文/付英祥

A356.2合金熔煉鑄造工藝與實(shí)踐

文/付英祥

在2010年4月舉辦的第七屆中國(guó)再生鋁加工技術(shù)升級(jí)研修班上，再生鋁生產(chǎn)實(shí)踐中的工藝、熔煉過(guò)程中的質(zhì)量控制、生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)等問(wèn)題成為學(xué)員們關(guān)注的重點(diǎn)。為了使更多的讀者了解本屆再生鋁培訓(xùn)班的授課內(nèi)容，我們從上期開(kāi)始刊登一部分授課講師的講稿。本期選登的是付英祥先生講授的關(guān)于A356.2合金熔煉鑄造工藝與實(shí)踐的內(nèi)容。

A356.2合金是鑄造鋁合金中的一個(gè)合金牌號(hào)，主要合金成分為Al、Mg、S，因其含Si7%，通常也叫Si7合金。該合金具有比重輕，鑄造、加工性能好，可進(jìn)行各種熱處理強(qiáng)化（T4、T5、T6）等特點(diǎn)，因此，被壓鑄鋁合金車(chē)輪轂行業(yè)作為首選和必選材料使用。

一、A356.2合金熔煉

1. A356.2合金的熔煉方式

從目前國(guó)內(nèi)壓鑄鋁合金車(chē)輪轂企業(yè)來(lái)看，對(duì)A356.2合金的熔煉，基本采用一次熔煉、二次熔煉（鑄錠重熔）、加工屑再生三種熔煉方式。

一次熔煉：是在熔煉爐內(nèi)直接投Fe鋁錠熔鋁，再將鋁液導(dǎo)入到保溫爐內(nèi)，在保溫爐內(nèi)升溫后熔硅，經(jīng)過(guò)熔煉、攪拌、精煉、扒渣、加降溫料、加鎂錠、取樣分析、成分調(diào)整、合金變質(zhì)處理后，獲得合格的A356.2合金液。接著用鋁水包轉(zhuǎn)運(yùn)包，將合格的A356.2合金液用叉車(chē)運(yùn)送給低壓鑄機(jī)壓機(jī)，壓鑄鋁合金車(chē)輪轂。河北秦皇島戴卡美鋁車(chē)輪轂有限公司就是采用這種熔煉方式。

二次熔煉（二次重熔）：是將一次熔煉獲得的合格的A356.2合金液，用鏈帶鑄造機(jī)鑄成A356.2合金錠，再將A356.2合金錠運(yùn)到豎式熔化爐現(xiàn)場(chǎng)，裝到料架中，用滑軌式加料機(jī)將A356.2合金錠（或廢輪轂）加到豎式熔化爐的熔化室內(nèi)，爐料在熔化室的上部被預(yù)熱，到熔化室的下部被燒嘴火焰烘烤而熔化，熔化后的合金液順著自流坡流入豎式爐的保持室中。經(jīng)過(guò)連續(xù)的加料，爐料連續(xù)的熔化，保持室內(nèi)的鋁液也不斷的增加，當(dāng)鋁液達(dá)到保持室額定料量時(shí)，停止加料。對(duì)熔體進(jìn)行攪拌、扒渣、取樣分析、化學(xué)成分調(diào)整、精煉處理、合金靜置、二次熔煉后的合金液合格后，調(diào)整鋁液溫度，打開(kāi)排液口，用鋁水轉(zhuǎn)運(yùn)包接合金液，并進(jìn)行澆包除氣，然后用叉車(chē)將合金液轉(zhuǎn)送到低壓鑄造機(jī)壓鑄造機(jī)，壓鑄鋁合金車(chē)輪轂。

加工屑再生：是把車(chē)輪轂加工過(guò)程中產(chǎn)生的鋁屑回收處理，經(jīng)過(guò)重熔處理后變成合格的合金液，再次用于壓鑄鋁合金車(chē)輪轂。

這是完整的鋁屑處理線，其設(shè)備組成包括：料倉(cāng)、螺旋給料機(jī)、刮板輸送機(jī)、鋁屑破碎機(jī)、鋁屑干燥回轉(zhuǎn)窯、磁選機(jī)、儲(chǔ)料斗、喂料斗、鋁屑熔化爐等。設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化水平高，采用聯(lián)動(dòng)式程序控制。

鋁屑加入料倉(cāng)后，從給料、除鐵、破碎、干燥、儲(chǔ)料、到喂料，整個(gè)前處理過(guò)程全部自動(dòng)完成。

鋁屑爐也比較先進(jìn)，由熔化室和保持室組成，保持室爐頂裝有燒嘴。熔化室有暗渠與保持室連通，暗渠一端裝有鋁液循環(huán)泵，另一端裝有渦流器，當(dāng)鋁液循環(huán)泵開(kāi)動(dòng)時(shí)，鋁液在暗渠內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，并在渦流器處產(chǎn)生碗狀旋渦。

前處理后的鋁屑由喂料斗均勻的喂入碗狀旋渦內(nèi)，隨即被卷入到循環(huán)的鋁液中熔化，熔化后的鋁液流入到保持室內(nèi)，由于鋁屑是被鋁液燙化的，因此燒損很小，實(shí)收率可達(dá)到96%～97%。

在投鋁屑前，鋁屑爐保持室需配制A356.2合金底料2～4噸，并對(duì)熔化室進(jìn)行充分烘烤，兩項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒后，設(shè)定工藝參數(shù)，熔化室溫度設(shè)定為850℃，保持室溫度設(shè)定為750℃，燒嘴壓力3 000Pa，之后開(kāi)動(dòng)前處理設(shè)備，投入鋁屑進(jìn)行生產(chǎn)。

設(shè)備開(kāi)動(dòng)后，喂料斗均勻的將鋁屑點(diǎn)入暗渠的碗狀旋渦內(nèi)，鋁屑在循環(huán)的鋁液中熔化，并在保持室內(nèi)積存，鋁屑不斷的投入和熔化，保持室內(nèi)的鋁液不斷的增加，當(dāng)爐內(nèi)金屬液位上升到上限位置時(shí)，液位傳感器動(dòng)作發(fā)出報(bào)警信號(hào)，停止向鋁屑爐供鋁屑。打開(kāi)爐門(mén)，對(duì)爐內(nèi)熔體進(jìn)行攪拌、扒渣，然用無(wú)毒精煉劑精煉，精煉溫度740℃，精煉后取樣分析，調(diào)整化學(xué)成分，化學(xué)成分合格后，打開(kāi)放液口，用鋁水包接鋁液，當(dāng)鋁水包接滿(mǎn)鋁液后，堵上流口堵塞。將鋁水包小車(chē)推到澆包除氣機(jī)位置，在澆包內(nèi)進(jìn)行精煉除氣，同時(shí)作金屬密度檢測(cè)，合格后，用叉車(chē)將鋁水包運(yùn)到低壓鑄造機(jī)壓鑄鋁合金車(chē)輪轂。秦皇島戴卡車(chē)輪轂制造公司和戴卡美鋁車(chē)輪轂有限公司均用鋁屑再生生產(chǎn)線處理車(chē)輪加工屑。

2. A356.2合金的熔煉工藝

（1）合金配料與備料

按合金的化學(xué)成分和熔化爐的容量進(jìn)行配料計(jì)算，得出本熔次投料總料量及各種純金屬如A00鋁錠、鎂錠、工業(yè)硅的用量，合金變質(zhì)劑和熔劑用量等。計(jì)算好之后填寫(xiě)生產(chǎn)卡片，填好生產(chǎn)卡片后要逐項(xiàng)進(jìn)行核對(duì)，準(zhǔn)確無(wú)誤后簽字蓋章，下發(fā)給配料工進(jìn)行配料和備料。

配料工嚴(yán)格按生產(chǎn)卡片要求，逐條逐項(xiàng)將各種純金屬分別檢斤過(guò)磅，按熔次按品種單獨(dú)擺放到爐前，同時(shí)將合金變質(zhì)劑和熔劑撿金后分別備到爐前。

（2）合金裝爐

裝爐前要將熔煉爐爐膛溫度調(diào)整到850℃～900℃，同時(shí)要進(jìn)行清爐，將爐內(nèi)渣子徹底扒凈，然后在爐底撒上一層熔劑。

要認(rèn)真按生產(chǎn)卡片檢查核對(duì)爐料，注意入爐料必須清潔干凈，如發(fā)現(xiàn)料上面有塵土和水分，要及時(shí)清擦干凈。裝爐方式有兩種：第一種是對(duì)一次熔煉合金而言，熔煉爐主要是熔鋁，爐料一般是A00鋁錠（或廢輪轂），為提高熔化效率，減少鋁的燒損，裝爐采取先裝廢輪轂，廢輪轂上面壓純鋁錠的裝爐方式。第二種是采取先加入一定量的純鋁錠進(jìn)行熔化，使熔煉爐內(nèi)存有一定量的鋁液，然后，將廢輪轂分批壓入到鋁液中熔化的裝爐方式。不論采用那種裝料方式，均要留出3～5噸純鋁錠，作為保溫爐熔硅后的鋁液降溫料使用。

（3）熔鋁

熔鋁在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行，加料完成后在鋁錠上面撒一層覆蓋劑，關(guān)上爐門(mén)升溫，使鋁錠熔化，當(dāng)鋁錠熔化下塌時(shí)攪拌一次，以便加速熔化，在鋁錠完全熔化時(shí)進(jìn)行第二次攪拌，使?fàn)t內(nèi)熔體溫度更加均勻，扒渣后撒上覆蓋劑，然后關(guān)爐門(mén)使熔體溫度升到740℃，打開(kāi)爐門(mén)，向爐內(nèi)撒入粉狀無(wú)毒精煉劑，熔劑用量為每噸鋁3Kg。攪拌精煉后，關(guān)爐門(mén)悶3～5分鐘，使熔劑與熔體化學(xué)反應(yīng)更充分，使熔體內(nèi)的熔渣和氣體更好的上浮。打開(kāi)爐門(mén)，扒凈熔體表面浮渣，關(guān)上爐門(mén)將鋁液溫度調(diào)整到740℃～760℃時(shí)，打開(kāi)排液口，向保溫爐內(nèi)導(dǎo)入鋁液。

（4）熔硅

熔硅是在保溫爐內(nèi)進(jìn)行，因?yàn)镾i的熔點(diǎn)比較高，A356.2合金合適的熔硅溫度為750℃，所以，轉(zhuǎn)爐后的第一件事是將保溫爐內(nèi)的熔體升溫，使熔體溫度升到750℃。A356.2合金熔煉使用一級(jí)工業(yè)硅，經(jīng)驗(yàn)證明，粉狀的硅其合金化效果并不好，塊度在25mm的塊狀硅合金化效果為最佳，因此，在使用前須對(duì)工業(yè)硅進(jìn)行篩分處理，將粉狀硅篩除去，使用塊狀硅。熔硅的技術(shù)要點(diǎn)：一是熔硅溫度必須保證750℃；二是熔化時(shí)間要充分；三是一次加入量不宜過(guò)多，每次少加，分幾次加入為好；四是每次加入硅之后，須關(guān)爐門(mén)悶20～40分鐘，然后進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，每?0分鐘攪拌一次，連續(xù)攪拌3次，使硅充分溶解。五是熔硅注意點(diǎn)是防止粗大的初晶硅產(chǎn)生，因此熔硅后要進(jìn)行合金變質(zhì)處理。

（5）合金變質(zhì)

A356.2合金采用AL～Sr5%中間合金變質(zhì)。合金變質(zhì)溫度為720℃。變質(zhì)操作程序是：準(zhǔn)備鋁轂中間合金，鍶的加入量為總料量的0.04%～0.05%。打開(kāi)爐門(mén)，將鋁轂中間合金放到爐門(mén)口預(yù)熱，用攪拌耙將鋁轂中間合金推到爐內(nèi)熔體中，關(guān)上爐門(mén)熔化10～20分鐘，打開(kāi)爐門(mén)，將攪拌耙放到爐門(mén)口預(yù)熱，然后將攪拌耙插入熔體中進(jìn)行攪拌，使?fàn)t內(nèi)熔體各處全部攪到，不留死角，攪拌5～10分鐘后取出攪拌耙，扒凈表面浮渣，撒覆蓋劑覆蓋鋁液，取樣分析，關(guān)閉爐門(mén)。

（6）加鎂

如果說(shuō)熔硅是A356.2合金化的第一步，那么，加鎂是A356.2完全合金化的重要一步。因?yàn)?，A356.2合金的主要強(qiáng)化相是Mg2Si，只有Mg參與合金化之后，A356.2合金的強(qiáng)化相才完全形成，該合金的可熱處理強(qiáng)化性能才得以實(shí)現(xiàn)。

加鎂的時(shí)機(jī)是在熔體精煉之后，在取樣前加鎂，眾所周知，金屬鎂是很活潑的金屬元素，液態(tài)鎂遇到空氣便會(huì)氧化燃燒，溫度越高，氧化燒損越嚴(yán)重，因?yàn)槿酃璧臏囟容^高，所以，在加鎂之前，要向爐內(nèi)加鋁液降溫料，使鋁液溫度降到700℃時(shí)再加鎂，為減少鎂燒損，加鎂時(shí)用加鎂器將鎂錠緩慢壓入到合金液當(dāng)中熔化。鎂熔化后要充分?jǐn)嚢?，使合金的化學(xué)成分更加均勻。

（7）取樣分析

A 3 5 6.2合金的取樣溫度為700℃，具體取樣操作：打開(kāi)爐門(mén)，將取樣勺放在爐門(mén)口預(yù)熱，然后拿起取樣勺在熔池中間熔體深度1／2處舀取鋁液，倒入試樣模中，放下取樣勺，關(guān)閉爐門(mén)。待試樣完全凝固冷卻后，送到質(zhì)檢部作化學(xué)成分分析。分析結(jié)果有以下兩種情況：

合格后的A356.2合金液可用鋁水轉(zhuǎn)運(yùn)包轉(zhuǎn)運(yùn)到低壓鑄造機(jī)壓鑄鋁合金車(chē)輪轂。

不合格的合金液將進(jìn)行如下化學(xué)成分調(diào)整。

（8）化學(xué)成分調(diào)整

化學(xué)成分調(diào)整按A356.2合金化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，見(jiàn)表1。

從表1可知，A356.2合金屬于硅7合金，是低鐵合金，除了含鋁硅外，還含少量的鎂，Sr是長(zhǎng)效變質(zhì)劑，其余均為微量雜質(zhì)元素。合金化學(xué)成分調(diào)整，是根據(jù)取樣分析所發(fā)的化學(xué)成分分析報(bào)告，與合金化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)表相對(duì)照，并通過(guò)計(jì)算，確定補(bǔ)料或者沖淡。根據(jù)以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，A356.2合金化學(xué)成分調(diào)整有以下情況 ：經(jīng)常是補(bǔ)鎂，這可能是因?yàn)殒V容易氧化燒損的緣故；有時(shí)發(fā)現(xiàn)Ca高，用六氯乙烷除鈣；還有時(shí)出現(xiàn)鐵高，用除鐵劑除鐵；再就是時(shí)而出現(xiàn)硅高，用低鐵A00錠沖淡,沖淡有時(shí)把硅沖低，用少量Al～Si10%中間合金調(diào)整到合格。

（9）合金化學(xué)成分控制

A356.2合金是可熱處理強(qiáng)化的鑄造鋁合金，合金主要強(qiáng)化相為Mg2Si，合金化學(xué)成分控制：主成分Si按中上限7%～7.2%，Mg按上限0.34%控制。Sr按中限0.025%控制，雜質(zhì)成分Fe按0.11%，其余控制在要求范圍內(nèi)。

（10）鋁液在澆包內(nèi)氬氣精煉

保溫爐內(nèi)的A356.2合金液檢驗(yàn)合格后，打開(kāi)放液口，向鋁水包注入合金液，當(dāng)鋁水包注滿(mǎn)后（鋁液到澆包上沿留有100mm安全距離），堵上放液口堵塞。用天車(chē)將鋁水包吊運(yùn)到除氣機(jī)旁，將除氣機(jī)旋轉(zhuǎn)頭對(duì)準(zhǔn)鋁水包上方中心位置，打開(kāi)氬氣閥門(mén)，啟動(dòng)除氣機(jī)，使石墨轉(zhuǎn)子插入到熔體中進(jìn)行精煉，氬氣純度99.99%，精煉10～20分鐘，將石墨轉(zhuǎn)子提起并轉(zhuǎn)到離開(kāi)鋁水包的位置，關(guān)閉氬氣閥門(mén)，精煉結(jié)束。

（11）合金液密度檢測(cè)

用取樣勺在鋁水包的鋁液中舀取試樣，鑄成試樣塊。然后用密度測(cè)定儀進(jìn)行密度檢測(cè)，測(cè)得的試樣密度＞2.6g/cm3為合格。

（12）運(yùn)送鋁液

合金液密度檢測(cè)合格后，用叉車(chē)將鋁水包運(yùn)送到低壓鑄造機(jī)，供壓鑄鋁合金車(chē)輪轂使用。

二、A356.2合金鑄造

1. A356.2合金的鑄造方法

就目前國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，A356.2合金的鑄造方法主要有三種：一是A356.2合金重熔鑄錠的鑄造；二是金屬型鑄造（重力鑄造）；三是低壓鑄造。

A356.2合金重熔鑄錠的鑄造：是將熔煉合格的A356.2合金液用鏈帶鑄造機(jī)鑄造成6Kg重的長(zhǎng)條形小鑄錠，然后將這些小鑄錠碼成1噸重的錠垛，用PET條帶雙道捆扎，然后發(fā)送到車(chē)輪轂制造廠，經(jīng)重熔后壓鑄鋁合金車(chē)輪轂使用。

表1 A356.2合金化學(xué)成分表

金屬型鑄造：也叫重力鑄造，是將A356.2合金液用大勺澆注到金屬模具中，在重力作用下自由澆注充型和結(jié)晶。其特點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、易操作、模具要求低、投資小。缺點(diǎn)：由于只靠重力自由結(jié)晶，鑄件內(nèi)部組織不致密，抗拉強(qiáng)度和硬度均低于差壓鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造、壓力鑄造。延伸率遠(yuǎn)不及差壓鑄造和低壓鑄造。特別是帽口工藝余量大，金屬利用率低于40%，造成多切削、多回爐等。

低壓鑄造：是將A356.2合金液注入到低壓鑄造機(jī)的熔池內(nèi)，并將注液口蓋緊封閉。然后向密閉的熔池內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，合金液在氣體壓力作用下沿升液管上升，進(jìn)入模具澆道，進(jìn)而充滿(mǎn)整個(gè)模具型腔，保持氣體壓力直到鑄件凝固。

低壓鑄造的優(yōu)點(diǎn)是：充型平穩(wěn)，不易產(chǎn)生氣孔和疏松，鑄件組織致密，適用于車(chē)輪轂壁厚不均的鑄造工藝；低壓鑄造的“低壓充型”、“升壓結(jié)晶”比金屬型鑄造充型、補(bǔ)縮更好，金屬利用率更高，力學(xué)性能比金屬型鑄造提高10%～20%；金屬液在密閉的保溫爐內(nèi)不被氧化，升液管插入到合金液之中合理避渣，有利于提高鑄件質(zhì)量；開(kāi)、合模自動(dòng)化，澆注加壓參數(shù)可調(diào)，金屬液熱封閉，涂料低污染，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，作業(yè)環(huán)境清潔舒適。

2. A356.2合金的鑄造工藝

（1） A356.2合金重熔鑄錠的鑄造工藝

以秦皇島戴卡美鋁有限公司為例，介紹A356.2合金重熔鑄錠的鑄造工藝，見(jiàn)圖1。

從圖1可知，這條熔鑄線由15噸熔鋁爐、15噸合金爐、15″陶瓷板過(guò)濾器（陶瓷過(guò)濾板為20～30目）、235塊模的鏈帶鑄造機(jī)組成。其鑄造工藝過(guò)程是：?jiǎn)?dòng)鑄造機(jī)，打開(kāi)鑄模冷卻水閥；調(diào)整鋁液溫度，鑄造前要將合金爐內(nèi)的鋁液溫度調(diào)到690℃；打開(kāi)放液流口，開(kāi)始鑄造；最后一步是鑄造包裝。

合金液的流經(jīng)路線是從保溫爐放流口流出，經(jīng)流槽流入過(guò)濾器，在過(guò)濾器中經(jīng)過(guò)陶瓷板過(guò)濾后，從過(guò)濾器出口流出，經(jīng)鑄造流槽流入鏈帶鑄造機(jī)的澆壺，由澆壺的鑄嘴將合金液注入到成形模具中。鏈帶鑄造機(jī)不停的運(yùn)行，澆壺不停地澆注，冷卻水從下方噴射到鑄模上對(duì)模具進(jìn)行冷卻，同時(shí)也間接的冷卻了鑄錠，鑄錠從機(jī)尾到機(jī)頭的運(yùn)行中先后經(jīng)歷了結(jié)晶凝固、自動(dòng)打印、脫模前的震打等過(guò)程，最終在機(jī)頭處模具轉(zhuǎn)向時(shí)脫模落到接錠小車(chē)上，每接滿(mǎn)一車(chē)推走一車(chē)，同時(shí)換一臺(tái)空車(chē)?yán)^續(xù)接鑄錠，直到鑄造結(jié)束。需要提及的是鑄造速度，在開(kāi)始鑄造時(shí)，由于爐內(nèi)液體是滿(mǎn)的，金屬靜壓力很大，流速較快，所以開(kāi)始鑄造時(shí)鑄造速度要快些，當(dāng)爐內(nèi)金屬不多時(shí)，流速減緩，鑄造速度也要適當(dāng)減慢。

（2）A356.2合金低壓鑄造工藝

低壓鑄造是壓鑄鋁合金車(chē)輪轂的頭道工序，主要生產(chǎn)設(shè)備是低壓鑄造機(jī)，見(jiàn)圖2。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

圖2 低壓鑄造機(jī)示意圖

低壓鑄造機(jī)由機(jī)架、工作臺(tái)、熔池、液壓缸、液壓站及控制系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)等組成。壓鑄生產(chǎn)時(shí)首先向熔池內(nèi)注入合金液，合金液溫度為700℃，并將熔池注入口密封。啟動(dòng)循環(huán)水系統(tǒng)，啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，然后向熔池內(nèi)通入干燥的壓縮空氣，合金液在氣體壓力作用下沿升液管上升，進(jìn)入模具澆道，進(jìn)而充滿(mǎn)整個(gè)模具型腔。充型速度0.05～0.15m／分，在0.1～0.2MPa壓力下結(jié)晶，保持5～8分鐘，待完全凝固后，關(guān)閉壓縮空氣閥門(mén)，卸掉壓力。啟動(dòng)液壓缸打開(kāi)模具，將鑄好的車(chē)輪轂推到輸送輥道上，進(jìn)行X光檢驗(yàn)，氣密性檢驗(yàn)。合格品轉(zhuǎn)入加工中心進(jìn)行加工。再往下是進(jìn)行鋁合金車(chē)輪轂的熱處理和表面處理，理化性能檢驗(yàn)合格，包裝入庫(kù)，編批發(fā)貨。

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