摘要：本文主要对铸造铝合金熔炼工艺进一步的分析和了解。随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。
关键词：铸造铝合金熔炼；目的；工艺
引言：
铸造铝合金是以熔融金属充填铸型，获得各种形状零件毛坯的铝合金。铝合金铸造过程中，实现洁净的铝合金熔体获取以确保铝合金铸件质量效果，是铝合金铸造熔炼的核心，而实现洁净的铝合金熔体获取的最为常见并且有效的手段之一就是熔体精炼。
一、铝合金分类
铝合金按用途分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金包括日常使用的铝合金门窗，航天飞机的机构材料，根据不同使用要求可进行热处理和不进行热处理；另一类为铸造铝合金，主要包括铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金和铝稀土合金等。在实际生产过程中，铸造铝合金根据各类化学元素含量多少进行分类。熔炼过程需要根据实际的化学成分进行添加或者减少原材料用量，有些厂家供应的成品铝锭已经含有产品所需要的各种合金元素，熔炼过程基本不需要额外加入其他化学元素，不需要进行配比直接熔炼成铝液，也没有加入的顺序问题，这类铝合金适合结构单一的产品。现在运用最广泛的是原材料为纯铝锭，熔炼过程根据实际生产需要进行调节化学成分，优点是可以熔炼不同牌号的铝合金液，能够适应不同产品的需求，产品类型多种多样。对铝合金进行熔炼前，按照要求进行配料，配料根据合金牌号，需要考虑新料﹑回炉料﹑中间合金中各种元素熔炼过程的烧损。
二、铸造铝合金熔炼工艺的动力学原理
在铝合金铸造加工中，为防治气孔产生，可以从防、排、溶等方面通过除气排杂方式，在防止水分子进入铝合金熔炼的溶液中以及防止铝合金进行氢气吸收、排除进入铝合金熔液中的氢气以及氧化物、尽量使铝合金熔液中氢气在金属结晶过程中溶解与铝合金基体内部等方式，减少铝合金铸件气孔产生。由于铝合金铸造精炼加工中，进行铝液精炼时，铝液中溶解的氢原子处于向精炼气泡迁徙以及被吸附后与氢分子结合进入气泡并上浮游逸出铝液的动力学变化过程，也是铝液中氢的扩散与被气泡吸附变化过程。而结合铝液中氢的扩散与被气泡吸附变化的动力学过程，为改善其动力学变化的条件，加快铝液精炼的速度，不仅需要增加铝液中气泡数量，加大铝液与气泡的有效接触比面积，同时需要尽量减小气泡的直径，以不引起铝液表面飞溅为前提增加气泡在铝液内的运动变化速度，从而加强气液表面更新率，提高其传质系数。此外，还可以通过尽量把气泡在铝液均匀分布，或者是延长气泡在铝液中的上浮游逸路程以及使用高纯度的惰性气体或者是不溶于铝液的活性气体、真空条件下进行铝液精炼加工等方式，实现铝液精炼工艺的改善，减少铝合金铸件气孔产生。
三、铸造铝合金熔炼分析
铸造铝合金熔炼的目的：铝合金熔炼是一个炉科的重熔及化学成分调整的过程。熔炼的主要目的是获得高质量的铝液供铸造使用。主要要求是：第一所用铝合金的成分应符合国家标准或企业标准，合金液成分均匀；第二合金液纯净、氧化夹杂物、气体、熔剂夹杂物含量低。关于上述第一点可在工艺设计时规定来料及铝液熔炼过程中取样进行光谱分析从而达到控制的目的，本文不做详细分析。第二点是本文阐述的重点也是控制的关键。
在铝铸件的生产过程中，由于铝及其合金的化学性质比较活泼，铝合金在熔炼过程容易氧化和吸气。根据测定，存在于铝液中的气体，氢占85%以上，因而“含气量”即可视为“含氢量”。精炼的目的在于清除铝液中的气体和各类有害杂质，净化铝液，防止在铸件中形成气孔和夹杂。根据作用机理，精炼工艺分为吸附精炼和非吸附精炼。吸附精炼依靠精炼剂产生吸附氧化夹杂的作用同时清除氧化夹杂和其表面依附的氢气，达到净化的目的。具体又可分为浮游法、熔剂法等。
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铸造铝合金的杂质分两种：一种是混入的有害元素如Fe等，但如果严格按标准检验和生产，Fe与外来杂质混入的量是有限的，不会造成大的质量问题。另一种主要的、影响较大的杂质和气体是铝液在高温作用下吸气吸氧产生化学反应生成的，这是要重点分析和控制的。由于铝合金的熔炼通常是在大气中进行，因此当铝液和大气或炉气中的O 2、N 2、H 2 O、CO 2、CO、H 2等接触将不可避免会产生化合、化分、溶解、扩散过程。据资料及铝合金液中的气体成分分析表明：合金液中的杂质及气体大部分是由铝液与氧气及铝液与水气在高温下的自发反应生成的杂质Al 2 O 3及原子氢组成，其中Al 2 O 3一旦生成就很难溶解，因为它的熔点高达2050°C，而氢的质量分数占含气量的85%以上，因此可以近似地说除气就是除氢。
变质处理的含义：在Al-Si合金中，通过加入适量的变质剂，使铝液金相组织发生改变，形成细小的共晶体。增强合金的机械性能及伸长率。变质处理必要性：Al-Si合金中的共晶Si，特别是粗大的多角形板状初晶Si，严重地割裂了Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，使机械性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也不好。因此，当含Si量高于6%~8%，必须进行变质处理；变质剂分类国内外都在探求Al-Si合金新的变质剂和变质方法，据报道，下列元素对共晶体（ā+Si）均可起到不同程度的变质作用，如Na（纳）、Sr（锶）、Y（钇）、Bi（铋）、Sb（锑）、S（硫）等。
四、铝合金熔炼工艺技术
1.低温熔炼工艺
（1）蒸发这一物理现象在熔炼过程中始终存在。金属的蒸发主要取决于其蒸气压力的大小。在相同的熔炼工艺条件下，蒸气压高于铝的蒸汽压的物质易于蒸发。如：Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等的蒸气压比铝的高，则易于蒸发，熔炼过程中的损失就多。采用低温熔炼可以减少这些元素的蒸发，降低金属损耗，同时又可以将带入炉内的油漆、粘结剂、涂料等低熔点物质及时蒸发或造渣。
（2）废铝零件往往有不少镶嵌件，这些镶嵌件都是以铁或铜合金为主的非铝件，在熔炼过程中如果不及时扒出，就会导致铝合金中增加一些有害的成分（如Fe、Cu等）。因此，采用低温熔炼，即废铝刚熔化时就及时把废铝零件中的镶嵌件扒出，铝合金的化学成分就容易控制。
（3）铝合金熔体随着温度的升高，致密的氧化膜被破坏，铝—水反应速度大大加快，将会有吸气倾向、过氧化倾向、晶粒粗大倾向和铸锭表面产生裂纹倾向，根据铝合金牌号的不同以700～720℃为临界点，到900℃时氧化膜就不再起作用，造成熔体“过烧”现象。采用低温熔炼可以减少或避免这些现象的发生。
2.铝合金的熔炼设备
为了满足铝合金熔炼的工艺技术要求，目前在世界范围内成功应用的熔炼炉有倾斜式回转炉、侧井炉、双室反射炉等，这些熔炼炉的共同特点是：专门设计了废铝投放室和“扒铁”机构。废铝先预热、干燥，然后投入铝合金熔体中，废铝在包裹它的熔体中熔化，不直接接触火焰，可以大幅减少薄、碎、细、屑等废铝的烧损，对于沉入底部的铁、铜等能及时地扒出；采用循环蓄热式烧嘴进行加热。全部烟气均进行余热回收，热效率高，能耗低；设计了在线搅拌和除气系统，熔体温度和成分均匀，熔体的精炼效果好；在线配置了先进的温度传感装置。熔炼温度和烟气排放温度控制精度和自动化程度高。
结束语：
总而言之，铝合金在铝合金构件、铝箔、铝带等领域都有十分广泛的应用，尤其是随着社会经济与科学技术的不断发展进步，铝合金的应用也越来越广泛。
参考文献：
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[2]高硅铝合金精炼工艺的研发[J].李肇财.江西建材.2017（16）
[3]铸造有色合金及其熔炼[M].河北工学院科技情报研究室，1985.5.
论文作者:谢兰文
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/16
标签：铝合金论文; 精炼论文; 合金论文; 气泡论文; 工艺论文; 过程论文; 目的论文; 《基层建设》2019年第17期论文;