熔炼是使金属合金化的一种方法。 它是采用加热的方式改变金属物态, 使基体
金属和合金化元素按要求的配比熔制成成分均匀的熔体, 并使其满足内部纯洁度、
铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。 熔体的质量对铝材的加工性能和最终使
用性能具有重要的影响。 如果熔体质量先天不足, 将给制品的使用带来潜在的危
险, 因此, 熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。(1) 铝合金熔炼的特点
① 铝非常活泼, 容易与气体和水发生反应
如: Al+O2 →Al2O3
Al+H2O →Al2O3+H2↑
而且这些反应都是不可逆的, 一经反应, 金属就不能还原, 这样就造成了金属
的损失。 而且生成物 (氧化物、 碳化物等) 进入熔体, 将会污染金属, 造成铸锭的
内部组织缺陷。
因此在铝合金的熔炼过程中, 对工艺设备 (如炉型、 加热方式等) 有严格的选
择, 对工艺流程也应有严格的选择和控制, 如缩短熔炼时间、 控制熔化速度、 采用
熔剂覆盖等。
② 原材料必须以金属形式加入 原材料必须是以金属材料形式加入的, 极个
别的组元 (如 Be、 Zr等) 可以以化工原料形式加入。 一般不像其他有色金属或黑
色金属制造合金时那样, 以间接形式 (如以矿石之类) 加入。
③ 铝在熔炼过程中易与其他物质发生反应 由于铝的活性, 在熔炼温度下,
与大气中的水分和一系列工艺过程中的水分、 油、 烃类化合物等, 都会发生化学反
应。 一方面增加熔体中的含气量, 造成疏松、 气孔; 另一方面其生成物可将熔体污
染。 因此, 在熔化过程中必须采取一切措施尽量减少水分, 对工艺设备、 工具和原
材料等都要严格保持干燥和避免污染, 并在不同季节采取不同形式的保护措施。
④ 已有的合金组元极难除去 熔化铝合金, 任何组元的加入, 一旦加入, 一般
都不能去除。 所以对铝合金组元的加入必须严格控制。 如误加入非合金组元或者加入
合金组元过多或过少, 都会出现化学成分不符。 同时, 也将给铸造成型带来困难。
如误将高镁合金中加入钠含量较高的熔剂, 则会引起 “钠脆性”, 造成铸造时
的热裂性和压力加工时的热脆性。 如向7075合金中加入过量的 Si, 则会给铸锭成
型带来一定的困难。
⑤ 熔化过程易产生冶金缺陷 冶金缺陷是在以后加工过程中极难补救的缺陷。
而且冶金缺陷直接影响材料的使用性能。 冶金缺陷的产生很大部分是在熔炼过程中
造成的, 如含气量高、 非金属夹渣、 晶粒粗大、 金属化合物的一次晶等。 适当地控
制化学成分和杂质含量以及加入变质剂 (细化剂), 可以改善铸造性能, 同时对提
高熔体质量是很重要的。
(2) 铝合金典型的熔炼工艺
铝合金典型的熔炼工艺流程如下:
炉料准备→装炉→熔化→加 (铜、 锌) →熔化后扒渣→加 (镁、 铍) →搅拌→
取样分析→调整成分→搅拌→扒渣→倒炉→精炼→扒渣覆盖→静置调温→炉前测
氢→出炉→清炉
上述工艺流程通常是在一台熔炼炉和一台静置炉中完成的。 其中, 熔炼炉担负
熔化和调整成分的任务, 静置炉担负净化熔体和保温的任务。 这样配置设备的好处
是能充分发挥熔炼炉的生产效率, 既保证熔炼质量, 又提高产量。 有些工厂将上述
工艺流程全放在一台炉子中完成。 此时, 炉子担负着熔炼和静置的双重任务, 称为
熔炼保温炉。 如果炉子是单膛的, 则这样配置的设备不能充分发挥熔炼炉的生产效
率, 能耗较大。 另外, 还有的工厂采用的工艺流程是在火焰反射炉中熔化, 而后用
第2章 铝及铝合金熔炼铸造技术 61浇包将铝水转入电阻炉中调整成分和温度, 再在静置炉中净化熔体和保温。 这样的
设备配置要占用三台炉子, 而且液态金属转注次数多, 转注时间也较长, 使熔体污
染严重, 熔损增大。 同时, 转注用的浇包还需专用设备加热, 因此, 从质量、 产
量、 能耗上都是十分不利的。