[技术]典型铜合金熔炼工艺

熔炼前，应根据合金的特点、生产成本和熔化量来选择合适的熔化炉，确定合适的炉料组成、加料顺序、精炼和浇注工艺。

大型铸件用铜合金的熔化常选用燃油、燃气反射炉;中小型铸件则用燃油地炉、工频感应炉、中频感应炉，也可选用焦炭地坑炉或电弧炉。对含有易氧化烧损或产生有害物质的某些合金，如被青铜、铬青铜、错青铜等，宜选用真空感应炉。

    铜合金的熔炼按使用炉料的种类，可分为一次熔炼法(Fr以纯金属作炉料直接熔制合翻和二次熔炼法伊r先熔制中间合金铸锭，然后熔炼合金或重蟒。两者相比，各有其优缺点，一次熔炼法能提高熔炼效率，节约工时和能耗，但合金熔炼时间长，需要更高的过热度，增加了合金的氧化和吸气量，工艺控制难度大。

    熔炼过程中的加料程序，一般是先加数量最多和熔点高的炉料，熔化后再分别加入熔点较低或具有较高挥发性的炉料，或者依据合金化的原则，先加占炉料主要部分的低熔点炉料，再加高熔点的炉料，通过合金化的途径来降低温度和加快熔化速度，熔化时能产生很大热效应的金属以口AD，不宜作最后一批炉料加入，以防金属熔体过分过热。

    本节所用的熔炼设备为:中频感应电炉、热电偶、浇包、石墨JOA等。

一、纯铜的熔炼    纯铜的熔炼质量和熔铸过程比其他铜合金难控制，这是因为:纯铜铸件要求有高的导电、导热性，所以对杂质控制要求严格;纯铜的熔点比黄铜和锡青铜高，熔化温度也高，熔炼过程中吸气和氧化倾向大，易导致铸件产生组织疏松和针孔;纯铜的收缩率大，高温强度低，容易发生热裂。纯铜的熔炼过程如下。

    ①先将柑涡预热至暗红色，在柑祸底加一层厚度为30-50mm的干燥木炭或覆盖剂柳砂63%+碎玻璃37%)，再依次加入边角余料、废块和棒料，最后加电解铜。

    ②补加的合金元素可放在炉台上预热，严禁冷料加入液态金属中。整个熔化过程中应经常活动炉料，以防搭桥。

    ③升温使合金全部熔化。合金全熔后，温度达到1200-1220℃时，加入占合金液重量的0.3%-.0.4%的磷铜脱氧，P与CuO:发生下列反应:5Cu2O + 2P = P205 + lOCu及Cu2O + P205 =2CuPO3，生成的P205气体从合金中逸出，磷酸铜可浮于液面，扒渣去除，于是达到脱氧的目的。在脱氧的过程中需要不断搅拌。

还可进行二次脱氧，即加入Cu-Li , Cu-B或Mg进行脱氧。

    ④最后扒渣出炉，合金液的浇注温度一般为1100-1200℃二、黄铜的熔炼    以Zn为主要合金元素的铜基合金为黄铜，分为普通黄铜和特殊黄铜两类。普通黄铜是Cu和Zn组成的两元合金，主要用于压力加工。在普通黄铜的基础上加入其他合金元素以口Si -S AlMn. Pb, Fe, Ni韵，便成为特殊黄铜，铸造黄铜大多是特殊黄铜。黄铜含有大量的Zn，由于Zn的沸点低，高锌黄铜在熔炼时会沸腾，产生除气效果。

    1.合金的配料及金属炉料要求    铜合金的化学成分中，由于主要成分变化范围较大，因此，在配料计算的过程中，应根据其性能要求，选择适当的配料成分。

合金的化学成分应符合GB 1176-1987，几种常用的黄铜熔炼配料成分按表9-2进行。

表9-2    要求炉料应干燥、清洁，有污物锈蚀应经吹砂清理。

    2.炉料配比    按照一般的铸造惯例，新料成分占炉料的总重量应大于等于30%，回炉料占总重量小于等于70%。但在实际生产中，我们考虑到铜合金的回炉料比较多，在炉料的配比时回炉料的质量百分比〕90%时，熔化质量依然很好，化学光谱分析证明铸件的成分合格。回炉料较多时需要考虑合金中的杂质是否超标。

    3.熔炼前的准备    ①金属炉料的准备。

    回炉料是同牌号的废铸件、浇冒口及重熔铸锭，需要具有明确的化学成分。入炉前吹砂清除表面污物，经预热后装炉(t批冷炉熔化可随炉预热)。

    电解铜经吹砂去除污物，在500550℃预热后去除水分后，才能装炉(t批冷炉熔化可随炉预热。

    纯金属元素入炉前可在炉边预热。金属炉料的最大块度不应超过柑涓直径的1/3，长度不应超过柑祸深度的4/5    ⑦柑A和熔炼设备及工具的准备。

    柑祸使用前应无裂纹和影响安全的其他损伤，新柑涓必须经过低温缓慢加热处理，以防产生裂纹;旧柑涡将内表面熔渣清理干净。

    用新石墨柑祸及更换熔炼合金种类时，熔炼前址涓应熔化同牌号系列合金进行洗炉。

    用耐火材料及石墨做成的搅拌棒必须彻底清理残余涂料和锈迹，并涂敷一层耐火材料或刷涂料后烘干待用。

    锭模在使用前必须彻底清理干净，涂涂料后预热至100-150℃待用。

    4.覆盖剂及熔剂的准备    木炭应装入密封的烘烤箱内，在不低于800℃烘烤4h，待用时要防止吸潮。

    覆盖剂由硼砂63%、碎玻璃37%组成，也可用干燥木炭。覆盖剂均要求干燥并去除其中的杂物。

    5.合金熔炼工艺过程    先将柑涡预热至暗红色，并在其底部加入20-40mm厚木炭。

    加入电解铜，迅速升温熔化后按先熔点高后熔点低的顺序加入中间合金枷有配入哟，最后加回炉料，同时补加木炭，以保证合金液面不暴露在空气中。

    熔炼黄铜一般也需要进行脱氧，待铜全部熔化后，温度达1150-1200℃时加入磷铜(以P占铜液重量的0.04%-0.06%计算进行脱氧。由于先熔化锌再熔化铜，使整个熔炼过程中，炉气氛中始终充满锌蒸气，对防止铜液的氧化及外来气体侵入有很大作用，并且还一直保持着锌的脱氧作用，所以，熔炼黄铜时可以不加磷铜脱氧。但经脱氧与不脱氧的实践对比，发现脱氧后的铸件表面质量要优于不脱氧的质量。

    按各合金牌号成分要求分别补加合金元素:在1100-11200C加入铭铜中间合金，在11001150℃停电分批加入纯锌、纯铝并搅拌。熔化硅黄铜时应先加硅，再加锌;熔化铅黄铜时应先加锌再加铅。锌元素的加入温度应控制，加锌后若温度降低可以中间送电，当合金液温度高于1200℃时，不允许加锌。

    出炉扒渣，调整合金液至铸件工艺卡片要求温度后，迅速出炉浇注。合金的浇注温度是影响铸件性能的因素之一。一般的出炉温度为ZCuZn38 : 1100-11300C ; ZCuZn40Pb2 : 1080-1100'C ;ZCuZn31A12:1120-1140℃;ZCuZn 16Si4:1100-1140℃。

    熔炼两种不同牌号的合金，其化学成分有影响时，中间应进行洗炉。比如，用熔炼过铝青铜的址涓和工具再来熔化锡青铜，而柑蜗和工具就要含有铝元素，虽然铝在铝青铜里是合格的成分，但在锡青铜里却是最有害的元素。

    一般的铜合金经过脱氧后，就可获得合格铸件。但对于铝青铜、铝黄铜、硅青铜等，易氧化生成高熔点氧化物A1203'  SiO2使铸件形成夹渣，需经过精炼才能去除，常用精炼剂有:质量比为60%的氯化钠+40%的冰晶石或20%冰晶石+20%萤石+60%氟化钠等。

    注意:熔炼黄铜要遵循“低温加锌”和。逐块加锌，的原则，防止铜液沸腾引起飞溅，锌被大量损耗，甚至危害人身安全。

三、青铜的熔炼铸造青铜按成分可分为锡青铜和不含锡青铜。锡青铜是以锡为主要合金元素的铜基合金，具有良好的耐磨性、耐腐蚀性，较好的强度和塑性。不含锡青铜有铭青铜、铅青铜、硅青铜等，含有的主要元素不同，如铝青铜是以铝为主要合金元素的铜基合金。

    1.合金的配料及金属炉料要求    几种常用青铜合金熔炼配料成分见表9-3.    2.炉料配比    新料成分占炉料的总重量应大于等于30%，回炉料占总重量小于等于70%    3.熔炼前的准备    青铜熔炼前的准备工作与黄铜熔炼的准备工作相同。木炭应装入密封的烘烤箱内，在不低于800℃烘烤4h，待用时要防止吸潮。稻草灰应研碎成粉末状，除去水分，彻底烘干，待用时也要注意防潮。覆盖剂均要求干燥并去除其中的杂物。

    4.合金熔炼工艺过程    铸造青铜的种类较多，这里仅讨论几种典型的合金，同类其他铜合金可以参考使用。

    ①ZCuSn1OPb1、ZCuPb1OSn10的熔炼。

    ①先将柑蜗预热至暗红色，并在其底部加入20mm厚木炭。

    ②加入电解铜，迅速升温熔化后再加入回炉料，同时补加木炭，以保证合金液面不暴露在空气中。

    ③回炉料熔化后，加入磷铜任般加占炉料重0.5%,熔化磷锡青铜时使用的磷铜可全部加A)   o    ④依次加入锌、锡、铅OJl配料成3)-)，前一种炉料熔化完全后，再加入下一种，并不断搅拌合金液。

    ⑤调整合金液温度在11001150℃之间。

    ⑥出炉打渣，再加磷铜份般加炉料质量的0.1%)，进行脱氧，均匀搅拌，并在合金液表面上撒一层稻草灰，调整合金液至铸件工艺卡片要求温度(一般为1130-11800C)后，迅速出炉浇注。

    ②ZCuA11OFe3、ZCuA11 OFe3Mn2的熔炼。

    不能用熔化过别的牌号合金的柑A熔化这两种合金。

    ①把J# A预热至暗红色，加入配制好的熔剂。熔剂成分顿量百分上均:冰晶石20%氟化钠60%,氟化钙20%    ②将预热至200℃左右的低碳薄钢片和回炉料同时加入，熔化后搅拌合金，升温至1150-1180℃。

    ③加入合金重量0.3%的磷铜脱氧，并补加熔剂。

    ④将预热至200℃的纯铝和纯锰供配料成幼分批加入，每加入一批，即用搅拌棒将其压入，使其迅速熔融，并不断搅拌使其成分均匀，最后调整合金液的温度在11201220℃之间。

    ⑤用稻草灰覆盖打渣，按铸件工艺卡片调整合金温度份般为11601200劝后迅速调整出炉浇注。

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