專利名稱：鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種有色金屬鑄造工藝，特別涉及一種鋁青銅熔煉過程中的除氣脫氧工藝，屬于有色金屬鑄造技術領域。
背景技術：
鑄造時鋁青銅液的蒸氣壓比黃銅和錫青銅低，因此吸氣傾向很大，其鑄件更容易出現氣孔和氧化物雜質，使鋁青銅鑄件的力學性能下降直至報廢。鋁青銅合金熔煉過程中，在過熱的條件下，銅液和水氣將發生下列反應2Cu+H20 =Cu20+2H以及2A1+3H20 = A1203+6H等。前述反應產生的氫以原子態[H]溶入銅液中，而生成的Cu2O能直接溶入銅液中，即相當于氧以原子態
溶于銅液中。若鋁青銅熔煉過程中不除氣或除氣質量不高，氣孔將以下列方式產生(1)在凝固時隨溫度的下降，溶解在銅液中的過飽和狀態的氫將析出，形成氣泡；(2) Al2O3等氧化物以彌散質點懸浮于合金液中，凝固時容易作為現成的固相界面， 使過飽和氫氣很容易吸附其上形成氣泡，來不及逸出合金液表面的氣泡即為鑄件內的氣孔；(3)Cu2O和H2在凝固過程中析出，并在晶界處迅速發生反應Cu20+H2 = 2Cu+H20。 反應產生的水蒸氣在晶界處產生壓力，導致鑄件在凝固過程中上漲，產生疏松和氣孔，同時在晶粒間產生大量的顯微裂紋。如果銅液不脫氧或脫氧不徹底時，隨著溫度的降低，Cu2O和固溶體在1066°C形成一元共晶體(Cu2CHa )，這種脆性共晶體沿α的晶界分布，破壞了基體的連續性，降低機械性能，使銅件變脆。同時，當加入Al、Si和!^e等元素時，它們很快被氧化生成Al203、Si&和鐵的氧化物等不溶性的高熔點夾雜物，彌散地懸浮在銅液中，不易被排除，對鑄件性能的危害亦很大。目前鋁青銅除氣和脫氧工藝還研究和使用得不多，常用的除氣和脫氧工藝有氯化鋅除氫+磷銅脫氧；通氮(氬)除氫+磷銅脫氧；通氮(氬)除氫+稀土脫氧等。有的也同時配合熔劑覆蓋熔煉以阻止銅液與大氣接觸。另外還有采用在熔體液面上建立6 14KPa的部分真空來獲得無氣孔鑄件。但上述方法都各有不足和缺陷。氯化鋅除氣常常不夠徹底；鋁青銅使用通氮法除氣時，在720°C以上溫度時，氮容易與鋁發生反應生成大量的氮化鋁，從而降低了除氣效果；而通氬法除氣由于氬氣價格貴導致生產成本增加；磷銅雖然脫氧效果比較理想，同時磷銅除使銅液脫氧外，所產生的P2O5 氣泡還有除氣和除夾雜的作用。并且P2O5還能與銅液中的Al203、Si02等固態夾雜造渣，形成液態的Al2O3 · 3P205，SiO2 · P2O5復合化合物，使其易于排出，故同時兼有精煉作用，磷還能明顯降低銅液的表面張力，降低銅液的粘度，提高銅液的流動性，對充型有利，但對于鋁青銅而言，過多的磷是有害的，其含磷量的重量百分比(wt)應< 0. 1%;稀土的化學活性很強，稀土與氧的親和力遠大于銅與氧的親和力，且生成熔點比銅高、密度比銅小的稀土氧化物，收到良好的脫氧效果，稀土還能與氫結合生成密度小的氫化物，上浮至銅液表面，在高溫下重新分解，排除氫氣，或被氧化進入渣相而被除去，另外除脫氧除氫能力強外，稀土對其他有害元素的脫除作用也很明顯，能與許多易熔成分如硫、磷等結合成為難熔的二元或多元化合物，這些高熔點稀土化合物將保持固體狀態并與熔渣一起從銅液中排除，從而達到良好的凈化銅液作用，但過量的稀土其氧化反應也會帶來惡果殘留在銅液中的高熔點稀土化合物會造成粘渣現象而使銅液的流動性大大下降，此外凝固后晶界處過多的稀土化合物會降低鑄件的力學性能特別是耐磨性。 熔劑覆蓋熔煉對覆蓋劑要求較高，如需嚴格干燥處理。另外鋁青銅常用的覆蓋劑如木炭，然而，木炭層不能阻礙還原性爐氣中的氫溶入銅液.而且木炭具有吸附還原性氣體的能力，因此不能用在還原性氣氛中。還有碎玻璃50% +碳酸納50%，或碎玻璃46%十碳酸鈉46% +氟化鈣8%，這些覆蓋劑多為酸性，只適用于酸性或中性爐襯。在熔體液面上建立6 14KPa的部分真空來獲得無氣孔鑄件的方法，由于該方法造價高，除特殊要求外一般不采用。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種除氣、脫氧效果好，副作用少、 消除有害元素，凈化銅液，增加流動性，有利于充型的鋁青銅除氣、脫氧工藝。本發明通過以下技術方案予以實現一種鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，包括以下步驟1)坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到600 700°C的櫻紅色；2)按下列加料順序投料入坩鍋加熱熔化；電解銅，電解鎳，金屬錳，待溶化后加入鋁塊，鋁塊溶化后再加入鐵片，待所有爐料熔化成液態后，用石墨棒攪拌，使熔體內各種合金元素混合均勻；3)加速升溫熔化，提溫到1250 1300°C，熔化速度越快越好；4)加入氯化鋅除氣，需鐘罩壓入；幻靜置5 8分鐘，加入稀土鈰脫氧、除氣，稀土鈰以銅稀土中間合金加入，并需鐘罩壓入；6)靜置3 5分鐘，加入磷銅以精煉脫氧；磷銅以磷銅中間合金加入；7)靜置3 5分鐘，在1150_1250°C扒渣出爐澆注鑄模，風冷鑄件。本發明的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現。前述的鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，其中所述氯化鋅需脫水，加入量為爐料重量的 0. 25-0. 35%o前述的鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，其中所述稀土鈰的加入量為爐料重量的 0. 1-0. 15% ；所述磷銅的加入量為爐料重量的0. 15-0. 25%。本發明的有益效果如下1)經過氯化鋅、稀土鈰、磷銅三段除氣、脫氧后，澆冒口液面凹縮明顯，彎曲試樣折彎大于90°未斷，金相試樣觀察無氣孔；用庫侖定氧儀定氧氧含量< 4ppm。2)由于稀土鈰的加入，消除了有害元素，凈化了銅液，增加了銅液流動性，同時由于三段除氣、脫氧的聯合作用，可以減少稀土鈰的加入量，消除了因稀土加入量高產生的殘留在銅液中的高熔點稀土化合物造成粘渣而使銅液的流動性大大下降的現象，也消除了凝固后晶界處過多的稀土化合物會降低鑄件的力學性能特別是耐磨性可能。3)磷銅的加入除脫氧、除氣外，還能明顯降低銅液的表面張力，降低銅液的粘度， 提高銅液的流動性，對鑄件充滿鑄模型腔有利，同時由于三段除氣、脫氧的聯合作用，可以降低磷銅即磷的加入量，消除了磷的不利影響。4)工藝簡單，生產成本低。本發明的優點和特點，將通過下面優選實施例的非限制性說明進行解釋，這些實施例是僅作為例子給出的。
具體實施例方式以下為本發明的三個實施例，本發明不限于以下三個實施例。工件為鋁青銅鑄件，其材料成分為鋁8.5-10.5%，鎳1. 0-3. 0%，鐵3. 0-5. 0%， 錳1. 0-3. 0%，余為銅。其熱處理工藝為1)坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到櫻紅色。2)投料熔化(加料順序電解銅，電解鎳，金屬錳，待溶化后加入鋁塊，鋁塊溶化后再加入鐵片，待所有爐料化清后，用石墨棒攪拌，使熔體內各種合金元素混合均勻)。3)加速升溫熔化，提溫到1250_1300°C，熔化速度越快越好。4)加入脫水氯化鋅除氣，脫水氯化鋅的加入量為爐料重量的0. 25-0. 35%，需鐘
罩壓入。5)靜置5-8分鐘，加入稀土鈰脫氧、除氣；稀土鈰以銅稀土中間合金加入，稀土鈰的加入量為爐料重量的0. 1-0. 15%，并需鐘罩壓入。6)靜置3-5分鐘，加入磷銅以精煉脫氧，磷銅以磷銅中間合金加入，磷銅的加入量為爐料重量的0. 15-0. 25%。7)靜置3-5分鐘，在1150_1250°C扒渣出爐澆注鑄模，風冷鑄件。三個實施例的氯化鋅、稀土鈰、磷銅加入量，含氣測量結果和力學性能對比如表1。表1實施例的氯化鋅、稀土鈰、磷加入量，含氣測量結果和力學性能
權利要求
1.一種鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，其特征是，包括以下步驟1)坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到600 700°C的櫻紅色；2)按下列加料順序投料入坩鍋加熱熔化；電解銅，電解鎳，金屬錳，待溶化后加入鋁塊，鋁塊溶化后再加入鐵片，待所有爐料熔化成液態后，用石墨棒攪拌，使熔體內各種合金元素混合均勻；3)加速升溫熔化，提溫到1250 130(TC，熔化速度越快越好；4)加入氯化鋅除氣，需鐘罩壓入；5)靜置5 8分鐘，加入稀土鈰脫氧、除氣，稀土鈰以銅稀土中間合金加入，并需鐘罩壓入；6)靜置3 5分鐘，加入磷銅以精煉脫氧；磷銅以磷銅中間合金加入；7)靜置3 5分鐘，在1150— 1250°C扒渣出爐澆注鑄模，風冷鑄件。
2.根據權利要求1所述的鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，其特征是，所述氯化鋅需脫水，加入量為爐料重量的0. 25 - 0. 35%。
3.根據權利要求1所述的鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，其特征是，所述稀土鈰的加入量為爐料重量的0. 1 — 0. 15% ；所述磷銅的加入量為爐料重量的0. 15 - 0. 25%。
全文摘要
本發明公開了一種鑄造鋁青銅除氣脫氧工藝，包括以下步驟1)預熱坩鍋；2)按順序加料，溶化后加入鋁塊，鋁塊溶化后再加入鐵片，待所有爐料熔化成液態后，用石墨棒攪拌液態爐料；3)提溫到1250～1300℃；4)加入氯化鋅除氣；5)加入稀土鈰脫氧、除氣，6)靜置3～5分鐘，加入磷銅以精煉脫氧；7)靜置3～5分鐘，扒渣出爐澆注鑄模，風冷鑄件。本發明能有效去除熔融鋁青銅中的氧和氫，降低或消除鑄件中氧化物雜質和氣孔，提高鑄件的合格率和力學性能。工藝簡單，生產成本低，不增加能耗，同時銅液流動性好，有利鑄模充型。
文檔編號C22C1/05GK102304641SQ20111023204
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月15日 優先權日2011年8月15日
發明者吳晶, 紀嘉明, 魯遠勇 申請人:江蘇大學, 鎮江匯通金屬成型有限公司