1、 康盛股份铝合金加工内部使用手册浙江康盛股份有限公司研发中心2010-12-20康盛股份 铝合金加工手册I目录目录 .I前言 .1第一章 铝合金熔炼与铸造 .21.1 铝合金熔炼 .21.1.1 铝合金熔炼特性 .21.1.2 铝合金熔体保护和精炼 .31.1.3 铝合金熔炼工艺流程 .31.1.4 配料即化学成分设计 .31.2 铝合金铸造 .51.2.1 铝合金铸造性能 .51.2.2 铸造工艺 .5第二章 铝合金显微组织与力学性能 .72.1 铝合金显微组织 .72.2 铝合金力学性能 .10第三章 铝合金材料缺陷分析 .113.1 化学成分废品 .113.2 夹渣 .113.3 杂质
2、Fe，Si .123.4 裂纹 .123.5 缩孔、疏松 .13第四章 铝合金钎焊工艺 .144.1 焊接钎料润湿 .144.2 焊接缺陷形式及其原因 .154.3 焊接工艺 .164.4 钎焊组织特性 .16康盛股份 铝合金加工手册1前言铝具有一系列比其他有色金属材料、钢铁、塑料、木材等更优良的特性，如密度小，仅为 2.7g/cm3，良好的耐蚀性和耐候性，良好的塑性和加工性能，良好的导热性和导电性，良好的耐蚀性，弹性模量小，良好的力学性能，优良的铸造性能和焊接性能。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性、胶合性以及表面处理性能等也较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输
3、、桥梁、家用电器、冶金化工等领域有着十分广泛的应用。铝合金的化学成分，熔体净化、铸造、挤压工艺对其组织与性能有着十分重要的影响，合理的成分设计、铸造加工工艺可改善材料的综合性能，提高企业效益，拓展其应用领域。本手册主要从化学成分控制，熔体净化、铸造工艺以及焊接工艺建立本厂所涉及铝合金材料加工手册。康盛股份 铝合金加工手册2第一章 铝合金熔炼与铸造1.1 铝合金熔炼1.1.1 铝合金熔炼特性铝合金的熔炼具有散热量多、易氧化、易吸氢、易吸收杂质金属等特性。铝及其合金几乎与除惰性气体以外的所有气体相互作用。铝合金吸氢是导致铝锭结晶形成气孔和疏松的主要原因。因此在铝合金熔炼时应尽量避免熔体吸氢。氢在铝
4、中的存在形态主要有以下四种：1.以溶液或固溶体形式存在的原子氢2.氢含量超过溶解度后以气泡形式存在的分子氢3.以氢化物形式存在的化合氢4.以 -Al2O3xH2O 形式存在的络合氢。大气中氢含量很低，氢分压约为 5Pa，而在熔炼时，炉气中的分子氢同样很低，以致铝炉料与氢反应不能产生渗氢，铝熔体中的氢主要来源于大气和炉气的水分，如公式 1-1所示。2Al+6H2O=Al2O3+6H (1-1)影响铝熔体中含氢量因素有以下几种：1.熔体温度和水蒸气分压。纯铝平衡含氢量与温度、水蒸气分压的关系如公式 1-2 所示。lgC=-(5800/T)+4.576+(1/2)lgPH2O (1-2)C熔体中氢的
5、平均含量/cm 3(100gAl)-1T熔体绝对温度/KPH2O炉气中水蒸气分压/mmHg2.合金成分合金元素对其含氢量的影响可分为以下三种情况：(1).Mg由于其化学性质比铝活泼，提高氢分压并使氧化膜疏松(2).Si、Cu、Zn其化学活性不如铝，但使 Al2O3 膜致密度下降，提高氢含量康盛股份 铝合金加工手册3(3).Be降低合金与水反应强度，并在静置时促进除气。3.氧化物夹杂物含量和性质铝熔体中存在两种 Al2O3 同质易晶 - Al2O3 和 -Al2O3。- Al2O3 对氢是惰性的，对氢含量影响很小，-Al 2O3 容易与氢形成 -Al2O3xH 型络合物，使溶液和气相之间的平衡，
6、促进熔体吸氢。1.1.2 铝合金熔体保护和精炼由于铝合金容易吸氢，因此在熔炼过程中需对其进行保护和精炼处理。熔体的保护方法主要有以下两种：1.在熔体表面覆盖溶剂，使之形成连续的覆盖层2.合金化，加入能氧化的元素，在熔体表面形成致密的氧化膜。为除去熔体中气体、夹杂等有害物质，在熔炼过程需进行精炼操作，以提高铝液品质。铝合金熔体精炼常采用吸附精炼、非吸附精炼以及过滤吸附精炼。在进行惰性气体精炼时，具有操作方便，成本低廉等特点，但精炼效果较差，因此，在实际生产过程通常采用气体- 熔剂混吹精炼的方法，以提高熔体净化的效果。1.1.3 铝合金熔炼工艺流程熔体品质对铝材料的加工性能和最终使用性能产生决定性
7、的影响，如果熔体品质存在先天不足，将给制品的使用带来潜在的危害，因此，熔炼工艺是对铝合金品质起支配作用的关键工序。变形铝合金典型的熔炼工艺流程如下：熔炉准备-炉料准备-配料- 装炉- 熔化-加铜加锌-熔化后扒渣-加镁加铍-搅拌- 扒渣-倒炉-精炼- 扒渣覆盖-静置调温- 炉前测氢- 出炉-清炉1.1.4 配料即化学成分设计合理的化学成分设计可避免材料出现热裂纹等缺陷。连续铸造工业纯铝锭时，当铁硅比控制不当或杂质铜超标时，会产生不同形式、不同程度的热裂纹，直接影响的材料的成品率。配料的基本程序为1.明确配料任务（合金牌号、制品状态、每炉次实际配料量） ；康盛股份 铝合金加工手册42.确定炉料组成
8、和配料比（内控标准） ；3.确定每种炉料化学成分；4.计算各元素需要量；5.计算各种废料及其带入元素量；6.计算中间合金和新金属需要量；7.核算；8.将计算结果填入熔料卡片，供备料。在进行铝合金铸造时，应严格控制材料的化学成分，并通过快速光谱分析进行炉前测定，及时了解熔体化学成分，当熔体化学成分出现偏差时，应及时做出相应调整，如补料或冲淡处理。补料常采用以下步骤进行计算：1.先调整杂质含量，然后算合金元素含量；2.先算量少的，后算量多的；3.先算低成分中间合金，再算高成分的中间合金；4.最后算新金属；表 1-1 为本厂生产铝合金材料化学成分内控标准。表 1-1 铝合金材料化学成分元素牌号 Si
9、 Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其它 Al1070 99.71060 99.6D97 99.53003 0.6 0.7 0.050.2 1.01.5 0.1 0.1 0.04 0.05 /当工业纯铝的品位较高，及合金中的硅含量小于 0.35%时，应当控制 Fe 大于 Si，以降低铸锭产生热裂纹倾向。在进行铝合金生产时，应严格按照内控标准进行进行成分控制，以保证产品品质。康盛股份 铝合金加工手册51.2 铝合金铸造1.2.1 铝合金铸造性能1.2.1.1 液态金属的流动性液态金属的流动性是指金属液体充填铸型的能力。在连续铸造条件下，合金的流动性主要与合金的性质及铸造条件有关，凡是促进合金保
10、持液态时间长，流动阻力小的因素都将提高其流动性。合金本身性质与流动性之间存在一定的规律，即：合金的结晶潜热越小、热容量越小、导热率越大，结晶温度范围越宽、树枝状初晶分叉厉害、则液态金属流体阻力越大，流动性越差。1.2.1.2 偏析铸锭中常见的偏析有枝晶偏析、区域偏析和局部偏析。枝晶偏析是属于一个晶粒范围内的显微偏析，又叫晶内偏析。Mg、Cu、Zn、Si 、Mn、Fe、 Ni 倾向于晶界、枝晶界偏析，而 Cr、Ti、V、Zr 易于在枝晶网格内集中。易熔组分在铸锭横截面上有规律性不均匀分布为区域偏析，而在铸锭内宏观体积上某些地方化学成分的偶然不均匀称之为局部偏析。1.2.1.3 铸造应力铸锭在凝固
11、过程中及在随后的继续冷却过程中，在铸锭内产生的应力叫铸造应力。在低于合金固相线温度时形成的裂纹称之为冷裂纹，在有效结晶区间形成的裂纹，即自收缩开始温度起，至不平行固相线温度区间产生的裂纹称之为热裂纹。1.2.2 铸造工艺1.2.2.1 冷却速度冷却速度是决定铸锭力学性能的基本因素。通常，随冷却速度增大，铸锭的平均力学性能得到提高。决定铸锭冷却速度的基本因素有以下三点：(1).冷却水的流量、流速和温度。(2).结晶器的结构(3).铸造速度1.2.2.2 铸造速度铸造速度对铸锭力学性能的影响取决于它对铸锭结晶速度和过渡带尺寸影响的综合结康盛股份 铝合金加工手册6果。结晶速度和过度带尺寸是决定多相合
12、金及按固溶体类型结晶的合金力学性能的主要原因。随着铸造速度提高，铸锭的平均结晶速度增大，晶内结构细化，铸锭平均力学性能提高，随着铸造速度的进一步提高，由于液穴变深，过渡带尺寸增加，铸锭致密度降低，铸锭力学性能下降。1.2.2.3 铸造温度铸造温度对铸锭力学性能的影响取决于下列因素的综合结果。1.提供铸造温度，是铸锭晶粒度与粗化的趋势，从而引起铸态力学性能降低2.提高铸造温度，是结晶前沿温度梯度变陡，结晶时的冷却速度增大，因而细化了晶内结构，引起铸态力学性能提高。但同时，铸锭形成柱状晶合羽毛晶的趋势增大，在提高铸态力学性能总水平的前提下，铸锭纵向和横向性能的差别增大。3.提高铸造温度，使铸锭液穴
13、中悬浮晶尺寸缩小，形成一次晶化合物的倾向性降低，排气补缩条件得到改善，铸锭致密度提高，从而使铸态力学性能提高。本公司所选用铝合金材料具体连铸连轧工艺如表 1-2 所示。表 1-2 铝合金熔铸工艺牌号参数 1070 1060 D97 3003型号 Pyrotek Pyrotek Pyrotek Pyrotek精炼剂 用量/% 0.30.5 0.30.5 0.30.5 0.30.5型号 Pyrotek Pyrotek Pyrotek Pyrotek覆盖剂 用量/kgm -2 0.3 0.3 0.3 0.3Al-Cu/% / / 0.30.6 0.10.5Al-Mn/% / / / 23Al-RE/
14、% / 0.3 0.3 0.3Al-Fe/% / / / 0.5中间合金Al-Si/% / / / 0.3精炼温度/ 720740 720740 720740 720740精炼时间/min 30 30 30 30静置时间/min 30 30 30 30放铝水温度/ 740760 740760 740760 740760细化剂 AlTi5B1 AlTi5B1 AlTi5B1 AlTi5B1上浇包温度/ 690710 690710 690710 690710铸胚温度/ 510530 510530 510530 510530冷却水压 /Mpa 0.20.23 0.20.23 0.20.23 0.20
15、.23浇铸速度(m/min) 1012 1012 1012 1012熔体品质对铝材料的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，熔体品质缺陷，将给制品的使用带来潜在的危害，因此，在进行铝合金熔炼时应严格按作业指导书进行生产康盛股份 铝合金加工手册7操作。康盛股份 铝合金加工手册8第二章 铝合金显微组织与力学性能2.1 铝合金显微组织晶粒是指由一个结晶中心（晶核）长出来的树枝状晶。一个树枝状晶的所有枝叉都具有相同的结晶轴取向，各树枝状晶的交界处为晶界。对如铝合金铸锭组织的研究可以发现以下特点：1.晶界处位向变化很大；2.由于不平衡结晶，合金元素浓度的在晶界处变化很大；3.由于存在偏析，在晶界处总存在杂质；4.由于局部析出覆盖面差异较大。因此，晶界厚度的差异也较大，在 1m-20m 之间。铝合金铸锭典型的结晶组织有表面细晶带、柱状晶带和锭心等轴晶带组成。当铝合金进行变形加工时，在加工方向发生塑性形变，形成纤维状组织，并伴有变形织构，在一定温度下加热时将产生回复及再结晶，其组织回复到平衡状态。图 2-12-3 为本公司生产 1060、D97 、3003 铝合金材料金相组织照片，金相制样采用50%HF 腐蚀，采用光学金相显微镜采集金相照片。(1)(3) (4)(2)
