鑄造鋁硅合金綜合課程設(shè)計指導(dǎo)書

2鑄造鋁硅合金綜合課程設(shè)計〔11%。同時參加少量銅、鐵、鎳以提高強度?！吃囼?zāi)康暮腿蝿?wù)綜合試驗訓(xùn)練，通過從鋁合金材料設(shè)計與選擇、制造到性能檢測的全面訓(xùn)練，使學(xué)生了解鋁合金材料及其加工的生產(chǎn)全過程，所學(xué)根底理論和專業(yè)理論來解釋試驗中的各種現(xiàn)象，培育學(xué)生的動手力量和綜合分析問題的力量，特別是學(xué)生的獨立設(shè)計試驗方案及創(chuàng)力量。根本要求1〕通過從鋁合金材料設(shè)計與選擇、制造到性能檢測的全面訓(xùn)練，使學(xué)生了解鋁合金材料及其加工的生產(chǎn)全過程；4〕學(xué)會整理數(shù)據(jù)，運用學(xué)問解釋試驗中的現(xiàn)象，理論聯(lián)系實際，培育動手力量，采集并分析數(shù)據(jù)的綜合力量。試驗材料和試驗方法鋁合金簡介著稱，可以說沒有鋁合金就不行能有現(xiàn)代化的航空事業(yè)和宇航事業(yè)，在飛機、、人造衛(wèi)星中鋁合金所占比重高達 90%，是鑄造生產(chǎn)中僅次于鑄鐵的其次大合金，其地殼含量達7.5%，在工業(yè)上有著重要地位。民用器皿制造中，具有廣泛的用途。純鋁在硝酸及醋酸等氧化性酸類介質(zhì)中具有良好的耐蝕性，因而鋁鑄件在化學(xué)工業(yè)中也有肯定的用途。純鋁及鋁合金有良好的導(dǎo)熱性能，放在化工生產(chǎn)中使用的熱交換裝置，以及動力機械上要求具有良好導(dǎo)熱性能的零件，如內(nèi)燃機的汽缸蓋和活塞等，也適于用鋁合金來制造。鋁合金具有良好的鑄造性能。由于熔點較低〔純鋁熔點為 金的澆注溫度一般約在730～750℃左右〕，故能廣泛承受金屬型及壓力鑄的鑄件。鑄造鋁合金的分類、牌號：鋁合金依據(jù)加工方法的不同分為兩大類，即壓力加工鋁合金和鑄造鋁合金〔分別以YLZL〕。在鑄造鋁合金中又依主要參加的合金元素的不同而分為四個系列，即鑄造鋁硅合金、鑄造鋁銅合金、鑄造鋁鎂合金和鑄造鉛鋅合金〔分別以ZL1XXZL2XXZL3XXZL4XX表示〕，在每個系列中又依據(jù)化學(xué)成分及性能的不同而分為假設(shè)干牌號。表1中列出了鑄造鋁合金國家標(biāo)準(zhǔn)所包括的幾種鋁合金的牌號。3.2鑄造鋁合金的牌號3-1鑄造鋁合金的牌號序號合金牌號 合金代號序號合金牌號 合金代號序號合金牌號合金代號1ZALSi7Mg ZL10110ZALSi12 ZL109Cu1Mg1Ni119ZALCu5MnCdAZL204A2ZALSi7MgA ZL101A11ZALSi9Cu2Mg ZL11120ZALCu5MnCdVAZL205A3ZALSi12 ZL10212ZALSi7Mg1A ZL114A21ZALR5Cu3Si2ZL2074ZALSi9Mg ZL10413ZALSi5Zn1Mg ZL11522ZALMg10ZL3015ZALSi5Cu1Mg ZL10514ZALSi8MgBe ZL11623ZALMg5Si1ZL3036ZALSi5Cu1MgA ZL105A15ZALCu5Mn ZL20124ZALMg8Zn1ZL3057ZALSi8Cu1Mg ZL10616ZALCu5MnA ZL201A25ZALZn11Si7ZL4018ZALSi7Cu4 ZL10717ZALCu10 ZL20226ZALZn6MgZL4029ZALSi12Cu2Mg ZL10818ZALCu4 ZL203試驗所需儀器設(shè)備坩堝電阻爐，萬力量學(xué)試驗機試驗原理金屬熔鑄，依據(jù)試驗要求配比制造不同成分鋁硅合金。利用萬力量學(xué)試驗機來檢測合金的力學(xué)性能。鋁合金的熔鑄鋁合金的熔煉設(shè)備類型的金屬，需要承受不同的熔煉方法及設(shè)備。如鋼的熔煉是用轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐、感應(yīng)電爐等；鑄鐵的熔煉多承受沖天爐；而非鐵金屬鋁合金的熔化通常承受坩堝電阻爐，爐子的大小一般為30-500kg，電熱體有金屬〕、非金屬〔碳化硅〕兩種，是廣泛用來熔化鋁合金的爐子，〔鑄鐵、鑄鋼、鋼板〕非金屬坩堝〔石墨、粘土、炭質(zhì)〕兩類。QR系列坩堝熔化電阻爐如圖3-13-23-1QR系列坩堝熔化電阻爐外形圖

1—爐殼2—爐襯3—加熱元件4—爐蓋5—坩堝67—支架3-2QR系列坩堝熔化電阻爐構(gòu)造圖其爐體外殼由型鋼及鋼板焊接成圓筒構(gòu)造，其內(nèi)有各種耐火材料磚砌由高電阻合金加工成螺旋狀的電熱元件布置在加熱室四周的擱磚上，通過引出棒與外線路的電源接通。耐熱材料制成的坩堝工作室放在加熱室內(nèi)。在電爐后端裝有保護罩殼，罩殼內(nèi)是加熱元件接線裝置。通過蝸輪減速機，可將裝置在爐架上的爐體在 也可手動操作。爐面板上裝有兩個半圓形的爐蓋，爐蓋合并蓋好后留有一熱電偶測量孔。電路配置一支熱電偶，通過補償導(dǎo)線與掌握柜上的儀表相連接，可掌握工作溫度。鋁合金坩堝電阻爐熔煉的特點及工藝過程鋁合金熔煉的特點由于鋁合金的熔點低，熔煉時極易氧化、吸氣，合金中的低沸點元素〔如鎂、鋅等〕極易蒸發(fā)燒損。故鋁合金的熔煉應(yīng)在與燃料和燃氣隔離的狀態(tài)下進展。鋁合金熔煉工藝掌握較為簡單。鋁合金的牌號較多，使用元同一爐不要熔化成分相差較大的合金，熔煉時配料應(yīng)準(zhǔn)確計算：熔化鋁合金的爐料包括金屬爐料〔料、中間合金、舊爐料〕，溶劑〔掩蓋劑、精煉劑、變質(zhì)劑〕和關(guān)心材料〔指坩堝及熔煉澆注工具外表上涂的涂料〕。配料計算主要是如何搭配金屬材料，以滿足合金質(zhì)量要求。一方面是保證符合要求的化學(xué)成分，另一方面是在保證質(zhì)量的前提下多使用舊爐料，以降低本錢。熔煉的工藝過程爐料處理不長，外表較干凈的鋁合金錠及金屬型回爐料可以不經(jīng)吹砂處理，但應(yīng)消退混在爐料內(nèi)的鐵質(zhì)過濾網(wǎng)及鑲嵌件等，全部的爐料在入爐前均應(yīng)預(yù)熱，以去除外表附的水分，縮短熔煉時間在3坩堝及熔煉工具的預(yù)備坩堝使用前應(yīng)清理干凈及認真檢查有無穿透性缺陷，使用前均應(yīng)吹砂，并預(yù)熱至暗紅色〔500--600度〕保溫2小時以上，以燒除附著在坩堝內(nèi)壁的水分及可燃物質(zhì)，待冷到 300度以下時，認真清理坩堝內(nèi)壁，在溫度不低于200度時噴涂料。坩堝要烘干、烘透才能使用。壓瓢、攪拌勺、澆包等熔煉工具使用前必需除盡剩余金屬及氧化皮等污物，經(jīng)過 300℃預(yù)熱并涂以防護涂料。以免與鋁合金直接接觸，污染鋁合金。涂料一200℃～300熔煉溫度的掌握形成偏析、冷隔、欠鑄的傾向，還會因冒口熱量缺乏，使鑄件得不到合理的補縮，有資料指出，全部鋁合金的熔煉溫度至少要達 705度并應(yīng)進展攪拌。熔煉溫度過高不僅鋪張能源，更嚴峻的是由于溫度愈高，吸氫愈多，果減弱，鑄件的氣密性降低。以促進全部合金元素的溶解〔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。由于鋁熔體的溫度是難以用肉眼來推斷的，所以不管使用何種類型的熔化爐，都應(yīng)當(dāng)用測溫儀表掌握溫度。測溫儀表應(yīng)定期校核和修理。熱電偶套管應(yīng)周期的用金屬刷刷干凈，涂以防護性涂料，以保證測溫結(jié)果的準(zhǔn)確性及延長使用壽命。熔煉時間的掌握為了削減鋁熔體的氧化、吸氣和鐵的溶解，應(yīng)盡量縮短鋁熔體在爐內(nèi)的停留時間，快速熔煉。從熔化開頭至澆注完畢，砂型鑄造不超過 4小時，金屬型鑄造不超過68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，使它們能緩緩浸入漸漸擴大的熔池，很快熔化。在爐料主要局部熔化后，再加熔點較高、數(shù)量不多的中間合金，升溫、攪拌以加速熔化。最終降溫，壓入易氧化的合金元素，以削減損失。精煉處理鋁合金在熔煉時，極易氧化生成近，如靠它自己上浮或下沉是難以去除的，很簡潔使鑄件形成夾渣。還有鋁合金在高溫時吸取氫氣，如不去除，也將會使鑄件形成氣孔。因此，上用復(fù)蓋劑復(fù)蓋，用量為鋁液中的0.2%~0.5%，做倆次參加，在除氣前參加其重量的1/2~1/3。再以鐘罩壓入預(yù)熱好的精煉劑，用量為鋁液重的略多些，處理時間為4~5min。在除氣后扒去熔渣參加其重量的 1/2~2/3的復(fù)蓋劑，靜止2~3min后，即可扒渣進展?jié)沧ⅲ瑵沧囟葹?700~740℃。熔體的轉(zhuǎn)送和澆注盡管固態(tài)氧化鋁的密度近似于鋁熔體的密度，在進入鋁熔體內(nèi)部后，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的小孔，其外表積大，吸附性強，極易吸附水汽，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，難以從熔體中排解，在鑄件中形成氣孔、夾雜。所以，轉(zhuǎn)送鋁熔體中關(guān)鍵是盡量削減熔融金屬的攪拌，盡量削減熔體與空氣的接觸。承受傾轉(zhuǎn)式坩堝澆注熔體時，為避開熔體與空氣的混合，應(yīng)將澆包盡底，發(fā)生攪動、飛濺等。踐證明，留意以下事項，對防止、削減鑄件缺陷是很有效的。程度，其他工具的預(yù)備是否符合要求。使鑄件產(chǎn)生氧化夾雜等缺陷。熔劑層，緩慢地將澆包浸入熔體內(nèi)，用澆包的寬口舀取熔體，然后平穩(wěn)的提起澆包。平穩(wěn)，不受攏動。等帶入鑄型中。澆口杯自始至終應(yīng)布滿，液面不得翻動，澆注速度要掌握得當(dāng)。通常，澆速度不變。在澆注過程中，澆包咀與澆口的距離要盡可能靠近，以不超過 50毫米為限，以免熔液過多地氧化。距坩堝底部60毫米以下的熔體不宜澆注鑄件。澆注安全

清理澆注場地并使其通暢，不準(zhǔn)有積水。

參與澆注的人員必需按要求穿戴好防護用品。

澆包不能裝得太滿，以免抬運時溢出飛濺傷人。

不準(zhǔn)用冷鐵棒插入高溫液體中去扒渣、擋渣。

抬運金屬液時，步伐要穩(wěn)，步調(diào)全都，聽從指揮。

剩余液體要倒在指定位置。材料預(yù)備——預(yù)熱坩堝至發(fā)紅——參加小塊爐料、熔點較低的回爐料盡快形成熔池——加塊度較大的回爐料及鋁錠——升溫之 金全部熔化——加掩蓋劑——熔畢后充分攪拌——扒渣——精煉除氣——扒渣——再加掩蓋劑——靜置——扒渣——出爐——澆鑄。試樣的制備澆注成型——→取樣加工——→力學(xué)性能測試在模具中，冷卻成型后即可用于試驗。技術(shù)路線結(jié)合本指導(dǎo)書和文獻資料了結(jié)合本指導(dǎo)書和文獻資料了解實訓(xùn)原理及試驗方法各組制定分析試驗設(shè)計方案及安排試驗流程｜進展鋁錠、硅錠、微量銅、進展鋁錠、硅錠、微量銅、鐵、鎳的合金熔煉將合金熔漿注入模具熔漿冷卻凝固后取樣連續(xù)澆鑄熔漿冷卻凝固后取樣連續(xù)澆鑄4-5個試樣｜對試樣進展力學(xué)性能測試對試樣進展力學(xué)性能測試｜試驗報告常見鑄件缺陷分析氧化夾渣缺陷特征：氧化夾渣多分布在鑄件的上外表，在鑄型不通氣的轉(zhuǎn)角部位。斷口多呈灰白色或黃色，經(jīng) x光透視或在機械加工時覺察，也可在堿洗、酸洗或陽極化時覺察 〔如圖4-1〕。產(chǎn)生緣由：產(chǎn)生緣由：產(chǎn)生緣由：

4-1含氧化夾雜缺陷的鑄件實物爐料不清潔，回爐料使用量過多澆注系統(tǒng)設(shè)計不良合金液中的熔渣未去除干凈澆注操作不當(dāng)，帶入夾渣防止方法：爐料應(yīng)經(jīng)過吹砂，回爐料的使用量適當(dāng)降低改進澆注系統(tǒng)設(shè)計，提高其擋渣力量承受適當(dāng)?shù)娜蹌┤ピ鼭沧r應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)并應(yīng)留意擋渣精煉后澆注前合金液應(yīng)靜置肯定時間般是發(fā)亮的氧化皮，有時呈油黃色。外表氣孔、氣泡可通過噴砂覺察，內(nèi)部氣孔、氣泡可通過X〔如圖4-2〕。氣孔氣泡在X產(chǎn)生緣由：澆注合金不平穩(wěn)，卷入氣體型(芯)砂中混入有機雜質(zhì)(如煤屑、草根馬糞等)鑄型和砂芯通氣不良冷鐵外表有縮孔澆注系統(tǒng)設(shè)計不良形成氣孔。氫的來源：大氣中水蒸氣，金屬液從潮濕空氣中吸氫。 含氫量，合金錠外表潮濕，回爐料臟，油污。 工具、熔劑潮濕。防止方法：

圖4-2 有氣孔缺陷的鑄件實物〔〔d〕皮下氣孔正確把握澆注速度，避開卷入氣體。型(芯)砂中不得混入有機雜質(zhì)以削減造型材料的發(fā)氣量改善(芯)砂的排氣力量正確選用及處理冷鐵改進澆注系統(tǒng)設(shè)計選用枯燥、干凈的合金料。掌握熔煉溫度，避開過熱，進展除氣處理?？s松缺陷特征：鋁鑄件縮松一般產(chǎn)生在內(nèi)澆道四周冒口根部厚大部位、 厚薄轉(zhuǎn)接處和具有大平面的薄壁處。在鑄態(tài)時斷口為灰色，淺黃色經(jīng)熱處理后為灰白淺黃或灰黑色在x光底片上呈云霧狀嚴峻的呈絲狀縮松可通過 X光、熒光低倍斷口等檢查方法覺察?！踩鐖D 4-3〕101013

4-3有縮孔和縮松缺陷的鑄件實物冒口補縮作用差爐料含氣量太多內(nèi)澆道四周過熱砂型水分過多，砂芯未烘干合金晶粒粗大鑄件在鑄型中的位置不當(dāng)防止方法：從冒口補澆金屬液，改進冒口設(shè)計爐料應(yīng)清潔無腐蝕鑄件縮松處設(shè)置冒口，安放冷鐵或冷鐵與冒口聯(lián)用掌握型砂水分，和砂芯枯燥實行細化品粒的措施改進鑄件在鑄型中的位置降低澆注溫度和澆注速度裂紋4-4):的裂紋在體積收縮較大的合金和外形較簡單的鑄件簡潔消滅熱處理裂紋：由于熱處理過燒或過熱引起，常呈穿晶裂紋。常在冷裂 圖4-4 裂紋缺陷產(chǎn)生緣由：鑄件構(gòu)造設(shè)計不合理，有尖角，壁的厚薄變化過于懸殊砂型(芯)退讓性不良鑄型局部過熱澆注溫度過高自鑄型中取出鑄件過早改進鑄件構(gòu)造設(shè)計，避開尖角，壁厚力求均勻，圓滑過渡實行增大砂型(芯)退讓性的措施保證鑄件各局部同時凝固或挨次凝固，改進澆注系統(tǒng)設(shè)計適當(dāng)降低澆注溫度掌握鑄型冷卻出型時間鑄件變形時承受熱校正法正確掌握熱處理溫度，降低淬火冷卻速度多種不同緣由引起的缺陷，或同一緣由在生產(chǎn)條件不同時，會引起多種缺陷。澆缺乏缺陷特征〔4-5〕:缺乏”的缺陷。澆缺乏部位邊緣成圓角，多消滅在遠離澆口的薄壁部位。產(chǎn)生緣由：

圖4-5 澆缺乏缺陷澆注溫度低，澆注時間過長。鑄件壁厚太薄金屬型預(yù)熱