鎂和硅兩種元素,故集中了4000系列和5000系列的優點6061是一種冷處理鋁鍛造產品,適用于對抗腐蝕性、氧化性要求高的應用??墑褂瞇院?,容易涂層,加工性好。
七系:7000系列鋁合金代表7075 主要含有鋅元素。也屬于航空系列,是鋁鎂鋅銅合金,是可熱處理合金,屬于超硬鋁合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性,但耐腐蝕性較差。
八系:8000系列鋁合金較為常用的為8011 屬于其他系列,大部分應用為鋁箔,生產鋁棒方面不太常用。
九系:9000系列鋁合金是備用合金。
鋁合金的物質類別
鋁合金純鋁產品
純鋁分冶煉品和壓力加工品兩類,前者以化學成份Al表示,后者用漢語拼音LV(鋁、工業用的)表示。
鑄造鋁合金(ZL)按成分中鋁以外的主要元素硅、銅、鎂、鋅分為四類,代號編碼分別為100、200、300、400。
高強度鋁合金
高強度鋁合金指其抗拉強度大于480兆帕的鋁合金,主要是壓力加工鋁合金中防銹鋁合金類、硬鋁合金類、超硬鋁合金類、鍛鋁合金類、鋁鋰合金類。
變形鋁及鋁合金狀態、代號
1.范圍
本標準規定了變形鋁合金的狀態代號。
本標準適用于鋁及鋁加工產品。
2.基本原則
2.1基礎狀態代號用一個英文大寫字母表示。
2.2細分狀態代號采用基礎狀態代號后跟一位或多位阿拉伯數字表示。
2.3基本狀態代號
基本狀態分為5種
代號 名稱 說明與應用
F 自由加工狀態 適用于在成型過程中,對于加工硬化和熱處理條件無特殊要求的產品,該狀態產品的力學性能不作規定。
O 退火狀態 適用于經完全退火獲得最低強度的加工產品。
H 加工硬化狀態 適用于通過加工硬化提高強度的產品,產品在加工硬化后可經過(也可不經過)使強度有所降低的附加熱處理。
W 固熔熱處理狀態(一種不穩定狀態),僅適用于經固溶熱處理后,室溫下自然時效的合金,該狀態代號僅表示產品處于自然時效階段。
T 熱處理狀態(不同于F、O、H狀態) 適用于熱處理后,經過(或不經過)加工硬化達到穩定的產品。T代號后面必須跟有一位或多位阿拉伯數字。在T字后面的第一位數字表示熱處理基本類型(從1~10),其后各位數字表示在熱處理細節方面有所變化。如 6061—T 62 ;5083—H 343等。
T1—從成型溫度冷卻并自然時效至大體穩定狀態。
T2—退火狀態(只用于鑄件)。
T3—固溶處理后自然時效。
T31—固溶處理冷作(1%)后自然時效。
T36—固溶處理冷作(6%)后自然時效。
T37—固溶處理冷作(7%)后自然時效,用于2219合金。
T4—固溶處理后自然時效。
T41—固溶處理后沸水淬火。
T411—固溶處理后空冷至室溫,硬度在O及T6之間,殘余應力低。
T42—固溶處理后自然時效。由用戶進行處理,適于2024合金,強度比T4稍低。
T5—從成型溫度冷卻后人工時效。
T6—固溶處理后人工時效。
T61—T41+人工時效。
T611—固溶處理,沸水淬火。
T62—固溶處理后人工時效。
T7—固溶處理后穩定化。提高尺寸穩定性,減小殘余應力,提高抗蝕性。
T72—固溶處理后過時效。
T73—固溶處理后進行分級時效,強度比T6低,抗蝕性顯著提高。
T76—固溶處理后進行分級時效。
T8—固溶處理冷作后人工時效。
T81—固溶處理后冷作,人工時效。為改善固溶處理后的變形及改善強度。
T86—固溶處理后冷作(6%),人工時效。
T87—T37+人工時效。
T9—固溶處理后人工時效再冷作。
T10—從成型溫度冷卻,人工時效后冷作。
Tx51—為消除固溶處理后的殘余應力進行拉伸處理。
板材0.5~3%的永久變形,棒、型材1~3%的永久變形。
X代表3、4、6或8,例如T351、T451、T651、T851,適用于板、拉制棒、線材,拉伸消除應力后不作任何矯正而時效。T3510、T4510、T8510,適用于擠壓型材,拉伸消除應力后為使平直度符合公差進行矯正,并時效。
Tx52—為消除固溶處理后的殘余應力進行壓縮變形,固溶處理后進行2.5%的塑性變形然后時效,例如T352、T652。
Tx53—消除熱應力。
Tx54—為消除精密鍛件固溶處理后的殘余應力進行壓縮變形。


鋁合金施工方法
鍛造修傷
修傷是鋁合金模鍛工藝中的重要一環。由于鋁合金在高溫下較軟,粘性大,流動性差,容易粘模并產生各種表面缺陷(折疊、毛刺、裂紋等),在進行下一道工序前,必須打磨、修傷,將表面缺陷清除干凈,否則在后續工序中缺陷將進一步擴大,甚至引起鍛件報廢。
修傷用的工具有風動砂輪機、風動小銑刀、電動小銑刀及扁鏟等。修傷前先經腐蝕查清缺陷部位,修傷處要圓滑過渡,其寬度應為深度的5~10倍。
壓力加工
鋁合金壓力加工產品分為防銹(LF)、硬質(LY)、鍛造(LD)、超硬(LC)、包覆(LB)、特殊(LT)及釬焊(LQ)等七類。常用鋁合金材料的狀態為退火(M燜火)、硬化(Y)、熱軋(R)等三種。
壓鑄的特點
壓力鑄造簡稱壓鑄,是一種將熔融合金液倒入壓室內,以高速充填鋼制模具的型腔,并使合金液在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。壓鑄區別于其它鑄造方法的主要特點是高壓和高速。
(1)金屬液是在壓力下填充型腔的,并在更高的壓力下結晶凝固,常見的壓力為15—100MPa。
(2)金屬液以高速充填型腔,通常在10—50米/秒,有的還可超過80米/秒,(通過內澆口導入型腔的線速度—內澆口速度),因此金屬液的充型時間極短,約0.01—0.2秒(須視鑄件的大小而不同)內即可填滿型腔。壓鑄機、壓鑄合金與壓鑄模具是壓鑄生產的三大要素,缺一不可。所謂壓鑄工藝就是將這三大要素有機地加以綜合運用,使能穩定地有節奏地和高效地生產出外觀、內在質量好的、尺寸符合圖樣或協議規定要求的合格鑄件,甚至優質鑄件。
壓鑄的流動性
流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造復雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。
影響流動性的因素很多,主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒,但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力(俗稱澆注壓頭)的高低。
實際生產中,在合金已確定的情況下,除了強化熔煉工藝(精煉與除渣)外,還必須改善鑄型工藝性(砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度),并在不影響鑄件質量的前提下提高澆注溫度,保證合金的流動性。
鋁材
鋁和鋁合金經加工成一定形狀的材料統稱鋁材,包括板材、帶材、箔材、管材、棒材、線材、型材等。
焊接方法
鋁合金材料,強度高和質量輕。主要焊接工藝為鎢極氬弧焊TIG、氣體?;ず窶IG、攪拌摩擦焊FSW、電阻點焊等。
鋁合金焊接?;ご朧?/span>
1、焊前用化學+機械的方法清除工件坡口及周圍部分和焊絲表面的氧化物,順序是先化學清洗,后機械打磨;
2、焊接過程中要采用合格的?;て褰斜;?;
3、在氣焊時,采用熔劑,在焊接過程中不斷用焊絲挑破熔池表面的氧化膜。
焊接難點
(1)極易氧化。在空氣中,鋁容易同氧化合,生成致密的三氧化二鋁薄膜(厚度約0.1-0.2μm),熔點高(約2050℃),遠遠超過鋁及鋁合金的熔點(約600℃左右)。氧化鋁的密度3.95-4.10g/cm3,約為鋁的1.4倍,氧化鋁薄膜的表面易吸附水分,焊接時,它阻礙基本金屬的熔合,極易形成氣孔、夾渣、未熔合等缺陷,引起焊縫性能下降。
(2)易產生氣孔。鋁和鋁合金焊接時產生氣孔的主要原因是氫,由于液態鋁可溶解大量的氫,而固態鋁幾乎不溶解氫,因此當熔池溫度快速冷卻與凝固時,氫來不及逸出,容易在焊縫中聚集形成氣孔。氫氣孔難于完全避免,氫的來源很多,有電弧焊氣氛中的氫,鋁板、焊絲表面氧化膜吸附空氣中的水分等。實踐證明,即使氬氣按GB/T4842標準要求,純度達到99.99% 以上,但當水分含量達到20ppm時,也會出現大量的致密氣孔,當空氣相對濕度超過80%時,如果不采取加熱等措施,焊縫就會明顯出現氣孔。同時,采用小電流慢速焊,加大焊縫冷卻時間,并利用焊絲電弧進行熔池攪動,可以較好的幫助氣體排出熔池。
(3)焊縫變形和形成裂紋傾向大。鋁的線膨脹系數和結晶收縮率約比鋼大兩倍,易產生較大的焊接變形的內應力,對剛性較大的結構將促使熱裂紋的產生。
(4)鋁的導熱系數大(純鋁0.538卡/Cm.s.℃)。約為鋼的4倍,因此,焊接鋁和鋁合金時,比焊鋼要消耗更多的熱量。
(5)合金元素的蒸發的燒損。鋁合金中含有低沸點的元素(如鎂、鋅、錳等),在高溫電弧作用下,極易蒸發燒損,從而改變焊縫金屬的化學成分,使焊縫性能下降。
(6)高溫強度和塑性低。高溫時鋁的強度和塑性很低,破壞了焊縫金屬的成形,有時還容易造成焊縫金屬塌落和焊穿現象。
(7)無色彩變化。鋁及鋁合金從固態轉為液態時,無明顯的顏色變化,使操作者難以掌握加熱溫度。
熔煉鑄造
鋁合金的熔煉與澆注是鑄造生產中主要環節。嚴格控制熔煉與澆鑄的全過程,對防止針孔、夾雜、欠鑄、裂紋、氣孔以及縮松等鑄造缺陷起著重要的作用。由于鋁熔體吸收氫傾向大,氧化能力強,易溶解鐵,在熔煉與澆鑄過程中必須采取簡易而又謹慎的預防措施,以獲得優質鑄件。
1、鋁合金爐料配制及質量控制
為了熔煉出優質鋁熔體,首先應選用合格的原材料。須對原材料進行科學管理和適當處理,否則就會嚴重影響合金的質量,生產實踐證明,原材料(包括金屬材料及輔助材料)控制不嚴會使鑄件成批報廢。
(一)原材料必須有合格的化學成分及組織,具體要求如下:
入廠的合金錠除分析主要成分及雜質含量外,尚就檢查低陪組織及斷口。實踐證明,使用了含有嚴重縮孔、針孔、以及氣泡的鋁液,就難以獲得致密的鑄件,甚至會造成整爐、整批的鑄件報廢。
有人在研究鋁硅合金錠對鋁合金針孔的影響時發現,用熔融的純澆鑄砂型試塊時并不出現針孔,當加入低組織和不合格的鋁硅合金錠后,試塊針孔嚴重,且晶粒大。其原因為材料的遺傳性所致。鋁硅系合金和遺傳性隨著含量的提高面增大,硅量達到7%時,遺傳顯著。繼續提高硅含量到共晶成分,遺傳性又稍減小。為解決爐料遺傳性引起的鑄件缺陷,必須選用冶金質量高的鋁錠、中間合金及其它爐料。具體標準如下:
(1)斷口上不應有針孔、氣孔
針孔應在三級以內,局部(不超過受檢面積的25%)不應超過三級,超過三級者必須采取重熔煉的辦法以減少針孔度。重熔精煉方法與一般鋁合金熔煉相同,澆鑄溫度不宜超過660℃,對于那些原始晶粒大的鋁錠、合金錠等,應先用較低的錠模溫度,使它們快速凝固,細化晶粒。
2、爐料處理
爐料使用前應經吹砂處理,以去除表面的銹蝕、油脂等污物。放置時間不長,表面較干凈的鋁合金錠及金屬型回爐料可以不經吹砂處理,但應消除混在爐料內的鐵質過濾網及鑲嵌件等,所有的爐料在入爐前均應預熱,以去除表面附的水分,縮短熔煉時間在3小時以上。
3、爐料的管理及存放
爐料的合理保存及管理對確保合金質量有重要意義。爐料應貯存在溫度變化不大、干燥的倉庫內。
2、坩堝及熔煉工具的準備
(一)坩堝鑄造鋁合金常用鐵坩堝,也可用鑄鋼及鋼板焊接坩堝。
新坩堝及長期未用的舊坩堝,使用前均應吹砂,并加熱到700--800度,保持2--4小時,以燒除附著在坩堝內壁的水分及可燃物質,待冷到300度以下時,仔細清理坩堝內壁,在溫度不低于200度時噴涂料。
坩堝使用前應預熱至暗紅色(500--600度),并保溫2小時以上。新坩堝外熔煉之前,最好先熔化一爐同牌號的回爐料。
(二)熔煉工具的準備
鐘罩、壓瓢、攪拌勺、澆包
錠模等使用前均應預熱,并在150度---200度溫度下涂以防護性涂料,并徹底烘干,烘干溫度為200--400度,保溫時間2小時以上,使用后應徹底清除表面上附著的氧化物、氟化物,(最好進行吹砂)。
3、熔煉溫度的控制
熔煉溫度過低,不利于合金元素的溶解及氣體、夾雜物的排出,增加形成偏析、冷隔、欠鑄的傾向,還會因冒口熱量不足,使鑄件得不到合理的補縮,有資料指出,所有鋁合金的熔煉溫度至少要達705度并應進行攪拌。熔煉溫度過高不僅浪費能源,更嚴重的是因為溫度愈高,吸氫愈多,晶粒亦愈粗大,鋁的氧化愈嚴重,一些合金元素的燒損也愈嚴重,從而導致合金的機械性能的下降,鑄造性能和機械加工性能惡化,變質處理的效果削弱,鑄件的氣密性降低。
生產實踐證明,把合金液快速升溫至較高的溫度,進行合理的攪拌,以促進所有合金元素的溶解(特別是難熔金屬元素),扒除浮渣后降至澆注溫度,這樣,偏析程度最小,熔解的氫亦少,有利于獲得均勻致密、機械性能高的合金.因為鋁熔體的溫度是難以用肉眼來判斷的,所以不論使用何種類型的熔化爐,都應該用測溫儀表控制溫度。測溫儀表應定期校核和維修。熱電偶套管應周期的用金屬刷刷干凈,涂以防護性涂料,以保證測溫結果的準確性及處長使用壽命。
4、熔煉時間的控制
為了減少鋁熔體的氧化、吸氣和鐵的溶解,應盡量縮短鋁熔體在爐內的停留時間,快速熔煉。從熔化開始至澆注完畢,砂型鑄造不超過4小時,金屬型鑄造不超過6小時,壓鑄不超過8小時。
為加速熔煉過程,應首先加入中等塊度、熔點較低的回爐料及鋁硅中間合金,以便在坩堝底部盡快形成熔池,然后再加塊度較大的回爐料及純鋁錠,使它們能徐徐浸入逐漸擴大的熔池,很快熔化。在爐料主要部分熔化后,再加熔點較高、數量不多的中間合金,升溫、攪拌以加速熔化。最后降溫,壓入易氧化的合金元素,以減少損失。
5、熔體的轉送和澆注
盡管固態氧化鋁的密度近似于鋁熔體的密度,在進入鋁熔體內部后,經過足夠長的時間才會沉至坩堝底陪。而鋁熔體被氧化后形成的氧化鋁膜,卻僅與鋁熔體接觸的一面是致密的,與空氣接觸的一面疏松且有大量直徑為60--100A的小孔,其表面積大,吸附性強,極易吸附在水汽,反有上浮的傾向。因此,在這種氧化膜與鋁熔體的比重差小,將其混入熔體中,浮沉速度很慢,難以從熔體中排除,在鑄件中形成氣孔太夾雜。所以,轉送鋁熔體中關鍵是盡量減少熔融金屬的攪拌,盡量減少熔體與空氣的接觸。
采用傾轉式坩堝轉注熔體時,為避免熔體與空氣的混合,應將澆包盡量靠所爐咀,并傾斜放置,使熔體沿著澆包的側壁下流,不致直接沖擊包底,發生攪動、飛濺等。
采用正確合理的澆注方法,是獲得優質鑄件的重要條件之一。生產實踐得,注意下列事項,對防止、減少鑄件缺陷是很有效的。
(一)澆注前應仔細檢查熔體出爐溫度、澆包容量及其表面涂料層的干燥程度,其他工具的準備是否合乎要求。金屬澆口杯在澆注前3--5分鐘之內就在砂型上安放好,此時澆包懷的溫度不高于150度,安置過早或溫度過高,澆道內憋住大量氣體,在澆注時有爆炸的危險。
(二)不能在有“過堂風”的場合下澆注,以及熔體強烈氧化,燃燒,使鑄件產生氧化夾雜等缺陷。
(三)由坩堝內獲取熔體時,應先用包底輕輕撥開熔體表面的氧化皮或熔劑層,緩慢地將澆包浸入熔體內,用澆包的寬口舀取熔體,然后平穩的提起澆包。
(四)端包時不要掌平,步子要穩,澆包不宜提得過高,澆包內金屬液面必須保持平穩,不受攏動。
(五)即將澆注時,應扒凈澆包的渣子,以免在澆注中將熔渣、氧化皮等帶入鑄型中。
(六)在澆注中,熔體流就保持平穩,不能中斷,不能直沖口懷的底孔。澆口懷自始至終應充滿,液面不得翻動,澆注速度要控制得當。通常,澆注開始度就稍慢些,使熔體充填平穩,然后速度稍快,并基本保持澆注速度不變。
(七)在澆注過程中,澆包咀與澆口的距離就盡可能靠近,以不超過50毫米為限,以免熔液過多地氧化。
(八)帶堵塞的澆口懷,堵塞不能撥得太早,在熔體充滿澆口懷后,再緩慢地斜向撥出,以免熔體在注入澆道時產生渦流。
(九)距坩堝底部60毫米以下的熔體不宜澆注鑄件。
鋁合金鑄造(ZL)
按成分中鋁以外的主要元素硅、銅、鎂、鋅分為四類,代號編碼分別為100、200、300、400。
為了獲得各種形狀與規格的優質精密鑄件,用于鑄造的鋁合金一般具有以下特性。
(1)有填充狹槽窄縫部分的良好流動性
(2)有比一般金屬低的熔點,但能滿足極大部分情況的要求
(3)導熱性能好,熔融鋁的熱量能快速向鑄模傳遞,鑄造周期較短
(4)熔體中的氫氣和其他有害氣體可通過處理得到有效的控制
(5)鋁合金鑄造時,沒有熱脆開裂和撕裂的傾向
(6)化學穩定性好,抗蝕性能強
(7)不易產生表面缺陷,鑄件表面有良好的表面光潔度和光澤,而且易于進行表面處理
(8)鑄造鋁合金的加工性能好,可用壓模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型鑄造模進行鑄造生產,也可用真空鑄造、低壓和高壓鑄造、擠壓鑄造、半固態鑄造、離心鑄造等方法成形,生產不同用途、不同品種規格、不同性能的各種鑄件。
鑄造鋁合金在轎車上是得到了廣泛應用,如發動機的缸蓋、進氣歧管、活塞、輪轂、轉向助力器殼體等。
缺陷修復
鋁合金在生產過程中,容易出現縮孔、砂眼、氣孔和夾渣等鑄造缺陷。如何修復鋁合金鑄件氣孔等缺陷呢?如果用電焊、氬焊等設備來修補,由于放熱量大,容易產生熱變形等副作用,無法滿足補焊要求。
冷焊修復機是利用高頻電火花瞬間放電、無熱堆焊原理來修復鑄件缺陷。由于冷焊熱影響區域小,不會造成基材退火變形,不產生裂紋、沒有硬點、硬化現象。而且熔接強度高,補材與基體同時熔化后的再凝固,結合牢固,可進行磨、銑、銼等加工,致密不脫落。冷焊修復機是修補鋁合金氣孔、砂眼等細小缺陷的理想方法。
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