铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺

铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺

【摘要】详细介绍了铸造用纯铜及青铜、黄铜等主要铜合金的熔炼工艺, 提出了实际生产中应注意的问题, 供同行参考。

铸造用纯铜及铜合金是有色金属中重要的一类, 在实际生产中运用较广。常用的铜合金按照成分不同主要分为两大类, 即铸造黄铜和铸造青铜。无论是砂型铸造还是熔模铸造, 熔炼都是铸造生产中至关重要的一环,各种铜合金的熔炼有相同之处, 又有不同之处, 在多年的生产实践中, 我们总结了纯铜及铜合金主要为青铜和黄铜的熔炼工艺经验, 供有关人员参考。 一、纯铜的熔炼

所用的熔炼设备中频感应电炉、热电偶、浇包和石墨柑祸等。 (1)先将柑祸预热至暗红色, 在增祸底加一层厚度约为30-50mm的干燥木炭或覆盖剂(60%硼砂十37%碎玻璃), 再依次加人边角余料、废块和棒料, 最后加纯铜。

(2)补加的合金元素可放在炉台上预热, 严禁冷料加人液态金属中。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1200一1220℃时, 加入占合金液重量0.3%一0,4%的磷铜脱氧, 磷与氧化亚铜发生下列反应生成的P2O5气体从合金中逸出, 磷酸铜可浮于液面, 扒渣去除, 达到脱氧的目的。另外, 在脱氧的过程中需不断搅拌。最后扒渣出炉, 合金液的浇注温度一般为1100一1200℃ 二、黄铜的熔炼

以锌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。普通黄铜是铜和锌组成的两元合金, 主要用于压力加工。在普通黄铜的基础加人其他合金元素如硅、铝、锰、铅、铁和镍等, 便成为特殊黄铜。铸造黄铜大多是特殊黄铜。 1、合金的配料及金属炉料要求

对于铜合金的化学成分, 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GB1176-1987, 几种常用的黄铜熔炼配料化学成分按表1进行,并要求炉料应干燥、清洁, 有污物锈蚀时应进行吹砂清理。

2、炉料配比

按照一般的配料惯例, 新料成分占炉料的总重量应≥30%, 回炉料≤70%。但在实际生产中,我们考虑到铜合金的回炉料较多, 在炉料的配比时回炉料的质量分数≥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, 但回炉料较多时需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

①回炉料是同牌号的废铸件、浇冒及重熔铸锭, 需要具有明确的化学成分。入炉前吹砂清除表面污物, 经预热后装炉首批冷炉熔化可随炉预热。

②纯铜经吹砂去除污物, 在500一550℃预热去除水分后才能装炉，首批冷炉熔化可随炉预热。③纯金属元素人炉前可在炉边预热。金属炉料的最大块度不应超过坩埚直径的1/3, 长度不应超过坩埚深度的4/5。

（2）坩埚和熔炼设备及工具的准备

①坩埚使用前应无裂纹和影响安全的其他损伤, 新坩埚必须经过低温缓慢加热处理, 以防产生裂纹旧坩埚应将内表面的熔渣清理干净②用新石墨坩埚及更换熔炼合金种类时,熔炼前坩埚应熔化同牌号系列合金进行洗炉。

③用耐火材料及石墨做成的搅拌棒必须彻底清理掉残余涂料和锈迹, 并涂敷一层耐火材料或刷涂料后烘干待用。④锭模在使用前必须彻底清理干净, 敷涂料后预热至100-150℃待用 4、覆盖剂及熔剂的准备

(1）木炭应装人密封的烘箱内, 在不低于800℃烘烤4h, 待用时要防止吸潮。

(2)覆盖剂由63%硼砂+37%碎玻璃组成, 也可用干燥木炭作覆盖剂, 但均要求干燥并去除其中的杂物。

5、合金熔炼工艺过程

（1）先将坩埚预热至暗红色, 并在其底部加入20-40厚木炭。 （2）加人纯铜并在迅速升温熔化后, 按先熔点高后熔点低的顺序加入中间合金（如有配入时）, 最后再加回炉料, 同时应补加木炭, 以保证合金液面不暴露在空气中。

（3）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℃时加入磷铜以占铜液重量的（以P占铜液重量的0.04-0.06计算）进行脱氧。经脱氧与不脱氧的实践对比, 脱氧后的铸件表面质量要优于不脱氧的铸件。

(4)按各合金牌号成分要求分别补加合金元素:在1100一1120℃加人铝铜中间合金;在1100一1150℃停电分批加人纯锌、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。

(5)出炉扒渣, 调整合金液至工艺要求温度后, 迅速出炉浇注。合金液的浇注温度是影响铸件性能的重要因素。一般铜合金液的出炉温度见表。

(6)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。例如, 用熔炼过铝青铜的坩埚和工具再来熔化锡青铜, 而坩埚和

工具会含有铝元素,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, 即可获得合格铸件。但对于铝青铜、铝黄铜、硅青铜等, 易氧化生成高熔点氧Al2O3、SiO2, 使铸件形成夹渣, 需经过精炼才能去除, 常用精炼剂有：60%氯化钠十40%冰晶石或20%冰晶石十20%氟石十60%氟化钠（质量分数）。 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、耐蚀性, 较好的强度和塑性。不含锡青铜有铝青铜、铅青铜和硅青铜等, 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按表进行。

2、炉料配比

新料成分占炉料的总重量≥30%, 回炉料≤70%。 3、熔炼前的准备

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