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ZL104铝合金的工艺规程与铸造质量控制

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Ξ第16卷第2期南华大学学报(理工版)V ol.16N o.2 2002年6月Journal of Nanhua University(Science&Engineering Edition)Jun.2002文章编号:1006-737X(2002)02-59-03Z L104铝合金的工艺规程与铸造质量控制曾庆生1,周　健2,刘则金3(1.南华大学　机械工程学院,湖南衡阳421001;2.湖南建材高等专科学校,湖南衡阳421001;3.香港金则利有限公司)摘　要:本文讲述了Z L104铝合金的工艺规程,并讲述了Z L104铝合金的质量控制,按此规程操作可获优质的Z L104铝合金.关键词:铝合金;精炼;除气;涂料;铸造中图分类号:TG156 文献标识码:BZ L104Alloy’s T echnology Rules andC asting Q uality ControllingZENG Q ing-sheng1,ZH OU Jian2,LIU Ze-jin3(1.School of Mechanic Engineering,Nanhua University,Hengy ong421001,Hunan,China;2.Hunan Building Material C ollege,Hengy ong421001,Hunan,China;3.H ongkong G old-g ood Ltd.,China)Abstract:The article tells Z L104alloy’s technology rules and regulations,and it’s castingquality controlling as well.According to the technology rules,g ood quality Z L104alloy’s canbe g ot.K ey w ords:alloy;refinement;gas-rem oval;coating;casting 在机械行业中,Z L104铝合金材料经常使用,尤其在发动机的缸体,缸盖及塑料模具中得到广泛应用.本文介绍的Z L104铝合金工艺规程是直接应用于生产的,同时介绍了在生产中采用的质量控制措施.1　合金熔化1.1　配料:镁0.4%,硅10%,锰0.5%,余量铝以100%计算.1.2　合金熔炼:1.2.1准备工作:1)铲除坩埚内壁残渣涂上涂料,预热坩埚.2)熔化使用的工具去除氧化物并涂上涂料预热至200～250℃.1.2.2熔化程序见图1.1.2.3操作要点1)回炉料加入量不超过30%.Ξ收稿日期:2002-02-10作者简介:曾庆生(1968-),男,湖南人,南华大学机械工程学院讲师.2)硅铝熔化后,充分搅拌.3)锰应加在铝液表面,待熔化后进行搅拌不让其沉淀.4)镁及精炼出气剂六氯乙烷压入铝液2/3处,不要进入坩埚底部,搅拌应上、下波动为好.5)变质剂加入后如温度偏低时应适当延长静置时间,到变质剂成分熔化时方可.6)使用钟罩钻上Ф8～Ф10毫米小孔8～12个.7)一切工具及加热原材料经过预热.图1　铝合金熔化程序框图Fig.1　Processing of Z L 104alloy ’s melting2　变质处理1)变质剂:30%氟化钠,50%氯化钠,10%氯化钾,10%冰晶石粉,以上四种成份机械混合物其熔点为710℃.2)变质剂除水处理:变质剂放入电炉中,在300～400℃烘烤3～5小时去除水分.3)加入确定:变质剂加入量为合金重的3～5%.4)变质温度选择:变质温度在720～750℃为宜.5)变质方法及控制时间:变质剂加入铝液表面3～5分钟,用钟罩从侧压入铝液,压入深度一般在液体中心,静置时间为12～15分钟.6)变质处理鉴定:变质良好,合金液呈光亮的镜面,浇注三角试棒时,断口呈银白色,组织细小如丝绒状.变质过渡时,断口呈灰色,晶粒粗糙,有闪亮白点.变质不足时,断口呈暗灰色,有亮点硅(晶粒粗大).3　精炼与去气处理精炼剂是六氯乙烷,且有精炼、出气作用,用六氯乙烷压至成块状,分二次用钟罩压入,作用时间为5～10分钟,加入量为合金液重的0.3～0.6%,一般在生产上加入0.5%压块.六氯乙烷不吸湿,不必脱水处理,使用、保管都很方便,为了避免反应过快,使用前应压成块,也可掺入缓冲剂(NaBF 6、NaSiF 6等),提高精炼能力,压块重约40～100克,用钟罩分批压入铝液中,压块时,压模应揩拭干净,防止脏物压入.选择精炼温度很重要,我们对Z L104的反复实验证明,在先690℃时,不能去除三氧化二铝,升到720℃时,去除三氧化二铝的效果开始明显,超过750℃时,合金的吸气量增加,所以最合理的精炼温度应在730～750℃之间.使用C 2Cl 6的缺点:C 2Cl 6遇热分解出Cl 2,有部分Cl 2来不及反应即逸出铝液,温度越高,逸出的Cl 2也越多,和C 2Cl 6一起成为强烈的刺激性炉气.故我们在熔炼时一要注意通风,二要注意Cl 2的吸附.我们回收的措施是直接把吸收的气体放在含3%的NaOH 溶液中.我们也试用了ZnCl 2,但精炼的效果不如C 2Cl 6,表1为两者的精炼工艺及精炼效果.表1　ZnCl 2与C 2Cl 6精练工艺与效果对比表T able 1　Contrast betw een Z nCl 2and CS 2Cl 6’s refinement craft &result精炼剂用量(%)精炼温度(℃)精炼时间(分)静置时间(分)测定温度(℃)精炼后平均含气量(厘米3/100克)ZnCl 20.25710～720415700～7200.208C 2Cl 60.6740～7501.5～215700～7200.140 当浇注小型硬模时,铝液要在坩埚内长期停留,浇注过程中倒回铝液,破坏铝液表面,会使铝液质量变坏,影响铸件质量,这时可采用联合精炼,用C 2Cl 6精炼后,在铝液表面放一个经预热的6南华大学学报(理工版) 2002年6月石墨环作为取铝液的孔眼,环外面液面上,始终撒一层高冰晶石粉熔剂,铝液始终在熔剂保护下,质量不会变坏.但静置时间超过3个小时以上,需要更换新熔剂.4　机械性能检查1)用Ф12毫米的铸造试棒来检查,试棒不允许有夹渣、单边等铸造缺陷.2)热处理时,试棒同铸件一并进行处理.而后用试棒检查出来的结果作为铸件的标准值.5　安全生产注意事项1)严禁铝液与水,与不经预热模具、用具相遇,以防爆炸事故.2)合金处理过程中,各种化学反应后的气体应加以排除.6　质量控制总结6.1　杂质铁的有害作用和消除方法铁是Al-Si合金中的主要杂质,其主要来自炉料,坩埚和熔炼工具.为了消除Fe相的有害作用,可以加入Mn、Cr、C o、M o、Be等元素.其中由于Mn的来源广,价格便宜,在工业上得到了广泛的应用.加入这些元素的作用是使粗大针状的β铁相变成新的复杂多元化合物(如AlSiMnFe相,它们通常呈灰色块状、杆状或团状,消除了原有Fe 相削弱基体的有害作用.另外,这种复杂的多元含Fe相,比重大的沉至埚底部,浇注时,一般底部铝液不浇铸件,这样可以减少合金中的Fe量.但是Mn量加入不宜过多,否则将形成(FeMn)Al6这种粗大脆性化合物,引起它们自身的强烈偏析,并降低合金的机械性能,故Mn量一般不大于0.5%,当Mn∶Fe=(0.67～0.83)∶1时效果最好.6.2　铝合金铸件中气孔的防止方法1)“防”:严防水气及各种脏物进入熔料.2)“排”:排除铝液中的氧化杂质和氢.3)“溶”就是使铝液中的氢在凝固时能充分完全地溶在合金内,不致在铸件内形成气孔.安排和选择“防”、“排”、“溶”三措施时须遵“以防为主”的原则,否则,会使铝液质量大大恶化,即使采用最好的精炼方法也无能为力.6.3　防止气孔及氧化杂物的主要措施1)改善熔炼条件,采用干净的炉料,熔化前进行充分预热,溶剂、变质剂充分脱水、烘干,熔炼设备、工具都进行预热等等.严格控制水蒸气和铝液接触,切断气体来源.2)采用真空熔炼或在惰性气体保护下熔炼.3)采用各种有效的精炼、除气措施,排除已进入铝液中的气体.4)采用低压、锻造、压力铸造、反压铸造、挤压铸造.5)在高压中浇注结晶.6)采用发气冒口和大气压冒口.参考文献:[1]铸造有色金属及其熔炼联合编写组.铸造有色合金及其熔炼[M].北京:国防工业出版社,1985.[2]Rapp RA.The closed-circuit degassing of liquid aluminiumby arg on[J].JOM,1997,(5):16～19(上接第48页)[6]Riche,T.G.Le.,et.al.,A segragated genetic aag orithm forconstrainedstructural optimization[C].M organ K anu fmann, San Fancisco,1995.[7]M ichalewicz,Z.and Janikow,C..GE NOC OP:A geneticalg orithm for numerical optimization problem with linear con2 strains[M].C ommunications of the AC M,1992.[8]Martello,S.and T oth,P..K napsack Problems[M].JohnWiley,Chichester,UK,1990.[9]王正志,薄涛.进化计算[M].湖南:国防科技大学出版社,2000.[10]王耀南.计算智能信息处理技术及其应用[M].长沙:湖南大学出版社,1999.[11]Davis,L.,(Editor),G enetic alg orithms and simulatedannealing[C].M organ K au fmann Publishers,San Mateo,C A,1987.16第16卷第2期 曾庆生等:Z L104铝合金的工艺规程与铸造质量控制。

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铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程资料来源：全球铝业网铝业知识频道一、铝合金熔炼规范（1）总则①按本文件生产的铸件，其化学成分和力学性能应符合GB/T9438-1999《铝合金铸件》、JISH5202-1999《铝合金铸件》、ASTMB108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T15115-1994《压铸铝合金》、JISH5302-2006《铝合金压铸件》、ASTMB85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。

②本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气（天然气）炉内进行。

一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。

铸铁坩埚须进行液体渗铝。

（2）配料及炉料1）配料计算①镁的配料计算量：用氯盐精炼时，应取上限，用无公害精炼剂精炼时，可适当减少；也可根据实际情况调整加镁量。

②铝合金压铸时，为了减少压铸时粘模现象，允许适当提高铁含量，但不得超过有关标准的规定。

2）金属材料及回炉料①新金属材料铝锭：GB/T1196－2002《重熔用铝锭》铝硅合金锭：GB/T8734-2000《铸造铝硅合金锭》镁锭：GB3499-1983《镁锭》铝铜中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》铝锰中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》各牌号的预制合金锭：GB/T8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTMB197-03《铸造铝合金锭》、JISH2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。

②回炉料包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。

回炉料的用量一般不超过80％，其中破碎重熔料不超过30％；对于不重要的铸件可全部使用回炉料；对于有特殊要求（气密性等）的铸件回炉料用量不超过50%。

3）清除污物为提高产品质量，必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前除去（可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件）。

熔铸法制备ZL104合金的质量与效果测评

熔铸法制备ZL104合金的质量与效果测评


的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。
• 时效：使溶质原子的沉淀析出。
固溶处理
• • • • • • • 处理制度：535C，保温2-6h，淬火。 设备：箱式电阻炉，防止温度过冲。 工艺：升温速度，出炉方式等。 淬火：水温60-80C。 观察：试样制备，金相观察 判定：组织变化，硬度变化 备注：后续时效处理175C（兴趣内容）
金相观察
• 学习金相显微镜的使用（指导教师演示）
• 学习金相试样的制备（指导教师演示） • 对比和判定精炼与变质效果 • 备注：侵蚀剂为氢氟酸水溶液腐蚀数秒。 氟酸0.5+水100，也可尝试其他侵蚀剂。 氢
• 如HF1.0%、HCl1.5%、HNO3 2.5%、水95%。
• 在质量控制领域，铝的金相分析主要用于 晶粒度、显微缺陷、杂质形貌和分布、疏 松、变形缺陷、镀层厚度等。
二、铝合金的制备组织的观察与评价
• • • • 实验目的： 1．加深对铝合金熔铸制备的理解和认识。 2．掌握对铝合金铸锭品质的评价方法。 3．学会使用材料评价的经验方法与常用设 备和仪器装置。
断口观察
• 比较各种熔炼状态的断口特征 精炼前—精炼后—变质后 • 断口细微观察 放大10-100倍观察气孔和夹杂物
三、铝合金的热处理及组织演化
• 实验目的： • 1．了解铝合金提高性能的热处理途径和原 理。 • 2．掌握铝合金热处理工艺方法与过程。 • 3．学会热处理常用设备和仪器装置。
T6热处理原理和过程
• 固溶热处理：通过加热把合金最大量实际可溶解的
硬化元素溶于固溶体中，然后快速冷却形成溶质过
饱和固溶体。方法是把合金加热到足够高温度并保 温足够长时间。 • 淬火：水中快冷得到过饱和固溶体，其中还留存大 量的过饱和空位，加速了后续时效处理时溶质原子
ZL104铝合金介绍

ZL104铝合金介绍

ZL104铝合金介绍
材料名称：ZAlSi9Mg 合金代号：ZL104
标准：GB/T 1173-1995
特性及适用范围：
可热处理强化。

其强度高于ZL101.ZL102等合金。

该合金的铸造性能好，无热裂倾向、气密性高、线收缩小；但形成针孔的倾向较大熔炼工艺较复杂。

合金的耐蚀性好，切削加工性和焊接性一般。

化学成分
化学成份：
硅 Si ：8.0-1.05
锰 Mn：0.2-0.5
镁 Mg：0.17-0.35
铝 Al ：余量
铁(砂型铸造)： 0.000- 0.600
铁(金属型铸造)： 0.000- 0.900
铜 Cu ：≤0.1(杂质)
锌 Zn：≤0.25(杂质)
钛+稀土 Ti+Zr：≤0.15(杂质)
锡 Sn ：≤0.01(杂质)
铅 Pb：≤0.01(杂质)
注：杂质总和:(砂型铸造)≤1.1;(金属型铸造)≤1.4
力学性能
力学性能：
抗拉强度σb (MPa)：≥195
伸长率δ 5 (％)：≥1.5
硬度（HB)：≥65(5/250/30)
热处理规范：
退火、时效或回火:175±5℃,10～15h 空冷。

铸造方法：
金属型铸造(T1态.J）。

ZL104铝合金刀盘体的铸造工艺优化

ZL104铝合金刀盘体的铸造工艺优化

2原铸造工艺2.1浇注系统原铸造工艺如图2所示，刀盘平面朝下，采用顶注开放式浇注系统，内浇口通过暗冒口引入铸型，浇注温度为730℃。

2.2凝固过程仿真分析通过使用芸峰CAE 软件对刀盘的凝固过程进行模拟仿真分析。

图3（a ）为t=82.88s 时的凝固状态，此时刀盘四周的壁已经凝固，底部平面大部分仍处于液相状态；图3（t=95.55s 时底部平面外圈基本凝固完成，而中间较厚部位形成了孤立液相区，冒口的补缩通道也消失；图3（431.85s 时凝固状态，此时整个铸件与浇冒口凝固完成。

）右上方显示文字看出，铸件孔松总体积为，孔46.12cc ，表明原始工艺易产生缩孔缩松缺陷，其位置也———————————————————————作者简介:贝伟明（1991-），男，广西贺州人，工艺工程师，助理工程师，研究方向为材料及成型技术。

图2原工艺浇注系统图1刀盘铸件外观图及缺陷（c ）缩松缺陷（a ）三维图（b ）剖面生产验证新方案生产现场采用改进措施的方案，首次生产刀盘精加工后发现所有刀盘厚壁处均未发现缩松缩孔缺陷获得了合格零件。

结语刀盘产生缩松缩孔的原因是中间厚壁处在凝固过程中形成孤立液相区，得不到补缩；在厚壁处增设环形冷铁并在其上方设置压边冒口能有效解决厚壁处的缩孔缩松缺陷；便于工艺人员进行工艺分析及优化工艺方案，少试验成本，提高生产效率和质量。

参考文献:候文超，张西生.长筒状铝合金铸件铸造缺陷的工艺改进铸造技术，2015，36（9）：2380-2382.孙策，盛文斌，阎思锦，等.ZL114A 横梁铸造数值模拟及工[J].铸造技术，2019，40（9），941-945.郝亮亮，杜婷.半圆环板铸造工艺优化[J].铸造（7），641-644.雲刘峰，王昭.铝合金车轮轮辋缩松原因分析及措施（a ）t=82.88s （b ）t=95.55s （c ）t=431.85s图3原工艺凝固过程仿真结果（a ）t=79.09s （b ）t=97.12s （c ）t=427.34s图5改进工艺后凝固过程仿真结果图6改进工艺后刀盘厚壁处精加工结果图4改进措施腰型冒口（a ）环形冷铁（b ）。