合金の溶解と注入は、鋳造製造における重要なプロセスです。製錬および注湯プロセス全体を厳密に制御することは、ピンホール、介在物、ミスラン、亀裂、気孔、収縮などの鋳造欠陥を防止する上で重要な役割を果たします。
溶融したアルミニウムは水素を吸収する傾向が強く、酸化性が強く、鉄を容易に溶解するため、高品質の鋳物を製造するには、溶解および鋳造のプロセス中に単純かつ慎重な予防措置を講じる必要があります。-
1. アルミニウム合金炉材の冷却と品質管理
高品質の溶融アルミニウムを製造するには、まず認定された原材料を選択する必要があります。{0}原材料は科学的に管理され、適切に処理されなければなりません。そうしないと、合金の品質が重大な影響を受けます。製造現場では、原材料 (金属材料や補助材料を含む) が厳密に管理されていない場合、鋳造品のバッチが廃棄される可能性があることがわかっています。
(1) 原材料は、次のような特定の要件を満たす、認定された化学組成および構造を持っていなければなりません。
工場に入る合金インゴットの主成分と不純物含有量の分析に加え、低合金組織と破面の検査も行われます。{0}深刻な引け巣、ピンホール、気泡を含むアルミニウム溶湯を使用すると、緻密な鋳物を得ることが困難になり、炉全体または鋳物のバッチが廃棄される可能性さえあることが実際に証明されています。
アルミニウム-合金のインゴットがアルミニウム合金の気孔率に及ぼす影響を研究したところ、溶融した純粋な砂-鋳型で作られたテストブロックを使用した場合には気孔が現れないことがわかりました。しかし、低品質で標準以下のアルミニウム-合金インゴットを加えた後、テストブロックには深刻な多孔性と粗大な粒子が見られました。その理由は、マテリアルの継承効果によるものです。アルミニウム-シリコン合金の場合、継承効果は含有量とともに増加し、シリコン含有量が 7% に達すると顕著になります。共晶組成までシリコン含有量を増加し続けると、継承効果がわずかに減少します。炉素材の継承効果によって引き起こされる鋳造欠陥を解決するには、冶金学的品質の高いアルミニウムインゴット、中間合金、およびその他の炉材料を選択する必要があります。具体的な基準は以下のとおりです。
1) 破断面にピンホールやガスホールがないこと
ピンホールはグレード 3 以内である必要があり、局所的 (検査エリアの 25% 以下) がグレード 3 を超えてはなりません。グレード 3 を超える場合は、ピンホール レベルを減らすために再溶解を実行する必要があります。再溶解・精錬方法は一般のアルミニウム合金の溶解と同様です。鋳造温度は 660 度を超えてはなりません。アルミニウムインゴットまたは元の粒子が大きい合金インゴットの場合は、まず金型温度を低くして、素早く凝固させて粒子を微細化する必要があります。
(2) 有料マテリアルハンドリング
使用前に、装入材料をサンドブラストして、表面の錆、グリース、その他の汚染物質を除去する必要があります。表面が比較的きれいで保管期間が短いアルミニウム合金インゴットおよび金属スクラップは、サンドブラストを必要としない場合がありますが、装入物に混入した鉄フィルターまたは埋め込まれたコンポーネントはすべて除去する必要があります。すべての装入材料は、表面の水分を除去し、溶解時間を 3 時間以上短縮するために、炉に入れる前に予熱する必要があります。
(3) 炉材の管理・保管
合金の品質を確保するには、炉の材料を適切に保管および管理することが重要です。炉の材料は、温度変化が少なく乾燥した状態の倉庫に保管する必要があります。
2.るつぼと製錬ツールの準備
（１）アルミニウム合金の鋳造には一般的な鉄製るつぼが使用されるが、鋳鋼製や溶接鋼板製のるつぼも使用できる。
新しいるつぼも、長期間使用していない古いるつぼも、使用前にサンドブラストを施し、700 ～ 800 度に加熱し、この温度を 2 ～ 4 時間維持して、るつぼの内壁に付着した水分や可燃性物質を焼き落とします。 300 度以下に冷却したら、るつぼの内壁を注意深く洗浄し、温度が 200 度以上になってからコーティングを塗布します。
るつぼは使用前に暗赤色 (500 ～ 600 度) になるまで予熱し、この温度で 2 時間以上維持する必要があります。新しいるつぼの場合、実際の材料を製錬する前に、最初に同じグレードのリサイクル材料のバッチを溶解することが最善です。
(2) 製錬道具の準備
ベルカバー、つぶし蓋、かき混ぜスプーン、注ぎ袋
使用前に、金型およびその他の装置を予熱し、150 ～ 200 度の温度で保護層をコーティングし、完全に乾燥させる必要があります。乾燥温度は 200 ～ 400 度、保持時間は 2 時間以上にしてください。使用後は表面に付着した酸化物やフッ化物を完全に除去してください（サンドブラスト処理を推奨）。
3. 溶融温度の制御
溶解温度が低すぎると、合金元素の溶解やガスや介在物の除去が促進されず、偏析、コールドシャット、およびミスランの傾向が増加します。また、ライザー内の熱が不十分になり、鋳物の適切な供給が妨げられる可能性もあります。いくつかの参考文献によると、すべてのアルミニウム合金の溶解温度は少なくとも 705 度に達し、撹拌を行う必要があります。一方、溶融温度が高すぎるとエネルギーを浪費するだけでなく、より重要なことに、水素吸収の増加、粒子の粗大化、アルミニウムの酸化がより激しくなり、一部の合金元素の損失が大きくなります。その結果、合金の機械的性質が低下し、鋳造および機械加工の性能が低下し、熱処理の有効性が低下し、鋳物の気密性が低下します。
製造現場では、合金溶融物を高温まで急速に加熱し、適切な撹拌を行うと、すべての合金元素 (特に高融点金属元素) が溶解するのに役立つことが証明されています。浮遊スラグを除去した後、温度を流動点まで下げると、偏析が最小限に抑えられ、溶存水素が減少し、高い機械的特性を備えた均一で緻密な合金が得られます。アルミニウム溶湯の温度は肉眼では判断しにくいため、どのような溶解炉を使用する場合でも、測定器を使用して温度管理する必要があります。測定器は定期的に校正し、メンテナンスする必要があります。正確な温度測定と長い耐用年数を保証するために、熱電対スリーブは金属ブラシで定期的に清掃し、保護塗料でコーティングする必要があります。
4. 溶解時間の制御
アルミニウム溶湯の酸化、ガス吸収、鉄の溶解を軽減するには、炉内でのアルミニウム溶湯の滞留時間を最小限に抑え、溶解を迅速に行う必要があります。溶解開始から注入完了までの時間は、砂型鋳造の場合は4時間、金型鋳造の場合は6時間、ダイカストの場合は8時間を超えないようにしてください。
溶解プロセスを促進するには、融点の低い中サイズのスクラップとアルミニウム-の中間合金を最初に追加し、るつぼの底に溶解プールがすぐに形成されるようにする必要があります。次に、より大きなスクラップと純アルミニウムのインゴットを追加すると、膨張する溶融プールに徐々に浸されて急速に溶解します。装入物の主要部分が溶解した後、少量のより高融点の中間合金を追加し、温度を上げて撹拌して溶解を促進します。最後に、温度を下げ、酸化しやすい合金元素を圧入して損失を最小限に抑えます。
5. 溶融物の移送と注入
固体アルミナの密度は溶融アルミニウムの密度とほぼ同じですが、アルミニウム溶湯に入るとるつぼの底に沈むまでに十分な時間がかかります。対照的に、酸化後にアルミニウムの表面に形成されるアルミナ膜は、アルミニウム溶融物と接触している面は緻密ですが、空気にさらされている面は疎であり、直径60〜100Åの多数の細孔が含まれています。このフィルムは表面積が大きく吸着力が強いため、水蒸気を吸着しやすく、さらには浮きやすい性質を持っています。そのため、この酸化皮膜はアルミニウム溶湯との密度差が小さいため、溶湯に混入すると沈降や浮上が非常に遅く、溶湯からの除去が困難となり、鋳物中にガス孔や介在物が発生する原因となります。したがって、アルミニウム溶湯を移送する際には、溶融金属の撹拌を最小限に抑え、溶湯が空気にさらされるのをできるだけ減らすことが重要です。
傾斜るつぼを使用して溶湯を注ぐ場合は、溶湯と空気の混合を避けるため、取鍋を炉の注ぎ口にできるだけ近づけて傾斜させ、溶融金属が取鍋の側壁に沿って流れるようにし、取鍋底に直接溶湯が当たり撹拌や飛び散りの原因となるのを防ぎます。
正しく合理的な鋳造方法を使用することは、高品質の鋳物を得る重要な条件の 1 つです。{0}}製造現場では、以下の点に注意することが鋳造欠陥の防止と低減に非常に効果的であることがわかっています。
(1) 注湯前に、炉の溶湯温度、注湯取鍋の能力、表面のコーティング層の乾燥状態、その他の道具類の準備が十分であるかどうかを十分に確認してください。注ぐ 3 ～ 5 分前に、金属製の注ぐカップを砂型の上に置きます。このとき、取鍋の温度は150度を超えないようにしてください。設置が早すぎる場合、または温度が高すぎる場合は、注入チャンネル内に大量のガスが蓄積し、注入中に爆発の危険が生じる可能性があります。
(2) ドラフトのある場所での注湯は、溶湯の酸化や燃焼が激しく、鋳物に酸化介在物やその他の欠陥が発生する可能性があるので行わないでください。
(3) 坩堝から溶湯を取り出す際は、取鍋の底で溶湯表面の酸化膜やフラックス層を静かに取り除いた後、ゆっくりと取鍋を溶湯に浸し、取鍋の広い口で溶湯をすくい取り、取鍋を確実に持ち上げてください。
(4) 柄杓を持ち運ぶときは、手のひらで傾けないようにしてください。着実に歩く。取鍋を高く持ち上げすぎないようにして、内部の金属レベルを安定させて乱さないようにしてください。
(5) 注湯時に型内にスラグや酸化皮膜等が持ち込まれないように、注湯直前に取鍋からスラグを取り除いてください。
(6) 注湯中、溶融金属の流れが安定していることを確認してください。中断したり、スプルーの底に直接向けたりしないでください。スプルーは上から下まで充填する必要があり、液面は安定した状態を保つ必要があります。注湯速度を適切にコントロールしてください。通常、溶融物が均一に充填されるように少しゆっくりと注ぎ始めてから、速度をわずかに上げて比較的一定の注入速度を維持します。
(7) 注湯工程中は、溶湯の過度の酸化を避けるため、取鍋の注ぎ口と湯口との距離を 50 mm を超えない程度にできるだけ近づけてください。
(8) プラグ付きスプルーの場合、プラグの抜きすぎは避けてください。スプルーに溶融金属が充填された後、金型チャネル内での渦の形成を防ぐために、プラグを斜めに徐々に取り外します。
(9) るつぼの底から 60 mm 未満の溶融金属は鋳造に使用しないでください。
