A356铸造铝合金生产工艺流程文档格式.docx

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针孔的定义与分类

针孔形成的原因

形成气孔的H2来源

预防针孔形成的工艺措施

第一章概述

第一节铝合金的定义、性质和用途所谓铝合金就是在工业纯铝中加入适量的其他元素，使铝的本质得到该善，以满足工业上和人们生活中的各种需要。

由于其比重小，比强度高，具有良好的综合性能，因此，被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器皿制造等方面。

第二节铝合金的分类及表示方法

铝合金可分为两大类：

变形铝合金和铸造铝合金，变形铝合金要先铸成锭，用于压延或拉伸，如：

管、棒和板等；

铸造铝合金，用于铸造固定铸件，如：

活塞、汽缸和支架等。

变形铝合金牌号的表示方法大致有两种：

1、国家标准

用第一个字母L表示工业纯铝或铝合金，（取铝的汉语拼音第一个字母）。

第二个字母表示铝合金类别，下面几个字母分别表示：

G――工业高纯铝F――防锈铝合金Y――硬铝合金

C――超硬铝合金D――锻造铝合金T――特殊铝合金

字母后面的数字表示该类合金的序号。

如LF3表示3号防锈铝合金；

LD2表示2号锻造铝合金；

LY12表示12号硬铝合金；

LC4表示4号超硬铝合金；

LT21表示21号特殊铝合金。

2、引用美国四位数铝合金牌号表示方法，作为国家标准第一位数字表示铝合金系列，如：

1XXX表示纯铝

2XXX表示AL-Cu系合金

3XXX表示AL-Mn系合金

4XXX表示AL-Si系合金

5XXX表示AL-Mg系合金

6XXX表示AL-Mg-Si系合金

7XXX表示AL-Zn系合金

8XXX表示AL和其它元素的合金

9XXX表示尚未使用的系列

最后两位数字表示某种具体的铝合金或铝的纯度，第二位数字表示对原来的合金或杂质范围的修改。

铸造铝合金牌号的表示方法：

1、部颁标准

AL—SiZLD101-111AL—CuZLD202-203

AL—MgZLD302AL—ZnZLD401

2、A356.2是等效采用美国ASTMB17—96标准中合金锭牌号

A356.2等同于ZL101A其中A表示优质合金锭

3、数字式系统牌号表示方法

3xxC.x表示铝硅（加镁）铸造铝合金

却吃E

其中：

3表示合金组别

01表示顺序号

C表示标识代号

.1表示由于杂质含量的改进或优质合金的同一组别的不同合

金

第三节A356合金的成分、组织和性能

A356合金的化学成分如下:

牌号

Si

Mg

Fe

Cu

Mn

Zn

Ti

其它

A356.0

6.5—7.5

0.25—0.45

0.20（

）.200.

100.1

00.20

0.15

A356.1

0.30—0.45

0.15（

A356.2

0.12（

）.100.

050.C

50.20

A356合金具有良好的铸造性能和抗蚀性能，采用加锶变质后铸

态强度可达到150Mpa以上，硬度HB50以上，延伸率在5鸠上。

主要用来制作汽车轮毂；

同时，本产品还广泛应用于电器、建筑、航空航天、交通运输及生活用品、包装材料等行业。

A356合金中各种化学元素及其作用

Si使铝的流动性增加，改善铸造性能，降低熔体的熔点。

Mg生成Mg2Si能大大提高抗拉和屈服强度。

Fe生成AL9Fe2Si2恶化机械性能。

Sr提高铸件的强度和硬度，破坏氧化膜。

Ti调整钦含量，细化晶粒起异质晶核的作用。

第四节A356合金的生产设备

熔炼炉熔化、精炼、保温、配料、熔化少量次品。

静置炉精炼、保温、静置、成分调整。

电磁挽拌器减轻工人的劳动强度，保证炉内熔体的均匀性，有效防止偏析。

连续铸造生产线用于生产普通铝锭或铝合金锭。

桥式起重机用来吊运抬包和其它重物。

过滤箱过滤净化铝液。

精炼罐用来装精炼剂精炼用。

第二章A356的生产工艺

第一节A356合金的生产工艺流程

烤硅（回炉料）－原铝－除渣－细化－加镁－一次精炼－搅拌－扒渣－炉前分析－成分调整－静置－二次精炼（变质）－搅拌－扒渣－覆盖－二次静置－过滤－铸造（取样）－堆垛－打捆－验斤－入库

第二节熔炼

熔炼是为了获得温度、化学成分和纯净度都符合要求，以便铸成不同形状和尺寸的铸锭熔体。

铝合金的熔炼是铝合金加工过程的首道工序，也是至关重要的环节。

要生产具有一定的物理、化学和机械性能的优质产品，除需先进的加工工艺外，首先必须提高铝合金熔体与铸锭的冶金质量，如严格保证合金的化学成分、减少气体和非金属夹杂、获得均一细小的等轴晶粒以及其它缺陷的消除等，这些冶金质量的控制完全取决于合金的熔炼工艺。

因为熔炼工艺的不当往往产生后序加工工艺所无法消除的缺陷，直接影响到产品质量。

同时，随着现代科学技术的不断进步，对材料的组织性能要求越来越苛刻，这对熔炼工艺提出了更高的要求。

如杲没有先进科学的熔炼工艺，就不可能生产出高质量的合金材料。

用原铝直接配制A356.2铝合金，避免了二次重熔烧损，有利于节能减排。

招炫体的特点：

电解铝液的基本特性：

（1）温度高

（2）夹杂多（3）气体含量高，主要是H和少量的COC02和N2H的含量在金属中随着温度的升高而增大。

精炼净化的目的就是清除或尽量降低这些夹杂和气

体，提高金属的净化程度。

精炼包括除气和除法两方面。

铝液净化的方法常用的有熔剂净化法和气体净化法两种。

铝熔体的精炼和净化

铝合金炫炼过程中，除极易与氧生成AU03外，同时也极易吸收气体【丨丨】，而且AL203含量越高，【H】的含量也越高。

1）氮气精炼法（分压差脱气原理）利用气体分压对其溶解度影响的原理，控制体系中氢的分压，造成熔体中的气体与外界的气体存在很大的分压差，这样就产生较大的脱气驱动力，使氛很快排除。

2）熔剂增炼法熔剂增炼法的除渣作用主要是通过与熔体的氧化膜及其它非金属夹杂物发生吸附、溶解和化学作用而实现的。

1吸附作用：

当熔剂进入铝液后便熔化，熔融状态下的熔剂与夹杂物接触时，在它们的接触面上，降低表面能并产生润湿与吸附。

夹杂物进入熔剂后便较处理前有更大的上升（或下沉）能力，从而将夹杂物从熔体中分离出来。

一般是采用与夹杂物界面上的表面张力减小的NaCl+KCl混合物作熔剂。

2溶解作用：

熔剂中加入氯盐（冰晶石Na3ALF6，使熔剂具有溶解杂质物，特别是氧化铝的作用。

3化学作用：

通常是用氯化盐作熔剂，这些熔剂加入熔体后与铝发生下列置换反在：

3MeCl+Al－AlCh+3Me

生成的A1C13沸点是178—183°

C,在炫体中呈蒸汽状态，溢出时将按精性气体原理与炫体作用而除气，被置换出来的元素将进入合金中；

如该合金不含此元素时，将成为杂质？

但有些被置换出来的元素对合金起细化晶粒作用，如TiAU等。

精炼原理特效精炼剂是以三元熔剂为基本加入冰晶石等活性吸附剂和六氯乙烷等造气剂组成的。

生产上采用电磁搅拌技术，用氮气为载体，热会使熔体中的很多可作为晶核的小质点熔化，因而容易产生粗大晶粒组织，增加铸锭裂纹的倾向性。

静置时间过长也会促使熔体含气量增加，并降低炉子生产率；

当静置时间过长时，应再次进行精炼。

第三节铸造铸造方法的分类将熔融的金属或合金浇入一定形状和尺寸的铸模内，冷却以获得铸健的方法，称为铸造。

铸造方法大致分为平模铸造和竖井铸造两大类，其机械性能检测结果

如下：

第四节熔铸工艺

铸造原理凝固是金属从液态转变为固态的过程，在一般情况下，固态金属是晶体（原子在三维空间作有规则的周期性重复排列的物质称为晶体），所以金属的凝固过程，通常也叫结晶过程。

金属结晶时，不断在液体中形成一些微小的晶体，它们能成为核心逐渐长大，这种作为结晶核心的微小晶体，称为晶核。

结晶就是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。

晶核越多，晶核长大越慢，则凝固后的晶体越小，反之晶粒粗大。

生产中加入一些变质剂（如Al－Ti中间合金）就是增加晶核数，从而使铸锭组织细密。

用连续铸造法生产铝合金铸锭时，铸锭的结晶过程是从铸健表面向中心，由底部向上部逐渐扩展的。

金属温度降至其熔点以下（即金属在过冷状态下），才具有结晶的动力，因此，铸造时必须进行冷却。

铸造工艺参数对铸健质量的影响铸造工艺参数主要有铸造温度、铸造速度、冷却强度，其次是液位高度、铸造开始与结束条件等。

1）铸造温度铸造温度通常是指液体金属从保温炉通过转注工具注入分流盘的过程中有良好流动性所需要的温度。

铸造温度低，炼体粘度增大，液体在在凝固时气体来不及上浮逸出液面，造成气孔、疏松，还可能产生夹渣及冷隔等铸疑质量缺陷；

铸造温度最高不宜超过熔炼温度；

提高铸造温度，使液穴变深通常使裂纹废品增多。

科学规范铸造温度应指注入分配器内的液体温度一般情况下铸造温度比合金的实际结晶温度高50UC~7（TCa

2）铸造速度连续铸造时，单位时间铸锭成形的长度称为铸造速度。

铸造速度的快与慢对铸锭裂纹、铸锭表面质量、铸锭组织和性能有很大影响，在保证铸疑质量的前提下，应采用最高的铸造速度。

一般规律是冷裂纹倾向性较大的合金及铸锭规格，应提高铸造速度；

而热裂纹倾向较小的合金及铸锭规格，则应降低铸造速度。

铸造速度加快，铸锭的组织和成分的不均匀性及疏松程度增加，使其机械性能有所下降。

3）冷却强度冷却强度也称为冷却速度。

冷却强度不但对铸捷的裂纹有影响，而且对铸锭的组织影响更大、随着冷却强度的增大，铸健结晶速度提高，晶内结构更加细化；

随着冷却强度增大，铸健液穴变浅。

过渡带尺寸缩小.使金属补缩条件得到改善，减少或消除了铸锭中的疏松、气孔等缺陷.铸捷致密度提高。

另外还可以细化一次品化合物的尺寸，减小区域偏析的程度。

冷却强度对冷却水温度的要求是不可忽视的，通常情况下，冷却水温设定在20度，但是由于地区气候条件。

供水设施条件及厂房温度等不同导致变化较大，因而出现地区性或季节性铸健质量缺陷。

铸锭的机械性能一般随冷却加快而提高，这是冷却速度加快使形核率增加的缘故。

借助于喷粉机，将特效精炼剂以雾状喷入铝熔体，除保持熔剂良好的润湿性，吸附能力，还在氮气泡周围形成一层熔剂膜，改善氮气的去气效果。

同时氮气泡将冰晶石等活性熔剂吹入熔池底部，当其从底部向上浮起的过程中和氧化物夹杂悬浮体充分接触，可吸附造渣，又可化合造渣，其中的六氯乙烷在熔体中毫无浪费地起反应，充分发挥氯气的优良除气效果。

整个精炼程序形成一个三重精炼的优良精炼过程。

精炼方法将所需的精炼剂加入精炼罐内盖好，打开精炼罐开关，通氮气，待精炼铁管内有精炼剂喷出时，即可将之插入炉内，并在炉内各处缓慢移动2－3次，罐内熔剂全部喷尽时，先把精炼管从铝液中抽出，然后关闭氮气。

（附图）

精炼注意事项

1精炼时间随熔铝量的增加而延长。

2通过开启精炼罐低部开关的大小来控制送粉速度，原则是在精炼时间范围内都有粉喷出。

3精炼管端头以插进铝液深度2/3为宜，左右前后移动，不要破炉壁和炉底，以防堵管。

4精炼温度710－750度，精炼时间15－25分钟，氮气压力1.5－

2.5kg/mm2,用量1.5—3.0kg/T.A1。

5通过控制氮气压力来控制铝液的翻腾高度，原则是在不堵管的情况

下，翻腾高度小些为好，最好控制在15cm以下。

3）静置

炼体的静置也是一种净化方法，静置就是利用液体与夹杂物之间的比重差，使夹杂物下降或上升而达到净化的效果。

一般颗粒越细，则上浮或下沉的速度愈慢；

颗粒呈球状，下沉速度较大，呈片状则上浮容易。

总的说来，要保证一定的静置时间。

A356合金的静置时间，约15－25分钟，不宜超过30分钟。

4）过滤过滤就是让炫体通过中性或活性材料制成的过滤器，使炫体中处于悬浮状态的夹杂物，受到过滤器机械地阻隔或与其材料起化学作用而达到分离排除的目的。

由于机械的阻隔，物理和化学吸附，使夹杂物不能通过，加强了熔体的净化效杲，使气体含量降低，也使晶粒长大，这是因为过滤把部分结晶核心除掉了的缘故。

生产上一般采用陶瓷过滤板进行过滤。

熔炼工艺参数对铸健质量的影响合适的熔炼温度对生产优质的铸锭起着决定性的作用。

当熔体过热时，含气量增加，铸锭组织中的晶界加宽；

更重要的是熔体过

1）配料工艺

1.原材料的选择

1配料所需的原料，包括铝健、镁健、钛剂、铝锶合金和废铝料等必须有化学成分，并符合该合金对成分的要求方可使用。

2所使用原材料必须是清洁、干燥、无泥、无油无污、无腐蚀。

3废铝料和原铝的比例，应以保证铝液温度为前提。

2.化学成分的控制

配料计算时，首先执行公司的内控标准，准确计量，镁按中、上限配，硅按中、下限配，钛和锶考虑实收率及添加时的温度。

2）熔炼工艺

1.炉子准备

1新炉及大修后的炉子严格按工艺规程进行烘炉，检修后需投产使用的炉子，根据具体情况，确定烘炉时间。

2洗炉：

新炉、大、中修后的炉子，要清理干净，并用纯铝或A356

合金废料洗炉。

2.装炉装炉的原则是要保护炉膛，减少金属烧损，先加工业硅和废铝料，再加铝捷及大块铝，钬和镁在精炼前加入，锶在氯盐精炼后加并用电磁揽拌器搅拌均匀。

3.熔炼

1熔炼温度T<

760°

C

2精炼温度710－750。

3熔炼时，为防止氧化烧损，需加入覆盖剂

4在熔炼温度下，取试样进行光谱分析，根据结杲，确定加镁量和补硅量及钬和锶的添加量。

5成分合格后进行精炼，精炼在熔炼温度下进行。

6精炼时要使精炼剂通往整个溶体。

7氮气和精炼剂要保持足够的纯度和干燥度。

3）铸造工艺

1.铸造工艺准备

1检查机械、电气、和冷却水系统是否正常。

2打渣铲、铸模和分流盘预热良好。

3铸造速度调到最大，铸模内铝锭清理干净。

2.铸造

1过滤箱烘烤温度700度以上。

2铸造温度680—710。

C水压0.5—1.0Kg/mm2

3冷却强度开至最大，增强冷却效杲，减少不脱模铝锭。

4根据铝液流量、温度和外观质量调整铸造速度，要保持分流盘的金属平稳。

5铸造完后，应将溜槽和其它铸健工具清理干净，及时维修，以备下次再用。

4）取样工艺

1.化学成分

每3—5捆为一个批次，取一组三个试样，一组化验用，一组送质检科，一组封存备用，分别打上批号。

2.低倍试样

每3—5捆为一个批次，并从该批铸锭中任取一锭，在洗口对面健长

四分之一处银切厚度为25mm—30mm勺试样，将其断面加工至表面粗糙度Ra值不大于1.6um0并用汽油、酒精或丙酮清洗干净，在背面打上批号。

第三章A356合金常见缺陷及预防措施

第一节化学成分化学成分应符合GB/T8733－2007的要求，提高配料质量，保证原材料质量稳定，使用电磁授：

拌器，加强冷却，进行细化工艺处理，减轻成分偏析。

使A356合金炫体的表面氧化膜变得疏松，易开裂，加大了在熔炼过程中新鲜铝液暴露在大气下与水和氧反应的几率，降低了原氧化膜的防二次污染作用。

显然，这是导致熔体氢含量的增加、吸氢倾向加重的重要原因。

铸锭凝固以后，各个不同部位以及晶粒内部，化学成分不均勾的现象，称为偏析。

偏析是在合金凝固过程产生的，主要是由于合金在结晶过程中溶质的再分布和晶体长大过程结晶速度大于溶质的扩散速度，从而使得最初析出的固相与液相的浓度不同所致。

先析出的晶体与后析出的晶体化学成分不同，甚至同一个晶粒内先结晶出来的部分和后结晶出来的部分也有差异，这样便形成了铸锭各部分化学成分的不均匀性。

偏析分为宏观偏析和微观偏析。

微观偏析：

晶内偏析和晶界偏析宏观偏析：

比重偏析和区域偏析消除偏析可采用均勾化及细化处理工艺，提高冷却强度，适当降低铸造温度和速度。

第二节外观质量铸徒表面应整洁，不允许有霉斑、熔渣及外来夹杂物。

但允许有轻微夹渣及修整痕迹或因浇注收缩而引起的轻微裂纹存在。

铸锭断口应致密，不允许有严重缩孔、熔渣及夹杂物。

第三节低倍针孔度

在A356合金溶体中加Sr是改善其力学性能的变质处理工艺，但也带来一些负面影响。

加入Sr后，在铝熔体表面氧化膜中出现有锶的氧化物，由于Sr的氧化物致密度<

1，

1.气孔类别

由于铝合金具有严重的氧化和吸气倾向，熔炼过程中又直接与炉气或

外界大气相接触，因此，如熔炼过程中控制稍许不当，铝合金就很容易吸收气体而形成气孔，最常见的是针孔。

所谓针孔，通常是指铸件中小于1mm勺析出性气孔，多呈圆形，不均勾分布在铸件整个断面上，特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。

根据铝合金析出性气孔勺分布和形状特征，针孔又可以分为三类：

（1）点状针孔：

在低倍组织中针孔呈圆点状，针孔轮廓清晰且互不连续，能数出每平方厘米面积上针孔勺数目，并能测得出其直径。

这种针孔容易与缩孔、缩松等予以区别开来。

（2）网状针孔：

在低倍组织中针孔密集相连成网状，有少数较大勺孔洞，不便清查单位面积上针孔勺数目，也难以测出针孔勺直径大小。

（3）综合性气孔：

它是点状针孔和网状针孔勺中间型，从低倍组织上看，大针孔较多，但不是圆点状，而呈多角形。

铝合金生产实践证明，铝合金因吸气而形成气孔勺主要气体成分是氢气，并且其出现无一定勺规律可循，往往是一个炉次勺全部或多数铸件均存在有针孔现象。

2.针孔的形成铝合金在熔炼和浇注时，能吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出。

铝合金中溶解的较多的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温度的下降而减少，由液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降约19倍。

因此铝合金液在冷却的凝固过程中，氢的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。

因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，来不及上浮排出的，就在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即平常我们所说的针孔。

在相对湿度大的气氛中溶炼和洗注铝合金，铸件中的针孔尤其严重。

这就是我们在生产中常常有人纳闷干燥的季节总比多雨潮湿的时节铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。

3.形成气孔的氢气的来源与析出铝合金中气孔的产生，是由于铝合金吸气而形成的，但气体分子状态的气体一般不能溶解于合金液中，只有当气体分子分解为活性原子时，才有可能溶解。

合金液中气体能溶解的数量多少，不仅与分子是否容易分解为活性原子有关，还直接与气体原子类别有关。

在铝合金炫炼过程中，通常接触的炉气有：

氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化疏等，这些气体主要是由燃料燃烧后产生的，而耐火材料、金属炉料及熔剂、与气体接触的工具等也可以带入一定量的气体，如新砌的炉衬、炉子的耐火材料、铸模等，通常需要使用几天或几周的时间，其化学结合的氢才能充分从粘结剂中释放出来。

一般而言，炉气成分是由燃料种类以及空气量来决定的。

对目前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说，炉气成分主要是氢气。

因此，采用不同的熔炼炉熔炼时，铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。

铝合金生产实践证明，氢是唯一能大量溶解于铝或铝合金中的气体，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。

氢在液态铝或铝合金中的溶液解度很大，而几乎不溶解于固态铝（在室温条件下，其溶解度约在0.003%以下）。

在铝合金熔炼时，周围空气中的氢气含量并不多，氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应，而水蒸气主要来源于炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水与铝锈Al（0102分解出来的水分等，其反应式如下：

3H20（水蒸气）+2A卜A1203+6[H]

（1）

含镁铝合金由于还发生下列反应，更容易吸收氢：

H20（水蒸气）+Mg二MgO+2[H

（2）

另外，金属炉料或回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢：

4mAl+3CmHn=mA14C3+3n（[H3]）

镁、钠、锂可以改变铝的表面的氧化膜，使活性氢原子容易进入；

金属氟和铍则能在铝的表面形成更致密的氧化膜，降低氢向铝液或铝合金中扩散的速度，对铝合金起到保护作用。

4.预防铝合金铸件针孔形成的主要措施

针孔是铝合金铸件中容易出现的且对铸件品质造成一定影响的一种铸造缺陷，氢是造成针孔的主要原因（有的资料介绍，铝液中所溶解的气体中80%－90%是氢），而氢的主要来源是水蒸气分解所产生的。

铝合金铸件容易产生针孔缺陷。

它与铝合金本身特性有关系，也与一系列的外界因素有关。

为了避免或减少铝合金在熔炼时产生针孔，保证铝合金铸件具有优良品质，可针对性地采取适当的预防措施予以预防。

4.1认真做好熔炼浇注时的准备工作4.1.1严格按工艺规程要求，正确处理好炉料。

炉料使用前应去除炉料表面的锈迹、泥沙等污物，并进行炉料预热，严防带入水分和油污等。

4.1.2溜槽、锭模、熔炼工具，使用前应将表面油污、脏物等清除干净。

4.1.3新溜槽、新砌炉子、有锈蚀的旧铸模，使用前将表面清除干净，并进行烘烤处理。

4.1.4锭模、熔炼工具使用前，均须预热。

4.2严格执行工艺规程，力求做到快速熔炼铝合金在熔炼时，要力求做到快速熔炼，缩短高温下停留的时间。

Al－Mg合金和其它铝合金熔化后保持时间过长时，需要用熔剂覆盖铝合金液面，以防止铝合金吸气，一旦在生产过程中出现异常，要及时与现场技术人员取得联系，采取杲断措施予以处理。

根据QJ1182－87标准，每一炉合金从开始炫化到浇注完毕的时间，金属型铸造不得超过6h;

合金最高温度一般不超过760UC

4.3加强潮湿季节预防措施

在雨季或空气潮湿时节铸造铝合金，我们更应该注意采取预防去气防护措施，对熔炼用具、健模、原辅料、炉料等都要严格按规范进行预热处理，以防带入过多的水分和油污等，引起各类针孔的产生。

4.4精炼去气，去除铝合金中的气体

一般情况下，所谓“去气”（又叫“除气”）就是去除合金中的气体，“精炼”就是指去除合金中的夹杂物。

因铝合金熔炼时，除气和精炼两个工序多合并在一起进行，故在生