102合金鑄造工藝及性能影響因素

王曉進

（中寧縣錦寧鋁鎂新材料有限公司，寧夏 中寧 755100）

102合金是一種共晶合金，在砂型鑄造、壓鑄等領域應用廣泛。ZL102合金含有10.0%～13.0%的Si，其余為Al，主要雜質為Fe，不同的澆注工藝會對鑄造鋁合金的組織及性能產生很大的影響，采用金屬型鑄造，可加快合金的凝固冷卻速度，減少氣孔縮孔等缺陷。本文對102合金鑄造工藝進行明確，由此研究鑄造過程中對合金性能的影響因素，以便通過性能劣性最小化來提升鑄造工藝水平[1]。

1 102合金鑄造工藝

1.1 102合金鑄造工藝標準

102合金錠應確立統一的工藝標準及鑄造重量要求，確保每塊合金錠外觀一致，質量達標[2]。

表1 102合金錠化學成分要求ZLD102鋁錠的化學成分/%

（1）重量：鋁錠每塊重15㎏±1.5㎏。鋁錠每捆重810㎏～891㎏。

（2）飛邊：確保每塊鋁錠邊緣光滑，大于1C㎡以上的飛邊屬不合格。

（3）夾渣：鋁錠表面有大于1C㎡的氧化層或小于1C㎡但屬雜質性物質為不合格品。

（4）冷隔：鋁錠表面有長度大于2㎝冷隔或小于2㎝但屬雜質性物質為不合格品。

（5）氣孔：鋁錠表面有大氣孔或微小氣孔數量較多為不合格品。

（6）批號：鋁錠每塊無清晰批號或無檢印，每捆鋁錠批號書寫錯誤為不合格品。

（7）低倍針孔度執行JB/T7946.3-1999標準。低倍組織中不允許存在裂紋、氣孔等缺陷。不允許單個面積大于0.5㎡夾渣，小于0.5㎡夾渣不允許超過兩處。允許不多于10點每點平均直徑大于3mm的光亮，不多于2處 。每處平均直徑不大于10mm的晶粒。

1.2 工藝技術材料準備

（1）生產原料。①電解原鋁液：要求鐵含量平均≤0.7%。②重熔鋁錠和工藝廢料：要求干燥，潔凈無污染。③工業硅：化學成分符合GB/T2881-2008《工業硅》》，硅塊粒徑在50mm～60mm左右。④鎂錠：化學成分符合GB/T3499-2011《原生鎂錠》中二級鎂錠要求，鎂錠外觀無腐蝕及污染。⑤鈦劑：鈦含量75%，要求塊重準確，成分均勻，實收率達到80%以上。

（2）燃料及輔材。①精練劑：熔劑干燥，粒度均勻，流動性好。②覆蓋劑：包裝完好，無受潮結塊現象。③氬氣： 氬含量大于99.999%。④陶瓷過濾片： 要求孔洞均勻，盲孔率不大于8%。

1.3 鑄造工藝流程

102合金錠的鑄造生產流程主要可以分為三個階段：投料及鑄造前熔煉；鑄造過程；成品的包裝入庫。流程圖見圖1。

圖1 102合金錠鑄造流程

（1）投料、熔煉。①工業硅均勻的投入到熔煉爐內，灌入所需的原鋁液，表面灑入打渣劑，調整熔煉溫度到740℃～750℃。②啟動電磁攪拌機充分攪拌15分鐘，避免出現重力偏析。③清除鋁液表面浮渣，然后取樣化驗。④化驗合格后，調整鋁液精煉溫度730℃～740℃范圍并內進行精煉。⑤撒入精練劑，用量2.5Kg/t，開始在線除氣精煉，精煉兩次，每次不少于20分鐘，精練完畢后扒除表面浮渣，撒入覆蓋劑， 每爐6Kg，關閉爐門靜置15分鐘。

（2）鑄造。①鑄造前，對與鋁液接觸的鑄造模等部位充分預熱干燥。②控制鑄造溫度670℃～680℃，打開爐流眼，使熔體較快進入過濾箱中，當熔體充滿流槽，提起閘板，引導熔體盡快充滿澆包，并進行純氬在線除氣。③待鋁錠走過打印裝置時，打開冷卻水。控制好水壓和水量，按鑄造工藝技術要求調整好鑄造速度。④鑄造過程中，要保持鋁液表面穩定，防止液面波動太大。⑤在生產過程中，如果因設備故障使熔體在靜置爐內超過3小時時，應及時對熔體攪拌一次。

（3）包裝、入庫。①切取低倍試樣化驗化學成分，晶粒度及低倍針孔度等項目，檢驗規程按照GB/T8733-2016＜＜鑄造鋁合金錠＞＞標準要求進行。②鋁錠單塊重量15Kg±1.5Kg，碼垛整齊為54塊，分11層，底層為4塊，大面朝上，其余每層5塊，大小面交錯排列，層與層之間成90度交叉疊放。③進行包裝打捆，打捆成“╪”型，縱向一根鋼帶壓住橫向鋼帶。④衡量器檢斤進行入庫。

2 102合金鑄造性能影響的因素

2.1 精煉對合金鑄造性能的影響

鋁合金在熔煉過程中，熔體中存在氣體、各種夾雜物及其他金屬雜質等，影響純潔度，使鑄錠往往產生氣泡、氣孔、夾雜、疏松、裂紋、白班等缺陷，對鑄錠的加工性能及制品強度、塑性、抗蝕性、陽極氧化性和外觀品質都有顯著影響。鈉在含鎂量高的鋁一鎂系合金中除易引起“鈉脆性”之外，常影響熔體的流動性和鑄造性能。熔體凈化就是利用物理化學原理和相應的工藝措施，除掉液態金屬中的氣體、夾雜和有害元素，以便獲得純凈金屬熔體的工藝方法。

爐內精煉氣體從進氣管道進入熔液中，從出氣管道噴出后向上直接浮游溢出熔體表面，由于氣泡開始即具有一定的初速，氣泡在熔體中的浮游路程和時間短，除氣除渣效率低，同時在速度較快且較集中的氣泡浮出熔體表面時造成表面較為劇烈的噴涌現象，使熔體與熔體上方的水、氧等反應，使熔體吸氫，產生氧化夾渣。所以必需要控制氣壓大小、確保精煉管端口在鋁液熔池底部進行均勻平穩移動，并且保證精煉時間控制在30min～40min，精煉溫度730℃～740℃，嚴禁超溫過燒，保證除氣除渣效果，減少氧化夾渣和氫含量，提升合金錠純度。

另鑄造時，可進行在線除氣，通過惰性氣體儲氣罐→在線除氣裝置→石墨轉子噴頭→處理鋁合金熔體→進行凈化除氣處理對合金錠進行再次除氣除渣。

2.2 靜置時間對合金鑄造性能的影響

在進行鑄造作業前，每爐按6Kg標準撒覆蓋劑，杜絕二次氧化夾渣，并且嚴格保證靜置時間在15分鐘以上，使比重重的雜質進行下沉，比重輕的雜質上浮，進一步起到凈化熔體的作用。若靜置時間不夠，雜質不能完全沉淀或浮出，導致雜質卷入熔體當中，鑄錠容易形成夾渣和疏松，影響下游產品質量。但在生產過程中，靜置時間不宜過長。如果因其它故障使熔體在靜置爐內超過3小時時，應及時對熔體攪拌和凈化，以防止合金成分出現偏析。

3 結論

綜上所述，102合金錠應確立統一的工藝標準，確保每塊合金錠外觀一致，質量達標。同時應對熔煉溫度、精煉溫度、精煉時間、靜置時間、鑄造三要素進行精確控制，確保產品質量合格。