铸造铝硅合金综合课程设计指导书

2铸造铝硅合金综合课程设计〔11%。同时参加少量铜、铁、镍以提高强度。〕试验目的和任务综合试验训练，通过从铝合金材料设计与选择、制造到性能检测的全面训练，使学生了解铝合金材料及其加工的生产全过程，所学根底理论和专业理论来解释试验中的各种现象，培育学生的动手力量和综合分析问题的力量，特别是学生的独立设计试验方案及创力量。根本要求1〕通过从铝合金材料设计与选择、制造到性能检测的全面训练，使学生了解铝合金材料及其加工的生产全过程；4〕学会整理数据，运用学问解释试验中的现象，理论联系实际，培育动手力量，采集并分析数据的综合力量。试验材料和试验方法铝合金简介著称，可以说没有铝合金就不行能有现代化的航空事业和宇航事业，在飞机、、人造卫星中铝合金所占比重高达 90%，是铸造生产中仅次于铸铁的其次大合金，其地壳含量达7.5%，在工业上有着重要地位。民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有肯定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如内燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低〔纯铝熔点为 金的浇注温度一般约在730～750℃左右〕，故能广泛承受金属型及压力铸的铸件。铸造铝合金的分类、牌号：铝合金依据加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金〔分别以YLZL〕。在铸造铝合金中又依主要参加的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金〔分别以ZL1XXZL2XXZL3XXZL4XX表示〕，在每个系列中又依据化学成分及性能的不同而分为假设干牌号。表1中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。3.2铸造铝合金的牌号3-1铸造铝合金的牌号序号合金牌号 合金代号序号合金牌号 合金代号序号合金牌号合金代号1ZALSi7Mg ZL10110ZALSi12 ZL109Cu1Mg1Ni119ZALCu5MnCdAZL204A2ZALSi7MgA ZL101A11ZALSi9Cu2Mg ZL11120ZALCu5MnCdVAZL205A3ZALSi12 ZL10212ZALSi7Mg1A ZL114A21ZALR5Cu3Si2ZL2074ZALSi9Mg ZL10413ZALSi5Zn1Mg ZL11522ZALMg10ZL3015ZALSi5Cu1Mg ZL10514ZALSi8MgBe ZL11623ZALMg5Si1ZL3036ZALSi5Cu1MgA ZL105A15ZALCu5Mn ZL20124ZALMg8Zn1ZL3057ZALSi8Cu1Mg ZL10616ZALCu5MnA ZL201A25ZALZn11Si7ZL4018ZALSi7Cu4 ZL10717ZALCu10 ZL20226ZALZn6MgZL4029ZALSi12Cu2Mg ZL10818ZALCu4 ZL203试验所需仪器设备坩埚电阻炉，万力量学试验机试验原理金属熔铸，依据试验要求配比制造不同成分铝硅合金。利用万力量学试验机来检测合金的力学性能。铝合金的熔铸铝合金的熔炼设备类型的金属，需要承受不同的熔炼方法及设备。如钢的熔炼是用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等；铸铁的熔炼多承受冲天炉；而非铁金属铝合金的熔化通常承受坩埚电阻炉，炉子的大小一般为30-500kg，电热体有金属〕、非金属〔碳化硅〕两种，是广泛用来熔化铝合金的炉子，〔铸铁、铸钢、钢板〕非金属坩埚〔石墨、粘土、炭质〕两类。QR系列坩埚熔化电阻炉如图3-13-23-1QR系列坩埚熔化电阻炉外形图

1—炉壳2—炉衬3—加热元件4—炉盖5—坩埚67—支架3-2QR系列坩埚熔化电阻炉构造图其炉体外壳由型钢及钢板焊接成圆筒构造，其内有各种耐火材料砖砌由高电阻合金加工成螺旋状的电热元件布置在加热室四周的搁砖上，通过引出棒与外线路的电源接通。耐热材料制成的坩埚工作室放在加热室内。在电炉后端装有保护罩壳，罩壳内是加热元件接线装置。通过蜗轮减速机，可将装置在炉架上的炉体在 也可手动操作。炉面板上装有两个半圆形的炉盖，炉盖合并盖好后留有一热电偶测量孔。电路配置一支热电偶，通过补偿导线与掌握柜上的仪表相连接，可掌握工作温度。铝合金坩埚电阻炉熔炼的特点及工艺过程铝合金熔炼的特点由于铝合金的熔点低，熔炼时极易氧化、吸气，合金中的低沸点元素〔如镁、锌等〕极易蒸发烧损。故铝合金的熔炼应在与燃料和燃气隔离的状态下进展。铝合金熔炼工艺掌握较为简单。铝合金的牌号较多，使用元同一炉不要熔化成分相差较大的合金，熔炼时配料应准确计算：熔化铝合金的炉料包括金属炉料〔料、中间合金、旧炉料〕，溶剂〔掩盖剂、精炼剂、变质剂〕和关心材料〔指坩埚及熔炼浇注工具外表上涂的涂料〕。配料计算主要是如何搭配金属材料，以满足合金质量要求。一方面是保证符合要求的化学成分，另一方面是在保证质量的前提下多使用旧炉料，以降低本钱。熔炼的工艺过程炉料处理不长，外表较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消退混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，全部的炉料在入炉前均应预热，以去除外表附的水分，缩短熔炼时间在3坩埚及熔炼工具的预备坩埚使用前应清理干净及认真检查有无穿透性缺陷，使用前均应吹砂，并预热至暗红色〔500--600度〕保温2小时以上，以烧除附着在坩埚内壁的水分及可燃物质，待冷到 300度以下时，认真清理坩埚内壁，在温度不低于200度时喷涂料。坩埚要烘干、烘透才能使用。压瓢、搅拌勺、浇包等熔炼工具使用前必需除尽剩余金属及氧化皮等污物，经过 300℃预热并涂以防护涂料。以免与铝合金直接接触，污染铝合金。涂料一200℃～300熔炼温度的掌握形成偏析、冷隔、欠铸的倾向，还会因冒口热量缺乏，使铸件得不到合理的补缩，有资料指出，全部铝合金的熔炼温度至少要达 705度并应进展搅拌。熔炼温度过高不仅铺张能源，更严峻的是由于温度愈高，吸氢愈多，果减弱，铸件的气密性降低。以促进全部合金元素的溶解〔特别是难熔金属元素〕，扒除浮渣后降至浇注温度，这样，偏析程度最小，熔解的氢亦少，有利于获得均匀致密、机械性能高的合金。由于铝熔体的温度是难以用肉眼来推断的，所以不管使用何种类型的熔化炉，都应当用测温仪表掌握温度。测温仪表应定期校核和修理。热电偶套管应周期的用金属刷刷干净，涂以防护性涂料，以保证测温结果的准确性及延长使用寿命。熔炼时间的掌握为了削减铝熔体的氧化、吸气和铁的溶解，应尽量缩短铝熔体在炉内的停留时间，快速熔炼。从熔化开头至浇注完毕，砂型铸造不超过 4小时，金属型铸造不超过68间合金，以便在坩埚底部尽快形成熔池，然后再加块度较大的回炉料及纯铝锭，使它们能缓缓浸入渐渐扩大的熔池，很快熔化。在炉料主要局部熔化后，再加熔点较高、数量不多的中间合金，升温、搅拌以加速熔化。最终降温，压入易氧化的合金元素，以削减损失。精炼处理铝合金在熔炼时，极易氧化生成近，如靠它自己上浮或下沉是难以去除的，很简洁使铸件形成夹渣。还有铝合金在高温时吸取氢气，如不去除，也将会使铸件形成气孔。因此，上用复盖剂复盖，用量为铝液中的0.2%~0.5%，做俩次参加，在除气前参加其重量的1/2~1/3。再以钟罩压入预热好的精炼剂，用量为铝液重的略多些，处理时间为4~5min。在除气后扒去熔渣参加其重量的 1/2~2/3的复盖剂，静止2~3min后，即可扒渣进展浇注，浇注温度为 700~740℃。熔体的转送和浇注尽管固态氧化铝的密度近似于铝熔体的密度，在进入铝熔体内部后，却仅与铝熔体接触的一面是致密的，与空气接触的一面疏松且有大量的小孔，其外表积大，吸附性强，极易吸附水汽，反有上浮的倾向。因此，在这种氧化膜与铝熔体的比重差小，将其混入熔体中，浮沉速度很慢，难以从熔体中排解，在铸件中形成气孔、夹杂。所以，转送铝熔体中关键是尽量削减熔融金属的搅拌，尽量削减熔体与空气的接触。承受倾转式坩埚浇注熔体时，为避开熔体与空气的混合，应将浇包尽底，发生搅动、飞溅等。践证明，留意以下事项，对防止、削减铸件缺陷是很有效的。程度，其他工具的预备是否符合要求。使铸件产生氧化夹杂等缺陷。熔剂层，缓慢地将浇包浸入熔体内，用浇包的宽口舀取熔体，然后平稳的提起浇包。平稳，不受拢动。等带入铸型中。浇口杯自始至终应布满，液面不得翻动，浇注速度要掌握得当。通常，浇速度不变。在浇注过程中，浇包咀与浇口的距离要尽可能靠近，以不超过 50毫米为限，以免熔液过多地氧化。距坩埚底部60毫米以下的熔体不宜浇注铸件。浇注安全

清理浇注场地并使其通畅，不准有积水。

参与浇注的人员必需按要求穿戴好防护用品。

浇包不能装得太满，以免抬运时溢出飞溅伤人。

不准用冷铁棒插入高温液体中去扒渣、挡渣。

抬运金属液时，步伐要稳，步调全都，听从指挥。

剩余液体要倒在指定位置。材料预备——预热坩埚至发红——参加小块炉料、熔点较低的回炉料尽快形成熔池——加块度较大的回炉料及铝锭——升温之 金全部熔化——加掩盖剂——熔毕后充分搅拌——扒渣——精炼除气——扒渣——再加掩盖剂——静置——扒渣——出炉——浇铸。试样的制备浇注成型——→取样加工——→力学性能测试在模具中，冷却成型后即可用于试验。技术路线结合本指导书和文献资料了结合本指导书和文献资料了解实训原理及试验方法各组制定分析试验设计方案及安排试验流程｜进展铝锭、硅锭、微量铜、进展铝锭、硅锭、微量铜、铁、镍的合金熔炼将合金熔浆注入模具熔浆冷却凝固后取样连续浇铸熔浆冷却凝固后取样连续浇铸4-5个试样｜对试样进展力学性能测试对试样进展力学性能测试｜试验报告常见铸件缺陷分析氧化夹渣缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上外表，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经 x光透视或在机械加工时觉察，也可在碱洗、酸洗或阳极化时觉察 〔如图4-1〕。产生缘由：产生缘由：产生缘由：

4-1含氧化夹杂缺陷的铸件实物炉料不清洁，回炉料使用量过多浇注系统设计不良合金液中的熔渣未去除干净浇注操作不当，带入夹渣防止方法：炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低改进浇注系统设计，提高其挡渣力量承受适当的熔剂去渣浇注时应当平稳并应留意挡渣精炼后浇注前合金液应静置肯定时间般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。外表气孔、气泡可通过喷砂觉察，内部气孔、气泡可通过X〔如图4-2〕。气孔气泡在X产生缘由：浇注合金不平稳，卷入气体型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根马粪等)铸型和砂芯通气不良冷铁外表有缩孔浇注系统设计不良形成气孔。氢的来源：大气中水蒸气，金属液从潮湿空气中吸氢。 含氢量，合金锭外表潮湿，回炉料脏，油污。 工具、熔剂潮湿。防止方法：

图4-2 有气孔缺陷的铸件实物〔〔d〕皮下气孔正确把握浇注速度，避开卷入气体。型(芯)砂中不得混入有机杂质以削减造型材料的发气量改善(芯)砂的排气力量正确选用及处理冷铁改进浇注系统设计选用枯燥、干净的合金料。掌握熔炼温度，避开过热，进展除气处理。缩松缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道四周冒口根部厚大部位、 厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严峻的呈丝状缩松可通过 X光、荧光低倍断口等检查方法觉察。〔如图 4-3〕101013

4-3有缩孔和缩松缺陷的铸件实物冒口补缩作用差炉料含气量太多内浇道四周过热砂型水分过多，砂芯未烘干合金晶粒粗大铸件在铸型中的位置不当防止方法：从冒口补浇金属液，改进冒口设计炉料应清洁无腐蚀铸件缩松处设置冒口，安放冷铁或冷铁与冒口联用掌握型砂水分，和砂芯枯燥实行细化品粒的措施改进铸件在铸型中的位置降低浇注温度和浇注速度裂纹4-4):的裂纹在体积收缩较大的合金和外形较简单的铸件简洁消灭热处理裂纹：由于热处理过烧或过热引起，常呈穿晶裂纹。常在冷裂 图4-4 裂纹缺陷产生缘由：铸件构造设计不合理，有尖角，壁的厚薄变化过于悬殊砂型(芯)退让性不良铸型局部过热浇注温度过高自铸型中取出铸件过早改进铸件构造设计，避开尖角，壁厚力求均匀，圆滑过渡实行增大砂型(芯)退让性的措施保证铸件各局部同时凝固或挨次凝固，改进浇注系统设计适当降低浇注温度掌握铸型冷却出型时间铸件变形时承受热校正法正确掌握热处理温度，降低淬火冷却速度多种不同缘由引起的缺陷，或同一缘由在生产条件不同时，会引起多种缺陷。浇缺乏缺陷特征〔4-5〕:缺乏”的缺陷。浇缺乏部位边缘成圆角，多消灭在远离浇口的薄壁部位。产生缘由：

图4-5 浇缺乏缺陷浇注温度低，浇注时间过长。铸件壁厚太薄金属型预热