鋅合金熔煉

一、熔煉過程的物理、化學(xué)現(xiàn)象

合金熔煉是壓鑄過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，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(xué)成分符合規(guī)定，能使壓鑄件得到良好的結(jié)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堝的相互作用使組分發(fā)生變化，產(chǎn)生夾雜物和吸氣。所以制訂正確的熔化工藝規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行，是獲得高質(zhì)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(fā)生化學(xué)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(jìn)入合金液中。

3. 金屬與坩堝的相互作用

當(dāng)熔煉溫度過高時(shí)，鐵質(zhì)坩堝與鋅液反應(yīng)加快，坩堝表面發(fā)生鐵的氧化反應(yīng)生成Fe2O3等氧化物；此外鐵元素還會(huì)與鋅液反應(yīng)生成FeZn13化合物（鋅渣），溶解在鋅液中。鐵坩堝壁厚不斷減薄直到報(bào)廢。

二、熔煉溫度控制

1. 壓鑄溫度

壓鑄用的鋅合金熔點(diǎn)為382 ~ 386℃，合適的溫度控制是鋅合金成分控制的一個(gè)重要因素。為保證合金液良好的流動(dòng)性充填型腔，壓鑄機(jī)鋅鍋內(nèi)金屬液溫度為415 ~ 430℃，薄壁件、復(fù)雜件壓鑄溫度可取上限；厚壁件、簡單件可取下限。中央熔煉爐內(nèi)金屬液溫度為430 ~ 450℃。進(jìn)入鵝頸管的金屬液溫度與鋅鍋內(nèi)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(jìn)行準(zhǔn)確的控制。并做到：① 金屬液為不含氧化物的干凈液體；② 澆注溫度不波動(dòng)。

溫度過高的害處：

①     鋁、鎂元素?zé)龘p。

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(huì)發(fā)生卡死錘頭現(xiàn)象。

④     鑄鐵坩堝中鐵元素熔入合金更多，高溫下鋅與鐵反應(yīng)加快。會(huì)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(yīng)增加。

溫度過低：合金流動(dòng)性差，不利于成形，影響壓鑄件表面質(zhì)量。

圖4-1示意溫度對流動(dòng)性的影響。

   圖4-2示意溫度對力學(xué)性能的影響，溫度越高，鑄件結(jié)晶粗大而使力學(xué)性能降低。

圖4-1 溫度對流動(dòng)性的影響

圖4-2 3# 鋅合金澆注溫度對力學(xué)性能的影響

現(xiàn)在的壓鑄機(jī)熔鍋或熔爐都配備溫度測控系統(tǒng)，日常工作中主要是定時(shí)檢查以保證測溫儀器的準(zhǔn)確性，定期用便攜式測溫器（溫度表）實(shí)測熔爐實(shí)際溫度，予以校正。

有經(jīng)驗(yàn)的壓鑄工會(huì)用肉眼觀察熔液，若刮渣后覺得熔液不太粘稠，也較清亮，起渣不是很快，說明溫度合適；熔液過于粘稠，則說明溫度偏低；刮渣后液面很快泛出一層白霜，起渣過快，說明溫度偏高，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

2. 如何保持溫度的穩(wěn)定

①     最佳方法之一：采用中央熔煉爐（圖4-3），壓鑄機(jī)熔爐作保溫爐，從而避免在鋅鍋中直接加鋅錠熔化時(shí)造成大幅度溫度變化。集中熔煉能保證合金成分穩(wěn)定。

②     最佳方法之二：采用先進(jìn)的金屬液自動(dòng)送料系統(tǒng)（圖4-4），能夠保持穩(wěn)定的供料速度、合金液的溫度及鋅鍋液面高度。

圖4-3 運(yùn)豪機(jī)鑄有限公司中央熔煉爐

圖4-4 成達(dá)玩具廠自動(dòng)加料機(jī)

③     如果目前生產(chǎn)條件是在鋅鍋中直接加料，建議將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、鋅渣的產(chǎn)生及控制

通過熔煉合金從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，這是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。氣體與熔融金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中氧的反應(yīng)最為強(qiáng)烈，合金表面被氧化而產(chǎn)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(yīng)速度隨熔煉溫度上升成指數(shù)增加。

正常情況下，，原始鋅合金錠的產(chǎn)渣量低于1%，在0.3 ~ 0.5%范圍內(nèi)；而重熔水口、廢工件等產(chǎn)渣量通常在2 ~ 5%之間。

1. 鋅渣量的控制

①     嚴(yán)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(dòng)，任何方式的攪動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致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(dāng)熔融的合金暴露于空氣中都會(huì)發(fā)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(jìn)一步氧化。

④     扒渣時(shí)，使用一個(gè)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(dòng)，將刮出的渣盛起，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(yīng)商或?qū)ｉT處理廠，因?yàn)樽孕刑幚砜赡艹杀靖摺?

②     壓鑄廠自行處理。需要有單獨(dú)的熔爐，鋅渣重熔溫度在420 ~ 440℃范圍內(nèi)。同時(shí)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(fā)在金屬液面，隨后用攪拌器將其均勻混入熔融金屬中（約需2 ~ 4分鐘），保溫5分鐘后，表面產(chǎn)生一層更似泥土類的東西，將其刮掉。

四、水口料、廢件重熔

水口料、廢料、垃圾位、報(bào)廢工件等，不宜直接放入壓鑄機(jī)鋅鍋內(nèi)重熔。原因是這些水口料表面在壓鑄成形過程中發(fā)生氧化，其氧化鋅的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原始合金錠，當(dāng)這些水口料在鋅鍋中重熔時(shí)，由于氧化鋅在高溫條件下呈粘稠狀態(tài)，將其從鋅鍋取出時(shí)，會(huì)帶走大量的合金成分。

把水口料等另外重熔，是為了將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，鑄成錠后使用。

五、電鍍廢料重熔

電鍍廢料應(yīng)同無電鍍廢料分開熔煉，因?yàn)殡婂儚U料中含銅、鎳、鉻等金屬是不溶于鋅的，留在鋅合金中會(huì)以堅(jiān)硬的顆粒物存在，帶來拋光和機(jī)加工的困難。

  電鍍廢料重熔中注意將鍍層物質(zhì)與鋅合金分開，先將電鍍廢料放入到裝有鋅合金熔體的坩堝中，這時(shí)不要攪動(dòng)熔體，也不要加入熔劑，利用鍍層物質(zhì)熔點(diǎn)高，鍍層不會(huì)熔入合金中，而會(huì)在最初一段時(shí)間內(nèi)浮在熔液表面，當(dāng)全部熔化后，讓坩堝靜置15 ~ 20分鐘，看表面是否還會(huì)有浮渣出現(xiàn)，把浮渣刮干凈。經(jīng)過這一道工序后，再看是否有必要加精煉劑。

六、熔煉操作中注意事項(xiàng)

1. 坩堝：使用前必須進(jìn)行清理，去除表面的油污、鐵銹、熔渣和氧化物等。為防止鑄鐵坩堝中鐵元素溶解于合金中，坩堝應(yīng)預(yù)熱到150 ~ 200℃，在工作表面上噴一層涂料，再加熱到200 ~ 300℃，徹底去除涂料中水份。

2. 工具：熔煉工具在使用前應(yīng)清除表面臟物，與金屬接觸的部份，必須預(yù)熱并刷上涂料。工具不能沾有水分，否則引起熔液飛濺及爆炸。

3. 合金料：熔煉前要清理干凈并預(yù)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(shí)清理鋅鍋中液面上的浮渣，及時(shí)補(bǔ)充鋅料，保持熔液面正常的高度（不低于坩堝面30 mm），因?yàn)檫^多的浮渣和過低的液面都容易造成料渣進(jìn)入鵝頸司筒，拉傷鋼呤、錘頭和司筒本身，導(dǎo)致卡死錘頭、鵝頸和錘頭報(bào)廢。

6. 熔液上面的浮渣用扒渣耙平靜地?cái)噭?dòng)，使之集聚以便取出。

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