鋅合金壓鑄的新工藝探究

 鋅合金壓鑄為ZnA1一Cu-Mn系四元合金，由于具有熔點(diǎn)較低、力學(xué)性能優(yōu)良且易電鍍等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用作各類壓鑄零件。目前我國(guó)珠江三角洲一帶鋅合金壓鑄的用量達(dá)2O萬(wàn)t／a～30萬(wàn)t／a，主要用于生產(chǎn)各種檔次的玩具及汽車零部件等。

鋅合金壓鑄的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)盡管已漸趨統(tǒng)一， 其成分要求大致相同，但不同種類的壓鑄合金使用的效果卻存在很大差異。有的合金反映良好，有的就較差，這與生產(chǎn)工藝有關(guān)。本文通過(guò)對(duì)各種影響因素比較，探索出新的生產(chǎn)工藝，并制備出壓鑄鋅產(chǎn)品進(jìn)行比較。

各類鋅合金壓鑄工藝比較

煤氣爐生產(chǎn)工藝

使用高純鋅液作為合金生產(chǎn)原料，用煤氣爐避免了因攪拌機(jī)熔化而出現(xiàn)的增鐵現(xiàn)象。為了控制合金錠重在±0.3Kg范圍以內(nèi)，采用石墨錐控制流量技術(shù)。該工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。但煤氣氣爐的缺陷是直收率低，機(jī)械攪拌使合金液的成分均勻性差。

電爐生產(chǎn)工藝

用大功率工頻有芯爐將鋅熔化并除掉熔渣，然后將鋅液從爐子開孔處流出，再流人無(wú)芯爐，將合金元素物料熔化并形成合金液。利用傾翻裝置將合金液倒出，通過(guò)溜槽流入保溫爐內(nèi)，再通過(guò)機(jī)械勺舀出，然后注入鋅模內(nèi)。

該工藝最大的缺陷是從無(wú)芯爐到電阻爐的傾翻過(guò)程中產(chǎn)生的浮渣較多。且直線鑄錠機(jī)的爬行振動(dòng)對(duì)合金錠表面的質(zhì)量形成不利。同時(shí)能耗較大。 

鋅合金壓鑄制備新工藝

通過(guò)對(duì)以上兩種工藝的比較，發(fā)現(xiàn)熔煉設(shè)備的選用、熔煉工藝的控制是影響壓鑄鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的重要因素。

熔煉設(shè)備的選用

應(yīng)用較為廣泛的熔爐有燃油反射爐、燃?xì)夥瓷錉t、感應(yīng)爐等。從確保產(chǎn)品質(zhì)量這一觀點(diǎn)看，工頻無(wú)芯爐是生產(chǎn)鋅壓鑄合金的最佳熔煉設(shè)備，其理由是：

(1)密封性好，可以少加或者不加木炭等覆蓋劑。

(2)無(wú)芯爐是自動(dòng)攪拌，既降低勞動(dòng)強(qiáng)度又減少鐵質(zhì)工具與鋅合金熔體接觸的機(jī)會(huì)。(3)爐內(nèi)熔體攪拌速度快而均勻，并能充分反應(yīng)作用，故造渣效果好，合金成分非常均勻。

熔煉工藝的控制

現(xiàn)有的熔煉工藝有兩種：一種是先熔銅再加鋁鋅鎂；另一種是預(yù)先熔制鋁銅中間合金再熔制鋅合金 。前者須在超過(guò)l000℃ 的高溫下操作，生產(chǎn)中很少采用；后者雖被廣泛采用，但仍有高溫操作且工序繁雜的缺點(diǎn)。本文采用在鋅熔鑄過(guò)程中直接制備鋅系列合金。即先將所需銅量加入鋅熔體熔化，再依次加入鋁鎂和剩余鋅量。該工藝有如下控制要點(diǎn)。

(1) 溫度的控制

溫度越高，金屬氧化膜溶解而失去保護(hù)作用。但高溫快速熔煉時(shí)也可減少氧化燒損?？刂迫蹮挏囟纫话愀哂诤辖鹨合嗑€溫度以上100℃～200℃。

(2) 精煉劑的控制。

精煉劑用于合金液的除氣、除渣。在450℃～750℃時(shí)用鐘罩壓入氯化銨，可去除鋅合金液中近80％的氧化物和70％的金屬間化合物，從而使合金質(zhì)量得以保證。但試驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)，使用氯化銨精煉(量約金屬料總重的0.12％)會(huì)使合金熔損率增大，而僅用靜置澄清的辦法，也能獲得斷面組織致密、無(wú)熔渣及夾雜物的合金錠。因此，生產(chǎn)上可根據(jù)回爐料多少來(lái)決定是否進(jìn)行造渣操作以及需要加入的氯化銨量。

(3) 鋁銅中間液的控制

 使用鋁銅中間液的目的，是為了便于加入某些熔點(diǎn)較高且不易熔解的合金元素，以便更準(zhǔn)確地控制成分，如鈦、鋯等。其次使用中間液可以避免熔體過(guò)熱，縮短熔煉時(shí)間和降低燒損。中間液以熔合法制備，先熔化易熔金屬并過(guò)熱至一定溫度再將難熔金屬分批加入而制成。此法的關(guān)鍵在于創(chuàng)造良好的動(dòng)力學(xué)條件，增大和不斷更新基體金屬與合金元素的直接接觸面。

試驗(yàn)產(chǎn)品性能比較

利用某廠的鋅錠開發(fā)制備了3#鋅合金壓鑄產(chǎn)品。鋅合金壓鑄其化學(xué)成分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，而且在美、澳等發(fā)達(dá)國(guó)家趨于一致。將本試驗(yàn)產(chǎn)品的化學(xué)成分與相應(yīng)企標(biāo)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)成分列于表1。由表1可知，試驗(yàn)產(chǎn)品的化學(xué)成分完全符合相應(yīng)企標(biāo)的質(zhì)量要求。本試驗(yàn)產(chǎn)品與相應(yīng)企標(biāo)產(chǎn)品的機(jī)械性能對(duì)照見(jiàn)表2所示?？梢?jiàn)本試驗(yàn)制備的3#合金，不僅化學(xué)組成而且機(jī)械性能均達(dá)到了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)論

(1) 合金制取選擇工頻無(wú)芯爐為宜，因?yàn)樵摖t密封性好，造渣效果好，并能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和利于操作。

(2) 新工藝?yán)昧算~在鋅熔體內(nèi)的合金熔化，能準(zhǔn)確控制成分，故能在鋅熔鑄過(guò)程中直接制備鋅合金。

(3) 新工藝制備的3#合金的化學(xué)成份、機(jī)械性能均達(dá)到 行業(yè)企標(biāo)。證明該工藝是合理的，從而為進(jìn)一步進(jìn)行鋅合金的擴(kuò)大試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。