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，為增強水泵的可靠性需要換材質為高鋁青銅。本文對高鋁青銅的鑄造性能進行了研究。

是以井用潛水電泵為主，葉輪的材質一般為灰鑄鐵，但應根據(jù)輸送的介質及客戶要求來確定，如在海洋環(huán)境下使用，由于海水的腐蝕性大，導致水泵用不了多長時間，流量下降，效率降低，因此更換葉輪材質是當務之急。我公司終極選擇的材質是高鋁青銅。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)良的力學性能、耐磨和減磨性能等而被廣泛應川，經(jīng)濟效益十分明顯。

但是，由于多元高鋁青銅在熔煉過程中吸氣嚴重，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，會降低銅合金的塑性，使鑄件報廢。目前，由于我公司沒有在真空狀態(tài)下熔煉的條件，因此把握并總結防止葉輪產(chǎn)生氣孔缺陷的工藝措施和方法具有重要的現(xiàn)實意義。

氣體來源

高銷青銅合金液中的氣體來源主要有兩種途徑：一是合金在熔煉中吸氣；二足合金在澆注過程中吸氣，包括由于澆注系統(tǒng)設計不公道、澆注速度控制不當?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，若在熔煉過程中除氣不徹底，則在凝固時隨溫度的下降，溶解在合金中的飽和狀態(tài)的氫將析出并形成氣泡，實際澆注時液面呈現(xiàn)明顯上漲，產(chǎn)品斷面上均勻分布著細小的孔眼，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。

試驗工藝方案

根據(jù)氣體來源、氣孔特性和鋁青銅的熔煉特點，我們有針對性地設計了一些工藝方案，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：先將電石放進爐底，然后依次裝進用銅塊兩面包住鋁塊一起壓進熔爐的深處，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，剩余少量的鋁板和鋅作調節(jié)溫度和預脫氖之用。裝料后將爐體連同合金料一起小功率預熱5～8min，然后加大功率快速熔化，待所有爐料化清后，用石墨棒充分攪拌，使熔體內各種合金元素混合均勻并吹氣精煉后，壓進剩余的銅板和鋁板，保溫至1250℃，預脫氧后進進合金的精煉階段。

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)合化學精煉除氣。全部合金熔煉后，在澆注之前先吹氮(氬)對合金進行物理凈化，待吹氣5～8min、靜置2～3min后，用鐘罩壓進六氯乙烷進行深層凈化處理，取樣進行觀察后，在合金液面覆蓋草木灰，靜置3～5min后，扒開渣子，在1160～1200℃進行澆注。此方法可使氫氣和氧化物夾渣被氮氣或氬氣泡吸附而逸出合金液面。

(2)預脫氧與稀土終脫氧。吹氮(氬)結束后，先向合金液中加人預留的Cu和Al，以調整溫度和預脫氧，然后加稀土進行終脫氧。稀土能與氫結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，或被氧化進進渣相而被往除。

高鋁青銅合金在鑄造過程中易氧化，因此在澆注系統(tǒng)設計時應特別留意其撇渣效果，不但要求對二次氧化渣有擋渣作用，而且還要求在澆注過程中合金液活動平穩(wěn)，不產(chǎn)生渦流和飛濺現(xiàn)象，使合金液表面的AI2O3，保護膜不至于破碎而卷進合金形成二次氧化渣。另外，采用半封閉、半開放式澆注系統(tǒng)，各組元截而積之比為F直：F橫：F內=1：1.7：1.2，它具有封閉開放式的優(yōu)點，澆注初期平穩(wěn)，不沖洗鑄型，也不會產(chǎn)生渦流和飛濺現(xiàn)象，避免了氣體的卷進。

結語

高鋁青銅合金葉輪在澆注后的凝幽過程中輕易產(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系。采用共裝法一次快速熔煉，結合吹氮(氬)氣和六氯乙烷化學精煉除氣，以及預脫氧和稀土終脫氧聯(lián)合工藝措施，并設汁應用半封閉底注式澆注系統(tǒng)，減少了熔煉過程中高銷青銅合金的吸氣及排出合金液已吸進氣體的題目，取得了較好的效果，消除了高鋁青銅合金葉輪氣孔的缺陷，材質力學性能大幅進步，增強了水泵的可靠性，滿足了用戶的需要。