鋁合金鍛造-鋁合金的熔體處理及其發展趨勢

在金屬材料中，鋁合金的應用范圍和用量僅次于鐵，約占有色金屬用量的1/3，隨著鋁及鋁合金的大范圍應用，對其性能要求也越來越高、越來越多樣，而鋁及鋁合金的良好性能與其熔煉鑄造是分不開的。熔鑄是鋁加工的第一道工序，為后序的軋制、鋁合金鍛造、擠壓等生產提供錠坯，鑄錠質量的好壞直接與各種鋁材的最終質量緊密相關，故要獲得良好的構件，必須從熔體處理開始。鋁合金熔體凈化處理是生產高質量的鋁鑄件的基本保證措施之一，也是提高鋁合金綜合性能的主要手段之一，對疏松、氣孔、夾雜等的形成有重要影響，而且直接影響鋁鑄件的物理性能、機械性能以及使用性能。

2 熔體凈化方法
所謂凈化處理就是就是采用各種措施使鋁熔體中不希望存在的氣體與固態物質降到所允許的范圍以內，以確保材料的性能符合標準或某些特殊要求。鋁合金凈化方法按其作用機理可分為吸附凈化和非吸附凈化兩大基本類型。
2.1 吸附凈化
吸附凈化主要是利用精煉劑的表面作用，當精煉劑（如各種氣體、 液體、 固體精煉劑及過濾介質）在鋁熔體中與氧化物夾雜或氣體相接觸時，雜質或氣體被精煉劑吸附在其表面上，從而改變雜質的物理性質，隨精煉劑一起被除去，以達到除氣除雜的目的。吸附凈化的方法主要有：浮游法、熔劑法、過濾法等。
(1)浮游法
浮游法也叫氣體吹洗法，它是將氣體通入到鋁熔體內部，形成氣泡，熔體中的氫在分壓差的作用下擴散進這些氣泡中，并隨氣泡的上浮而被排除，達到除氣的目的。浮游法主要包括惰性氣體吹洗、活性氣體吹洗混合氣體吹洗以及氯鹽凈化等。無毒精煉劑主要由硝酸鹽等氧化劑和碳組成，在高溫下反映生成氮氣和二氧化碳都能起到精煉作用，由于其不產生刺激性氣味的氣體且精煉效果也好從而得到廣泛應用。
(2)溶劑法
熔劑法是在鋁合金熔煉過程中，將熔劑加入到熔體內部，通過一系列物理化學作用，達到除氣除雜的目的。熔劑的精煉作用主要是依靠其吸附和溶解氧化夾雜的能力，鋁合金凈化所用的溶劑主要是堿金屬的氯鹽和氟鹽的混合物。
(3)過濾法
過濾法是指讓鋁熔體通過中性或活性材料制造的過濾器，以分離懸浮在熔體中的固態夾雜物的凈化方法。從過濾方式的除渣原理大致分為機械除渣和物理化學除渣。機械除渣主要是靠過濾介質的阻擋作用、摩擦力或流體的壓力使雜質沉降和瀆職，以達到凈化熔體的目的。物理化學除渣主要依靠介質表面的吸附和范德華力的作用。一般，過濾介質的空隙越小、厚度越大、金屬熔體流速越底，過濾效果越好。過濾材質一般使用玻璃布、剛玉球以及泡沫陶瓷。過濾法主要是去除熔體中的夾雜物，對除氫效果甚微，所以在實際應用中，過濾法往往與吹氣法相結合。
2.2 非吸附凈化
非吸附凈化是指不依靠向熔體中添加吸附劑，而是通過某種物理作用（比如真空、超聲波、密度差等）來改變金屬-氣體系統或金屬-夾雜物系統的平衡狀態，從而使氣體和固體夾雜物從鋁熔體中分離出來的方法。非吸附凈化方法主要有：靜置處理、真空處理、超聲波處理等。
靜置處理指將鋁熔體在澆注前靜置一段時間，因為夾雜物的密度比鋁熔體密度大，故夾雜物會下沉，從而使夾雜物從熔體中分離，不過小顆粒的夾雜難以用該法去除。真空處理是指將熔體放置在一定真空度的密閉保溫爐內，利用氫在熔體中和氣體中的分壓差，促使熔體中的氫不斷生成氣泡，上浮逸出而被除去的方法。真空處理是降低鋁熔體中氫含量極其有效的方法，能使熔體中氫降到0.1-0.2 ml/(100g)Al，但由于這種處理需要真空密封設備，經濟性差，而且使熔體溫度的損失較大，除雜能力一般，因此在工業生產中使用不多。超聲波處理是20世紀90年代發展起來的一項新的鋁合金熔體凈化方法，原理是利用彈性波在鋁熔體中引起的“空穴”現象，產生氣泡核心，從而達到除氣之目的。超聲波處理也是一種除氫效果較好的方法，同樣由于超聲波發生器的局限性，經濟型也差，該方法很難處理大批量的鋁熔體，因而也限制了其在工業中的應用。
2.3 爐外在線凈化處理技術
由于爐內熔體凈化處理對鋁合金熔體的凈化效果十分有限，要進一步提高鋁合金熔體的質量，更有效除去鋁合金液體中的氣體、非金屬夾雜物等，就要應用爐外在線凈化處理了。爐外在線凈化處理按照處理方式和目的可分為以除氣為主的在線除氣，以除渣為主的熔體過濾處理和兩者兼有的在線處理。爐外熔體在線處理主要發展方向是提高熔體純潔度、尋求高效廉價的凈化技術，滿足鋁加工熔體凈化技術的多樣需求。
在線除氣是當前各大鋁加工企業熔鑄的重點研究方向和發展對象，典型的在線除氣方式有采用透氣塞的過流除氣方式Air-Liquicle法、采用固定噴嘴方式的MINT 法以及旋轉噴頭除氣法。目前應用最為廣泛的是旋轉噴頭除氣法，在國外有聯合碳化公司（現在的Pyrotek公司）最早研制了旋轉噴頭除氣裝置SNIF，法國的Alpur除氣裝置等，國內主要是西南鋁業自行開發的旋轉噴頭除氣裝置DFU、DDF等。這些除氣裝置均采用氮氣或氬氣做精煉氣體，或者兩者混合氣體加少量的氯氣等活性氣體作為精煉氣，能有效的除去鋁熔體中的氫以及堿金屬或堿土金屬，還能提高渣液分離效果。
在線熔體過濾處理是去除熔體中非金屬夾雜物最有效、最可靠的一種方法，按其原理分為餅狀過濾和深過濾，其過濾方式主要有玻璃絲布過濾、床式過濾器剛玉管過濾和泡沫陶瓷過濾等。最簡單的是玻璃絲布過濾，效果最好的是過濾管和泡沫陶瓷過濾板。
3 晶粒細化

蘭溪市同力鋁業股份有限公司是生產鍛造鋁合金曲柄及自行車鍛造鋁合金配件的專業廠家，擁有多年的鋁合金制品鍛造加工經驗。從產品的設計、鍛造、機加工到表面處理、性能測試整套工藝都能在我們公司完成。