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鑄造用純銅及銅合金的典型熔煉工藝,包括純銅、黃銅、青銅

發(fā)布時間:2023-03-20點擊:2313

導(dǎo)讀:鑄造用純銅及銅合金是有色金屬中重要的一類,在實際生產(chǎn)中運用較廣。常用的銅合金按照成分不同主要可以分為兩大類,即鑄造黃銅和鑄造青銅。無論是砂型鑄造還是熔模鑄造,熔煉都是鑄造生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán),各種銅合金的熔煉有相同之處,又有不同之處,在多年的生產(chǎn)實踐中,我們總結(jié)了純銅及銅合金(主要為青銅和黃銅)的熔煉工藝經(jīng)驗,供各位參考。

所用的熔煉設(shè)備:中頻感應(yīng)電爐、熱電偶、澆包、石墨坩堝等。

1.純銅的熔煉

1)先將坩堝預(yù)熱至暗紅色,在坩堝底加一層厚度約為30-50cm的干燥木炭或覆蓋劑(硼砂63%+碎玻璃37%)。再依次加入邊角余料、廢塊和棒料,***后加電解銅。

2)補加的合金元素可放在爐臺上預(yù)熱,嚴(yán)禁冷料加入液態(tài)金屬中。整個熔化過程中應(yīng)經(jīng)常活動爐料,以防搭橋。

3)升溫使合金全部熔化。合金全熔后,溫度達(dá)到1200-1220℃時,加入占合金液重量的0.3%-0.4%的磷銅脫氧,磷與氧化亞銅發(fā)生下列反應(yīng):5Cu2O+2P=P2O5+10CuCu2O+P2O5=2CuPO3,生成的五氧化二磷氣體從合金中逸出,磷酸銅可浮于液面,扒渣去除,于是達(dá)到脫氧的目的。在脫氧的過程中需要不斷攪拌。

4)***后扒渣出爐,合金液的澆注溫度一般為1100-1200℃。

2.黃銅的熔煉

以鋅為主要合金元素的銅基合金為黃銅,分為普通黃銅和特殊黃銅兩類。普通黃銅是銅和鋅組成的兩元合金,主要用于壓力加工。在普通黃銅的基礎(chǔ)上加入其他合金元素(如硅、鋁、錳、鉛、鐵、鎳等),便成為特殊黃銅。鑄造黃銅大多是特殊黃銅。

1)合金的配料及金屬爐料要求  銅合金的化學(xué)成分中,由于主要成分變化范圍較大,因此在配料計算的過程中,應(yīng)根據(jù)其性能要求,選擇適當(dāng)?shù)呐淞铣煞?。合金的化學(xué)成分應(yīng)符合GB1176-87,幾種常用的黃銅熔煉配料成分按表1進(jìn)行。

要求爐料應(yīng)干燥、清潔,有污物銹蝕應(yīng)經(jīng)吹砂清理。

2)爐料配比  按照一般的鑄造慣例,新料成分占爐料的總重量應(yīng)≥30%,回爐料≤70%。但在實際生產(chǎn)中,我們考慮到銅合金的回爐料比較多,在爐料的配比時回爐料的質(zhì)量百分比≥90%時,熔化質(zhì)量依然很好,化學(xué)光譜分析證明鑄件的成分合格?;貭t料較多時需要考慮合金中的雜質(zhì)是否超標(biāo)。

3)熔煉前的準(zhǔn)備  ①金屬爐料的準(zhǔn)備:回爐料是同牌號的廢鑄件、澆冒口及重熔鑄錠,需要具有明確的化學(xué)成分。入爐前吹砂清除表面污物,經(jīng)預(yù)熱后裝爐(首批冷爐熔化可隨爐預(yù)熱);電解銅經(jīng)吹砂去除污物,在500-550℃預(yù)熱后去除水分后,才能裝爐(首批冷爐熔化可隨爐預(yù)熱;純金屬元素入爐前可在爐邊預(yù)熱。金屬爐料的***大塊度不應(yīng)超過坩堝直徑的1/3,長度不應(yīng)超過坩堝深度的4/5。②坩堝和熔煉設(shè)備及工具的準(zhǔn)備:坩堝使用前應(yīng)無裂紋和影響安全的其他損傷,新坩堝必須經(jīng)過低溫緩慢加熱處理,以防產(chǎn)生裂紋;舊坩堝將內(nèi)表面熔渣清理干凈;用新石墨坩堝及更換熔煉合金種類時,熔煉前坩堝應(yīng)熔化同牌號系列合金進(jìn)行洗爐;用耐火材料及石墨做成的攪拌棒必須徹底清理殘余涂料和銹跡,并涂敷一層耐火材料或刷涂料后烘干待用;錠模在使用前必須徹底清理干凈,涂涂料后預(yù)熱至100-150℃待用。

4)覆蓋劑及熔劑的準(zhǔn)備  ①木炭應(yīng)裝入密封的烘烤箱內(nèi),在不低于800℃烘烤4h,待用時要防止吸潮。②覆蓋劑由硼砂63%、碎玻璃37%組成,也可用干燥木炭作覆蓋劑。覆蓋劑均要求干燥并去除其中的雜物。

5)合金熔煉工藝過程

①先將坩堝預(yù)熱至暗紅色,并在其底部加入20-40cm厚木炭。

②加入電解銅,迅速升溫熔化后按先熔點高后熔點低的順序加入中間合金(如有配入時),***后加回爐料,同時補加木炭,以保證合金液面不暴露在空氣中。

③熔煉黃銅一般也需要進(jìn)行脫氧,待銅全部熔化后,溫度達(dá)1150-1200℃時加入磷銅(以P占銅液重量的0.04%-0.06%計算)進(jìn)行脫氧。經(jīng)脫氧與不脫氧的實踐對比,脫氧后的鑄件表面質(zhì)量要優(yōu)于不脫氧的質(zhì)量。

④按各合金牌號成分要求分別補加合金元素:在11001120℃加入鋁銅中間合金,在1100-1150℃停電分批加入純鋅、純鋁并攪拌。熔化硅黃銅時應(yīng)先加硅,再加鋅;熔化鉛黃銅時應(yīng)先加鋅再加鉛。鋅元素的加入溫度應(yīng)控制,加鋅后若溫度降低可以中間送電,當(dāng)合金液溫度高于1200℃時,不允許加鋅。

⑤出爐扒渣,調(diào)整合金液至鑄件工藝卡片要求溫度后,迅速出爐澆注。合金的澆注溫度是影響鑄件性能的因素之一。一般的出爐溫度為ZCuZn381100-1130℃;ZCuZn40Pb21080-1100℃;ZCuZn31Al21120-1140℃;ZCuZn16Si41100-1140℃。

⑥熔煉兩種不同牌號的合金,其化學(xué)成分有影響時,中間應(yīng)進(jìn)行洗爐。比如,用熔煉過鋁青銅的坩堝和工具再來熔化錫青銅,而坩堝和工具就要含有鋁元素,雖然鋁在鋁青銅里是合格的成分,但在錫青銅里卻是***有害的元素。

一般的銅合金經(jīng)過脫氧后,就可獲得合格鑄件。但對于鋁青銅、鋁黃銅、硅青銅等,易氧化生成高熔點氧化物Al2O3、SiO2,使鑄件形成夾渣,需經(jīng)過精煉才能去除,常用精煉劑有:質(zhì)量比為60%的氯化鈉+40%的冰晶石或20%冰晶石+20%螢石+60%氟化鈉等。

3.青銅的熔煉

  鑄造青銅按成分可分為錫青銅和不含錫青銅。錫青銅是以錫為主要合金元素的銅基合金,具有良好的耐磨性、耐蝕性,較好的強度和塑性。不含錫青銅有鋁青銅、鉛青銅、硅青銅等,含有的主要元素不同,如鋁青銅是以鋁為主要合金元素的銅基合金。

1)合金的配料及金屬爐料要求  幾種常用青銅合金熔煉配料成分按表2進(jìn)行。

要求:在ZCuAl10Fe3合金內(nèi)允許配入0.7%0.9%Ni,0.3%0.4%Mn 以提高合金力學(xué)性能。

2)爐料配比  新料成分占爐料的總重量應(yīng)≥30%,回爐料≤70%。

3)熔煉前的準(zhǔn)備  青銅熔煉前的準(zhǔn)備工作與黃銅熔煉的準(zhǔn)備工作相同。木炭應(yīng)裝入密封的烘烤箱內(nèi),在不低于800℃烘烤4小時,待用時要防止吸潮。稻草灰應(yīng)研碎成粉末狀,除去水分,徹底烘干,待用時也要注意防潮。覆蓋劑均要求干燥并去除其中的雜物。

4)合金熔煉工藝過程  鑄造青銅的種類較多,這里僅討論幾種典型的合金,同類其他銅合金可以參考使用。

ZCuSn10Pb1、ZCuPb10Sn10的熔煉:①先將坩堝預(yù)熱至暗紅色,并在其底部加入20厘米-40厘米厚木炭。②加入電解銅,迅速升溫熔化后再加入回爐料,同時補加木炭,以保證合金液面不暴露在空氣中。③回爐料熔化后,加入磷銅(一般加占爐料重0.5%,熔化磷錫青銅時使用的磷銅可全部加入)。④依次加入鋅、錫、鉛(按配料成分),前一種爐料熔化完全后,再加入下一種,并不斷攪拌合金液。⑤調(diào)整合金液溫度在1100-1150℃之間。⑥出爐打渣,再加磷銅(一般加爐料重的0.1%),進(jìn)行脫氧,均勻攪拌,并在合金液表面上撒一層稻草灰,調(diào)整合金液至鑄件工藝卡片要求溫度(一般為1130-1180℃)后,迅速出爐澆注。

ZCuAl10Fe3、ZCuAl10Fe3Mn2的熔煉:①不能用熔化過別的牌號合金的坩堝熔化這兩種合金。②把坩堝預(yù)熱至暗紅色,加入配制好的熔劑。(熔劑成分:冰晶石20%(質(zhì)量百分比),氟化鈉60%,氟化鈣20%)。③將預(yù)熱至200℃左右的低碳薄鋼片和回爐料同時加入,熔化后攪拌合金,升溫至1150-1180℃。④加入合金重量0.3%的磷銅脫氧,并補加熔劑。⑤將預(yù)熱至200℃的純鋁和純錳(按配料成分)分批加入,每加入一批,即用攪拌棒將其壓入,使迅速熔融,并不斷攪拌使其成分均勻,***后調(diào)整合金液的溫度在1120-1220℃之間。⑥用稻草灰覆蓋打渣,按鑄件工藝卡片調(diào)整合金溫度(一般為1160-1200℃)后迅速調(diào)整出爐澆注。

4.安全事項

安全生產(chǎn)是鑄造行業(yè)的基本要求,純銅及銅合金的熔煉都必須做到:

1)操作者應(yīng)穿戴好防護用品,工作場地保持整潔,不允許有積水和雜物。

2)開爐前應(yīng)檢查所用設(shè)備是否完好,如有不安全因素應(yīng)及時排除。

3)應(yīng)仔細(xì)檢查并確認(rèn)爐料中無易爆及危險物等后,方能進(jìn)行預(yù)熱。

4)熔煉澆注工具,如攪拌棒、鐵勺、除渣工具等,未經(jīng)預(yù)熱不得與合金液接觸。

5)澆注時剩余的合金液要倒入經(jīng)過預(yù)熱的錠模中,不允許直接澆在地面上或倒回爐中。

5.熔煉中應(yīng)注意的幾個問題

1)熔煉的時間應(yīng)控制  從加料開始熔化至熔化結(jié)束(合金出爐)所用時間叫熔化時間。熔化時間的長短不僅會影響生產(chǎn)率,而且會很明顯的影響澆注出的鑄件質(zhì)量。因為熔化時間增長,會使合金的元素?zé)龘p率增加,吸氣的機會增加。因此,應(yīng)該以***短的時間完成熔化工作。在允許的情況下,盡量提高爐料的預(yù)熱溫度,操作應(yīng)該緊湊,動作要迅速。

2)熔煉用的攪拌棒應(yīng)是碳棒  銅合金中的某些元素,如鐵、鉛等在熔化時是以機械混合物的形式存在的。還有些元素,由于密度不同,有產(chǎn)生比重偏析分層的趨勢。實踐證明,這些元素在熔煉和澆注的過程中,容易引起化學(xué)成分的不合格,造成機械性能不合格。要克服這種現(xiàn)象,必須借助攪拌的作用,這是熔化澆注不可或缺的環(huán)節(jié)。但在測溫及降溫的期間,一般不需要攪拌。而所用的攪拌物的材料成分,一般宜用石墨。這是因為,如果使用其它的攪拌物如用鐵棒,則在攪拌的過程中鐵棒熔化,使合金的化學(xué)成分受到影響。同時,如果鐵棒在爐內(nèi)預(yù)熱的溫度比較高或是攪拌的時間較長,鐵棒上的氧化物要進(jìn)入合金液中成為雜質(zhì);如果鐵棒預(yù)熱的溫度較低,合金在攪拌時要黏附在鐵棒上,這在生產(chǎn)中是能觀察到的。

(3)熔煉時的覆蓋劑的使用問題  對于熔煉銅合金來講,覆蓋劑的用量一般為:用玻璃和硼砂時為爐料重量的0.8%-1.2%,因為要保持覆蓋層的厚度為10-15cm;用木炭時,用量約為爐料重量的0.5%-0.7%,要保持覆蓋層厚度為25-35厘米。覆蓋劑的扒除時間,一般在澆注前進(jìn)行,太早進(jìn)行會增加銅合金的氧化和吸氣。如果是用木炭作覆蓋劑,并且擋渣效果好時,也可以不扒除覆蓋劑,讓它在澆注的過程中也起到擋渣作用,效果更為理想。

文章來源:銅信寶


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