一、熔煉過程的物理、化學現象 合金熔煉是壓鑄過程的一個重要環節,熔煉過程不僅是為了獲得熔融的金屬液,更重要的是得到化學成分符合規定,能使壓鑄件得到良好的結晶組織以及氣體、夾雜物都很小的金屬液。 在熔煉過程中,金屬與氣體的相互作用和金屬液與坩埚的相互作用使組分發生變化,産生夾雜物和吸氣。所以制訂正确的熔化工藝規程,并嚴格執行,是獲得高質量鑄件的重要保證。 1. 金屬與氣體的相互作用 在熔煉過程中,遇到的氣體有氫(H2)、氧(O2)、水汽(H2O)、氮(N2)、CO2、CO等,這些氣體或是溶于金屬液中,或是與其發生化學作用。 2. 氣體的來源 氣體可以從爐氣、爐襯、原材料、熔劑、工具等途徑進入合金液中。 3. 金屬與坩埚的相互作用 當熔煉溫度過高時,鐵質坩埚與鋅液反應加快,坩埚表面發生鐵的氧化反應生成Fe2O3等氧化物;此外鐵元素還會與鋅液反應生成FeZn13化合物(鋅渣),溶解在鋅液中。鐵坩埚壁厚不斷減薄直到報廢。 二、熔煉溫度控制 1. 壓鑄溫度 壓鑄用的鋅合金熔點為382 ~ 386℃,合适的溫度控制是鋅合金成分控制的一個重要因素。為保證合金液良好的流動性充填型腔,壓鑄機鋅鍋内金屬液溫度為415 ~ 430℃,薄壁件、複雜件壓鑄溫度可取上限;厚壁件、簡單件可取下限。中央熔煉爐内金屬液溫度為430 ~ 450℃。進入鵝頸管的金屬液溫度與鋅鍋内的溫度基本一樣。通過控制鋅鍋金屬液溫度就能對澆注溫度進行準确的控制。并做到:① 金屬液為不含氧化物的幹淨液體;② 澆注溫度不波動。 溫度過高的害處: ①鋁、鎂元素燒損。 ②金屬氧化速度加快,燒損量增加,鋅渣增加。 ③熱膨脹作用會發生卡死錘頭現象。 ④鑄鐵坩埚中鐵元素熔入合金更多,高溫下鋅與鐵反應加快。會形成鐵-鋁金屬間化合物的硬顆粒,使錘頭、鵝頸過度磨損。 ⑤ 燃料消耗相應增加。 溫度過低:合金流動性差,不利于成形,影響壓鑄件表面質量。 圖4-1示意溫度對流動性的影響。 圖4-2示意溫度對力學性能的影響,溫度越高,鑄件結晶粗大而使力學性能降低。 ![](static/picture/22.jpg)
圖4-1 溫度對流動性的影響 圖4-2 3# 鋅合金澆注溫度對力學性能的影響 現在的壓鑄機熔鍋或熔爐都配備溫度測控系統,日常工作中主要是定時檢查以保證測溫儀器的準确性,定期用便攜式測溫器(溫度表)實測熔爐實際溫度,予以校正。 有經驗的壓鑄工會用肉眼觀察熔液,若刮渣後覺得熔液不太粘稠,也較清亮,起渣不是很快,說明溫度合适;熔液過于粘稠,則說明溫度偏低;刮渣後液面很快泛出一層白霜,起渣過快,說明溫度偏高,應及時調整。 2. 如何保持溫度的穩定 ①最佳方法之一:采用中央熔煉爐(圖4-3),壓鑄機熔爐作保溫爐,從而避免在鋅鍋中直接加鋅錠熔化時造成大幅度溫度變化。集中熔煉能保證合金成分穩定。 ②最佳方法之二:采用先進的金屬液自動送料系統(圖4-4),能夠保持穩定的供料速度、合金液的溫度及鋅鍋液面高度。 ③如果目前生産條件是在鋅鍋中直接加料,建議将一次加入整條合金錠改為多次加入小塊合金錠,可減少因加料引起的溫度變化幅度。 三、鋅渣的産生及控制 通過熔煉合金從固态變為液态,這是一個複雜的物理、化學過程。氣體與熔融金屬發生化學反應,其中氧的反應最為強烈,合金表面被氧化而産生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和鐵、鋅、鋁金屬間化合物,從熔體表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的鋅合金。鋅渣形成的反應速度随熔煉溫度上升成指數增加。 正常情況下,,原始鋅合金錠的産渣量低于1%,在0.3 ~ 0.5%範圍内;而重熔水口、廢工件等産渣量通常在2 ~ 5%之間。 1. 鋅渣量的控制 ①嚴格控制熔煉溫度,溫度越高,鋅渣越多。 ②盡可能避免鋅鍋中合金液的攪動,任何方式的攪動都會導緻更多的合金液與空氣中氧原子的接觸,從而形成更多的浮渣。 ③不要過于頻繁的扒渣。當熔融的合金暴露于空氣中都會發生氧化,形成浮渣,保留爐面一層薄的浮渣有利于鍋中液體不進一步氧化。 ④扒渣時,使用一個多孔(Ф6 mm)盤形扒渣耙,輕輕從浮渣下面刮過,盡可能避免合金液攪動,将刮出的渣盛起,扒渣耙在鋅鍋邊輕輕磕打,使金屬液流回鋅鍋中。 2. 鋅渣的處理 ① 賣回原料供應商或專門處理廠,因為自行處理可能成本更高。 ② 壓鑄廠自行處理。需要有單獨的熔爐,鋅渣重熔溫度在420 ~ 440℃範圍内。同時加入助熔劑。熔煉100公斤渣,需加入0.5 ~ 1.5公斤助熔劑,先均勻散發在金屬液面,随後用攪拌器将其均勻混入熔融金屬中(約需2 ~ 4分鐘),保溫5分鐘後,表面産生一層更似泥土類的東西,将其刮掉。 四、水口料、廢件重熔 水口料、廢料、垃圾位、報廢工件等,不宜直接放入壓鑄機鋅鍋内重熔。原因是這些水口料表面在壓鑄成形過程中發生氧化,其氧化鋅的含量遠遠超過原始合金錠,當這些水口料在鋅鍋中重熔時,由于氧化鋅在高溫條件下呈粘稠狀态,将其從鋅鍋取出時,會帶走大量的合金成分。 把水口料等另外重熔,是為了将氧化鋅和液體合金中有效的分離開,熔煉中須加入一些溶劑,鑄成錠後使用。 五、電鍍廢料重熔 電鍍廢料應同無電鍍廢料分開熔煉,因為電鍍廢料中含銅、鎳、鉻等金屬是不溶于鋅的,留在鋅合金中會以堅硬的顆粒物存在,帶來抛光和機加工的困難。 電鍍廢料重熔中注意将鍍層物質與鋅合金分開,先将電鍍廢料放入到裝有鋅合金熔體的坩埚中,這時不要攪動熔體,也不要加入熔劑,利用鍍層物質熔點高,鍍層不會熔入合金中,而會在最初一段時間内浮在熔液表面,當全部熔化後,讓坩埚靜置15 ~ 20分鐘,看表面是否還會有浮渣出現,把浮渣刮幹淨。經過這一道工序後,再看是否有必要加精煉劑。 六、熔煉操作中注意事項 1. 坩埚:使用前必須進行清理,去除表面的油污、鐵鏽、熔渣和氧化物等。為防止鑄鐵坩埚中鐵元素溶解于合金中,坩埚應預熱到150 ~ 200℃,在工作表面上噴一層塗料,再加熱到200 ~ 300℃,徹底去除塗料中水份。 2. 工具:熔煉工具在使用前應清除表面髒物,與金屬接觸的部份,必須預熱并刷上塗料。工具不能沾有水分,否則引起熔液飛濺及爆炸。 3. 合金料:熔煉前要清理幹淨并預熱,去除表面吸附的水分。為了控制合金成分,建議采用2/3的新料與1/3的回爐料搭配使用。 4. 熔煉溫度絕對不能超過450℃。 5. 及時清理鋅鍋中液面上的浮渣,及時補充鋅料,保持熔液面正常的高度(不低于坩埚面30 mm),因為過多的浮渣和過低的液面都容易造成料渣進入鵝頸司筒,拉傷鋼呤、錘頭和司筒本身,導緻卡死錘頭、鵝頸和錘頭報廢。 6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平靜地攪動,使之集聚以便取出。
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