A356.2合金熔炼铸造工艺与实践

文/付英祥

A356.2合金熔炼铸造工艺与实践

文/付英祥

在2010年4月举办的第七届中国再生铝加工技术升级研修班上，再生铝生产实践中的工艺、熔炼过程中的质量控制、生产设备的改进等问题成为学员们关注的重点。为了使更多的读者了解本届再生铝培训班的授课内容，我们从上期开始刊登一部分授课讲师的讲稿。本期选登的是付英祥先生讲授的关于A356.2合金熔炼铸造工艺与实践的内容。

A356.2合金是铸造铝合金中的一个合金牌号，主要合金成分为Al、Mg、S，因其含Si7%，通常也叫Si7合金。该合金具有比重轻，铸造、加工性能好，可进行各种热处理强化（T4、T5、T6）等特点，因此，被压铸铝合金车轮毂行业作为首选和必选材料使用。

一、A356.2合金熔炼

1. A356.2合金的熔炼方式

从目前国内压铸铝合金车轮毂企业来看，对A356.2合金的熔炼，基本采用一次熔炼、二次熔炼（铸锭重熔）、加工屑再生三种熔炼方式。

一次熔炼：是在熔炼炉内直接投Fe铝锭熔铝，再将铝液导入到保温炉内，在保温炉内升温后熔硅，经过熔炼、搅拌、精炼、扒渣、加降温料、加镁锭、取样分析、成分调整、合金变质处理后，获得合格的A356.2合金液。接着用铝水包转运包，将合格的A356.2合金液用叉车运送给低压铸机压机，压铸铝合金车轮毂。河北秦皇岛戴卡美铝车轮毂有限公司就是采用这种熔炼方式。

二次熔炼（二次重熔）：是将一次熔炼获得的合格的A356.2合金液，用链带铸造机铸成A356.2合金锭，再将A356.2合金锭运到竖式熔化炉现场，装到料架中，用滑轨式加料机将A356.2合金锭（或废轮毂）加到竖式熔化炉的熔化室内，炉料在熔化室的上部被预热，到熔化室的下部被烧嘴火焰烘烤而熔化，熔化后的合金液顺着自流坡流入竖式炉的保持室中。经过连续的加料，炉料连续的熔化，保持室内的铝液也不断的增加，当铝液达到保持室额定料量时，停止加料。对熔体进行搅拌、扒渣、取样分析、化学成分调整、精炼处理、合金静置、二次熔炼后的合金液合格后，调整铝液温度，打开排液口，用铝水转运包接合金液，并进行浇包除气，然后用叉车将合金液转送到低压铸造机压铸造机，压铸铝合金车轮毂。

加工屑再生：是把车轮毂加工过程中产生的铝屑回收处理，经过重熔处理后变成合格的合金液，再次用于压铸铝合金车轮毂。

这是完整的铝屑处理线，其设备组成包括：料仓、螺旋给料机、刮板输送机、铝屑破碎机、铝屑干燥回转窑、磁选机、储料斗、喂料斗、铝屑熔化炉等。设备机械化、自动化水平高，采用联动式程序控制。

铝屑加入料仓后，从给料、除铁、破碎、干燥、储料、到喂料，整个前处理过程全部自动完成。

铝屑炉也比较先进，由熔化室和保持室组成，保持室炉顶装有烧嘴。熔化室有暗渠与保持室连通，暗渠一端装有铝液循环泵，另一端装有涡流器，当铝液循环泵开动时，铝液在暗渠内循环流动，并在涡流器处产生碗状旋涡。

前处理后的铝屑由喂料斗均匀的喂入碗状旋涡内，随即被卷入到循环的铝液中熔化，熔化后的铝液流入到保持室内，由于铝屑是被铝液烫化的，因此烧损很小，实收率可达到96%～97%。

在投铝屑前，铝屑炉保持室需配制A356.2合金底料2～4吨，并对熔化室进行充分烘烤，两项准备工作就绪后，设定工艺参数，熔化室温度设定为850℃，保持室温度设定为750℃，烧嘴压力3 000Pa，之后开动前处理设备，投入铝屑进行生产。

设备开动后，喂料斗均匀的将铝屑点入暗渠的碗状旋涡内，铝屑在循环的铝液中熔化，并在保持室内积存，铝屑不断的投入和熔化，保持室内的铝液不断的增加，当炉内金属液位上升到上限位置时，液位传感器动作发出报警信号，停止向铝屑炉供铝屑。打开炉门，对炉内熔体进行搅拌、扒渣，然用无毒精炼剂精炼，精炼温度740℃，精炼后取样分析，调整化学成分，化学成分合格后，打开放液口，用铝水包接铝液，当铝水包接满铝液后，堵上流口堵塞。将铝水包小车推到浇包除气机位置，在浇包内进行精炼除气，同时作金属密度检测，合格后，用叉车将铝水包运到低压铸造机压铸铝合金车轮毂。秦皇岛戴卡车轮毂制造公司和戴卡美铝车轮毂有限公司均用铝屑再生生产线处理车轮加工屑。

2. A356.2合金的熔炼工艺

（1）合金配料与备料

按合金的化学成分和熔化炉的容量进行配料计算，得出本熔次投料总料量及各种纯金属如A00铝锭、镁锭、工业硅的用量，合金变质剂和熔剂用量等。计算好之后填写生产卡片，填好生产卡片后要逐项进行核对，准确无误后签字盖章，下发给配料工进行配料和备料。

配料工严格按生产卡片要求，逐条逐项将各种纯金属分别检斤过磅，按熔次按品种单独摆放到炉前，同时将合金变质剂和熔剂捡金后分别备到炉前。

（2）合金装炉

装炉前要将熔炼炉炉膛温度调整到850℃～900℃，同时要进行清炉，将炉内渣子彻底扒净，然后在炉底撒上一层熔剂。

要认真按生产卡片检查核对炉料，注意入炉料必须清洁干净，如发现料上面有尘土和水分，要及时清擦干净。装炉方式有两种：第一种是对一次熔炼合金而言，熔炼炉主要是熔铝，炉料一般是A00铝锭（或废轮毂），为提高熔化效率，减少铝的烧损，装炉采取先装废轮毂，废轮毂上面压纯铝锭的装炉方式。第二种是采取先加入一定量的纯铝锭进行熔化，使熔炼炉内存有一定量的铝液，然后，将废轮毂分批压入到铝液中熔化的装炉方式。不论采用那种装料方式，均要留出3～5吨纯铝锭，作为保温炉熔硅后的铝液降温料使用。

（3）熔铝

熔铝在熔炼炉内进行，加料完成后在铝锭上面撒一层覆盖剂，关上炉门升温，使铝锭熔化，当铝锭熔化下塌时搅拌一次，以便加速熔化，在铝锭完全熔化时进行第二次搅拌，使炉内熔体温度更加均匀，扒渣后撒上覆盖剂，然后关炉门使熔体温度升到740℃，打开炉门，向炉内撒入粉状无毒精炼剂，熔剂用量为每吨铝3Kg。搅拌精炼后，关炉门闷3～5分钟，使熔剂与熔体化学反应更充分，使熔体内的熔渣和气体更好的上浮。打开炉门，扒净熔体表面浮渣，关上炉门将铝液温度调整到740℃～760℃时，打开排液口，向保温炉内导入铝液。

（4）熔硅

熔硅是在保温炉内进行，因为Si的熔点比较高，A356.2合金合适的熔硅温度为750℃，所以，转炉后的第一件事是将保温炉内的熔体升温，使熔体温度升到750℃。A356.2合金熔炼使用一级工业硅，经验证明，粉状的硅其合金化效果并不好，块度在25mm的块状硅合金化效果为最佳，因此，在使用前须对工业硅进行筛分处理，将粉状硅筛除去，使用块状硅。熔硅的技术要点：一是熔硅温度必须保证750℃；二是熔化时间要充分；三是一次加入量不宜过多，每次少加，分几次加入为好；四是每次加入硅之后，须关炉门闷20～40分钟，然后进行充分搅拌，每隔10分钟搅拌一次，连续搅拌3次，使硅充分溶解。五是熔硅注意点是防止粗大的初晶硅产生，因此熔硅后要进行合金变质处理。

（5）合金变质

A356.2合金采用AL～Sr5%中间合金变质。合金变质温度为720℃。变质操作程序是：准备铝毂中间合金，锶的加入量为总料量的0.04%～0.05%。打开炉门，将铝毂中间合金放到炉门口预热，用搅拌耙将铝毂中间合金推到炉内熔体中，关上炉门熔化10～20分钟，打开炉门，将搅拌耙放到炉门口预热，然后将搅拌耙插入熔体中进行搅拌，使炉内熔体各处全部搅到，不留死角，搅拌5～10分钟后取出搅拌耙，扒净表面浮渣，撒覆盖剂覆盖铝液，取样分析，关闭炉门。

（6）加镁

如果说熔硅是A356.2合金化的第一步，那么，加镁是A356.2完全合金化的重要一步。因为，A356.2合金的主要强化相是Mg2Si，只有Mg参与合金化之后，A356.2合金的强化相才完全形成，该合金的可热处理强化性能才得以实现。

加镁的时机是在熔体精炼之后，在取样前加镁，众所周知，金属镁是很活泼的金属元素，液态镁遇到空气便会氧化燃烧，温度越高，氧化烧损越严重，因为熔硅的温度较高，所以，在加镁之前，要向炉内加铝液降温料，使铝液温度降到700℃时再加镁，为减少镁烧损，加镁时用加镁器将镁锭缓慢压入到合金液当中熔化。镁熔化后要充分搅拌，使合金的化学成分更加均匀。

（7）取样分析

A 3 5 6.2合金的取样温度为700℃，具体取样操作：打开炉门，将取样勺放在炉门口预热，然后拿起取样勺在熔池中间熔体深度1／2处舀取铝液，倒入试样模中，放下取样勺，关闭炉门。待试样完全凝固冷却后，送到质检部作化学成分分析。分析结果有以下两种情况：

合格后的A356.2合金液可用铝水转运包转运到低压铸造机压铸铝合金车轮毂。

不合格的合金液将进行如下化学成分调整。

（8）化学成分调整

化学成分调整按A356.2合金化学成分标准进行，见表1。

从表1可知，A356.2合金属于硅7合金，是低铁合金，除了含铝硅外，还含少量的镁，Sr是长效变质剂，其余均为微量杂质元素。合金化学成分调整，是根据取样分析所发的化学成分分析报告，与合金化学成分标准表相对照，并通过计算，确定补料或者冲淡。根据以往生产经验，A356.2合金化学成分调整有以下情况 ：经常是补镁，这可能是因为镁容易氧化烧损的缘故；有时发现Ca高，用六氯乙烷除钙；还有时出现铁高，用除铁剂除铁；再就是时而出现硅高，用低铁A00锭冲淡,冲淡有时把硅冲低，用少量Al～Si10%中间合金调整到合格。

（9）合金化学成分控制

A356.2合金是可热处理强化的铸造铝合金，合金主要强化相为Mg2Si，合金化学成分控制：主成分Si按中上限7%～7.2%，Mg按上限0.34%控制。Sr按中限0.025%控制，杂质成分Fe按0.11%，其余控制在要求范围内。

（10）铝液在浇包内氩气精炼

保温炉内的A356.2合金液检验合格后，打开放液口，向铝水包注入合金液，当铝水包注满后（铝液到浇包上沿留有100mm安全距离），堵上放液口堵塞。用天车将铝水包吊运到除气机旁，将除气机旋转头对准铝水包上方中心位置，打开氩气阀门，启动除气机，使石墨转子插入到熔体中进行精炼，氩气纯度99.99%，精炼10～20分钟，将石墨转子提起并转到离开铝水包的位置，关闭氩气阀门，精炼结束。

（11）合金液密度检测

用取样勺在铝水包的铝液中舀取试样，铸成试样块。然后用密度测定仪进行密度检测，测得的试样密度＞2.6g/cm3为合格。

（12）运送铝液

合金液密度检测合格后，用叉车将铝水包运送到低压铸造机，供压铸铝合金车轮毂使用。

二、A356.2合金铸造

1. A356.2合金的铸造方法

就目前国内情况来看，A356.2合金的铸造方法主要有三种：一是A356.2合金重熔铸锭的铸造；二是金属型铸造（重力铸造）；三是低压铸造。

A356.2合金重熔铸锭的铸造：是将熔炼合格的A356.2合金液用链带铸造机铸造成6Kg重的长条形小铸锭，然后将这些小铸锭码成1吨重的锭垛，用PET条带双道捆扎，然后发送到车轮毂制造厂，经重熔后压铸铝合金车轮毂使用。

表1 A356.2合金化学成分表

金属型铸造：也叫重力铸造，是将A356.2合金液用大勺浇注到金属模具中，在重力作用下自由浇注充型和结晶。其特点是设备简单、易操作、模具要求低、投资小。缺点：由于只靠重力自由结晶，铸件内部组织不致密，抗拉强度和硬度均低于差压铸造、低压铸造、挤压铸造、压力铸造。延伸率远不及差压铸造和低压铸造。特别是帽口工艺余量大，金属利用率低于40%，造成多切削、多回炉等。

低压铸造：是将A356.2合金液注入到低压铸造机的熔池内，并将注液口盖紧封闭。然后向密闭的熔池内通入干燥的压缩空气，合金液在气体压力作用下沿升液管上升，进入模具浇道，进而充满整个模具型腔，保持气体压力直到铸件凝固。

低压铸造的优点是：充型平稳，不易产生气孔和疏松，铸件组织致密，适用于车轮毂壁厚不均的铸造工艺；低压铸造的“低压充型”、“升压结晶”比金属型铸造充型、补缩更好，金属利用率更高，力学性能比金属型铸造提高10%～20%；金属液在密闭的保温炉内不被氧化，升液管插入到合金液之中合理避渣，有利于提高铸件质量；开、合模自动化，浇注加压参数可调，金属液热封闭，涂料低污染，减轻了工人的劳动强度，作业环境清洁舒适。

2. A356.2合金的铸造工艺

（1） A356.2合金重熔铸锭的铸造工艺

以秦皇岛戴卡美铝有限公司为例，介绍A356.2合金重熔铸锭的铸造工艺，见图1。

从图1可知，这条熔铸线由15吨熔铝炉、15吨合金炉、15″陶瓷板过滤器（陶瓷过滤板为20～30目）、235块模的链带铸造机组成。其铸造工艺过程是：启动铸造机，打开铸模冷却水阀；调整铝液温度，铸造前要将合金炉内的铝液温度调到690℃；打开放液流口，开始铸造；最后一步是铸造包装。

合金液的流经路线是从保温炉放流口流出，经流槽流入过滤器，在过滤器中经过陶瓷板过滤后，从过滤器出口流出，经铸造流槽流入链带铸造机的浇壶，由浇壶的铸嘴将合金液注入到成形模具中。链带铸造机不停的运行，浇壶不停地浇注，冷却水从下方喷射到铸模上对模具进行冷却，同时也间接的冷却了铸锭，铸锭从机尾到机头的运行中先后经历了结晶凝固、自动打印、脱模前的震打等过程，最终在机头处模具转向时脱模落到接锭小车上，每接满一车推走一车，同时换一台空车继续接铸锭，直到铸造结束。需要提及的是铸造速度，在开始铸造时，由于炉内液体是满的，金属静压力很大，流速较快，所以开始铸造时铸造速度要快些，当炉内金属不多时，流速减缓，铸造速度也要适当减慢。

（2）A356.2合金低压铸造工艺

低压铸造是压铸铝合金车轮毂的头道工序，主要生产设备是低压铸造机，见图2。

图1 生产工艺流程图

图2 低压铸造机示意图

低压铸造机由机架、工作台、熔池、液压缸、液压站及控制系统、压缩空气系统、循环水冷却系统等组成。压铸生产时首先向熔池内注入合金液，合金液温度为700℃，并将熔池注入口密封。启动循环水系统，启动液压系统，然后向熔池内通入干燥的压缩空气，合金液在气体压力作用下沿升液管上升，进入模具浇道，进而充满整个模具型腔。充型速度0.05～0.15m／分，在0.1～0.2MPa压力下结晶，保持5～8分钟，待完全凝固后，关闭压缩空气阀门，卸掉压力。启动液压缸打开模具，将铸好的车轮毂推到输送辊道上，进行X光检验，气密性检验。合格品转入加工中心进行加工。再往下是进行铝合金车轮毂的热处理和表面处理，理化性能检验合格，包装入库，编批发货。

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