铝合金熔炼技术有哪些

1、中频炉熔炼条件下根据炉子容量，熔化原料条件及铝合金磁导率的特点，选择合适的功率及频率，否则会效果不佳，为了适应熔铸的要求，电源可采用串联电路即“一拖二”或“一拖三”的中频电炉设备配置。

2、严格控制出炉及浇注温度，防止铝液吸氢过多。

3、预热炉料，保持炉料以及熔炼工具表面干燥。

一、

成分要求

二、 炉料准备

1. 金属炉料的准备

2. 非金属炉料的准备

1) 熔剂的准备

虽然铝合金的熔炼一般来说由于氧化膜的存在可以不用溶剂（覆盖剂），但ZL104由于Mg、Mn的存在，极易氧化夹杂，所以溶剂必不可少。

溶剂选用1#溶剂（50%KCl+50%NACl），使用前应在200-300℃的温度下烘烤2-3小时后方可使用，并在烘烤中每0.5小时翻动一次，以彻底去除水分。

2) 精炼剂的准备

精炼剂选用C2Cl6为主要成分并添加其他适当添加剂（1/2 C2Cl6

+1/2氟硅酸钠）的精炼剂，按每份80-100g在模具内压成圆饼（其密度大约1.8mg/cm3），存于干燥处，使用前在80-100℃的烘箱内烘烤2小时。

脱漆炉:废铝器皿表面的涂层、油污以及其他污染物，可采用丙酮等有机溶剂清洗，若仍不能清除，就应当采用脱漆炉脱漆。脱漆炉的最高温度不宜超过 566℃，只要废物料在炉内停留足够的时间，一般的油类和涂层均能够清除干净。

熔炼静置炉、精炼净化炉：再生铝的主要设备是熔炼炉和精炼净化炉，一般采用燃油或燃气的专用静置炉。我国最大的再生铝企业是位于上海市郊的上海新格有色金属有限公司，该公司有两组 50t 的熔炼静置炉，一组 40t 燃油熔炼静置炉；一台 12t 的燃油回转炉。小型企业可采用池窑、坩埚窑等冶炼。

近年来，发达国家在生产中不断推出了一系列新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，可使低品位的废杂铝升级，用于制造供铸造、压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭。最大的铸锭重 13.5t, 其中，重熔的二次合金锭 (RSI) 可用于制造易拉罐专用薄板，薄板的质量已使每支易拉罐的质量下降到只有 14g 左右；某些再生铝，甚至用于制造计算机软盘驱动器的框架。

在废铝的再生过程中，对于再生铝的熔炼及熔体的处理是保证再生铝冶金质量关键工序。铝熔体的变质与精炼净化，不仅可以改变铝硅合金中硅的形态，净化了铝熔体，而且能够大大改善铝合金的性能。铝熔体的精炼变质与净化，目前多采用 Nacl 、 NaF 、 KCI 及 Na3AIF6 等氯盐和氟盐处理，也有的采用 C12 或 C2C16 。进行处理。

合金炉：先进的废杂铝预处理技术的目的是实现废杂铝分选的机械化和自动化，最大限度地去除金属杂质和非金属杂质，并使废杂铝有效地按合金成分分类分选，最理想的分选方法是按主合金成分把废铝分成几大类，如合金铝，铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金、铝硅合金等。这样可以减轻熔炼过程中的除杂技术和调整成分的难度，并可综合利用废铝中的合金成分，尤其是含锌，铜，镁高的废铝，都要单独存放，可作为熔炼铝合金调整成分的中间合金原料。

合金炉：铁是铝及其合金中的有害物质，对铝合金的机械性能的影响最大，因此应在预处理工序中最大限度地分选出杂铝中的废钢铁。通过磁选法分选出的废钢铁还要进一步处理，因有一些废钢铁器件中有机械结合的以铝为主的有色金属零部件，很难分开，如废铝件上的螺母、电线、键、水暖件、小齿轮等，对这部分的分选是十分必要的，因为分选出的有色金属可以提高价值并提高废钢铁的档次，但分选难度较大，一般采用手工拆解和分选，但效率低。为提高生产效率，对于分选出的难拆解的铝和钢铁的结合件，最有效的处理办法是在专用的熔化炉中加热，使铝熔化后扒出废钢铁。

熔铸均质炉:以控制铝锭的合金成分的途径控制铝型材的质量。采用先进的比例式加热温控系统，温差小，彻底消除了铝棒的铸造适应力及成份偏析，使合金塑性，强度大大提高。

精炼后加入 CLPbD打渣剂，用工具充分搅拌后捞出渣子，主要是用来清除铝液中的杂质， CLPbD打渣剂主要用于铅合金熔炼。

清渣结束后在表面撒上膨胀珍珠岩、膨胀石墨等覆盖剂，防止空气中的氢进入铝液中和保温

我干过

6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0．2-0．6％的硅、0．45-0．9％的镁、铁的最高限量为0. 35％，其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0．1％。这个成份范围很宽，它还有很大选择余地。

6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金，在AL-Mg-Si组成的三元系中，没有三元化合物，只有两个二元化合物Mg2Si和Mg2Al3，以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界，构成两个三元系，α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如图一、田二所示：

在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相是Mg2Si，合金在淬火时，固溶于基体中的Mg2Si越多，时效后的合金强度就越高，反之，则越低，如图2所示，在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上，共晶温度为595℃，Mg2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃时为1. 05％，由此可见，温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大，淬火温度越高，时效后的强度越高，反之，淬火温度越低，时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格，强度却达不到要求，原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷，造成型材淬火温度太低所致。

在Al-Mg-Si合金系列中，强化相Mg2Si的镁硅重量比为1．73，如果合金中有过剩的镁(即Mg：Si＞1. 73)，镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅，即Mg：Si＜1．73，则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响，由此可见，要得到较高强度的合金，必须Mg：Si＜1．73。

二．合金成份的选择

1．合金元素含量的选择

6063合金成份有一个很宽的范围，具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外，还要考虑表面处理性能，即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如，要生产磨砂料，Mg/Si应小一些为好，一般选择在Mg/Si=1-1．3范围，这是因为有较多相对过剩的Si，有利于型材得到砂状表面；若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材，Mg/Si在1．5-1．7范围为好，这是因为有较少过剩硅，型材抗蚀性好，容易得到光亮的表面。

另外，铝型材的挤压温度一般选在480℃左右，因此，合金元素镁硅总量应在1．0％左右，因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有1．05％，过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体，有较多的末溶解Mg2Si相，这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用，反而会影响型材表面处理性能，给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。

2．杂质元素的影响

①铁，铁是铝合金中的主要杂质元素，在6063合金中，国家标准中规定不大于0．35，如果生产中用一级工业铝锭，一般铁含量可控制在0．25以下，但如果为了降低生产成本，大量使用回收废铝或等外铝，铁就根容易超标。Fe在铝中的存在形态有两种，一种是针状(或称片状)结构的β相(Al9Fe2Si2)，一种为粒状结构的α相(Al12Fe3Si)，不同的相结构，对铝合金有不同的影响，片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多，β相可使铝型材表面粗糙、机械性能、抗蚀性能变差，氧化后的型材表面发青，光泽下降，着色后得不到纯正色调，因此，铁含量必须加以控制。

为了减少铁的有害影响可采取如下措施。

a)熔炼、铸造用所有工具在使用前涂涮涂料，尽可能减少铁溶人铝液。

b)细化晶粒，使铁相变细，变小，减少其有害作用。

c)加入适量的锶，使β相转变成α相，减少其有害作用。

d)对废杂料细心挑选，尽可能的减少铁丝、铁钉、铁屑等杂物进入熔铝炉造成铁含量升高。

②其它杂质元素

其它杂质元素在电解铝锭中都很少，远远低于国家标准，在使用回收废杂铝时就可能超过标准；在生产中，不但要控制每个元素不能超标，而且要控制杂质元素总量也不能超标，当单个元素含量不超标，但总量超标时，这些杂质元素同样对型材质量有很大影响。特别需要提出强调的是，实践证明，锌含量到0．05时(国标中不大于0．1)型材氧化后表面就出现白色斑点，因此锌含量要控制到0．05以下。

三．6063铝合金的熔炼

1．控制好熔炼温度

铝合金熔炼是生产优质铸棒的最重要工艺环节之一，若工艺控制不当，会在铸捧中产生夹渣、气孔，晶粒粗大，羽毛晶等多种铸造缺陷，因此必须严加控制。

6063铝合金的熔炼温度控制在750-760℃之间为佳，过低会增大夹渣的产生，过高会增大吸氢、氧化、氮化烧损。研究表明，铝液中氢气的溶解度在760℃以上急剧上升，当热减少吸氢的途径还有许多，如烘干溶炼炉和熔炼工具，防止使用熔剂受潮变质等。但熔炼温度是最敏感因素之一，过离的熔炼温度不但浪费能源，增加成本，而且是造成气孔，晶粒粗大，羽毛晶等缺陷的直接成因。

2．选用优良的熔剂和适当的精炼工艺

熔剂是铝合金熔炼中使用的重要辅助材料，目前市场上所售熔剂中主要成份为氯化物，氟化物，其中氯化物吸水性强，容易受潮，因此，熔剂的生产中必须烘干所用原料，彻底除去水份，包装要密封，运输、保管中要防止破损，还要注意生产日期，如保管日期过长，同样会发生吸潮现象，在6063铝合金的熔炼中，使用的除渣剂、精炼剂、覆盖剂等熔剂如果吸潮，都会使铝液产生不同程度的吸氢。

选择好的精炼剂，选择合适的精练工艺也是非常重要的，目前6063铝合金的精炼绝大多数采用喷粉精炼，这种精炼方法能使精炼剂与铝液充分接触，可使精炼剂发挥最大效能。虽然这个特点是显而易见的，但是精炼工艺也必须注意，否则得不到应有效果，喷粉精炼中所用氮气压力以小为好，能满足吹出粉剂为佳，精炼中如果使用的氮气不是高纯氯(99．99％N2)，吹入铝液的氮气越多，氟气中的水份使铝液产生的氧化和吸氢越多。另外，氟气压力高，侣液产生的翻卷波浪大，增大产生氧化夹渣的可能性。如果精炼中使用的是高纯氮，精炼压力大，产生的气泡大，大气泡在铝液中的浮力大，气泡迅速上浮，在铝液中的停留时间短，除氢效果并不好，浪费氮气，增加成本。因此氮气应少用，精炼剂应多用，多用精炼剂只有好处，没有坏处。喷粉精炼的工艺要点是用尽可能少的气体，喷进铝液尽可能多的精炼剂。

3．晶粒细化

晶粒细化是铝合金熔铸中晕重要的工艺之一，也是解决气孔、晶粒粗大、光亮晶、羽毛晶、裂纹等铸造缺陷的最有效措施之一。在合金铸造中，均是非平衡结晶，所有的杂质元素(当然也包括合金元素)绝大部分集中分布在晶界，晶粒越小，晶界面积就越大，杂质元素(或合金元素)的均匀度就越高。对杂质元素而言，均匀度高，可减少它的有害作用，甚至将少量杂质元素的有害变为有益；对合金元素面言，均匀度高，可发挥合金元素更大的合金化艘能，达到充分利用资源的目的。

细化晶粒、增大晶界面积、增大元素均匀度的作用可通过下面的计算加以说明。

假设金属块1与2有同样的体积V，均由立方体晶粒构成，金属块1的晶粒边长为2a，2的边长为a，那么金属块1的晶界面积为：

金属块2的晶界面积为：

金属块2的晶界面积是金属块1的2倍。

由此可见合金晶粒直径减小一倍，晶界面积就要增大—倍，晶界单位面积上的杂质元素将减少一倍。

在6063铝合金的生产中，对磨砂料来说，由于要通过腐蚀使型材产生均匀砂面，那么合金元素及杂质元素的均匀分布就显得尤为重要。晶粒越细，合金元素(杂质元素)的分布越均匀，腐蚀后得到的砂面就越均匀。

四．6063铝合金的浇铸

1．选择合理的浇铸温度

合理的浇铸温度也是生产出优质铝棒的重要因素，温度过低，易产生夹渣、针孔等铸造缺陷。温度过高，易产生晶粒粗大、羽毛晶等铸造缺陷。

做了晶粒细化处理后的6063铝合金液，铸造温度可适当提高，一般可控制在720-740℃之间，这是因为：①铝液经晶粒细化处理后变粘，容易凝固结晶。②铝棒在铸造中结晶前沿有一个液固两相过度带，较高的铸造温度有较窄的过度带，过度带窄有利于结晶前沿排出的气体逸出，当然温度不可过高，过高的铸造温度会缩短晶粒细化剂的有效时间，使晶粒变得相对较大。

2．有条件时，充分预热，烘干流槽、分流盘等浇铸系统，防止水分与铝液反应造成吸氢。

3．铸造中，尽可能的避免铝液的紊流和翻卷，不要轻易用工具搅动流槽及分流盘中的铝液，让铝液在表面氧化膜的保护下平稳流人结晶器结晶，这是因为工具搅动铝液和液流翻卷都会使铝液表面氧化膜破裂，造成新的氧化，同时将氧化膜卷入铝液。经研究表明，氧化膜有极强的吸附能力，它含有2％的水份，当氧化膜卷入铝液后，氧化膜中的水份与铝液反应，造成吸氢和夹渣。

4．对铝液进行过滤，过滤是除去铝液中非金属夹渣最有效的方法，在6063铝合金的铸造中，一般用多层玻璃丝布过滤或陶瓷过滤板过滤，无论是采取何种过滤方法，为了保证铝液能正常的过滤，铝液在过滤前应除去表面浮渣，因为表面浮渣易堵塞过滤材料的过滤网孔，使过滤不能正常进行，除去铝液表面浮渣的最简单方法是在流槽中设置一挡渣板，使铝液在过滤前除去浮渣。

五．6063铝合金的均化处理

1．非平衡结晶

如图三所示，是由A、B两种元素构成的二元相图的一部分，成份为F的合金凝固结晶，当温度下降到T1时，固相平衡成份应为G，实际成份为G’，这是因为在铸造生产中，冷却凝固速度快，合金元素的扩散速度小于结晶速度，即固相成份不是按CD变化，而是按CD’变化，从而产生了晶粒内化学成份的不平衡现象，造成了非平衡结晶。

2．非平衡结晶产生的问题

铸造生产出的铝合金棒其内部组织存在两方面的问题：①晶粒间存在铸造应力；②非平衡结晶引起的晶粒内化学成份的不平衡。由于这两个问题的存在，会使挤压变得困难，同时，挤压出的产品在机械性能、表面处理性能方面都有所下降。因此，铝棒在挤压前必须进行均匀化处理，消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡。

3．均匀化处理

均匀化处理就是铝棒在高温(低于过烧温度)下通过保温，消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡的热处理。Al-Mg-Si系列的合金过烧温度应该是595℃，但由于杂质元素的存在，实际的6063铝合金不是三元系，而是一个多元系，因此，实际的过烧温度要比595℃低一些，6063铝合金的均匀化温度可选在530-550℃之间，温度高，可缩短保温时间，节约能源，提高炉子的生产率。

4．晶粒大小对均匀化处理的影响

由于固体原子之间的结合力很大，均匀化处理是在高温下合金元素从晶界(或边沿)扩散到晶内的过程，这个过程是很慢的。容易理解，粗大晶粒的均化时间要比细晶粒的均匀化时间长得多，因而晶粒越细，均匀化时间就越短。

5．均匀化处理的节能措施

均匀化处理需要在高温下通过较长时间保温，对能源需求大，处理成本高，因此，目前绝大多数型材厂对铝棒未进行均匀化处理。其最重要的原因就是均匀化处理需要较高成本所致。降低均匀化处理成本的主要措施有：

①细化晶粒

细化晶粒可有效的缩短保温时间，晶粒越细越好。

②加长铝棒加热炉，按均匀化和挤压温度分段控制，满足不同工艺要求。这一工艺主要好处是：

a)不增加均匀化处理炉。

b)充分利用铝捧均匀化后的热能，避免挤压时再次加热铝棒。

c)铝捧加热保温时间长，内外温度均匀，有利于挤压和随后的热处理。

综上所述，生产出优质6063铝合金铸棒，首先是根据生产的型材选择合理的成分，其次是严格控制熔炼温度、浇铸温度，做好晶粒细化处理、合金液的精炼、过滤等工艺措施，细心操作，避免氧化膜的破裂与卷入。最后，对铝棒进行均匀化处理，这样就可生产出优质铝棒，为生产优质型材提供一个可靠的物质基础。

熔化是固体升温变成具有流动性的液体的过程，投料结束后，开始进行熔化。在熔炼过程中，要保证熔化快速均匀，且靠近火焰处的温度较高，达到1200℃以上，为了避免局部过热、温度过高，致使铝合金氧化严重对后期产品精炼带来不便，在熔化过程应进行搅拌，将未融化炉料扒入铝液中，使其基本全部浸入搅拌均匀，避免局部过热。对最后浸入的Mg等元素，火焰不能直接加热熔化，又因为铝液浸入了原材料，使得温度降低，保持Mg等元素在相对较低的温度下熔化，减少了烧损，同时提高了燃烧效率。铝合金在600℃左右开始熔化，升温到660℃全部熔化，控制熔炼温度不超过760℃。

当熔化温度超过770℃时，铝合金的氧化严重，熔炼过程的吸氢和夹渣增多，在浇铸凝固过程出现晶粒粗大，降低机械性能。为了减少铝合金在熔化过程的氧化，在熔炼过程加入0.4%～0.5%的覆盖剂，保护铝合金表面氧化膜不会被破坏，覆盖剂的种类与清渣剂化学成分差不多。

熔炼过程温度控制在720～760℃，待铝锭熔化部分后，加入熔点较高原材料如Si元素及Ti剂，Ti在合金中形成异质晶核，起到细化组织作用，将其压入铝液中熔化，减少烧损。铝锭基本熔化完全后加入易烧损元素Mg﹑Cu等类合金元素，不能加入太早，减少烧损，也不能太晚，影响扩散产生偏析，关闭炉门继续熔炼。

熔炼完全后，铝合金表面有很多浮渣，主要是Al2O3和其它氧化物夹渣，这些细小的夹渣比铝液重，但聚集结块后比重轻，漂浮在表面，需要进行清渣。清渣剂的用量按照0.2%～0.5%加入，均匀洒在铝液表面，并进行浅度均匀搅拌。把渣扒在炉门，关上炉门静置，一方面清渣剂有发热效果，可以熔化粘附在浮渣上面的铝液；另一方面可以有效使渣与铝液分开，有利于扒出铝渣，静置几分钟后平稳将炉门口铝渣扒出。铝合金熔炼是一个很复杂的过程，不同元素由于烧损程度不一致，在扒渣后将铝液转入转浇包之前，需取样进行理化分析，保证每种元素在合格范围内才能放水进入转浇包除气精炼，反之不合格则需进行适当调整。