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新东方浅谈铝合金的制作工艺

文章来源:    发布时间:2018-06-09    文字大小:【 】    

 合成工艺

铝和铝合金可以用各种不同的方法熔炼。常使用的是无芯感应炉和槽式感应炉、坩埚炉和反射式平炉(使用天然气或燃料油燃烧)以及电阻炉和电热辐射炉。炉料种类广泛,从高质量的预合金化铸锭一直到专门由低等级废料构成的炉料都可以使用。然而,即使在最适宜熔炼浇注的条件下,熔化的铝也易受三种类型的不良影响:

·在高温条件下,随着时间的推移,氢气的吸附导致溶解在熔液中氢气的增加。

·在高温条件下,随着时间的推移,熔液发生氧化。

·合金元素的丧失。

氢气是很容易被熔化的铝吸附的。不幸的是,在熔化的铝合金中,氢气的溶解度基本上大于其在固体铝中的溶解度。当铝合金凝固时,氢气从熔液中排出,收缩孔隙度扩大并放大,同时伴随着力学性能的丧失。氢气一般源自湿炉料和潮湿的熔化工具,但主要的氢气源是环境中的湿气。因为熔炼时几乎难以防止氢气的吸附,所以浇注前必须从熔液中除去氢气。最常使用的方法是向熔液中鼓入干燥的氮气或氩气泡。使用氯气除去氢气是格外有效的。然而,由于环境和安全原因常排除它在生产中使用。

过去已利用减压测试法测量出溶解在熔液中的氢气量,其过程是将熔化铝的试样注入钢杯中,并让它在真空腔中凝固。观察凝固过程发现,在凝固过程中气泡变化的程度指示了存在的氢气量。同时使用凝固后的试样切片可以检查形成气泡的大小。遗憾的是,这些方法并不精确,而且受到熔体中作为氢气泡晶核存在的氧化物颗粒的影响很大。测试溶解氢气的更好方法是使用专门设计的利用液体萃取技术显示氢气的仪器。

铝在熔液表面瞬时形成非常稳定的氧化物。氧化的速度随着温度的升高和某些合金元素(如镁和铍)的存在而增加。而如果铝熔液表面没有受到于扰,那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的,任何紊流都会将氧化物膜搅和到大部分的熔液中,并产生新鲜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杂质非常有害于铸铝件的性能,然而,在合金冶炼、熔化金属的转运或浇注和铸型注满的过程中都会引起紊流。

熔液中的氧化物颗粒成为形成缩孔和气孔的品核。缺少氧化物杂质时,气孔和碾微孔隙也就基本消失了。对于铸铝件的生产,减少氧化物杂质是特别重要的一个条件。因为通常它们的液相线与固相线之问有非常大的幅差,而在多孔隙的状态下冷凝,则很难给孔隙提供补给。

铸件的氧化膜则形成了极易失效的脆弱面,铸铝合金力学性能的不均匀性恰恰就是由于这些氧化膜的存在而引起的,如果没有这些氧化膜,不均匀性就会减少,铸件性能的重复性就会优于锻件,用X射线检查时,这些氧化膜通常是不可见的,但必须做到事前预防而不要等事后发现时再去修补。

在熔融状态下,可以利用熔剂的覆盖来控制氧化物。这些熔剂一般为氯化镁盐。它们漂浮在熔液的表而上。但仍要定期从熔液表面清除氧化物,可以采用熔液通过过滤床的办法从大熔炉中清除这些悬浮的氧化物杂质。较小规模生产时,可以在浇注系统中设置过滤器来清除氧化物。

为了防止在铸件中形成氧化膜,则需要让金属以毫尤紊流的状态进入到铸型的型腔.对大多数铸件来说,利用重力浇注的方法就不可能做到这一点,因为直浇道的水头高度会加快流动速度从而发生紊流,所以一定要采用反重力法或液位模具浇注技术。这样过滤器减缓金属流动的速度,使其慢到足以防止氧化物产生。另外必须从底部注入模具的型腔,注入铸件各个液位的次序电要精心设计好,以免发生“瀑布”——模具中液态金属从较高液位掉落到较低的液位,从而在新生金属表面形成氧化物。利用从底部注入模具的方法,液态金属顶上的氧化层将升入到上砂箱层面的顶部并流入冒口的顶,这样则不会损害铸件。

很多铸铝合金都含有像镁这样的会慢慢与氧气发生反应的元素,熔化的金属保存时间过长,这些元素就会被逐渐氧化,导致铸件的化学成分不达标,而其他一些合金元素,例如具有低气化压的锌,还会从浴槽的表而蒸发。

加工工艺

硅对硬质合金有腐蚀作用。虽然一般将超过12%Si的铝合金称为高硅铝合金,推荐使用金刚石刀具,但这不是绝对的,硅含量逐渐增多对刀具的破坏力也逐渐加大。因此有些厂商在硅含量超过8%时就推荐使用金刚石刀具。

硅含量在8%-12%之间的铝合金是一个过渡区间,既可以使用普通硬质合金,也可以使用金刚石刀具。但使用硬质合金应使用经PVD(物理镀层)方法、不含铝元素的、膜层厚度较小的刀具。因为PVD方法和小的膜层厚度使刀具保持较锋利的切削刃成为可能(否则为避免膜层在刃口处异常长大需要对刃口进行足够的钝化,切铝合金就会不够锋利),而膜层材料含铝可能使刀片膜层与工件材料发生亲合作用而破坏膜层与刀具基体的结合。因为超硬镀层多为铝、氮、钛三者的化合物,可能会因硬质合金基体随膜层剥落时少量剥落造成崩刃。

建议使用下列三类刀具之一:

1.不镀层的超细颗粒硬质合金刀具

2.带未含铝镀层(PVD)方法的硬质合金刀具,如镀TiN、TiC等

3.用金刚石刀具

刀具的容屑空间要大,一般建议用2齿,前角、后角要大(如12°-14°,包括端齿后角)。

如果只是一般铣面,可以用45°主偏角的可转位面铣刀,配用专门加工铝合金的刀片,应该效果更好。

铝合金常用板材厚度:高级金属屋面(和幕墙)系统的一般为0.8-1.2mm(而传统的一般要≥2.5mm). ​

 

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