CN105039800A

CN105039800A - 一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法

Info

Publication number: CN105039800A
Application number: CN201510514643.2A
Authority: CN
Inventors: 温志高; 何光驰; 徐昌友; 彭明诚; 袁仕田
Original assignee: CHENGDU GALAXY POWER Co Ltd
Current assignee: CHENGDU GALAXY POWER Co Ltd
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-08-20
Also published as: CN105039800B

Abstract

本发明公开了一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，包括以下步骤：S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收、晒干、磁选后，加入天然气反射炉中进行包融熔化；S2.高温静置：天然气反射炉升温到850～930℃，保温50～90min，生成铝液；S3.成分检测：铝液扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止5～9min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到要求；S4.精炼变质：先精炼后变质；S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为750～790℃，除气机处理并静置后浇注铝件。本发明方法不用投入复杂设备，操作简单，可减少铝屑二次烧损，节能降耗，降低铝件铸造成本、对废弃铝屑进行了回收利用，适用于工业化大规模生产。

Description

一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法

技术领域

本发明属于废铝回收技术领域，具体涉及一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法。

背景技术

铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”，有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，是铸造铝合金中品种最多、用量最大的合金，含硅量在4％～13％。有时添加0.2％～0.6％的镁，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性，此类合金广泛用于制造活塞等部件。

活塞经机械加工后产生的铝屑，回收时含水、乳化液、含油、粉尘泥沙及铁杂质，需要经过清洗、磁选、烘干、压饼等操作处理后才能进行熔化，待铝屑熔化后直接浇注成锭，与新合金材料进行搭配，进行重熔浇注。按通常的铝液熔炼净化处理工艺，合金液气体、氧化夹杂、溶剂夹杂含量高，浇注的活塞夹杂废品有时高达10％以上。使得铝屑搭配使用量少，铝屑造成积压。积压过程中铝屑快速氧化腐蚀，造成原料的浪费。

申请号为CN201110050422.6的中国专利申请公开了一种铝合金轮毂切削屑回收熔炼工艺，其工艺包括以下步骤：①预处理：将铝合金轮毂加工过程中产生的切屑，经过去杂、烘干、破碎、磁力分离后投入铝屑回收炉进行熔化；②精炼：在炉内温度达到720～750℃时，通过氮气将精炼剂吹入熔化室内进行精炼；③变质及细化：在调质室内加入铝锶棒及混合稀土，对调质室内的铝合金熔液进行复合变质及细化处理；④除气：通过多孔塞向调质室内吹入氮气进行除气；⑤过滤除渣：在铝液中加入清渣剂进行除渣，采用泡沫陶瓷过滤片使流向使用室内的铝合金熔液得到净化并保温待用；申请号为CN201410430263.6的中国专利申请公开了一种利用回收费屑铸造铝件的方法，采用简单的设备，例如磁铁、企业常用的光谱分析仪等设备对铝屑进行回收利用过程中的各个阶段进行实时检测，确保铝的质量；制作工艺较为简单，且回收利用率高，可到百分百利用回收废铝屑，回收加工后的铝水用于直接铸造铝件，省去了很多加工环节，节约了回收利用成本和铝的材料成本。申请号为CN201110063883.7的中国专利申请公开了一种本发明公开了一种铝屑回收工艺，其工艺包括以下步骤：①磁选：对含有铁杂质的铝屑进行磁选；②压饼：将经过磁选的铝屑压制成铝块；③熔炼：对所述饼状铝块进行熔炼，并浇注成产品。该发明通过在压饼前增加磁选步骤，将铝屑内的铁杂质通过磁选机的磁力吸出，使含有铁杂质的铝屑内仅含有铝。该发明投资小，效益高，相对于国内成熟的整套技术可以节约几十万元的投资成本，压饼处理后直接回炉熔炼的氧化烧损将大大降低，其原因是其表面积大大减少，而且热量传递速度非常快，很容易化成铝水，经过本工艺流程后的铝屑烧损控制在5％左右，铝屑中铁含量控制在0.2％以下。但上述公开的专利均存在用清水清洗废铝屑时，积压过程中的铝屑快速氧化腐蚀，会造成原料的浪费。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种以改善铝屑熔炼质量，降低活塞生产成本，保障浇注铝件质量的一种铸造方法。

本发明通过以下技术方案实现：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间≤5min，熔化温度为740～780℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到850～930℃，保温50～90min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止5～9min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：11.0～13.0％、Cu：0.8～1.5％、Mg：0.8～1.3％、Ni：0.8～1.5％、Mn：≤0.2％、Fe：≤0.7％，Al为余量；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂将铝液覆盖，加热石墨坩埚到760～780℃，加入精炼剂进行精炼，精炼后加入变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为750～790℃，用除气机处理9～13min，静置16～20min后浇注铝件。

进一步地，所述清渣剂为JLAZ粉。

进一步地，所述的精炼剂为JLA-J0。

进一步地，步骤S4所述的变质剂为磷盐变质剂。

通过本发明的实施运用可达到如下目标：①活塞金相组织检测：按JB/T6289标准检测判定在3级以内，初晶硅细化到70μm以内；②活塞宏观组织检测：按JB/T6289标准检测判定在3级以内；③常温抗拉检测：≥250MPa，体积稳定性检测：≤0.2％D；④活塞硬度均匀性检测：活塞硬度HB114～129，同一活塞头部前后硬度差在5个HB以内；⑤活塞铸造夹杂废品率≤2％。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将机加铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，无需清洗、压饼，采用天然气反射炉将其快速包融熔化铝屑，减少了铝屑与空气接触的氧化烧损。

(2)本发明增加高温静置，静置期内不进行搅拌，目的是使铝液的主要氧化物Al₂O₃发生晶体形态转变，熔炉内铝液形成密度差，促使比铝液重的大颗粒Al₂O₃的复合化合物杂质快速沉底或快速结附在炉壁上，而小颗粒Al₂O₃夹渣重量轻，在热对流的作用下悬浮在铝液中，吸附了铝液内大量气体，从而比铝液轻，能快速上浮至铝液表面。在足够的时间下该过程得以较充分的完成，从而可使铝液较为纯净。其活塞金相、机械性能完全满足技术要求。

(3)本发明改进了铝屑锭重熔处理的传统工艺，待铝液成分检测合格后直接将其投入石墨坩埚炉进行精炼变质处理，浇注铝件。

(4)本发明不用投入复杂设备，操作简单，可减少铝屑二次烧损，节能降耗，降低铝件铸造成本。

附图说明

图1是本发明小批量生产的300只4100QB-2-FQ活塞头部金相图；

图2是本发明小批量生产的300只4100QB-2-FQ活塞燃烧室金相图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间5min，熔化温度为740℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到850℃，保温50min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂JLAZ粉进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止5min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：11.0％、Cu：0.8％、Mg：0.8％、Ni：0.8％、Mn：0.15％、Fe：0.7％，其余为Al；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂JLAZ粉将铝液覆盖，加热石墨坩埚到760℃，加入精炼剂JLA-J0进行精炼，精炼后加入磷盐变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为750℃，用除气机处理9min，静置16min后浇注铝件。

实施例2：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间4min，熔化温度为780℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到930℃，保温90min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂JLAZ粉进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止9min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：13.0％、Cu：1.5％、Mg：1.3％、Ni：1.5％、Mn：0.15％、Fe：0.5％、Al为余量；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂JLAZ粉将铝液覆盖，加热石墨坩埚到780℃，加入精炼剂JLA-J0进行精炼，精炼后加入磷盐变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为790℃，用除气机处理13min，静置20min后浇注铝件。

实施例3：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间为3min，熔化温度为750℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到865℃，保温58min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂JLAZ粉进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止6min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：12％、Cu：1％、Mg：0.9％、Ni：1％、Mn：0.13％、Fe：0.4％、Al为余量；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂JLAZ粉将铝液覆盖，加热石墨坩埚到765℃，加入精炼剂JLA-J0进行精炼，精炼后加入磷盐变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为760℃，用除气机处理10min，静置17min后浇注铝件。

实施例4：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间为2min，熔化温度为765℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到885℃，保温78min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂JLAZ粉进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止7min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：12.2％、Cu：1.2％、Mg：1.1％、Ni：1.2％、Mn：0.1％、Fe：0.4％，Al为余量；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂JLAZ粉将铝液覆盖，加热石墨坩埚到770℃，加入精炼剂JLA-J0进行精炼，精炼后加入磷盐变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为768℃，用除气机处理11min，静置18min后浇注铝件。

实施例5：一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，它包括以下步骤：

S1.包融熔化：将机械加工铝硅系活塞切屑回收后，及时晒干，经过磁选工序后，将切屑快速加入天然气反射炉中进行包融熔化，加料时间5min，熔化温度为772℃；

S2.高温静置：天然气反射炉升温到900℃，保温85min，生成铝液；

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂JLAZ粉进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止8min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：12.6％、Cu：1.3％、Mg1.2％、Ni：1.2％、Mn：0.05％、Fe：0.3％、Al为余量；

S4.精炼变质：将达到要求的铝液加入石墨坩埚炉，使用清渣剂JLAZ粉将铝液覆盖，加热石墨坩埚到775℃，加入精炼剂JLA-J0进行精炼，精炼后加入磷盐变质剂进行变质；

S5.浇注铝件：待精炼变质后的铝液温度为786℃，用除气机处理12min，静置19min后浇注铝件。

以下通过实验说明本发明的有益效果：

活塞金相组织检测、活塞宏观组织检测、常温抗拉检测、体积稳定性检测、活塞硬度均匀性检测及活塞铸造夹杂废品率检测

(1)测定对象：小批量生产的300只以及批量生产的4000只4100QB-2-FQ活塞毛坯；

(2)测定方法：本发明在品种为4100QB-2-FQ的共晶铝硅系活塞上实施，为了保证实验的准确性，需对设计及生产的各个环节进行监控，监控过程如下：①工装模具装配及调试：监控工装模具清理、保温冒口涂料、与浇注机的装配过程及装配精度、工装模具的预热及成形部分的喷涂料、活塞毛坯检测等；②现场生产浇注：监控活塞现场生产过程中各工艺参数及活塞外观；③活塞毛坯热处理：监控热处理炉及其监测设备是否运行正常，监控活塞热处理工艺的符合性。

(3)测定结果：实验结果见表1。

表1本发明实验检测结果表

从表1可知，小批量生产的300只以及批量生产的4000只4100QB-2-FQ活塞毛坯质量性能检测结果均能达到活塞质量性能检测要求。将本发明推广运用到YC6108G活塞、LR105活塞、RCB108活塞、4102QB-BXQ活塞、LR108-1活塞等活塞品种上，效果也均能达到活塞质量性能检测要求。

活塞质量性能检测要求如下：①活塞金相组织检测：按JB/T6289标准检测判定在4级以内，活塞头部和燃烧室部位金相达到4级以内，初晶硅细化到90μm以内；②活塞宏观组织检测：按JB/T6289标准检测判定在4级以内；③常温抗拉检测：≥241MPa，体积稳定性检测：≤0.25％D；④活塞硬度均匀性检测：活塞硬度HB100～130，同一活塞头部前后硬度差在10个HB以内；⑤活塞铸造夹杂废品率≤2％。

Claims

1.一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

S3.成分检测：天然气反射炉加入清渣剂进行扒渣，扒渣后将金属镁压入铝液底部，静止5～9min后取样分析和调整至铝液中各成分含量达到如下要求：Si：11.0～13.0%、Cu：0.8～1.5%、Mg：0.8～1.3%、Ni：0.8～1.5%、Mn：≤0.2%、Fe：≤0.7%、Al为余量；

2.根据权利要求1所述的一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，其特征在于：所述清渣剂为JLAZ粉。

3.根据权利要求1所述的一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，其特征在于：所述的精炼剂为JLA-J0。

4.根据权利要求1所述的一种利用铝硅系活塞切屑铸造高质量铝件的方法，其特征在于：步骤S4所述的变质剂为磷盐变质剂。