熔炼与铸造

　　铝合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。严格控制熔炼与浇铸的全过程，对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以及缩松等铸造缺陷起着重要的作用。由于铝熔体吸收氢倾向大，氧化能力强，易溶解铁，在熔炼与浇铸过程中必须采取简易而又谨慎的预防措施，以获得优质铸件。

1、铝合金炉料配制及质量控制

　　为了熔炼出优质铝熔体，首先应选用合格的原材料。须对原材料进行科学管理和适当处理，否则就会严重影响合金的质量，生产实践证明，原材料（包括金属材料及辅助材料）控制不严会使铸件成批报废。

　　（一）原材料必须有合格的化学成分及组织，具体要求如下：

　　入厂的合金锭除分析主要成分及杂质含量外，尚就检查低陪组织及断口。实践证明，使用了含有严重缩孔、针孔、以及气泡的铝液，就难以获得致密的铸件，甚至会造成整炉、整批的铸件报废。

　　有人在研究铝硅合金锭对铝合金针孔的影响时发现，用熔融的纯浇铸砂型试块时并不出现针孔，当加入低组织和不合格的铝硅合金锭后，试块针孔严重，且晶粒大。其原因为材料的遗传性所致。铝硅系合金和遗传性随着含量的提高面增大，硅量达到7%时，遗传显著。继续提高硅含量到共晶成分，遗传性又稍减小。为解决炉料遗传性引起的铸件缺陷，必须选用冶金质量高的铝锭、中间合金及其它炉料。具体标准如下：

　　（1）断口上不应有针孔、气孔

　　针孔应在三级以内，局部（不超过受检面积的25%）不应超过三级，超过三级者必须采取重熔炼的办法以减少针孔度。重熔精炼方法与一般铝合金熔炼相同，浇铸温度不宜超过660℃，对于那些原始晶粒大的铝锭、合金锭等，应先用较低的锭模温度，使它们快速凝固，细化晶粒。

　　2、炉料处理

　　炉料使用前应经吹砂处理，以去除表面的锈蚀、油脂等污物。放置时间不长，表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，所有的炉料在入炉前均应预热，以去除表面附的水分，缩短熔炼时间在3小时以上。

　　3、炉料的管理及存放

　　炉料的合理保存及管理对确保合金质量有重要意义。炉料应贮存在温度变化不大、干燥的仓库内。

2、坩埚及熔炼工具的准备

　　（一）坩埚铸造铝合金常用铁坩埚，也可用铸钢及钢板焊接坩埚。

　　新坩埚及长期未用的旧坩埚，使用前均应吹砂，并加热到700--800度，保持2--4小时，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，仔细清理坩埚内壁，在温度不低于200度时喷涂料。

　　坩埚使用前应预热至暗红色（500--600度），并保温2小时以上。新坩埚外熔炼之前，最好先熔化一炉同牌号的回炉料。

　　（二)熔炼工具的准备

　　钟罩、压瓢、搅拌勺、浇包

　　锭模等使用前均应预热，并在150度---200度温度下涂以防护性涂料，并彻底烘干，烘干温度为200--400度，保温时间2小时以上，使用后应彻底清除表面上附着的氧化物、氟化物，（最好进行吹砂）。

3、熔炼温度的控制

　　熔炼温度过低，不利于合金元素的溶解及气体、夹杂物的排出，增加形成偏析、冷隔、欠铸的倾向，还会因冒口热量不足，使铸件得不到合理的补缩，有资料指出，所有铝合金的熔炼温度到少要达705度并应进行搅拌。熔炼温度过高不仅浪费能源，更严重的是因为温度愈高，吸氢愈多，晶粒亦愈粗大，铝的氧化愈严重，一些合金元素的烧损也愈严重，从而导致合金的机械性能的下降，铸造性能和机械加工性能恶化，变质处理的效果削弱，铸件的气密性降低。

　　生产实践证明，把合金液快速升温至较高的温度，进行合理的搅拌，以促进所有合金元素的溶解（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.因为铝熔体的温度是难以用肉眼来判断的，所以不论使用何种类型的熔化炉，都应该用测温仪表控制温度。测温仪表应定期校核和维修。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处长使用寿命。

4、熔炼时间的控制

　　为了减少铝熔体的氧化、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。从熔化开始至浇注完毕，砂型铸造不超过4小时，金属型铸造不超过6小时，压铸不超过8小时。

　　为加速熔炼过程，应首先加入中等块度、熔点较低的回炉料及铝硅中间合金，以便在坩埚底陪尽快形成熔池，然后再加块度较大的回炉料及纯铝锭，使它们能徐徐浸入逐渐扩大的熔池，很快熔化。在炉料主要部分熔化后，再加熔点较高、数量不多的中间合金，升温、搅拌以加速熔化。最后降温，压入易氧化的合金元素，以减少损失。

5、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，经过足够长的时间才会沉至坩埚底陪。而铝熔体被氧化后形成的氧化铝膜，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直径为60--100A的小孔，其表面积大，吸附性强，极易吸附在水汽，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，难以从熔体中排除，在铸件中形成气孔太夹杂。所以，转送铝熔体中关键是尽量减少熔融金属的搅拌，尽量减少熔体与空气的接触。

　　采用倾转式坩埚转注熔体时，为避免熔体与空气的混合，应将浇包尽量靠所炉咀，并倾斜放置，使熔体沿着浇包的侧壁下流，不致直接冲击包底，发生搅动、飞溅等。

　　采用正确合理的浇注方法，是获得优质铸件的重要条件之一。生产实践得，注意下列事项，对防止、减少铸件缺陷是很有效的。

　　（一）浇注前应仔细检查熔体出炉温度、浇包容量及其表面涂料层的干燥程度，其他工具的准备是否合乎要不。金属浇口杯在浇注前3--5分钟之内就在砂型上安放好，此时浇包怀的温度不高于150度，安置过早或温度过高，浇道内憋住大量气体，在浇注时有爆炸的危险。

　　（二）不能在有“过堂风”的场合下浇注，以及熔体强烈氧化，燃烧，使铸件产生氧化夹杂等缺陷。

　　（三）由坩埚内获取熔体时，应先用包底轻轻拨开熔体表面的氧化皮或熔剂层，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。

　　（四）端包时不要掌平，步子要稳，浇包不宜提得过高，浇包内金属液面必须保持平稳，不受拢动。

　　（五）即将浇注时，应扒净浇包的渣子，以免在浇注中将熔渣、氧化皮等带入铸型中。

　　（六）在浇注中，熔体流就保持平稳，不能中断，不能直冲口怀的底孔。浇口怀自始至终应充满，液面不得翻动，浇注速度要控制得当。通常，浇注开始度就稍慢些，使熔体充填平稳，然后速度稍快，并基本保持浇注速度不变。

　　（七）在浇注过程中，浇包咀与浇口的距离就尽可能靠近，以不超过50毫米为限，以免熔液过多地氧化。

　　（八）带堵塞的浇口怀，堵塞不能拨得太早，在熔体充满浇口怀后，再缓慢地斜向拨出，以免熔体在注入浇道时产生涡流。

　　（九）距坩埚底部60毫米以下的熔体不宜浇注铸件。

铝合金铸造（ZL）

　　按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。

　　为了获得各种形状与规格的优质精密铸件，用于铸造的铝合金一般具有以下特性。

　　（1）有填充狭槽窄缝部分的良好流动性

　　（2）有比一般金属低的熔点，但能满足极大部分情况的要求

　　（3）导热性能好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短

　　（4）熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制

　　（5）铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向

　　（6）化学稳定性好，抗蚀性能强

　　（7）不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的表面光洁度和光泽，而且易于进行表面处理

　　（8）铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬模、生砂和干砂模、熔模石膏型铸造模进行铸造生产，也可用真空铸造、低压和高压铸造、挤压铸造、半固态铸造、离心铸造等方法成形，生产不同用途、不同品种规格、不同性能的各种铸件。

　　铸造铝合金在轿车上是得到了广泛应用，如发动机的缸盖、进气歧管、活塞、轮毂、转向助力器壳体等。

高强度铝合金

　　高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金，主要是压力加工铝合金中防锈铝合金类、硬铝合金类、超硬铝合金类、锻铝合金类、铝锂合金类。

缺陷修复

　　铝合金在生产过程中，容易出现缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷。如何修复铝合金铸件气孔等缺陷呢？如果用电焊、氩焊等设备来修补，由于放热量大，容易产生热变形等副作用，无法满足补焊要求。

　　冷焊修复机是利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。由于冷焊热影响区域小，不会造成基材退火变形，不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高，补材与基体同时熔化后的再凝固，结合牢固，可进行磨、铣、锉等加工，致密不脱落。冷焊修复机是修补铝合金气孔、砂眼等细小缺陷的理想方法。

主要分类

铝合金的分类

　　一系:1000系列铝合金代表 1050、1060 、1100系列。在所有系列中1000系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。

　　二系:2000系列铝合金代表2024、2A16（LY16）、 2A02（LY6）。2000系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2000系列铝棒属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。

　　三系:3000系列铝合金代表3003 、 3A21为主。我国3000系列铝板生产工艺较为优秀。3000系列铝棒是由锰元素为主要成分。含量在1.0-1.5之间，是一款防锈功能较好的系列。

　　四系:4000系列铝棒代表为4A01 4000系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在4.5-6.0%之间。属建筑用材料、机械零件锻造用材、焊接材料；低熔点、耐蚀性好， 产品描述：具有耐热、耐磨的特性

　　五系:5000系列铝合金代表5052、5005、5083、5A05系列。5000系列铝棒属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高，疲劳强度好，但不可做热处理强化。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.在常规工业中应用也较为广泛。在我国5000系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。

　　六系:6000系列铝合金代表6061 主要含有镁和硅两种元素，故集中了4000系列和5000系列的优点6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，容易涂层，加工性好。

　　七系:7000系列铝合金代表7075 主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,是可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.也有良好的焊接性，但耐腐蚀性较差。

　　八系:8000系列铝合金较为常用的为8011 属于其他系列，大部分应用为铝箔，生产铝棒方面不太常用。

　　九系:9000系列铝合金是备用合金。

铝合金的物质类别

　　铝合金纯铝产品

　　纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份Al表示，后者用汉语拼音LG（铝、工业用的）表示。

　　压力加工铝合金

　　铝合金压力加工产品分为防锈（LF）、硬质（LY）、锻造（LD）、超硬（LC）、包覆（LB）、特殊（LT）及钎焊（LQ）等七类。常用铝合金材料的状态为退火（M焖火）、硬化（Y）、热轧（R）等三种。

　　铝材

　　铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材，包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材、型材等。

　　铸造铝合金

　　铸造铝合金（ZL）按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。

　　高强度铝合金

　　高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金，主要是压力加工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类

典型用途

　　1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉

　　1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途

　　1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、食品工业装置与贮存容器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零部件、热交换器、印刷板、铭牌、反光器具

　　1145 包装及绝热铝箔，热交换器

　　1199 电解电容器箔，光学反光沉积膜

　　1350 电线、导电绞线、汇流排、变压器带材

　　2011 螺钉及要求有良好切削性能的机械加工产品

　　2014 应用于要求高强度与硬度（包括高温）的场合。飞机重型、锻件、厚板和挤压材料，车轮与结构元件，多级火箭第一级燃料槽与航天器零件，卡车构架与悬挂系统零件

　　2017 是第一个获得工业应用的2XXX系合金，目前的应用范围较窄，主要为铆钉、通用机械零件、结构与运输工具结构件，螺旋桨与配件

　　2024 飞机结构、铆钉、导弹构件、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他种种结构件

　　2036 汽车车身钣金件

　　2048 航空航天器结构件与兵器结构零件

　　2124 航空航天器结构件

　　2218 飞机发动机和柴油发动机活塞，飞机发动机汽缸头，喷气发动机叶轮和压缩机环

　　2219 航天火箭焊接氧化剂槽，超音速飞机蒙皮与结构零件，工作温度为-270~300℃。焊接性好，断裂韧性高，T8状态有很高的抗应力腐蚀开裂能力

　　2319 焊拉2219合金的焊条和填充焊料

　　2618 模锻件与自由锻件。活塞和航空发动机零件

　　2A01 工作温度小于等于100℃的结构铆钉

　　2A02 工作温度200~300℃的涡轮喷气发动机的轴向压气机叶片

　　2A06 工作温度150~250℃的飞机结构及工作温度125~250℃的航空器结构铆钉

　　2A10 强度比2A01合金的高，用于制造工作温度小于等于100℃的航空器结构铆钉

　　2A11 飞机的中等强度的结构件、螺旋桨叶片、交通运输工具与建筑结构件。航空器的中等强度的螺栓与铆钉

　　2A12 航空器蒙皮、隔框、翼肋、翼梁、铆钉等，建筑与交通运输工具结构件

　　2A14 形状复杂的自由锻件与模锻件

　　2A16 工作温度250~300℃的航天航空器零件，在室温及高温下工作的焊接容器与气密座舱

　　2A17 工作温度225~250℃的航空器零件

　　2A50 形状复杂的中等强度零件

　　2A60 航空器发动机压气机轮、导风轮、风扇、叶轮等

　　2A70 飞机蒙皮，航空器发动机活塞、导风轮、轮盘等

　　2A80 航空发动机压气机叶片、叶轮、活塞、涨圈及其他工作温度高的零件

　　2A90 航空发动机活塞

　　3003 用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道

　　3004 全铝易拉罐罐身，要求有比3003合金更高强度的零部件，化工产品生产与贮存装置，薄板加工件，建筑加工件，建筑工具，各种灯具零部件

　　3105 房间隔断、档板、活动房板、檐槽和落水管，薄板成形加工件，瓶盖、瓶塞等

　　3A21 飞机油箱、油路导管、铆钉线材等；建筑材料与食品等工业装备等

　　5005 与3003合金相似，具有中等强度与良好的抗蚀性。用作导体、炊具、仪表板、壳与建筑装饰件。阳极氧化膜比3003合金上的氧化膜更加明亮，并与6063合金的色调协调一致

　　5050 薄板可作为致冷机与冰箱的内衬板，汽车气管、油管与农业灌溉管；也可加工厚板、管材、棒材、异形材和线材等

　　5052 此合金有良好的成形加工性能、抗蚀性、可烛性、疲劳强度与中等的静态强度，用于制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、五金制品等

　　5056 镁合金与电缆护套铆钉、拉链、钉子等；包铝的线材广泛用于加工农业捕虫器罩，以及需要有高抗蚀性的其他场合

　　5083 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，诸如舰艇、汽车和飞机板焊接件；需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等

　　5086 用于需要有高的抗蚀性、良好的可焊性和中等强度的场合，例如舰艇、汽车、飞机、低温设备、电视塔、钻井装置、运输设备、导弹零部件与甲板等

　　5154 焊接结构、贮槽、压力容器、船舶结构与海上设施、运输槽罐

　　5182 薄板用于加工易拉罐盖，汽车车身板、操纵盘、加强件、托架等零部件

　　5252 用于制造有较高强度的装饰件，如汽车等的装饰性零部件。在阳极氧化后具有光亮透明的氧化膜

　　5254 过氧化氢及其他化工产品容器

　　5356 焊接镁含量大于3%的铝-镁合金焊条及焊丝

　　5454 焊接结构，压力容器，海洋设施管道

　　5456 装甲板、高强度焊接结构、贮槽、压力容器、船舶材料

　　5457 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件

　　5652 过氧化氢及其他化工产品贮存容器

　　5657 经抛光与阳极氧化处理的汽车及其他装备的装饰件，但在任何情况下必须确保材料具有细的晶粒组织

　　5A02 飞机油箱与导管，焊丝，铆钉，船舶结构件

　　5A03 中等强度焊接结构，冷冲压零件，焊接容器，焊丝，可用来代替5A02合金

　　5A05 焊接结构件，飞机蒙皮骨架

　　5A06 焊接结构，冷模锻零件，焊拉容器受力零件，飞机蒙皮骨部件

　　5A12 焊接结构件，防弹甲板

　　6005 挤压型材与管材，用于要求强高大于6063合金的结构件，如梯子、电视天线等

　　6009 汽车车身板

　　6010 薄板：汽车车身

　　6061 要求有一定强度、可焊性与抗蚀性高的各种工业结构性，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、夹具、机械零件、精密加工等用的管、棒、形材、板材

　　6063 建筑型材，灌溉管材以及供车辆、台架、家具、栏栅等用的挤压材料

　　6066 锻件及焊接结构挤压材料

　　6070 重载焊接结构与汽车工业用的挤压材料与管材

　　6101 公共汽车用高强度棒材、电导体与散热器材等

　　6151 用于模锻曲轴零件、机器零件与生产轧制环，供既要求有良好的可锻性能、高的强度，又要有良好抗蚀性之用

　　6201 高强度导电棒材与线材

　　6205 厚板、踏板与耐高冲击的挤压件

　　6262 要求抗蚀性优于2011和2017合金的有螺纹的高应力零件

　　6351 车辆的挤压结构件，水、石油等的输送管道

　　6463 建筑与各种器具型材，以及经阳极氧化处理后有明亮表面的汽车装饰件

　　6A02 飞机发动机零件，形状复杂的锻件与模锻件

　　7005 挤压材料，用于制造既要有高的强度又要有高的断裂韧性的焊接结构，如交通运输车辆的桁架、杆件、容器；大型热交换器，以及焊接后不能进行固熔处理的部件；还可用于制造体育器材如网球拍与垒球棒

　　7039 冷冻容器、低温器械与贮存箱，消防压力器材，军用器材、装甲板、导弹装置

　　7049 用于锻造静态强度与7079-T6合金的相同而又要求有高的抗应力腐蚀开裂勇力的零件，如飞机与导弹零件——起落架液压缸和挤压件。零件的疲劳性能大致与7075-T6合金的相等，而韧性稍高

　　7050 飞机结构件用中厚板、挤压件、自由锻件与模锻件。制造这类零件对合金的要求是：抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力、断裂韧性与抗疲劳性能都高

　　7072 空调器铝箔与特薄带材；2219、3003、3004、5050、5052、5154、6061、7075、7475、7178合金板材与管材的包覆层

　　7075 用于制造飞机结构及期货 他要求强度高、抗腐蚀性能强的高应力结构件、模具制造

　　7175 用于锻造航空器用的高强度结构性。T736材料有良好的综合性能，即强度、抗剥落腐蚀与抗应力腐蚀开裂性能、断裂韧性、疲劳强度都高

　　7178 供制造航空航天器的要求抗压屈服强度高的零部件

　　7475 机身用的包铝的与未包铝的板材，机翼骨架、桁条等。其他既要有高的强度又要有高的断裂韧性的零部件

　　7A04 飞机蒙皮、螺钉、以及受力构件如大梁桁条、隔框、翼肋、起落架等