鑄造用純銅及銅合金的熔煉工藝分享|新聞資訊-沈陽市中聯銅鋁業有限公司

2019-07-12  來自: 沈陽市中聯銅鋁業有限公司 瀏覽次數:536

無論是砂型鑄造還是熔模鑄造,熔煉都是鑄造生產中至關重要的一環,各種銅合金的熔煉有相同之處,又有不同之處,在多年的生產實踐中,我們總結了純銅及銅合金(主要為青銅和黃銅)的熔煉工藝經驗,供各位參考。

所用的熔煉設備:中頻感應電爐、熱電偶、澆包、石墨坩堝等。

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 1.純銅的熔煉(1)先將坩堝預熱至暗紅色,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,加電解銅。(2)補加的合金元素可放在爐臺上預熱,嚴禁冷料加入液態金屬中。整個熔化過程中應經常活動爐料,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,磷與氧化亞銅發生下列反應:5Cu2O+2P=P2O5+10Cu及Cu2O+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,于是達到脫氧的目的。在脫氧的過程中需要不斷攪拌。(4)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,應根據其性能要求,選擇適當的配料成分。合金的化學成分應符合GB1176-87,幾種常用的黃銅熔煉配料成分按表1進行。沈陽銅板
要求爐料應干燥、清潔,有污物銹蝕應經吹砂清理。
(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≥30%,回爐料≤70%。但在實際生產中,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量百分比≥90%時,熔化質量依然很好,化學光譜分析證明鑄件的成分合格。回爐料較多時需要考慮合金中的雜質是否超標。
(3)熔煉前的準備  ①金屬爐料的準備: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成分。入爐前吹砂清除表面污物,經預熱后裝爐(首批冷爐熔化可隨爐預熱);電解銅經吹砂去除污物,在500-550℃預熱后去除水分后,才能裝爐(首批冷爐熔化可隨爐預熱;純金屬元素入爐前可在爐邊預熱。金屬爐料的大塊度不應超過坩堝直徑的1/3,長度不應超過坩堝深度的4/5。②坩堝和熔煉設備及工具的準備:坩堝使用前應無裂紋和影響安全的其他損傷,新坩堝必須經過低溫緩慢加熱處理,以防產生裂紋;舊坩堝將內表面熔渣清理干凈;用新石墨坩堝及更換熔煉合金種類時,熔煉前坩堝應熔化同牌號系列合金進行洗爐;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,涂涂料后預熱至100-150℃待用。
(4)覆蓋劑及熔劑的準備  ①木炭應裝入密封的烘烤箱內,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),然后加回爐料,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行脫氧,待銅全部熔化后,溫度達1150-1200℃時加入磷銅(以P占銅液重量的0.04%-0.06%計算)進行脫氧。經脫氧與不脫氧的實踐對比,脫氧后的鑄件表面質量要優于不脫氧的質量。④按各合金號成分要求分別補加合金元素:在1100-1120℃加入鋁銅中間合金,在1100℃-1150℃停電分批加入純鋅、純鋁并攪拌。熔化硅黃銅時應先加硅,再加鋅;熔化鉛黃銅時應先加鋅再加鉛。鋅元素的加入溫度應控制,加鋅后若溫度降低可以中間送電,當合金液溫度高于1200℃時,不允許加鋅。⑤出爐扒渣,調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ZCuZn38:1100-1130℃;ZCuZn40Pb2:1080-1100℃;ZCuZn31Al2:1120-1140℃;ZCuZn16Si4:1100-1140℃。⑥熔煉兩種不同牌號的合金,其化學成分有影響時,中間應進行洗爐。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,但在錫青銅里是有害的元素。
幸运蛋蛋一般的銅合金經過脫氧后,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,需經過精煉才能去除,常用精煉劑有:質量比為60%的氯化鈉+40%的冰晶石或20%冰晶石+20%螢石+60%氟化鈉等。 

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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進行。


要求:在ZCuAl10Fe3合金內允許配入0.7%~0.9%Ni,0.3%~0.4%Mn 以提高合金力學性能。

(2)爐料配比  新料成分占爐料的總重量應≥30%,回爐料≤70%。

(3)熔煉前的準備  青銅熔煉前的準備工作與黃銅熔煉的準備工作相同。木炭應裝入密封的烘烤箱內,在不低于800℃烘烤4小時,待用時要防止吸潮。稻草灰應研碎成粉末狀,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%),進行脫氧,均勻攪拌,并在合金液表面上撒一層稻草灰,調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把坩堝預熱至暗紅色,加入配制好的熔劑。(熔劑成分:冰晶石20%(質量百分比),氟化鈉60%,氟化鈣20%)。③將預熱至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,調整合金液的溫度在1120-1220℃之間。⑥用稻草灰覆蓋打渣,按鑄件工藝卡片調整合金溫度(一般為1160-1200℃)后迅速調整出爐澆注。


4.安全事項

安全生產是鑄造行業的基本要求,純銅及銅合金的熔煉都必須做到:

(1)操作者應穿戴好防護用品,工作場地保持整潔,不允許有積水和雜物。

(2)開爐前應檢查所用設備是否完好,如有不安全因素應及時排除。

(3)應仔細檢查并確認爐料中無易爆及危險物等后,方能進行預熱。

(4)熔煉澆注工具,如攪拌棒、鐵勺、除渣工具等,未經預熱不得與合金液接觸。

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


5.熔煉中應注意的幾個問題

(1)熔煉的時間應控制  從加料開始熔化至熔化結束(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率,而且會很明顯的影響澆注出的鑄件質量。因為熔化時間增長,會使合金的元素燒損率增加,吸氣的機會增加。因此,應該以短的時間完成熔化工作。在允許的情況下,盡量提高爐料的預熱溫度,操作應該緊湊,動作要迅速。

(2)熔煉用的攪拌棒應是碳棒  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,容易引起化學成分的不合格,造成機械性能不合格。要克服這種現象,必須借助攪拌的作用,這是熔化澆注不可或缺的環節。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,使合金的化學成分受到影響。同時,如果鐵棒在爐內預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入合金液中成為雜質;如果鐵棒預熱的溫度較低,合金在攪拌時要黏附在鐵棒上,這在生產中是能觀察到的。

(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,一般在澆注前進行,太早進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。

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