制造工藝
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合成工藝
鋁和鋁合金可以用各種不同的方法熔煉。常使用的是無芯感應(yīng)爐和槽式感應(yīng)爐、坩堝爐和反射式平爐(使用天然氣或燃料油燃燒)以及電阻爐和電熱輻射爐。爐料種類廣泛,從高質(zhì)量的預(yù)合金化鑄錠一直到專門由低等級(jí)廢料構(gòu)成的爐料都可以使用。然而,即使在最適宜熔煉澆注的條件下,熔化的鋁也易受三種類型的不良影響:
·在高溫條件下,隨著時(shí)間的推移,氫氣的吸附導(dǎo)致溶解在熔液中氫氣的增加。
·在高溫條件下,隨著時(shí)間的推移,熔液發(fā)生氧化。
·合金元素的喪失。
氫氣是很容易被熔化的鋁吸附的。不幸的是,在熔化的鋁合金中,氫氣的溶解度基本上大于其在固體鋁中的溶解度。當(dāng)鋁合金凝固時(shí),氫氣從熔液中排出,收縮孔隙度擴(kuò)大并放大,同時(shí)伴隨著力學(xué)性能的喪失。氫氣一般源自濕爐料和潮濕的熔化工具,但主要的氫氣源是環(huán)境中的濕氣。因?yàn)槿蹮挄r(shí)幾乎難以防止氫氣的吸附,所以澆注前必須從熔液中除去氫氣。最常使用的方法是向熔液中鼓入干燥的氮?dú)饣驓鍤馀?。使用除去氫氣是格外有效的。然而,由于環(huán)境和安全原因常排除它在生產(chǎn)中使用。
過去已利用減壓測試法測量出溶解在熔液中的氫氣量,其過程是將熔化鋁的試樣注入鋼杯中,并讓它在真空腔中凝固。觀察凝固過程發(fā)現(xiàn),在凝固過程中氣泡變化的程度指示了存在的氫氣量。同時(shí)使用凝固后的試樣切片可以檢查形成氣泡的大小。遺憾的是,這些方法并不精確,而且受到熔體中作為氫氣泡晶核存在的氧化物顆粒的影響很大。測試溶解氫氣的更好方法是使用專門設(shè)計(jì)的利用液體萃取技術(shù)顯示氫氣的儀器。
鋁在熔液表面瞬時(shí)形成非常穩(wěn)定的氧化物。氧化的速度隨著溫度的升高和某些合金元素(如鎂和鈹)的存在而增加。而如果鋁熔液表面沒有受到于擾,那么在其表面形成的氧化物膜是自我限制的,任何紊流都會(huì)將氧化物膜攪和到大部分的熔液中,并產(chǎn)生新鮮的表面以有利于更多的氧化物形成。生成的氧化物膜和氧化物雜質(zhì)非常有害于鑄鋁件的性能,然而,在合金冶煉、熔化金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)或澆注和鑄型注滿的過程中都會(huì)引起紊流。
熔液中的氧化物顆粒成為形成縮孔和氣孔的品核。缺少氧化物雜質(zhì)時(shí),氣孔和碾微孔隙也就基本消失了。對于鑄鋁件的生產(chǎn),減少氧化物雜質(zhì)是特別重要的一個(gè)條件。因?yàn)橥ǔK鼈兊囊合嗑€與固相線之問有非常大的幅差,而在多孔隙的狀態(tài)下冷凝,則很難給孔隙提供補(bǔ)給。
鑄件的氧化膜則形成了極易失效的脆弱面,鑄鋁合金力學(xué)性能的不均勻性恰恰就是由于這些氧化膜的存在而引起的,如果沒有這些氧化膜,不均勻性就會(huì)減少,鑄件性能的重復(fù)性就會(huì)優(yōu)于鍛件,用X射線檢查時(shí),這些氧化膜通常是不可見的,但必須做到事前預(yù)防而不要等事后發(fā)現(xiàn)時(shí)再去修補(bǔ)。
在熔融狀態(tài)下,可以利用熔劑的覆蓋來控制氧化物。這些熔劑一般為氯化鎂鹽。它們漂浮在熔液的表而上。但仍要定期從熔液表面氧化物,可以采用熔液通過過濾床的辦法從大熔爐中這些懸浮的氧化物雜質(zhì)。較小規(guī)模生產(chǎn)時(shí),可以在澆注系統(tǒng)中設(shè)置過濾器來氧化物。
為了防止在鑄件中形成氧化膜,則需要讓金屬以毫尤紊流的狀態(tài)進(jìn)入到鑄型的型腔.對大多數(shù)鑄件來說,利用重力澆注的方法就不可能做到這一點(diǎn),因?yàn)橹睗驳赖乃^高度會(huì)加快流動(dòng)速度從而發(fā)生紊流,所以一定要采用反重力法或液位模具澆注技術(shù)。這樣過濾器減緩金屬流動(dòng)的速度,使其慢到足以防止氧化物產(chǎn)生。另外必須從底部注入模具的型腔,注入鑄件各個(gè)液位的次序電要精心設(shè)計(jì)好,以免發(fā)生“瀑布”——模具中液態(tài)金屬從較高液位掉落到較低的液位,從而在新生金屬表面形成氧化物。利用從底部注入模具的方法,液態(tài)金屬頂上的氧化層將升入到上砂箱層面的頂部并流入冒口的頂,這樣則不會(huì)損害鑄件。
很多鑄鋁合金都含有像鎂這樣的會(huì)慢慢與氧氣發(fā)生反應(yīng)的元素,熔化的金屬保存時(shí)間過長,這些元素就會(huì)被逐漸氧化,導(dǎo)致鑄件的化學(xué)成分不達(dá)標(biāo),而其他一些合金元素,例如具有低氣化壓的鋅,還會(huì)從浴槽的表而蒸發(fā)。
加工工藝
硅對硬質(zhì)合金有腐蝕作用。雖然一般將超過12%Si的鋁合金稱為高硅鋁合金,推薦使用金剛石刀具,但這不是絕對的,硅含量逐漸增多對刀具的破壞力也逐漸加大。因此有些廠商在硅含量超過8%時(shí)就推薦使用金剛石刀具。
硅含量在8%-12%之間的鋁合金是一個(gè)過渡區(qū)間,既可以使用普通硬質(zhì)合金,也可以使用金剛石刀具。但使用硬質(zhì)合金應(yīng)使用經(jīng)PVD(物理鍍層)方法、不含鋁元素的、膜層厚度較小的刀具。因?yàn)镻VD方法和小的膜層厚度使刀具保持較鋒利的切削刃成為可能(否則為避免膜層在刃口處異常長大需要對刃口進(jìn)行足夠的鈍化,切鋁合金就會(huì)不夠鋒利),而膜層材料含鋁可能使刀片膜層與工件材料發(fā)生親合作用而破壞膜層與刀具基體的結(jié)合。因?yàn)槌插儗佣酁殇X、氮、鈦三者的化合物,可能會(huì)因硬質(zhì)合金基體隨膜層剝落時(shí)少量剝落造成崩刃。
建議使用下列三類刀具之一:
1.不鍍層的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具
2.帶未含鋁鍍層(PVD)方法的硬質(zhì)合金刀具,如鍍TiN、TiC等
3.用金剛石刀具
刀具的容屑空間要大,一般建議用2齒,前角、后角要大(如12°-14°,包括端齒后角)。
如果只是一般銑面,可以用45°主偏角的可轉(zhuǎn)位面銑刀,配用專門加工鋁合金的刀片,應(yīng)該效果更好。
鋁合金常用板材厚度:金屬屋面(和幕墻)系統(tǒng)的一般為0.8-1.2mm(而傳統(tǒng)的一般要≥2.5mm).