英文別名

英文別名:Aluminum, compd. with nickel (1:1);Nickel aluminide; Aluminium, compound with nickel (1:1); aluminum - nickel (1:1)

CAS:12003-78-0

EINECS:234-439-6

摘要

灰鑄鐵耐腐蝕性能差，為增強(qiáng)水泵的可靠性需要換材質(zhì)為高鋁青銅。本文對(duì)高鋁青銅的鑄造性能進(jìn)行了研究。

是以井用潛水電泵為主，葉輪的材質(zhì)一般為灰鑄鐵，但應(yīng)根據(jù)輸送的介質(zhì)及客戶要求來(lái)確定，如在海洋環(huán)境下使用，由于海水的腐蝕性大，導(dǎo)致水泵用不了多長(zhǎng)時(shí)間，流量下降，效率降低，因此更換葉輪材質(zhì)是當(dāng)務(wù)之急。我公司終極選擇的材質(zhì)是高鋁青銅。高鋁青銅是以銅、鋁為基，添加Mn、Fe、Ni等合金元素的多元銅基合金，因其具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐磨和減磨性能等而被廣泛應(yīng)川，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

但是，由于多元高鋁青銅在熔煉過(guò)程中吸氣嚴(yán)重，且危害很大，如氧主要以氧化亞銅的形式分布在晶粒邊界上，會(huì)降低銅合金的塑性，使鑄件報(bào)廢。目前，由于我公司沒(méi)有在真空狀態(tài)下熔煉的條件，因此把握并總結(jié)防止葉輪產(chǎn)生氣孔缺陷的工藝措施和方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

氣體來(lái)源

高銷青銅合金液中的氣體來(lái)源主要有兩種途徑：一是合金在熔煉中吸氣；二足合金在澆注過(guò)程中吸氣，包括由于澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不公道、澆注速度控制不當(dāng)?shù)仍蛞鸬墓鼩?，以及鑄型未烘干、透氣性差等原因產(chǎn)生的氣體

氣孔特征

高鋁青銅合金的吸氣量很大，若在熔煉過(guò)程中除氣不徹底，則在凝固時(shí)隨溫度的下降，溶解在合金中的飽和狀態(tài)的氫將析出并形成氣泡，實(shí)際澆注時(shí)液面呈現(xiàn)明顯上漲，產(chǎn)品斷面上均勻分布著細(xì)小的孔眼，多數(shù)呈針孔狀，有少數(shù)呈多角形或斷續(xù)裂紋狀，是典型的析出型氣孔特征。

試驗(yàn)工藝方案

根據(jù)氣體來(lái)源、氣孔特性和鋁青銅的熔煉特點(diǎn)，我們有針對(duì)性地設(shè)計(jì)了一些工藝方案，以探索高鋁青銅的成形工藝方案和消除鑄件氣孑L缺陷的有效措施。

采用石墨坩堝、中頻感應(yīng)電爐。原材料為純銅(wcu>99.7%)，鋁錠(wAI=99.7%)、純鎳(wNi=99.5%)、純錳(wMn =99.5%)、純鋅(wZn=99.7%)、鐵(潔凈度好并往油污)、純鈷(wco=99.5%)、RE和六氯乙烷，用稻草灰集渣覆蓋。操縱方法為：先將電石放進(jìn)爐底，然后依次裝進(jìn)用銅塊兩面包住鋁塊一起壓進(jìn)熔爐的深處，再將Co、Ni、h、Mn等少量或微量合金的金屬碎塊夾存其中，盡量裝實(shí)，剩余少量的鋁板和鋅作調(diào)節(jié)溫度和預(yù)脫氖之用。裝料后將爐體連同合金料一起小功率預(yù)熱5～8min，然后加大功率快速熔化，待所有爐料化清后，用石墨棒充分?jǐn)嚢瑁谷垠w內(nèi)各種合金元素混合均勻并吹氣精煉后，壓進(jìn)剩余的銅板和鋁板，保溫至1250℃，預(yù)脫氧后進(jìn)進(jìn)合金的精煉階段。

清除氣孔缺陷，一般都是從“放”、“熔”和“排”三方面著手。具體采取如下方法：

(1)吹氮(氬)聯(lián)合化學(xué)精煉除氣。全部合金熔煉后，在澆注之前先吹氮(氬)對(duì)合金進(jìn)行物理凈化，待吹氣5～8min、靜置2～3min后，用鐘罩壓進(jìn)六氯乙烷進(jìn)行深層凈化處理，取樣進(jìn)行觀察后，在合金液面覆蓋草木灰，靜置3～5min后，扒開(kāi)渣子，在1160～1200℃進(jìn)行澆注。此方法可使氫氣和氧化物夾渣被氮?dú)饣驓鍤馀菸蕉莩龊辖鹨好妗?/p>

(2)預(yù)脫氧與稀土終脫氧。吹氮(氬)結(jié)束后，先向合金液中加人預(yù)留的Cu和Al，以調(diào)整溫度和預(yù)脫氧，然后加稀土進(jìn)行終脫氧。稀土能與氫結(jié)合天生密度小的氫化物，并上浮至銅液表面，在高溫下重新分解，排出氧氣，或被氧化進(jìn)進(jìn)渣相而被往除。

高鋁青銅合金在鑄造過(guò)程中易氧化，因此在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別留意其撇渣效果，不但要求對(duì)二次氧化渣有擋渣作用，而且還要求在澆注過(guò)程中合金液活動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流和飛濺現(xiàn)象，使合金液表面的AI2O3，保護(hù)膜不至于破碎而卷進(jìn)合金形成二次氧化渣。另外，采用半封閉、半開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，各組元截而積之比為F直：F橫：F內(nèi)=1：1.7：1.2，它具有封閉開(kāi)放式的優(yōu)點(diǎn)，澆注初期平穩(wěn)，不沖洗鑄型，也不會(huì)產(chǎn)生渦流和飛濺現(xiàn)象，避免了氣體的卷進(jìn)。

結(jié)語(yǔ)

高鋁青銅合金葉輪在澆注后的凝幽過(guò)程中輕易產(chǎn)生析出性氣孔缺陷，氣泡的形成與熔煉和澆注工藝有密切的關(guān)系。采用共裝法一次快速熔煉，結(jié)合吹氮(氬)氣和六氯乙烷化學(xué)精煉除氣，以及預(yù)脫氧和稀土終脫氧聯(lián)合工藝措施，并設(shè)汁應(yīng)用半封閉底注式澆注系統(tǒng)，減少了熔煉過(guò)程中高銷青銅合金的吸氣及排出合金液已吸進(jìn)氣體的題目，取得了較好的效果，消除了高鋁青銅合金葉輪氣孔的缺陷，材質(zhì)力學(xué)性能大幅進(jìn)步，增強(qiáng)了水泵的可靠性，滿足了用戶的需要。