东北轻合金有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150060
摘要：本文主要对ZAlSi9Cu3Mg铸锭熔铸工艺进行研究，并对铸造过程中出现的问题进行研究解决。通过对熔炼过程温度的准确控制，确保硅充分合金化，保证铸锭内部组织致密、无气孔、无夹渣成为内部质量控制的关键。
关键词：ZAlSi9Cu3Mg铝合金；熔铸过程；工艺分析
1.前言
压铸作为一种先进的制造技术在整个工业体系中发挥着巨大的作用。压铸铝合金具有高强度、耐蚀性、易成型和再生性好等一系列优点，广泛应用于汽车工业。该产品属Al-Si-Cu-Mg-Mn多元合金，具有高强度、易成型、良好的铸造性能、较高的气密性、良好切削加工性和焊接性等优点。该铸造铝合金利用再生铝和低品位的废铝为原材料进行生产，这就对熔炼工艺和熔体质量提出更高要求。该合金属高硅合金保证硅充分合金化确保组织致密，无气孔、无夹渣成为内部质量控制的关键。ZAlSi9Cu3Mg合金是一种具有良好综合性能的压铸铝合金。如何使用废铝料生产优质的高质量ZAlSi9Cu3Mg压铸铝合金成为一个急需解决的问题。本文主要对生产工艺过程进行介绍及分析。
2.ZAlSi9Cu3Mg铝合金熔铸工艺
2.1ZAlSi9Cu3Mg铝合金化学成分
按质量百分比为Si：8.00%～9.50%、Fe小于等于0.40%、Cu：2.00%～3.00%、Mn小于等于0.30%、Mg：0.15%～0.35%、Cr小于等于0.2%、Ni小于等于0.2%、Zn小于等于0.3%、Pb小于等于0.05%、Ti小于等于0.2%、Sn小于等于0.01%和余量Al。
2.2ZAlSi9Cu3Mg铝合金各元素的作用
（1）Si的作用。硅能改善合金的铸造性能，由于硅的凝固潜热比铝高，所以硅会加大铝合金的流动性。硅晶粒具有较高的硬度且化学稳定性好，使铝合金具有更高的耐磨性和耐蚀性[1]。
（2）Cu的作用。在铝合金中加入铜可以增强铝合金的抗腐蚀性和机械强度。铜加入铝硅合金中后，可提高铝合金的硬度和高温力学性能，铜的固溶还可以提高铝合金的抗疲劳强度。
（3）Mn的作用。锰在铝合金中的作用可以减少铁产生的有害影响，可以使铝合金中由铁形成的片状或针状组织变为细密的晶体组织。
（4）Mg的作用。铝硅合金中加入少量镁可以形成Mg2Si相，可以增加铝合金的强度。镁可以提高铝合金的耐蚀性和强度，每增加1%镁，抗拉强度大约升高34MPa[2]，粘膜的倾向相应减少，使得压铸件表面光滑，电镀性得到改善。
2.3ZAlSi9Cu3Mg铝合金其他要求
（1）要求铝合金锭成分含量Mn/Fe大于等于65%
（2）表面质量：合金锭表面不得有油污、锈蚀、霉斑、熔渣、明显气孔、缩松和外来夹杂；
（3）内部质量：铝合金锭断口致密，不得有严重缩孔、熔渣及非金属夹杂物；
（4）规格：铝合金锭重量6kg-7kg，长度控制在650mm-660mm之间。
2.4原材料准备
（1）使用的原材料应符合国家标准且不得带冰、雪、雨水、泥土；
（2）对所来废料使用光谱仪进行废料合金确认，确保所来废料成分准确；
（3）硅、铜以纯金属形式加入，确保外购硅合金符合生产要求。
2.5ZAlSi9Cu3Mg配料
2.5.1配料要求
（1）使用再生铝废料在配料时要充分考虑废料的烧损对合金成分的影响；
（2）硅按吸收率97%计算，另配料人员可根据生产实际硅的实收率进行配料；
2.5.2实际配料控制
按质量百分比为Si：8.90%、Fe小于等于0.38%、Cu：2.35%、Mn小于等于0.28%、Mg：0.30%、Cr小于等于0.18%、Ni小于等于0.18%、Zn小于等于0.28%、Pb小于等于0.05%、Ti小于等于0.18%、Sn小于等于0.01%和余量Al。
2.6炉料准备
（1）所备炉料尺寸符合要求并便于装炉；
（2）称取铝锭、金属Si、金属Cu、含Mg废料、含Mn废料；
（3）按配料卡片进行备料，硅重量允许误差为±5Kg，铜重量允许误差为±0.5Kg，铝重量允许误差为±15Kg，一级原料重量允许误差为±10Kg，三级原料重量允许误差为±20Kg。
2.7合金熔炼
（1）加入铝锭，待炉料化塌且底部有一层液体金属时，向炉内分散加入铜板，不准露出液面，之后在炉料表面均匀撒入一层覆盖剂，待熔体温度为700~720℃时进行扒渣，撒入溶剂进行继续升温；
（2）将步骤一得到的合金熔体升温至870~920℃，扒尽表面浮渣，加入3303金属Si。加入金属Si后进行第一次搅拌，将金属Si压入熔体内，撒入覆盖剂，继续升温至不低于870℃；
（3）步骤二加入金属Si后30min开始第二次搅拌，搅拌时间不少于3min；
（4）步骤三第二次搅拌后，60min开始第三次搅拌，搅拌时间不少于3min。
（5）将步骤四得到的合金熔体加入含Mn废料和含Mg废料，边加边搅拌，加速熔化；
（6）将步骤五得到的合金熔体温度达到710~730℃时，搅拌5~10min，搅拌应在液体表面及液面中部偏下均匀进行；取样分析化学成分，取样位置在炉门中线、熔体中部稍偏下部位进行；化学成分合格后，覆盖上熔剂后得到合金熔体；
（7）将步骤六得到的合金熔体通入氮气精炼3~10min（高温雨季精炼时间按上限控制），得到精炼后合金熔体。氮气的含水量不高于0.3g/m³，氮气流量控制在使熔体表面微微波动。精炼器在炉底缓慢移动，炉底角、炉底四周都要移动到，消灭死角；
（8）将步骤七得到的合金熔体扒尽表面浮渣，撒入熔剂得到扒渣后合金熔体；
（9）将步骤八得到的精炼合金熔体，静置20~30min后得到较纯净的合金熔体；
（10）将步骤七得到的合金熔体通过过滤装置，经旋转浇铸嘴浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min~19mm/min，铸造温度为夏季670~700℃(冬季为710~730℃)，进行铸造得到ZAlSi9Cu3Mg铝合金。
2.8铸造
2.8.1铸前准备
（1）使用炉后电偶进行测温，夏季铸造温度控制在670℃-700℃，冬季铸造温度控制在710℃-730℃；
（2）旋转浇铸嘴提前预热30min，防止铸造时凝眼；
（3）检查铸造机、码锭机、过滤箱工作是否正常；
（4）依据厂家要求设定码锭层数。
2.8.2开始铸造
将得到的静置合金熔体通过过滤装置，过滤装置应使用30ppi的泡沫陶瓷过滤片，且使用过程中金属液面要高于陶瓷片经旋转浇铸嘴，浇铸在铸造模具中，铸造速度为11mm/min~19mm/min，铸造温度为夏季670~700℃(冬季为710~730℃)，进行铸造得到ZAlSi9Cu3Mg铝合金。
2.8.3铸造结束
铸造结束将不合格铸锭挑出。不合格铸锭的判定方式为超薄、超厚铸锭，表面有气泡、熔渣及夹杂物的铸锭。
3总结
通过多炉次的跟踪实验，对ZAlSi9Cu3Mg铝合金整个工艺流程不断进行优化。得到的铸造铝合金化学成分合格，Mn/Fe值合格，断口组织致密、无气孔、夹渣等缺陷。
参考文献
[1]肖亚庆，谢永生，刘静安，等.铝加工技术实用手册.北京：冶金工业出版社，2005.
[2]唐剑，王德满，苏堪祥，刘静安.铝合金熔炼与铸造技术.北京：冶金工业出版社，2009.