Typischer Schmelzprozess von reinem Kupfer und Kupferlegierungen zum Gießen
Reines Kupfer und Kupferlegierungen für den Guss sind eine wichtige Kategorie der Nichteisenmetalle und werden in der tatsächlichen Produktion häufig verwendet. Häufig verwendete Kupferlegierungen können aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt werden, nämlich Messingguss und Bronzeguss. Ob Sandguss oder Feinguss, das Schmelzen ist ein entscheidender Teil der Gussproduktion. Das Schmelzen verschiedener Kupferlegierungen weist Gemeinsamkeiten und Unterschiede auf. In langjähriger Produktionspraxis haben wir die reine Erfahrung im Schmelzprozess von Kupfer und Kupferlegierungen (hauptsächlich Bronze und Messing) zusammengefasst und dienen als Referenz.
Verwendete Schmelzausrüstung: Mittelfrequenz-Induktionsofen, Thermoelement, Pfanne, Graphittiegel usw.
1. Schmelzen von reinem Kupfer
(1) Zuerst den Tiegel auf dunkelrot vorheizen und eine Schicht trockener Holzkohle oder Abdeckmittel (Borax 63 % + Glasscherben 37 %) mit einer Dicke von etwa 30-50 cm auf den Boden des Tiegels auftragen. Fügen Sie dann nacheinander Restmaterialien, Abfallblöcke und -stäbe hinzu und fügen Sie schließlich Elektrolytkupfer hinzu.
(2) Die zusätzlichen Legierungselemente können zum Vorwärmen auf den Ofen gelegt werden. Es ist strengstens verboten, dem flüssigen Metall kalte Materialien hinzuzufügen. Während des gesamten Schmelzvorgangs sollte die Charge häufig bewegt werden, um Brückenbildung zu vermeiden.
(3) Erhöhen Sie die Temperatur, um die Legierung vollständig zu schmelzen. Nachdem die Legierung vollständig geschmolzen ist und die Temperatur 1200-1220 Grad erreicht, werden 0,3 %-0,4 % des Gewichts der Legierungsflüssigkeit hinzugefügt, um Phosphorkupfer zu desoxidieren. Die folgenden Reaktionen finden zwischen Phosphor und Kupferoxid statt: 5Cu2O+2P=P2O5+10Cu und Cu2O+P2O5= 2CuPO3, das erzeugte Phosphorpentoxidgas entweicht aus der Legierung, Das Kupferphosphat kann auf der Flüssigkeitsoberfläche schwimmen und die Schlacke wird entfernt, wodurch der Zweck der Desoxidation erreicht wird. Während des Desoxidationsprozesses ist kontinuierliches Rühren erforderlich.
(4) Schließlich wird die Schlacke aus dem Ofen entfernt und die Gießtemperatur der Legierungsflüssigkeit beträgt im Allgemeinen 1100-1200 Grad.
2. Schmelzen von Messing
Die kupferbasierte Legierung mit Zink als Hauptlegierungselement ist Messing, das in zwei Kategorien unterteilt wird: gewöhnliches Messing und Spezialmessing. Gewöhnliches Messing ist eine binäre Legierung aus Kupfer und Zink, die hauptsächlich für die Druckverarbeitung verwendet wird. Spezialmessing entsteht durch Zugabe anderer Legierungselemente (wie Silizium, Aluminium, Mangan, Blei, Eisen, Nickel usw.) zu gewöhnlichem Messing. Bei Gussmessing handelt es sich meist um Sondermessing.
(1) Legierungsbestandteile und Metallladungsanforderungen. Bei der chemischen Zusammensetzung von Kupferlegierungen sollten aufgrund des großen Variationsbereichs der Hauptkomponenten bei der Berechnung der Inhaltsstoffe geeignete Inhaltsstoffe basierend auf ihren Leistungsanforderungen ausgewählt werden. Die chemische Zusammensetzung der Legierung sollte GB1176-87 entsprechen. Die Inhaltsstoffe mehrerer häufig verwendeter Messingschmelzzutaten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
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Es ist erforderlich, dass das Ofenmaterial trocken und sauber ist und Schmutz und Rost durch Sandblasen entfernt werden.
(2) Chargenverhältnis Gemäß den allgemeinen Gießpraktiken sollte die Zusammensetzung neuer Materialien mindestens 30 % des Gesamtgewichts der Charge ausmachen und die recycelten Materialien sollten höchstens 70 % ausmachen. Bei der tatsächlichen Produktion gehen wir jedoch davon aus, dass Kupferlegierungen viele recycelte Materialien enthalten. Wenn der Massenanteil an recycelten Materialien am Anteil der Ofenmaterialien größer oder gleich 90 % ist, ist die Schmelzqualität immer noch sehr gut. Die Analyse des chemischen Spektrums beweist, dass die Zusammensetzung der Gussteile qualifiziert ist. Wenn viel recyceltes Material vorhanden ist, muss berücksichtigt werden, ob die Verunreinigungen in der Legierung den Standard überschreiten.
(3) Vorbereitung vor dem Schmelzen.
① Vorbereitung der Metallcharge: Die recycelte Charge besteht aus Gussschrott, Gießrohren und umgeschmolzenen Barren derselben Marke, die eine klare chemische Zusammensetzung haben müssen. Vor dem Betreten des Ofens wird durch Sandblasen Oberflächenschmutz entfernt und der Ofen nach dem Vorheizen beschickt (die erste Charge kalter Ofenschmelzen kann mit dem Ofen vorgewärmt werden); Elektrolytkupfer wird mit Sand geblasen, um Schmutz zu entfernen, und nach dem Vorwärmen auf 500-550 Grad zur Entfernung von Feuchtigkeit (die erste Charge kalter Ofenschmelzen kann mit dem Ofen vorgewärmt werden; reine Metallelemente können vor dem Eintritt in den Ofen vorgewärmt werden Die maximale Größe der Metallladung sollte 1/3 des Tiegeldurchmessers und die Länge 4/5 der Tiegeltiefe nicht überschreiten. ② Vorbereitung des Tiegels und der Schmelzausrüstung und Werkzeuge: Der Tiegel sollte vor der Verwendung frei von Rissen und anderen Schäden sein, die die Sicherheit beeinträchtigen, um Risse an der Innenfläche des alten Tiegels zu vermeiden Art der Schmelzlegierung: Der Tiegel sollte vor dem Schmelzen mit der gleichen Legierungsreihe geschmolzen und gewaschen werden. Der Rührstab aus feuerfesten Materialien und Graphit muss gründlich von Farb- und Rostresten gereinigt und mit einer Schicht aus feuerfestem Material beschichtet werden malen, dann trocknen und zur Verwendung beiseite stellen; Die Barrenform muss vor der Verwendung gründlich gereinigt und nach dem Auftragen der Farbe auf 100-150 Grad vorgewärmt werden.
(4) Vorbereitung von Abdeckmittel und Flussmittel
①Holzkohle sollte in einen verschlossenen Backofen gegeben und bei mindestens 800 Grad 4 Stunden lang gebacken werden. Es sollte verhindert werden, dass es im gebrauchsfertigen Zustand Feuchtigkeit aufnimmt. ②Das Abdeckmittel besteht zu 63 % aus Borax und zu 37 % aus Glasscherben. Als Abdeckmittel kann auch Trockenkohle verwendet werden. Abdeckmittel müssen getrocknet und von Rückständen befreit werden.
(5) Legierungsschmelzprozess
① Den Tiegel zunächst dunkelrot vorheizen und 20-40 cm dicke Holzkohle auf den Boden geben.
②Elektrolytisches Kupfer hinzufügen, schnell erhitzen und schmelzen, dann die Zwischenlegierung in der Reihenfolge zuerst mit dem höchsten Schmelzpunkt und dann mit dem niedrigsten Schmelzpunkt (falls vorhanden) hinzufügen und schließlich wieder zur Ofenbeschickung hinzufügen und hinzufügen Holzkohle gleichzeitig, um sicherzustellen, dass der Legierungsflüssigkeitsstand nicht der Luft ausgesetzt wird.
③ Das Schmelzen von Messing erfordert im Allgemeinen auch eine Desoxidation. Nachdem das gesamte Kupfer geschmolzen ist, wird Phosphorkupfer (berechnet als P, der 0,04 %-0,06 % des Gewichts des geschmolzenen Kupfers ausmacht) hinzugefügt, wenn die Temperatur 1150-1200 erreicht. Grad für Desoxidation. Nach einem praktischen Vergleich zwischen Desoxidation und Nicht-Desoxidation ist die Oberflächenqualität von desoxidierten Gussteilen besser als die ohne Desoxidation.
④Fügen Sie zusätzliche Legierungselemente entsprechend den Zusammensetzungsanforderungen jeder Legierungssorte hinzu: Geben Sie eine Aluminium-Kupfer-Vorlegierung mit einem Grad von 1100-1120 hinzu, fügen Sie bei einem Stromausfall reines Zink und reines Aluminium in Chargen mit einem Grad von 1100-1150 hinzu und rühren Sie um. Beim Schmelzen von Siliziummessing sollte zuerst Silizium und dann Zink hinzugefügt werden; Beim Schmelzen von Bleimessing sollte zuerst Zink und dann Blei hinzugefügt werden. Die Zugabetemperatur des Zinkelements sollte kontrolliert werden. Sinkt die Temperatur nach der Zinkzugabe, kann Strom zwischengeschaltet werden. Wenn die Temperatur der Legierungsflüssigkeit höher als 1200 Grad ist, ist die Zugabe von Zink nicht zulässig.
⑤ Entfernen Sie die Schlacke aus dem Ofen, stellen Sie die Legierungsflüssigkeit auf die gemäß der Gussprozesskarte erforderliche Temperatur ein und entleeren Sie sie dann schnell zum Gießen aus dem Ofen. Die Gießtemperatur der Legierung ist einer der Faktoren, die die Leistung des Gussstücks beeinflussen. Die allgemeine Ofentemperatur beträgt ZCuZn38: 1100-1130 Grad; ZCuZn40Pb2: 1080-1100 Grad; ZCuZn31Al2: 1120-1140 Grad; ZCuZn16Si4: 1100-1140 Grad.
⑥ Wenn zwei unterschiedliche Legierungsqualitäten geschmolzen werden und ihre chemische Zusammensetzung beeinträchtigt wird, sollte der Ofen zwischendurch gewaschen werden. Verwenden Sie beispielsweise den Tiegel und die Werkzeuge, die zum Schmelzen von Aluminiumbronze verwendet wurden, zum Schmelzen von Zinnbronze, und der Tiegel und die Werkzeuge müssen Aluminium enthalten. Obwohl Aluminium ein qualifizierter Bestandteil von Aluminiumbronze ist, ist es in Zinnbronze das schädlichste Element. .
Nachdem die allgemeine Kupferlegierung desoxidiert ist, können qualifizierte Gussteile erhalten werden. Aluminiumbronze, Aluminiummessing, Siliziumbronze usw. oxidieren jedoch leicht und bilden die Oxide Al2O3 und SiO2 mit hohem Schmelzpunkt, was dazu führt, dass Gussteile Schlackeneinschlüsse bilden, die durch Raffinieren entfernt werden müssen. Zu den häufig verwendeten Raffinationsmitteln gehören: Natriumchlorid mit einem Massenverhältnis von 60 % +40 % Kryolith oder 20 % Kryolith +20 % Fluorit +60 % Natriumfluorid usw.
3. Schmelzen von Bronze
Gussbronze kann je nach Zusammensetzung in Zinnbronze und zinnfreie Bronze unterteilt werden. Zinnbronze ist eine Legierung auf Kupferbasis mit Zinn als Hauptlegierungselement. Es weist eine gute Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, gute Festigkeit und Plastizität auf. Zu den zinnfreien Bronzen zählen Aluminiumbronze, Bleibronze, Siliziumbronze usw., die unterschiedliche Hauptelemente enthalten. Aluminiumbronze ist beispielsweise eine Legierung auf Kupferbasis mit Aluminium als Hauptlegierungselement.
(1) Legierungsbestandteile und Metallladungsanforderungen. Die Zutaten zum Schmelzen mehrerer häufig verwendeter Bronzelegierungen sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Anforderungen: Es ist erlaubt, der ZCuAl10Fe3-Legierung {{0}},7 % ~ 0,9 % Ni und 0,3 % ~ 0,4 % Mn zuzusetzen, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern der Legierung.
(2) Ladungsverhältnis. Die Zusammensetzung neuer Materialien sollte mindestens 30 % des Gesamtgewichts der Ofenmaterialien ausmachen, und die recycelten Materialien sollten höchstens 70 % ausmachen.
(3) Vorbereitung vor dem Schmelzen. Die Vorbereitungen vor dem Schmelzen von Bronze sind die gleichen wie beim Schmelzen von Messing. Holzkohle sollte in einen geschlossenen Backofen gegeben und bei mindestens 800 Grad 4 Stunden lang gebacken werden. Es sollte verhindert werden, dass es im gebrauchsfertigen Zustand Feuchtigkeit aufnimmt. Strohasche sollte zu Pulver gemahlen, Feuchtigkeit entfernt und gründlich getrocknet werden. Achten Sie vor der Verwendung auf Feuchtigkeitsbeständigkeit. Abdeckmittel müssen getrocknet und von Rückständen befreit werden.
(4) Legierungsschmelzprozess. Es gibt viele Arten von Bronzeguss. Hier werden nur einige typische Legierungen besprochen. Als Referenz können andere Kupferlegierungen des gleichen Typs verwendet werden.
Schmelzen von ZCuSn10Pb1 und ZCuPb10Sn10:
① Den Tiegel zunächst dunkelrot vorheizen und 20 cm -40 cm dicke Holzkohle auf den Boden geben.
②Fügen Sie Elektrolytkupfer hinzu, erhitzen Sie es schnell und schmelzen Sie es, fügen Sie dann die recycelten Materialien hinzu und fügen Sie gleichzeitig Holzkohle hinzu, um sicherzustellen, dass der Flüssigkeitsstand der Legierung nicht der Luft ausgesetzt ist.
③Nachdem die zurückgegebene Ladung geschmolzen ist, fügen Sie Phosphorkupfer hinzu (im Allgemeinen 0,5 % des Gewichts der Ladung, und das gesamte Phosphorkupfer, das beim Schmelzen von Phosphor-Zinn-Bronze verwendet wird, kann hinzugefügt werden).
④Zink, Zinn und Blei nacheinander hinzufügen (je nach Zutaten). Nachdem die vorherige Charge vollständig geschmolzen ist, fügen Sie die nächste hinzu und rühren Sie die Legierungsflüssigkeit kontinuierlich um.
⑤Stellen Sie die Temperatur der Legierungsflüssigkeit auf einen Wert zwischen 1100-1150 Grad ein.
⑥Schlacke aus dem Ofen brechen, Phosphorkupfer hinzufügen (im Allgemeinen 0,1 % des Chargengewichts), desoxidieren, gleichmäßig umrühren und eine Schicht Strohasche auf die Oberfläche der Legierungsflüssigkeit streuen, die Legierungsflüssigkeit anpassen auf die von der Gießprozesskarte geforderte Temperatur (normalerweise 1130 -1180 Grad) bringen und dann schnell aus dem Ofen gießen.
Schmelzen von ZCuAl10Fe3 und ZCuAl10Fe3Mn2:
① Verwenden Sie zum Schmelzen dieser beiden Legierungen keine Tiegel, in denen andere Legierungsqualitäten geschmolzen sind.
② Den Tiegel dunkelrot vorheizen und das vorbereitete Flussmittel hinzufügen. (Flussmittelzusammensetzung: Kryolith 20 % (Massenanteil), Natriumfluorid 60 %, Calciumfluorid 20 %).
③Fügen Sie gleichzeitig auf etwa 200 Grad vorgewärmte dünne Stahlbleche mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und recycelte Materialien hinzu, rühren Sie die Legierung nach dem Schmelzen um und erhöhen Sie die Temperatur auf 1150-1180 Grad.
④Fügen Sie 0,3 % des Legierungsgewichts an Phosphorkupfer zur Desoxidation hinzu und fügen Sie Flussmittel hinzu.
⑤Fügen Sie reines Aluminium und reines Mangan (je nach Zutaten) hinzu, die auf 200 Grad vorgewärmt sind, und portionsweise. Nachdem jede Charge hinzugefügt wurde, drücken Sie sie mit einem Rührstab hinein, um sie schnell zu schmelzen, und rühren Sie kontinuierlich um, um die Zutaten gleichmäßig zu machen. ** Stellen Sie abschließend die Temperatur der Legierungsflüssigkeit auf zwischen 1120-1220 Grad ein.
⑥Bedecken Sie die Schlacke mit Strohasche, passen Sie die Legierungstemperatur gemäß der Gießprozesskarte an (normalerweise 1160-1200 Grad) und passen Sie dann schnell den Gießprozess an.
4. Sicherheitsvorkehrungen
Eine sichere Produktion ist in der Gießereiindustrie eine Grundvoraussetzung. Das Schmelzen von reinem Kupfer und Kupferlegierungen muss:
(1) Die Bediener sollten Schutzausrüstung tragen, die Baustelle sauber halten und die Ansammlung von Wasser oder Schmutz verhindern.
(2) Überprüfen Sie vor dem Starten des Ofens, ob die verwendeten Geräte intakt sind. Wenn es unsichere Faktoren gibt, sollten diese rechtzeitig beseitigt werden.
(3) Das Vorheizen kann nur nach sorgfältiger Prüfung und Bestätigung durchgeführt werden, dass sich in der Ladung keine explosiven oder gefährlichen Stoffe befinden.
(4) Schmelz- und Gießwerkzeuge wie Rührstäbe, Eisenlöffel, Entschlackungswerkzeuge usw. dürfen ohne Vorwärmen nicht mit der Legierungsflüssigkeit in Berührung kommen.
(5) Die beim Gießen verbleibende Legierungsflüssigkeit muss in die vorgeheizte Kokille gegossen werden und darf nicht direkt auf den Boden gegossen oder zurück in den Ofen gegossen werden.
5. Mehrere Punkte, die beim Schmelzen beachtet werden sollten
(1) Die Schmelzzeit sollte kontrolliert werden. Die Zeit vom Beginn des Schmelzens bis zum Ende des Schmelzens (die Legierung verlässt den Ofen) wird als Schmelzzeit bezeichnet. Die Länge der Schmelzzeit wirkt sich nicht nur auf die Produktivität aus, sondern hat auch erhebliche Auswirkungen auf die Qualität der Gussteile. Da die Schmelzzeit zunimmt, nimmt die Verbrennungsgeschwindigkeit der Elemente der Legierung zu und die Wahrscheinlichkeit einer Gasabsorption steigt. Daher sollten die Schmelzarbeiten in kürzester Zeit abgeschlossen sein. Nach Möglichkeit sollte die Vorwärmtemperatur der Ladung so weit wie möglich erhöht werden und der Betrieb kompakt und schnell erfolgen.
(2) Der zum Schmelzen verwendete Rührstab sollte ein Kohlenstoffstab sein. Bestimmte Elemente in Kupferlegierungen wie Eisen und Blei liegen beim Schmelzen in Form mechanischer Gemische vor. Es gibt auch einige Elemente, die aufgrund unterschiedlicher Dichten dazu neigen, eine Segregation und Schichtung nach spezifischem Gewicht zu erzeugen. Die Praxis hat gezeigt, dass diese Elemente während des Schmelz- und Gießprozesses leicht zu einer ungeeigneten chemischen Zusammensetzung und ungeeigneten mechanischen Eigenschaften führen können. Um dieses Phänomen zu überwinden, müssen wir Rühren einsetzen, das ein unverzichtbarer Bestandteil des Schmelzens und Gießens ist. Während der Temperaturmessung und Kühlung ist jedoch im Allgemeinen kein Rühren erforderlich. Die Materialzusammensetzung des verwendeten Rührers ist in der Regel Graphit. Dies liegt daran, dass bei der Verwendung anderer Rührmaterialien, beispielsweise eines Eisenstabs, der Eisenstab während des Rührvorgangs schmilzt, was sich auf die chemische Zusammensetzung der Legierung auswirkt. Wenn gleichzeitig der Eisenstab im Ofen auf eine höhere Temperatur vorgewärmt wird oder die Rührzeit länger ist, gelangen die Oxide auf dem Eisenstab in die Legierungsflüssigkeit und werden zu Verunreinigungen; Wenn der Eisenstab auf eine niedrigere Temperatur vorgewärmt wird, wird die Legierung während des Rührens gerührt. Auf die Haftung am Eisenstab kann bei der Fertigung geachtet werden.
(3) Probleme bei der Verwendung von Abdeckmitteln beim Schmelzen. Beim Schmelzen von Kupferlegierungen beträgt die Menge des Abdeckmittels im Allgemeinen: 0,8 %-1,2 % des Chargengewichts bei Verwendung von Glas und Borax, da die Dicke der Abdeckschicht betragen muss gehalten bei 10- 15cm; Bei Verwendung von Holzkohle beträgt die Dosierung etwa 0,5 %-0,7 % des Ladungsgewichts und die Dicke der Deckschicht sollte bei 25-35 cm gehalten werden. Die Entfernung des Abdeckmittels erfolgt in der Regel vor dem Gießen. Wenn dies zu früh erfolgt, erhöht sich die Oxidation und Luftaufnahme der Kupferlegierung. Wenn Holzkohle als Abdeckmittel verwendet wird und die schlackenblockierende Wirkung gut ist, ist es nicht erforderlich, das Abdeckmittel zu entfernen, sodass es auch während des Gießvorgangs eine schlackenblockierende Rolle spielen kann und die Wirkung idealer ist.
