[技术]铜合金的熔炼工艺

一、铜合金熔炼的一般原则    各类铜合金熔炼工艺不尽相同，但应遵循下列原则。

    ①所有金属炉料表面应清理干净，进行预热，熔剂焙烧或预熔，彻底去除水分。更换合金牌号时，特别要注意的是，铝青铜、铝黄铜、硅黄铜用过的址A炉衬不可熔炼锡青铜、铅青铜、镍青铜。

    ②铜合金液易氧化、吸气，应遵循“快速熔炼、及时浇注”的原则，不使铜液在炉内停留时间过长。

    ③控制炉氛为中性，对锡青铜、铅青铜可在弱氧化性炉氛中熔炼。

    ④加料次序甚为重要，应服从“快速熔化，、“防止氧化、吸气”的原则，具体次序根据炉料组成、熔炼设备特性等灵活运用。

    ⑤熔炼温度与铜液质量密切相关，应严格控制，符合工艺要求。

    ⑥及时、准确地进行炉前质量检验。

    二、铜合金的铸造工艺特点    ①铸造黄铜熔点低、结晶温度窄(30-70T)，流动性好、对型砂耐火度要求不高，可用细砂造型，以减小铸件表面粗糙度值、减小加工余量，并可浇注薄壁铸件。但其收缩率大、容易产生集中缩孔，铸造时应配置较大的冒口。

    ②锡青铜在液态下易氧化，在开设浇道时，应尽力使金属液流动平稳、防止飞溅，故常用开放式及底注式浇注系统。锡青铜的凝固温度宽q50-200劝，凝固收缩和线收缩率小，虽不易产生大的集中缩孔，但常出现枝晶偏析与缩松，降低铸件的致密度。这种缩松便于储存润滑油，适宜制造滑动轴承。壁厚不大的锡青铜铸件常采用同时凝固原则，锡青铜适合采用金属型铸造，利用快速冷却与补缩，铸件结晶细小致密。

    ③铝青铜的凝固温度范围小，有利于提高流动性和铸件组织致密度，是青铜的代用材料，广泛应用于制造重要的齿轮、轴套、蜗杆和阀体等铸件。但铝青铜的收缩较大，易产生集中缩孔，为此需安置冒口、定向凝固。又因液态铝青铜易氧化吸气，故宜采用开放式及底注式浇注系统，且浇注时不能断流。此外，浇注系统中还应安放过滤网以除去浮渣。

    ④铅青铜浇注时，因铅体积质量大会下沉，故需控制浇注温度，且浇注前应充分搅拌，并加快铸件冷却以减小偏析。

三、铜合金熔炼用熔剂铜及铜合金熔炼时所用的熔剂，按其使用目的不同，可分为覆盖剂、精炼剂、脱氧剂及晶粒细化剂等。覆盖剂的主要作用是使合金液与炉气隔绝，防止合金元素氧化、蒸发、熔液吸气和散热过多等。铜合金在熔炼过程中不可避免会产生一些酸性或中性氧化物，如A1203佛青铜、铝黄钟、Cr203雌青钟，这些氧化物用脱氧的方法难以还原，而较为有效的方法是在铜合金液中加入碱性熔剂，使熔剂与合金内的氧化物在高温反应后生成低熔点复合盐，再扩散上浮至液面，凝集成渣后扒除。

    1.覆盖剂    ①木炭。木炭曾是熔炼铜合金应用最普遍的覆盖剂，主要作用是防氧化、脱氧和保温，但由于木炭是疏松多孔的物质，表面活性大，能强烈吸附水汽。因此，使用前必须在1000-10500C高温下焙烧，除去吸附的水汽。

    木炭在铜液表面燃烧，生成还原性的气体Co，形成保护气膜，阻止铜液进一步被氧化，还能扩散脱氧，起到辅助脱氧的作用。木炭燃烧发热又是良好的保温剂。对于熔池表面积大，浇注时间长的反射炉，浇注过程中应覆盖木炭，防止铜液被氧化和温度下降。只有含镍的铜合金不能用木炭作覆盖剂，因为这样容易在铸件中形成气孔和夹渣。

    当焦炭、重油等燃烧不完全，炉气呈还原性时，也不能用木炭覆盖，否则炉气中的氢将通过活性的木炭溶入铜合金液中。木炭轻，容易挥发，所以作覆盖剂时要求块度为40- 100mm    废石墨柑蜗碎块、碎石墨块不吸附水汽，代替木炭作覆盖剂，效果良好。干草灰，价格便宜，来源充沛，浇注时覆盖在铜液表面，也有保温、保护作用，故中小型企业中使用较多。

    实践证明，熔炼C 14500铜合金时，采用木炭作覆盖剂效果很好。

    ②玻璃。不宜用木炭覆盖时，可使用玻璃。玻璃是一种复合硅酸盐，熔点在9001200℃之间，化学性能稳定，不与铜合金中任何元素发生化学反应，也不吸附炉气中的水汽，故同时具有氧化和保温作用。但由于熔点高、私度大，扒渣较困难，熔渣和铜液相混，会增大熔耗，可以加入碱性物质和玻璃形成低熔点的复合硅酸盐，提高流动性，以便于清除。下面是几种使用玻璃作覆盖剂时的成分、用途和特点。

    ①碎玻璃50% + Na2CO350%,温度高于1100℃时，形成流动性好的硅酸盐，适用于熔点高的铝青铜、含镍的锡青铜等。

    ②碎玻璃37% + Na2B40763%,熔点较低，兼有覆盖和精炼作用，适用于硅青铜。

    .3 Na4SiO490% + NaC110%或CaF210%，适用于黄铜。

    2.精炼熔剂    铜合金金属液中常见的不溶性氧化夹杂物有A1203'  SiO2SnO:等，它们的熔点高，呈弥散状分布在铜液中。SiO2 ' SnO:呈酸性，A1203呈中性，可用碱性熔剂清除这些杂质，由碱性熔剂与这些夹杂形成低熔点的复合盐，且密度比铜液小，能聚集上浮进入熔渣而被清除。

    ①清除A1203可用Na2CO3 ' CaF2. Na3A1F6，生成的Na2A12O;的熔点低，成为熔渣被清除，对铝青铜具有良好的精炼作用。

    ②清除SnO:可用Na2CO3. Na2B407 . CaO, B203，反应产物Na2Sn03及其复盐的熔点比铜液低，密度比铜液小，容易上浮至液面层，进入熔渣被清除。

    ③清除SiO:可用Na2CO3，生成Na4SiO;成为熔渣而被清除。

    3.脱氧剂    铜和铜合金在氧化气氛中熔炼时，或者为了除氮而添加氧化性熔剂时，会使铜合金液中的氧浓度显著提高，并以CuO:形式溶入铜液中。能引起“氛脆，和显著降低合金的力学性能，因此，必须对铜液进行脱氧处理。

    从理论上讲，在Cu之前的金属元素都可以作为铜的脱氧剂，但考虑到脱氧产物的性质和元素自身的特点，实际上能作为铜脱氧剂使用的元素是有限的，见表9-1四、铜合金熔炼前的准备    1.炉料和辅助材料的准备    ①金属炉料和回炉料应清洁，无油污、泥沙、锈蚀、水分和其他夹杂物，必要时应进行吹砂处理。

    ②根据熔炉大小，将料据成合适的大小。

    ③熔炼用的各种熔剂应按工艺规程要求预先烘烤或脱水处理。

    ④炉料在装料之前应进行预热，一般放在炉旁预热至200-300℃或更高。

    2.熔炉及熔炼工具的准备    因铜合金的熔点比铝合金高，其熔炼温度为1150-120000,如用铁柑涓熔炼铜合金液，不仅柑祸的使用寿命低，而且还因铁柑涡受到铜合金液的腐蚀，使铁原子熔入铜合金液中，从而引起铜合金中含Fe量超标，导致性能下降，故一般采用石墨柑涓来熔炼铜合金。

    ①如果采用反射炉熔炼，则开炉前必须清除炉内和出铜口残留的金属和炉渣，炉膛损坏的部分用磷酸盐泥浆修补，阴干30h左右后再烘烤至550℃左右;检查燃油嘴有无障碍，燃烧通道有无阻塞;出铜槽覆砂，并在出炉前用木炭烘干;还要准备足够有容量的铜液槽。

    ②如果采用柑蜗炉熔炼，新柑涡应进行预热处理伽热至600℃以均，旧址涡应彻底清除残留的金属熔渣，使用前也应预热至暗红色;不同种类的合金最好采用专用柑祸，但在一定范围可以互相直接调用。

    ③如果采用感应电炉熔炼，应根据熔炼合金的种类，选用酸性、碱性或中性炉衬，仔细检查回转机构、冷却水套和电气控制是否正常;旧炉衬应清除残留的金属和熔渣，并对损坏的部分进行修补。

    ④根据投料量，准备相应容量的浇包和填补冒口的浇包，新浇包使用前应经24h缓慢烘烤至650℃左右，使用前还应检查吊包架、吊轴等是否完好;旧浇包要清除残留的金属和熔渣，损坏的部分用粒度为3- 4mm的焦炭粉末和耐火泥的混合料修补，阴干并烘烤后才能使用。

    ⑤熔化用的工具，如钢钎、样勺、渣勺等应备齐，清理干净，并放在炉旁预热。无氧铜、硅黄铜和锡青铜用的搅棒应以石墨制造，钟罩和渣勺也应挂涂料。清理并预热弯角试样和含气试样铁模，以及力学性能试样用的砂型。

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