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    鋁合金鑄造工藝性能與不銹鋼丸的制作工藝


    鋁合金鑄造工藝性能,通常理解為在充滿鑄型、結晶和冷卻過程中表現最為突出的那些性能的綜合。流動性、收縮性、氣密性、鑄造應力、吸氣性。鋁合金這些特性取決于合金的成分,但也與鑄造因素、合金加熱溫度、鑄型的復雜程度、澆冒口系統、澆口形狀等有關。

      1 流動性

      流動性是指合金液體充填鑄型的能力。流動性的大小決定合金能否鑄造復雜的鑄件。在鋁合金中共晶合金的流動性最好。

      影響流動性的因素很多,主要是成分、溫度以及合金液體中存在金屬氧化物、金屬化合物及其他污染物的固相顆粒,但外在的根本因素為澆注溫度及澆注壓力(俗稱澆注壓頭)的高低。

      實際生產中,在合金已確定的情況下,除了強化熔煉工藝(精煉與除渣)外,還必須改善鑄型工藝性(砂模透氣性、金屬型模具排氣及溫度),并在不影響鑄件質量的前提下提高澆注溫度,保證合金的流動性。

      2 收縮性

      收縮性是鑄造鋁合金的主要特征之一。一般講,合金從液體澆注到凝固,直至冷到室溫,共分為三個階段,分別為液態收縮、凝固收縮和固態收縮。合金的收縮性對鑄件質量有決定性的影響,它影響著鑄件的縮孔大小、應力的產生、裂紋的形成及尺寸的變化。通常鑄件收縮又分為體收縮和線收縮,在實際生產中一般應用線收縮來衡量合金的收縮性。

      鋁合金收縮大小,通常以百分數來表示,稱為收縮率。

     、袤w收縮

      體收縮包括液體收縮與凝固收縮。

      鑄造合金液從澆注到凝固,在最后凝固的地方會出現宏觀或顯微收縮,這種因收縮引起的宏觀縮孔肉眼可見,并分為集中縮孔和分散性縮孔。集中縮孔的孔徑大而集中,并分布在鑄件頂部或截面厚大的熱節處。分散性縮孔形貌分散而細小,大部分分布在鑄件軸心和熱節部位。顯微縮孔肉眼難以看到,顯微縮孔大部分分布在晶界下或樹枝晶的枝晶間。

      縮孔和疏松是鑄件的主要缺陷之一,產生的原因是液態收縮大于固態收縮。生產中發現,鑄造鋁合金凝固范圍越小,越易形成集中縮孔,凝固范圍越寬,越易形成分散性縮孔,因此,在設計中必須使鑄造鋁合金符合順序凝固原則,即鑄件在液態到凝固期間的體收縮應得到合金液的補充,是縮孔和疏松集中在鑄件外部冒口中。對易產生分散疏松的鋁合金鑄件,冒口設置數量比集中縮孔要多,并在易產生疏松處設置冷鐵,加大局部冷卻速度,使其同時或快速凝固。

     、诰收縮

      線收縮大小將直接影響鑄件的質量。線收縮越大,鋁鑄件產生裂紋與應力的趨向也越大;冷卻后鑄件尺寸及形狀變化也越大。

      對于不同的鑄造鋁合金有不同的鑄造收縮率,即使同一合金,鑄件不同,收縮率也不同,在同一鑄件上,其長、寬、高的收縮率也不同。應根據具體情況而定。

      3 熱裂性

      鋁鑄件熱裂紋的產生,主要是由于鑄件收縮應力超過了金屬晶粒間的結合力,大多沿晶界產生從裂紋斷口觀察可見裂紋處金屬往往被氧化,失去金屬光澤。裂紋沿晶界延伸,形狀呈鋸齒形,表面較寬,內部較窄,有的則穿透整個鑄件的端面。

      不同鋁合金鑄件產生裂紋的傾向也不同,這是因為鑄鋁合金凝固過程中開始形成完整的結晶框架的溫度與凝固溫度之差越大,合金收縮率就越大,產生熱裂紋傾向也越大,即使同一種合金也因鑄型的阻力、鑄件的結構、澆注工藝等因素產生熱裂紋傾向也不同。生產中常采用退讓性鑄型,或改進鑄鋁合金的澆注系統等措施,使鋁鑄件避免產生裂紋。通常采用熱裂環法檢測鋁鑄件熱裂紋。

      4 氣密性

      鑄鋁合金氣密性是指腔體型鋁鑄件在高壓氣體或液體的作用下不滲漏程度,氣密性實際上表征了鑄件內部組織致密與純凈的程度。

      鑄鋁合金的氣密性與合金的性質有關,合金凝固范圍越小,產生疏松傾向也越小,同時產生析出性氣孔越小,則合金的氣密性就越高。同一種鑄鋁合金的氣密性好壞,還與鑄造工藝有關,如降低鑄鋁合金澆注溫度、放置冷鐵以加快冷卻速度以及在壓力下凝固結晶等,均可使鋁鑄件的氣密性提高。也可用浸滲法堵塞泄露空隙來提高鑄件的氣密性。

      5 鑄造應力

      鑄造應力包括熱應力、相變應力及收縮應力三種。各種應力產生的原因不盡相同。

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      熱應力是由于鑄件不同的幾何形狀相交處斷面厚薄不均,冷卻不一致引起的。在薄壁處形成壓應力,導致在鑄件中殘留應力。

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      相變應力是由于某些鑄鋁合金在凝固后冷卻過程中產生相變,隨之帶來體積尺寸變化。主要是鋁鑄件壁厚不均,不同部位在不同時間內發生相變所致。

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      鋁鑄件收縮時受到鑄型、型芯的阻礙而產生拉應力所致。這種應力是暫時的,鋁鑄件開箱是會自動消失。但開箱時間不當,則常常會造成熱裂紋,特別是金屬型澆注的鋁合金往往在這種應力作用下容易產生熱裂紋。

      鑄鋁合金件中的殘留應力降低了合金的力學性能,影響鑄件的加工精度。鋁鑄件中的殘留應力可通過退火處理消除。合金因導熱性好,冷卻過程中無相變,只要鑄件結構設計合理,鋁鑄件的殘留應力一般較小。

      6 吸氣性

      鋁合金易吸收氣體,是鑄造鋁合金的主要特性。液態鋁及鋁合金的組分與爐料、有機物燃燒產物及鑄型等所含水分發生反應而產生的氫氣被鋁液體吸收所致。

      鋁合金熔液溫度越高,吸收的氫也越多;在700℃時,每100g鋁中氫的溶解度為0.5~0.9,溫度升高到850℃時,氫的溶解度增加2~3倍。當含堿金屬雜質時,氫在鋁液中的溶解度顯著增加。 鑄鋁合金除熔煉時吸氣外,在澆入鑄型時也會產生吸氣,進入鑄型內的液態金屬隨溫度下降,氣體的溶解度下降,析出多余的氣體,有一部分逸不出的氣體留在鑄件內形成氣孔,這就是通常稱的“針孔”。氣體有時會與縮孔結合在一起,鋁液中析出的氣體留在縮孔內。若氣泡受熱產生的壓力很大,則氣孔表面光滑,孔的周圍有一圈光亮層;若氣泡產生的壓力小,則孔內表面多皺紋,看上去如“蒼蠅腳”,仔細觀察又具有縮孔的特征。鑄鋁合金液中含氫量越高,鑄件中產生的針孔也越多。鋁鑄件中針孔不僅降低了鑄件的氣密性、耐蝕性,還降低了合金的力學性能。要獲得無氣孔或少氣孔的鋁鑄件,關鍵在于熔煉條件。若熔煉時添加覆蓋劑保護,合金的吸氣量大為減少。對鋁熔液作精煉處理,可有效控制鋁液中的含氫量。


    不銹鋼丸的制作不同于一般的鑄鋼丸,因為不銹鋼在高溫時是比較容易氧化的,一旦氧化,很難用其他方法將其表面的氧化皮去除。所以,在制作時,就要求所除造成不銹鋼丸氧化的因素。正因為不銹鋼丸的這種特殊的要求,所以用來制作不銹鋼丸的設備比較特殊。

      不銹鋼丸制作裝置是制作不銹鋼丸的核心設備,它是根據不銹鋼丸的制作特點,專門設計制作的。整個不銹鋼丸制作系統由以下幾部分組成,按照不銹鋼丸的制作順序,依次為中頻熔爐、中間包、霧化、不銹鋼丸收集、成份檢測、分丸、分級、稱量包裝、入庫。

      不銹鋼丸的制作原理,不銹鋼在液態下屬于易氧化的合金,雖然它在常溫下的耐蝕性是相當好的。制作不銹鋼丸有幾種方法可以采用,現在最常見到的是切絲不銹鋼丸,它是采用切絲機,對一定直徑的不銹鋼絲進行剪切,從而獲得直徑與長度一致的不銹鋼丸切絲丸。不銹鋼切絲丸全國各地都有人在生產,產量也相當大,但由于其原料的成本較高,做的人家又多,所以利潤一直在走下坡路。另一種是采用霧化法生產不銹鋼丸,國外在這方面已有成功的例子,且已工業化大規模進行生產,進口的不銹鋼丸大部分都是采用霧化法生產的。國內也有人采用霧化法進行生產,取得了成功,其產品已進入市場,據說用戶用下來感到滿意,訂貨量正在不斷上升。國內目前的不銹鋼丸供應,除了代理的一塊,生產商主要集中在江蘇,浙江也有。

      霧化法制作不銹鋼丸的過程是這樣的,首先將不銹鋼材料放在金屬熔爐中加熱,讓其在爐中熔化成金屬液體,然后將金屬液倒入霧化裝置中,霧化裝置中有制作不銹鋼丸的關鍵部件霧化噴嘴,從霧化噴嘴中出來的高壓高速霧化介質,沖擊熔化的金屬液,使用權金屬液分散成無數細小的金屬液滴,這些金屬液滴在飛行降落過程中,很快冷凝成金屬小顆粒,如果顆粒是球形的,那就是我們所需要的產品——不銹鋼丸了。

      可以選取的霧化介質是很多的,各種液體和氣體,考慮到霧化介質的來源,是否容易得到以及其購買的價格的高低,對產品質量的影響,選取用最多的是水或空氣,因為水的熱容量要比空氣大許多,所以同一種金屬,如果采用水作為霧化介質的話,容易生產出不規則的金屬顆粒,而采用空氣作為霧化介質的話,則容易生產出圓形的金屬顆粒。如前所述,不銹鋼在常溫下是相當穩定的,不易氧化,從它所起的名字你也可以相到這一點。但在高溫的情況下,特別是在液態到固態的一段溫度范圍,是非常容易氧化的。如果采用暢開式霧化,就是說在將金屬液用霧化介質擊碎后,不采取任何措施讓其在空氣中自然冷卻,氧化在不銹鋼顆粒的表面迅速發生,結果得到的不銹鋼丸必定是黑色的,那黑色的東西就是不銹鋼氧化后形成的產物,做成的鋼丸如果這樣的話,用戶是不會要的。做成這樣的不銹鋼丸,有人認為采取后處理的辦法可以將層氧化皮剝奪掉,但試下來的結果不理想。比如采用拋丸機,通過拋丸處理,讓其表面這層皮被打磨掉。處理下來的結果是,這層皮很結實,要打掉它要花很長的時間,換言之,即使你能打掉它,所花的代價也是很大的,同時相當于你給用戶的是使用過的不銹鋼丸。另外有人想采用化學清洗的方法來處理不銹鋼丸,將這層氧化皮剝去,這里牽涉到環保的問題,這樣處理將有大量的廢水產生,生產成本也會增加不少,而且到目前為止,還沒有找到合適的化學剝除的配方和工藝。通過以上的分析,你一定已經得出如果要做不銹鋼丸的話,應采用氣體霧化的方法制為好,同時,在制作中要采用一定的保護措施,使不銹鋼在液固態易氧化段得到有力的保護,不氧化或只有少量的氧化。通過從國外獲得的資料和多年來采用霧化法制作各種金屬粉末的經驗,得出采用氣體霧化法制作不銹鋼丸是規;a不銹鋼丸的正確選擇。采用氣體霧化法制作不銹鋼丸,其用到的設備,與制作金屬粉末所用到的設備是相差不多的。熔化金屬的熔爐是必不可少的。為了確保霧化時不銹鋼不氧化,須采用惰性氣體作為霧化介質,在霧化過程中,還要對霧化環境進行保護,使其在無氧或少氧的環境中進行。等過了金屬氧化的關,其它的過程與制作鑄鋼丸是相差不多的。

      下面對整個不銹鋼丸的制作設備和工藝進行詳細的說明,供用戶在制作過程中參照執行:

      金屬材料的選擇:不銹鋼丸的制作材料當然是不銹鋼了,但配制不銹鋼的方法有二種,一種是采用金屬或合金原料進行配制,由于金屬或合金原料通常都是有購買下限的,所以用購買來的原料配成的不銹鋼原料生產的不銹鋼丸,其成本是比較高的。第二種是選取不銹鋼的廢料進行不銹鋼丸的生產。不銹鋼廢料各地都有,問題不大,且成本要比用第一種方法配出的原料低很多,凡是生產不銹鋼金屬粉末的,實際上都是選用不銹鋼廢料來進行生產的。廠家所獲取的利潤,就是第一種方法與第二種方法之間的原料的差價及產品的增值。如果沒有原料的差價,僅靠產品的增值,是沒有多少利潤的。

      購買不銹鋼廢料,有幾點是需要注意的,所買的廢,外觀應該很干凈,這是一。第二,所買的不銹鋼廢料,應為同一供應商提供的同一品牌的,就是說,這個材料應是提供廢料的廠商,成批買來自已用后形成的廢料。比如是成批買來生產不銹鋼餐具的,牌號是304,這種一次向同一供貨商的產品,是帶質保書的,質保書上會有這批材料的化學成份范圍,或有明確的材料的牌號,有了材料的牌號,你可以很方便的查到其化學成份的范圍。只有成份明了,你才能準確地判別你生產的不銹鋼丸是否合格。除了生產不銹鋼日用品的廠商,能提供整批料成份均勻一致的還有生產不銹鋼管的廠商,應該說,這種管料要比片狀的料好,這是因為片狀的料,其表面積較大,在熔化時形成的渣就多。如果資金允許,一次可多買入些廢料。

      對于買入的不銹鋼廢料,在使用前應經過處理,不可未經處理就直接進爐熔化。

      不銹鋼廢料的處理有以下幾點:

      一、除去混雜在廢料中的非不銹鋼材料,這主要是采用磁選法進行判別,凡是不能被強力磁鐵吸取的,就是不銹鋼,其余則排除在外。

      二、經過磁選處理后,根據廢料表面的干凈程度,進行清洗處理,如有油或有其它雜物粘在材料的表面,都必須清除干凈。經過清理的材料,要烘干后才好用。處理好后的材料,要達到表面干凈,無油污、雜質存在,表面干燥,無水份。

      三、對于長度或寬度較大的材料,還得預先將其切割成大小能入入熔爐中的尺寸。

      四、處理好的材料存放在干燥的倉庫中備用。

      除了在熔煉中要用到不銹鋼材料外,還需要其它一些輔助的材料,如打爐用的材料,脫氧的材料,造渣的材料,需要補充燒損的金屬材料等,按需要準備。

      中頻熔爐是熔化不銹鋼的設備,爐子在使用權用前須經過烤爐以延長爐子的使用壽命。

      在爐子上操作的熔煉工,須按中頻熔爐使用中的要求,配帶安全帽、防護目鏡、手套,穿工作服、工作鞋,以保證操作工人能安全生產。工人在上崗操作之前要經過專業培訓和安全生產教育,在操作中要嚴格按操作要求進行生產。

      在制作不銹鋼丸的整個工段中,或者說在上面操作中頻熔爐的工人當中,至少要有一位是在金屬熔煉工廠工作過,有過使用中頻熔爐的經驗,能進行不銹鋼溶煉操作的老師傅。

      中頻熔煉的好壞對不銹鋼丸的質量是有一定影響的,特別是出鋼時間的掌握上,對成品丸的收得率,影響很大。不銹鋼丸制作裝置是制作不銹鋼丸的關鍵設備,根據不銹鋼丸制作特點,該設備被設計成動態負壓,在霧化開始之前,先行在裝置中形成微氧的環境,在霧化制丸過程中一直保持這一環境,使制成的不銹鋼丸色澤呈鋼色,只有少量的氧化。

      從理論上,要使制得的不銹鋼丸少氧化,必須注意,在熔爐中熔化時,速度要快,到金屬全部化開后,要及時脫氧除渣。在霧化時,整流器個霧化的過程要短。霧化時間長了,特別象不銹鋼這種材料,其中的合金元素燒損率各不相同,有的燒損大,有的燒損少,這樣,是很容易偏離原來設定的成份的,所以,通常,采用容量為六十公斤的爐子進行金屬的熔化。采用六十公斤的爐子進行熔化還有一個好處就,設備與熔爐的熱平衡容易維持,在生產中故障率較低。

      霧化介質采用氮氣。氮氣是惰性的,價格也比較低,各地都有生產,容易得到。制作不銹鋼丸的氮氣為瓶裝氮氣,采用氣瓶組的形式。每組十六只瓶子,用專用的管子連起來,并配上必要的表和閥。瓶子放在專門配做的架子上,固定好。這樣一則安全,二則運輸時方便。

      為了確保霧化時的連續性,霧化筒體上開有許多孔,用于接管子或安裝表、閥等等。在設備制造中,要注意焊縫的質量;在使用前,須進行檢測,以保證筒體在使用中不泄漏,保證筒體氣密性好。


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