真空精炼对铝合金组织和性能的影响.docx
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中国工程物理研究院机械制造工艺研究所周丹晨Ξ李斌摘要研究了真空精炼的工艺以及对 ZL 101合金组织和性能的影响 试验结果表明: 真空精炼有很高的除气效率, 针孔度最大可降低4级, 它还有提高合金的致密性、 力学性能和细化晶粒的作用 关键词: 真空精炼ZL 101合金除气效率In f luen ce of Va ccum Ref in in g on Struc ture an d Proper t ie s of A l-A lloy sZhou D an chen L i B in (Ch ina A ca dem y of En g in eer in g Phy s ic sIn st itute of M echan ica l M an ufa c tur in g Techn o logy)A BSTRACTT h e vacu um ref in in g tech no lo gy an d it s effec t o n st ru c tu re an d p rop e r t ie s o f ZL 101 a llo y h ave b een stu d ied. E xp e r im en ta l re su lt s show th a t th e po ro sity o f th e a llo y is dec rea sed b y 4 g rade s du eto h igh vaccum dega ssin g eff ic ien cy.In add it io n , th e com p ac tn e ss an d m ech an ica l p rop e r ty a rean d g ra in is ref in ed fo r ZL 101 a llo y.Key W ord s: Va cuum Ref in in g, ZL 101 A lloy, D ega ss in g Ef f ic ien cyra ised精炼是去除铝液中的气体和非金属夹杂物, 保证获得高质量铝液的有效方法。
它可分为吸附精炼和非吸附 精炼两大类1 长期以来, 铸造界对以氯化物为主的吸 附精炼研究较多, 而对非吸附精炼的研究则相对较少 本文通过试验, 研究了真空精炼这一种非吸附精炼的工 艺以及对 ZL 101合金组织和性能的影响试验装置设计制作了一个小型铝合金真空精炼装置, 主要采 用4 mm 厚的 Q 235钢板焊接而成, 使用前经过真空检 漏试验1图1 11 冒口 21 力学性能试样 表1铸型示意图 31 内浇口 41 横浇道 试验参数表2 试验方法2. 1试验材料合金牌号为 ZL 101, 化学成分符合 GB 1173286的规 定 212熔炼和浇注先在30 k g 电阻坩埚炉中熔化并升温至所需精炼 温度, 然后将坩埚放入真空精炼装置中, 插入测温热电 偶, 密封后迅速抽真空, 待达到规定真空度时停止, 并保 持一定的时间后, 浇入图1所示的铸型中2. 3工艺参数2. 3. 1试验参数51 直浇道真空度/P a处理时间/m in精炼温度/℃浇注温度/℃精炼方式说 明12340404061013800800815720710710精 炼 时 铝 液 表 面均覆盖012% 的冰晶石热处理工艺2. 3. 2力学性能试样均经过 T 5 处理。
淬火工艺参数为530 ±5 ℃, 保温5 h 后淬入40～ 45 ℃的水中; 时效参数为155±5 ℃, 保温2 h 后出炉空冷214研究内容和方法a. 除气效果评定是分别从冒口中截取试样, 经加Ξ 周丹晨, 成都 ( 610003)18收稿日期: 1997- 01- 08工和腐蚀后, 按 GB 10851289的级别标准评定低倍针孔 度在精炼沸腾时, 合金液表面的翻动会卷入氧化皮而影响精炼效果, 所以试验中在铝液表面覆盖了一层熔剂, 以 吸附氧化铝, 提高精炼的作用分别用光谱分析法按标准测量化学成分b.c. 分别测试力学性能和密度d. 进行晶粒度对比分析e. 用 X 2650型扫描电镜作断口分析312化学成分 表3 化学成分的变化wt- /%精 炼 前精 炼 后精炼方式M g 的损耗率S i M g F e S i M g F e 3 试验结果及分析311除气效果从表2可以看出, 真空精炼有显著的除气效果, 而17. 12 0. 31 0. 267. 22 0. 23 0. 2626%3 6. 93 0. 40 0. 32 6. 93 0. 27 0. 24 32% 从表3可以明显看出, 真空精炼会造成M g 的损失。
这主要是由于镁的密度小, 极易蒸发的缘故 313密度表2 精炼前后针孔度比较且随着处理时间的延长, 除气效率随之提高 合金液由大气转入到 真 空 状 态 时, P 大气 迅 速 下 降, 与此同时, 对阻碍气泡精炼方式精炼前精炼后表4 密度对比g/cm 3试验结果 ( 表4) 显示, 真空精炼后, 合金的密度有明显 提高 这显然是因为真空精炼 后合金液含气量减少, 致密性 得以提高4级5级3级3级1级12精炼方式精炼前精炼后3 5级12. 6792. 68732. 6302. 686 生长的外部压力也随之下降, 这就促使合金中的气体析出, 并由小泡聚合而成大泡, 从液面逸出 随着精炼时间 的延长, 合金液深处的气体也逐渐逸出, 除气效率进一314力学性能 试验结果 (表5) 显示: 步提高2 由于氧化膜在液面上阻碍气泡的析出, 而且 表5 力学性能对比精精炼前精炼后真空精炼+ 泡沫陶瓷过滤 炼 方 式平均值平均值平均值平均值平均值平均值Ρb /M P a∆5/%Ρb /M P a∆5/%Ρb /M P a∆5/%210 215 210 2103. 33 3. 17 3. 5 3. 67190 187 185 1862. 83 3. 67 3. 0 3. 012073. 21903. 4190 2 198 4. 6 205 210 210 2102. 5 2. 5 3. 0 2. 33235 230 235 2252. 67 2. 5 2. 67 2. 0235 245 250 2503. 67 4. 17 3. 33 4. 1732062. 62332. 62433. 6196 2. 67 240 3. 33 235 2. 67 ( 1) 处理6 m in 后, 抗拉强度略微下降, 延伸率提高, 这是镁含量减少的结果。
镁是 ZL 101合金中的强化 元素, 其含量降低必然导致上述力学性能的变化 2) 处理13 m in 后, 抗拉强度提高, 延伸率基本不 变, 这是镁含量减少与针孔度显著降低的综合结果 由 于真空精炼后将针孔对力学性能的损害降到了最低点, 所以虽然镁含量降低, 强度却提高了 使用泡沫陶瓷过 滤器后, 强度进一步增加, 而延伸率提高近40% , 这是合 金中夹杂物含量大幅度减少的必然结果 315 金相分析及扫描电镜分析31511 晶粒度对比从图2、 图3中可以看出, 真空精炼能细化晶粒 存在 于金属晶格中的气体原子对于凝固过程有很大的影响, 因为这些气体原子会改变金属的结构 当它们存在于生 长着的晶体表面时, 大大地改变了固2液界面的表面能它们从熔液中以气泡形式上升 的 过 程 中, 将 会 引 起 熔 液 的 振 动, 这 两 者 均 会 影 响 到凝 固 过 程, 从 而 影 响 其 凝 固 后的组织3 3. 5. 2断口扫描电镜分析 扫 描 电 镜 观 察 发 现, 未 精 炼图2 未精炼 ( 4～ 5 级) ×120试 样 的 断 口 中 明 显 存 在 有 气孔 ( 图 4) , 真 空 精 炼 前 后 的 断 口形态基本相同, 属于脆性断 裂 ( 图 5、 图 6 )。
这 是 由 于 不 连 续第二相粒子硅的脆性较大, 破坏了晶界的连续性, 在拉应图3 方式2 ( 5～ 6 级) ×12019力作用下, 硅质点本身碎裂, 并且脱离基体界面而断裂结论( 1) 真空精炼有显著的除气效果 在真空度为40P a , 精炼13 m in 后, 针孔度由5级降低到1级 2) 真空精炼会造成 ZL 101合金中镁的损失 在试 验条件下, 损耗率为26%～ 32% 3) 真空精炼后晶粒细化, 且合金的密度和力学性 能均有所提高4) 真空精炼与泡沫陶瓷过滤器联合使用, 可以有 效地去除铝液中的气体和夹杂物参 考 文 献1 联合编写组1铸造有色合金及其熔炼1北京: 国防工业出版 社, 198012 胡 忠, 张锡卿, 朱世亮等1铝镁合金铸造实践1北京: 国防工 业出版社, 196513 黄积荣, 王家火斤, 林建生等1金属的凝固及其控制1北京: 机械 工业出版社, 198314 编 写 组 1 真 空 设 计 手 册 ( 上、 下) 1 北 京: 国 防 工 业 出 版 社,19811 5 孙士琦1真空电阻炉的设计1北京: 冶金工业出版社, 197814图4 气孔 ( 未精炼) ×50图5 未精炼 ×500图6 方式2 ( 精炼10 m in) ×500( 编辑: 陈渭臣) 企业介绍 启 东 市 铸QH 型系列球化剂Q H 系列球化剂获国家专利, 专利号: 8710363515。
并于1991 年度荣获上海市科技发明三等奖 本产品具有无硅、 无稀土、 粒度 一致, 成分均匀等特点, 可对用含硅高的生铁和球铁回炉料熔炼 的原铁水进行球化处理 球化剂加入量不受铁水增硅的限制, 对 生产铸态珠光体球铁及消除铸件心部枝晶石墨, 具有很 大 的 好 处, 扩大了生铁牌号的使用范围 本产品粒度一致, 密度高达5. 2 g/cm 3 , 因而偏析小, 球化效果 十分稳定, 用该产品处理所得球铁石墨球形状圆整, 团絮状石墨 减小, 故力学性能更佳, 特别在球铁抗裂及抗疲劳性能方面更优 本产品采用塑料袋包装, 每袋5 kg, 外用铁皮筒密封包装, 不 易氧化, 每桶50 kg, 搬运保存及使用十分方便 该产品最佳和最经 济 的使用方法, 以1 2 配比 ( 本产品1 份, 6# 合金2 份) 总加入量不 变, 每吨铸件成本可节省60～ 70元, 根据铁水温度, 可选择如下型 号: 铁水温度低于1 450 ℃时, 请选 Q H 2I 型 ( 含镁为8%～ 10% ) ,铁水温度高于1 450 ℃, 请选用 Q H 2II 型 (含镁为7%～ 8% ) 本产品已在常柴集团海安机械厂、 二汽、 南通柴油厂、 沈阳铸造厂、 山东拖拉机厂等中型企业中广泛应用。
本厂代办托运、 邮寄 欢迎新老用户来人来函订货!造 材 料 厂铸造过滤网铸造过滤网通过厂家的长期使用, 铸件废品率下降, 经济效 益较为明显 铸造过滤网适用于灰铸铁、 球铁、 铸铜、 铝合金等精 密铸件, 规格可按厂家需要定型加工, 一般可用剪刀裁成任意规 格的方块, 置于浇道分型上合箱压紧使用 过滤网技术性能铁水 过滤网球铁用双 铜合金用铝合金用 过滤网过滤网种类丝过滤网过滤网 工作温度/℃ 持续工作时间/m in 常温抗拉强度/M P a 发气量/cm 3 g- 1网孔/mm1 450 10 80 < 601 400 10 70 < 601 200 10 60 < 60850 10 60 < 601. 66×1. 66 1. 5×3 1. 66×1. 66 1. 66×1. 66。
