第1页：金属从固态变为熔融状态
金属从固态变为熔融状态：，是一个复杂的物理、化学反应及热交换过程。压铸用的有色合金具有熔点低、容易过热、容易吸气和氧化等特点，因此熔炼工艺比较复杂。另外，在压铸过程中合金在熔融状态下持续时间长，回炉料使用占有一定的比例，这些都容易引起合金质量不良，所以要求熔炼过程一般如下图。
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第4页：熔化设备
熔化设备
- 1、熔化炉和保温炉
- 压铸生产中，熔炼压铸合金用熔炉分为熔化炉和保温炉。
- 熔化炉是将固态合金熔化成熔融合金的熔炼。
- 保温炉放在压铸机旁，是暂时储存从熔化炉运送来的金属，并使之保持在规定的温度范围内，以供压铸生产时不间断的舀取使用。
- 在大量生产的情况下，熔化炉集中在熔化间，然后将熔化好的金属再分配到各台压铸机旁的保温炉内。在小量生产和压铸机少的情况下，常常是在保温炉内直接进行熔化，然后精炼使用。
第5页：熔化设备1）熔化炉的基本要求
熔化设备1）熔化炉的基本要求
- 熔化炉工作温度应满足熔制金属液的工艺要求。
- 在满足生产需要的前提下，以选用较小的容量熔化炉为宜，当金属液用量很大时
- 用几个小容量的熔化为佳，这样可使生产周转灵活性大。
第6页：熔化设备2）保温炉
熔化设备2）保温炉：基本要求a．根据所匹配的压铸机，保温炉容量为0.5～1h内压铸所用金属液的消耗量。量过大时，金属液在炉内停留时间过长，会引起过多的氧化损失。b．要求坩埚炉的金属液表面积小，以减少压铸过程因舀取金属液频繁而增加金属液的氧化。c．保温炉应当附有良好的通风设备，以便把燃料产物排出。d．保温炉应当能移动，既便于检修，又可整个炉子替换使用，生产不受影响。e．用于镁合金的保温炉，其结构应保证金属液免受氧化。
第7页：熔化设备3）常用的熔炉熔炉的种类很多
熔化设备3）常用的熔炉熔炉的种类很多：，压铸合金的熔炼以坩埚炉为主，根据热源的不同分为燃料炉和电炉。a．燃料炉燃料炉时熔化各类有色金属合金时常用的炉子，具有结构简单、制造容易、维护方便等优点，可以使用重油、煤气、天然气等各种燃料。缺点是温度不易控制、热效率低、燃料消耗大，成本低。b．电炉压铸厂常用的电炉有两大类：一类是电阻炉，一类是感应炉。感应炉与电阻炉相比，感应炉有用电节省、维修费用少、环境温度低、寿命长、熔炼成本低等特点。
第8页：熔化设备
熔化设备
- 2、坩埚和工具1）坩埚
- 压铸生产中常用的坩埚有石墨坩埚和金属坩埚两种。a．石墨坩埚熔炼锌合金、铝合金、及铜合金时，均可采用石墨坩埚。熔炼镁合金时，不能用石墨坩埚。b．金属坩埚金属坩埚一般用于锌、铝、镁合金的熔炼。金属坩埚的材料多为铸铁、铸钢和钢板。铸铁坩埚的耐热性差，容易损坏。但其制造容易，价格低。熔化镁的坩埚应用低碳钢坩埚。锌和铝合金所用的坩埚如图1所示。镁合金用坩埚如图2所示。
第9页：熔化设备
熔化设备
第10页：熔化设备
熔化设备：2）熔炼工具钟形罩如图3
第11页：熔化设备
熔化设备
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第13页：镁合金压铸机
镁合金压铸机
第14页：镁合金压铸机
镁合金压铸机
第15页：镁合金压铸机（续）
镁合金压铸机（续）：1、炉料的来源和种类（如下表）
第16页：镁合金压铸机（续）
镁合金压铸机（续）：2、炉料的组成和要求炉料包括新金属合金料、中间合金和回炉料。1）新金属合金新金属合金是由专门冶金厂按国家标准或国际标准压铸合金牌号生产提供的合金锭，其纯度和成分都有严格的规定。以工厂熔制的预制合金锭来直接重熔后获得工作合金。2）中间合金在铝合金的熔制中，首先将高熔点的元素（如硅、锰、铜等）和铝熔制成低熔点的辅助合金，即称为中间合金。3）回炉料回炉料是指生产中产生的废料。它包括料饼、浇口、废压铸件、毛刺、切削等。各种合金的回炉料，均可作为其本身工作合金的配料组成部分。
第17页：镁合金压铸机（续）
镁合金压铸机（续）：3、炉料的计算1）部分压铸合金计算炉料的平均化学成分见下表1：
第18页：炉料2）元素的烧损量元素的烧损包括蒸发损
炉料2）元素的烧损量元素的烧损包括蒸发损：失、与炉气作用而形成不溶于金属的化合物的损失（主要是氧化物）以及被炉衬吸收并与之产生作用所造成的损失。
第19页：炉料的计算方法及步骤
炉料的计算方法及步骤：a)元素含量计算法。b)炉料配比系数法。下例是采用“炉料配比系数法”的计算方法及步骤
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第21页：炉料的计算方法及步骤（续）
炉料的计算方法及步骤（续）
- （1）熔剂的作用
- 在压铸合金的熔炼过程中，一般都要使用熔剂。熔剂的作用及要求见下表：
第22页：熔剂的作
熔剂的作
第23页：熔剂的作用熔剂的组成及配方
熔剂的作用熔剂的组成及配方
- 铝合金的熔剂种类繁多，一般由碱金属及碱土金属卤素盐类的混合物构成。
- 铝合金熔炼常用的精炼剂有：氯化锌、六氯乙烷、氯气、氮气及由氯化钠、氯化钾、冰晶石等组成的精炼剂。
第24页：熔化前准备工作准备工作包括熔炉
熔化前准备工作准备工作包括熔炉
- 熔炼工具、溶剂及炉料等。1.熔炉的准备
- 熔炉的准备，主要是指坩埚和炉衬的准备。1)石墨坩埚的准备a.石墨坩埚在使用前必须进行焙烧，焙烧工艺(略)，以除去坩埚在保存其中吸收的水分。b.焙烧好的坩埚应保存在通风、干燥并有保暖设备的地方。c.不同系列牌号的合金，不允许在同一坩埚内熔炼，而应各有专用坩埚。
第25页：熔化前准备工
熔化前准备工
- 2)金属坩埚的准备a.使用之前必须进行清理，除去工作表面油污、铁锈及其他熔渣和氧化物。b.用金属坩埚熔化或保温锌、铝合金时，应防止铁溶解于合金中，坩埚应预热至150～200℃后，在工作表面上喷涂一层涂料（涂料成分见下表）。喷过后再将坩埚预热至200～300℃，以彻底除涂料中的水分。
- 2.熔炼工具和溶剂的准备3.炉料的的准备
第26页：熔化前准备工（续）
熔化前准备工（续）
第27页：压铸合金的熔炼工艺
压铸合金的熔炼工艺：熔炼过程不但是为了得到熔融的金属液，更重要的是得到符合规定的化学成分，使铸件得到良好的结晶组织，以及气体、非金属夹杂物的含量都很少的熔融金属。有色金属的熔炼过程比较复杂，各种合金都有其独特的性质，因此各种合金的熔炼工艺各不相同。
第28页：铝合金的熔炼工艺
铝合金的熔炼工艺
- 铝合金具有强烈的吸气性，特别在熔融状态时，铝与炉气（CO2、CO、SO2、O2、H2O等）作用，使铝强烈的氧化，结果生成大量的AL2O3及其它杂质，因而降低了合金的力学、物理、化学和压铸工艺等。
- 铝合金的体积收缩率大，易产生缩孔。对金属坩埚腐蚀严重。
- 压铸过程中，金属表面点氧化铝很容易混入金属液中，它不溶于液态金属而以片状物悬浮于其中，压铸时易开裂，并使压铸件的气密性降低。
第29页：铝合金的熔炼工艺
铝合金的熔炼工艺：1、装料加料顺序因炉料的不同而变化，若用金属锭和中间合金熔炼时，首先是装入中间合金；若用预制合金锭与回炉料时，则首先装入此类炉料，然后再加入为调整化学成分所须加入的金属锭或中间合金。对于一些易于损耗、熔点低的炉料，应该在熔化末期加入，它们是在其它炉料熔化完后，于温度690～700℃时加入。在炉子的容量足够的情况下，可同时加入回炉料、合金锭及中间合金，待其全部熔化后，在温度为690～700℃时再加入其它金属如镁和锌。
第30页：铝合金的熔炼工艺
铝合金的熔炼工艺
- 2、熔化炉料装入后，即开始各种炉料的熔化过程，这时应尽量缩短熔炼时间，并严格控制温度，以防止合金液过热。
- 高质量的合金液应具有如下三个条件⑴化学成分符合标准，成分均匀。⑵气体、氧化夹杂、熔剂夹灰少，不致在铸件中形成气孔和夹渣。⑶变质良好，组织细化，铸件能获得良好的结晶组织。
第31页：提高铝合金质量的措施
提高铝合金质量的措施
- 1）．防止增铁
- 在熔炼和压铸过程中，随着熔炼温度的升高和保温时间的增长，铁的熔解量不断增加，温度愈高，时间愈长，增铁就愈多。防止铝合金增铁的措施是：⑴所有与铝液接触的铁质坩埚和工具表面必须定期清理，并涂喷适宜的专用涂料，以避免与铝液直接接触。⑵选用尽可能低的熔炼温度，避免不必要的过热和长时间保温。⑶当熔炼温度过高时，应使用非铁质的坩埚及工具。
第32页：防止氧化
防止氧化
- 铝合金在加热过程中，其表面很快被氧化，并随温度的升高，氧化加剧。
- 铝合金液的氧化会产下如下的不良后果：⑴造成合金的烧损。⑵恶化合金的铸造性能。如降低充能力，增大形成孔洞、裂纹等倾向。⑶降低机械性能，尤其是影响冲击韧性和疲劳极限。⑷恶化切削加工性能。
第33页：防止氧化的措施
防止氧化的措施：为了减少铝合金的氧化，除选择适当的熔炼用炉外，压铸生产中应采用保温炉保温，切忌边熔化，边压铸生产，尽可能减少搅拌，保持液面氧化膜完整，避免合金液不必要的过热和尽量缩短合金在保温炉中的时间。
第34页：防止吸气
防止吸气
- 来源：⑴水气：它来自炉气，未经充分干燥的炉料、精炼剂、复盖剂、变质剂，未经充分干燥的炉衬、坩埚及工具上的涂料，以及残留在坩埚、工具和炉料上的含水溶剂，这些水气与铝反应为：2AL+3H2O→←AL2O3+6H产生氢，氢以原子态进入铝液。⑵油污来自带有油脂的炉料及工具，油脂与铝反应生成氢。⑶炉料上带有含水腐蚀物。
- 防止吸气的措施：合金原材料应妥善存放，防止受潮。使用前需充分预热烘干；对熔炼坩埚、工具都应充分预热以去除水汽后再使用。为了清除铝合金液中的气体，所有铝合金液浇注之前都必须进行除气精炼。
第35页：防止吸气（续）
防止吸气（续）
- 铝合金在熔炼过程中，去除非金属夹杂物(各种固态氧化物)和气体的工序，称为“精炼”。
- 铝合金精炼的方法一般有：惰性气体除气法和氯化物精炼。
第36页：⑴通氮精炼法又称惰性
⑴通氮精炼法又称惰性
- 气体除气法
- 基本原理：将氮气通过一定的工艺装置进入铝液的底部，氮以气泡的形式从铝液的底部向上浮起时，由于在气泡和铝液接触的界面上存在氢的分压差，气泡内氢的分压很低，在氢分压趋于平衡的过程中，合金液中的氢就不断地进入气泡，当气泡上升到液面后，氢即随之逸入大气中，气泡在上升的过程中，同时吸附氧化渣及其固定杂质，使之一起上浮到液面。惰性气体在使用前应将其冷凝脱水，以防止水分进入铝液。
第37页：目前广泛使
目前广泛使：用的精炼剂有氯盐（氯化锌、氯化锰）、氟化物、六氯乙烷，也有使用新的精炼剂CA－2等。为检查合金除气精炼的程度，在浇注前要进行含气量检查。（2）氯化物精炼
第38页：变质处理
变质处理：在铝合金熔炼时，除按规定加入合金元素外，常加入少量的添加物（有时也称为合金元素）。使合金凝固时结晶条件发生变化。从而使合金组织细化，使合金的机械性能、抗热裂性、气密性可以得到提高和改善，但合金的流动性有所降低，这个过程即称为变质处理。
第39页：金属与气体的相互
金属与气体的相互
- 在熔炼过程中，遇到的气体有氢（H2）、氧（O2）、水汽（H2O）、氮（N2）、CO2、CO等，这些气体或是溶于金属液中，或是与其发生化学作用。2.气体的来源
- 气体可以从炉气、炉衬、原材料、熔剂、工具等途径进入合金液中。3.金属与坩埚的相互作用
- 当熔炼温度过高时，铁质坩埚与锌液反应加快，坩埚表面发生铁的氧化反应生成Fe2O3等氧化物；此外铁元素还会与锌液反应生成FeZn13化合物（锌渣），溶解在锌液中。铁坩埚壁厚不断减薄直到报废。二.锌合金的熔炼工艺
第40页：锌合金的熔炼工艺
锌合金的熔炼工艺
- 熔炼温度应控制在440～480℃，浇注温度为400～440℃。
- 对炉料的控制
- 对温度的控制
- 熔炼过程
第41页：熔炼温度控制1）.压铸温度
熔炼温度控制1）.压铸温度
- 为保证合金液良好的流动性充填型腔，压铸机坩锅内金属液的温度为415~430℃，薄壁件、复杂件压铸温度可取上限；厚壁件、简单件可取下限。中央熔炼炉内金属液的温度为430~450℃。进入鹅颈管的金属液温度与坩锅内的温度基本一样。通过控制坩锅金属液的温度就能对浇注温度进行准确的控制。并做到：
- ①金属液为不含氧化物的干净液体
- ②浇注温度不波动。
第42页：温度过高的害处
温度过高的害处
- 铝、镁元素烧损。
- 金属氧化速度加快，烧损量增加，锌渣增加。
- 热膨胀作用会发生卡死锤头现象。
- 铸铁坩埚中铁元素熔入合金更多，高温下锌与铁反应加快。会形成铁-铝金属间化合物的硬颗粒，使锤（冲）头、鹅颈过度磨损。
- 燃料消耗相应增加。温度过低的害处：
- 合金流动性差，不利于成形，影响压铸件表面质量
第43页：现在的压铸机
现在的压铸机
- 熔锅或熔炉都配备温度测控系统。
- 肉眼观察熔液的经验：若刮渣后觉得熔液不太粘稠，也较清亮，起渣不是很快，说明温度合适；熔液过于粘稠，则说明温度偏低；刮渣后液面很快泛出一层白霜，起渣过快，说明温度偏高，应及时调整。
第44页：如何保持温度的稳定
如何保持温度的稳定
- ①最佳方法之一：采用中央熔炼炉，压铸机熔炉作保温炉，从而避免在锌锅中直接加锌锭熔化时造成大幅度温度变化。集中熔炼能保证合金成分稳定。
- ②最佳方法之二：采用先进的金属液自动送料系统，能够保持稳定的供料速度、合金液的温度及锌锅液面高度。
- ③如果目前生产条件是在锌锅中直接加料，建议将一次加入整条合金锭改为多次加入小块合金锭，可减少因加料引起的温度变化幅度。
第45页：锌渣的产生及控制
锌渣的产生及控制
- 通过熔炼合金从固态变为液态，这是一个复杂的物理、化学过程。气体与熔融金属发生化学反应，其中氧的反应最为强烈，合金表面被氧化而产生一定量的浮渣。浮渣中含有氧化物和铁、锌、铝金属间化合物，从熔体表面刮下的浮渣中通常含有90%左右的锌合金。锌渣形成的反应速度随熔炼温度上升成指数增加。
- 正常情况下，原始锌合金锭的产渣量低于1%，在0.3~0.5%范围内；而重熔水口、废工件等产渣量通常在2~5%之间。
第46页：锌渣量的控制
锌渣量的控制
- ①严格控制熔炼温度，温度越高，锌渣越多。
- ②尽可能避免锌锅中合金液的搅动，任何方式的搅动都会导致更多的合金液与空气中氧原子的接触，从而形成更多的浮渣。
- ③不要过于频繁的扒渣。当熔融的合金暴露于空气中都会发生氧化，形成浮渣，保留炉面一层薄的浮渣有利于锅中液体不进一步氧化。
- ④扒渣时，使用一个多孔（Ф6mm）盘形扒渣耙，轻轻从浮渣下面刮过，尽可能避免合金液搅动，将刮出的渣盛起，扒渣耙在锌锅边轻轻磕打，使金属液流回锌锅中。
第47页：锌渣的处理
锌渣的处理
- ①卖回原料供应商或专门处理厂，因为自行处理可能成本更高。
- ②压铸厂自行处理。需要有单独的熔炉，锌渣重熔温度在420~440℃范围内。同时加入助熔剂。熔炼100公斤渣，需加入0.5~1.5公斤助熔剂，先均匀散发在金属液面，随后用搅拌器将其均匀混入熔融金属中（约需2~4分钟），保温5分钟后，表面产生一层更似泥土类的东西，将其刮掉。
第48页：水口料、废件重熔
水口料、废件重熔
- 水口料、废料、垃圾位、报废工件等，不宜直接放入压铸机锌锅内重熔。原因是这些水口料表面在压铸成形过程中发生氧化，其氧化锌的含量远远超过原始合金锭，当这些水口料在锌锅中重熔时，由于氧化锌在高温条件下呈粘稠状态，将其从锌锅取出时，会带走大量的合金成分。
- 把水口料等另外重熔，是为了将氧化锌和液体合金中有效的分离开，熔炼中须加入一些溶剂，铸成锭后使用。
第49页：电镀废料重熔
电镀废料重熔
- 电镀废料应同无电镀废料分开熔炼，因为电镀废料中含铜、镍、铬等金属是不溶于锌的，留在锌合金中会以坚硬的颗粒物存在，带来抛光和机加工的困难。
- 电镀废料重熔中注意将镀层物质与锌合金分开，先将电镀废料放入到装有锌合金熔体的坩埚中，这时不要搅动熔体，也不要加入熔剂，利用镀层物质熔点高，镀层不会熔入合金中，而会在最初一段时间内浮在熔液表面，当全部熔化后，让坩埚静置15~20分钟，看表面是否还会有浮渣出现，把浮渣刮干净。经过这一道工序后，再看是否有必要加精炼剂。
第50页：熔炼操作中注意事项
熔炼操作中注意事项：1）坩埚使用前必须进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物等。为防止铸铁坩埚中铁元素溶解于合金中，坩埚应预热到150~200℃，在工作表面上喷一层涂料，再加热到200~300℃，彻底去除涂料中水份。2）工具熔炼工具在使用前应清除表面脏物，与金属接触的部份，必须预热并刷上涂料。工具不能沾有水分，否则引起熔液飞溅及爆炸。
第51页：熔炼操作中注意事项3）合金料
熔炼操作中注意事项3）合金料：熔炼前要清理干净并预热，去除表面吸附的水分。为了控制合金成分，建议采用2/3的新料与1/3的回炉料搭配使用。4）熔炼温度应控制在440～480℃。5）及时清理锌锅中液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度（不低于坩埚面30mm），因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入鹅颈司（料）筒，锤头和料司（筒）本身，导致卡死锤头、鹅颈和锤头报废。
第52页：熔炼操作中注意事项6）熔液上面
熔炼操作中注意事项6）熔液上面：的浮渣用扒渣耙平静地搅动，使之集聚以便取出。
第53页：镁合金合金的熔炼工艺
镁合金合金的熔炼工艺
- 镁的着火点很低（350℃），当温度高于350℃时，镁就会剧烈的燃烧。
- 镁及其合金在熔融状态下极易与氧发生强烈反应而燃烧。所以镁合金必须在熔剂覆盖或气体保护下进行熔炼。
- 制造商供应的镁铸锭堆放于罩有塑胶的卡板上。由于温度和存放及运输过程中的相对温度变化中铸锭会吸收一定的水分。因此，在熔化之前把铸锭预热到150℃以除去水分。
- 建议在室内存放铸锭，最好在温度变化不大的建筑物内，应特别注意不要使镁合金和水直接接触。镁合金铸锭不能和易燃的材料放在一起。为防止在镁合金存放区发生火灾，应备有消防系统。
第54页：镁合金合金的熔炼工艺
镁合金合金的熔炼工艺
- 压铸工厂常见的熔化设备包括以下方面：1.至少把铸锭预热至150℃的预热炉。
- 2.装入熔化炉的铸锭装入系统。（使用的坩埚必须用钢中碳焊接而成或铸钢制成，并涂涂料。切忌使用石墨坩埚。因为它会吸收溶剂而变得易碎。也不可使用铸铁坩埚，它易于产生许多瑕疵，例如吹孔，并且因抗高温蠕变性能低令其使用寿命短。）3.具有单炉或双炉或单炉两室的熔化炉系统。
- 4.熔炉配有低碳坩埚，外覆有耐热钢。
第55页：金属液的转移可以通过电加热
金属液的转移可以通过电加热
- 的无缝耐热钢管完成。
- 6.压铸机金属液的计量是由各种装置完成的，用杓舀，虹吸管，气泵，离心泵和电磁泵等。
- 7.温度测量，把杆控制，导管，保护气体系统并具有检查和清理窗口的熔化炉盖系统。
- 8.供应适量保护气体的供应系统，并可控制气体成份。以防气体耗尽，应有备用系统。所有的电力，燃料，冷却水，气都有遥控装置，以在紧急情况下中断供应。
第56页：防止蒸汽/氢气爆炸应采取必要
防止蒸汽/氢气爆炸应采取必要：的措施避免金属液体和水/潮湿相接触。1）在投入熔化金属之前，所有的铸锭必须预热至150℃2）所有的清理工具和杓子必须清洁，预热并经过完全干燥。3）工具不能有吸收湿气的包围物。4）熔化的镁合金绝对不能接触潮湿的材料，例如地板的水泥材料。只能使用钢制容器。
第57页：防止燃烧/氧化熔化金属和空气
防止燃烧/氧化熔化金属和空气
- 中的氧/氮的反应减少到最低程度。1）在低于初始熔点的温度下，大块的金属并不燃烧。2）有液体金属出现时，不使用熔化保护可能会发生剧烈的氧化/燃烧。3）随着温度的增加，液体金属的汽化增加了火灾发生的可能性。4）保护方法：
- ①低熔点下使用干燥而干净的盐熔液（氯化钾和氯化钠）。
- ②含有少量SF6和SO2保护气体，等。
第58页：现代工业中最广泛最先进
现代工业中最广泛最先进：的是用SF6和N2混合气氛保护，在熔炼过程中，当温度升至350℃时，通入混合保护气氛，以在镁液的上层生成一层的MgO保护膜，由于MgO不稳定，当温度继续升高至600℃左右时，MgO和SF6会继续反应，生成一层致密而且稳定的MgF2保护膜，温度继续升高，该膜层不会被破坏，从而起到很好的保护作用，通过SF6做保护气体的工艺生产不会造成溶液污染，而且成本低。反应机理：2Mg+O2=2MgO，首先生成MgO保护膜，MgO+SF6→MgF2+SO2，其次生成致密稳定的MgF2，起到阻燃作用。
第59页：铜合金的熔炼工艺1）熔化和脱氧由于铜合金
铜合金的熔炼工艺1）熔化和脱氧由于铜合金：在熔状态下易吸收气体（主要是氢气），因此铜合金是在氧化性或微氧化性气分下进行熔炼得，因而铜合金必须进行脱氧处理。2）含气量检验熔炼后将金属液浇入样模内，待冷却后，观察其表面情况，若试样中间凹下去，表示合金液含气量小；若中间凸起或者不收缩，则表示合金液气体含量较多。
第60页：压铸铜合金
压铸铜合金
- 的熔炼工艺特点
- 黄铜----以锌为主要合金元素的铜合金
第61页：本章完
本章完
