铝合金型材石油裂化管做工精细

        铝灰的化学成分由于原料组成及工艺等不同，具有较明显的差异性，主要由金属铝、氧化铝及盐熔剂等的混合物构成。具体是：Al10%~30%，Al?O320%~40%,Si，Mg，Fe氧化物7%~15%，K，Na，Ca，Mg氯化物和少量氟化物15%~30%。其中部分氧化物和氯化物附着于金属铝的表面。耐火材料属资源型产业，化学成分及类型多种多样，具有容纳各种原材料的空间。铝灰的化学成分与耐火材料的主要原料铝矾土相近，可以考虑直接或经加工处理后成为耐火原料,为铝灰的有效利用开辟一条新途径，既保护环境，又降低耐火材料企业的生产成本，对企业可持续发展具有一定帮助。铝灰加入耐火材料配料中的应用：1.1作为防爆剂：能改善不定形耐火材料衬体的透气性，防止衬体在烘烤过程中由于产生的蒸气压过大而发生爆 裂的物质称为防爆剂，也称为快干剂(可快速烘烤的添加剂)。不定形耐火材料的防爆剂有活性金属铝粉，铝粉与H?O反应生成Al(OH)?，并放出H?，在浇注料尚未凝固前，H?从浇注料逸出时会形成毛细排气孔，从而提高其排气性。王立旺[1]采用铝灰替代铝粉作防爆剂，用于铁沟浇注料，其铝灰的化学成分是：Al31.63%，Al?O?18.15%，AlN9.25%，MgO6.16%，SiO?12.21%，Fe?O?7.27%，CaO2.23%，Na?O2.15%，K?O1.03%，TiO?2.04%，Cr?O?0.58%，其他7.33%。其中的Al，AlN能水化放出气体。试验得出铁沟浇注料中加入w(铝灰)4%，能很好地起到防爆作用，铝灰加入过多，会出现鼓胀开裂，铝灰还能促进铁沟料硬化，缩短施工时间。1.2加入高炉出铁口炮泥中：黄朝晖等人发明在高炉出铁口炮泥中添加铝灰0.4%~40%替代铝质和硅质原料。其他原料是：工业级刚玉、碳化硅、中温沥青颗粒粉、苏州土细粉、焦炭粉等，以焦油及改性沥青和酚醛树脂为结合剂，混合搅拌均匀，过真空练泥机挤出后，即得到炮泥。其性能稳定，能满足生产要求，并能降低生产成本。1.3代替煅烧铝矾土：有人研究在浇注料、预制件和耐火粘土制品中加入铝灰取代煅烧的铝矾土，而铝灰无需煅烧，可直接作原料，大约用量在5%。利用铝灰加工配制耐火材料，众所周知，原料是耐火材料的基础，高质量的耐火原料才能生产好的产品。对耐火原料基本要求就是耐火性能，即耐火度1580℃以上的原材料才能作为耐火原料。铝灰中除了Al?O?以外，还含有较多耐火性能较低的杂质成分，因此，一般不能用铝灰直接配制耐火材料，需要进一步加工处理，除去杂质，提高Al?O?含量，才能考虑用作耐火材料。以下就铝灰加工处理方法作简要介绍。2.1铝灰的浮选法提纯：刘瑞琼等采用油酸钠为捕收剂，当pH值固定在8.6左右，捕收剂用量为1000g/t时，浮选后铝灰w(Al?O?)含量由原来43.14%提高到86.41%,回收率68.89%。可以替代铝矾土冶炼氧化铝基电熔材料。2.2制取α-Al?O?：α-Al?O?是刚玉等高级耐火材料的主要原料。用铝灰提取的基本原理是：在400~600℃的温度下，铝灰中的金属铝、氧化铝与NaOH和NaNO?反应生成可溶于水的金属盐，并用水将其溶出，实现铝与其他杂质分离之后，使用晶种分解法处理含铝溶液，*终得到α-Al?O?。得出的制备条件是：碱灰比(mNaOH/m铝灰)1.3，盐灰比(mNaNO?/m铝灰)0.7，按比例要求配合，混合均匀，在500℃下熔炼，熔炼时间60min;用去离子水在60℃恒温水溶中浸出熔炼产物，浸出时间30min，固液比1∶4，铝浸出率*高达92.71%，浸出后抽滤，固液分离，浸出液经过净化，调整苛性比，晶种分解和煅烧获得氧化铝。谢刚等人采用加压碱浸、波活化辅助的方法回收铝灰中氧化铝。首先将铝灰破碎、筛分、水洗，与NaOH溶液按固液比1∶7混合搅拌均匀，然后在高压釜内，于140℃，1.15MPa反应6h，经进一步固液分离、酸中和、水洗分离后，将产物置于输出功率5W/g的波设备干燥活化7min，抽风速度为30m/min，*终可得Al?O?产品。还有人通过王水浸取法及添加氧化钇制备高硬度γ-Al?O?。首先铝灰在室温下溶解在王水中，然后在pH为9~10的条件下沉淀，加入0~20%氧化钇粒子，经压实后于1550~1650℃煅烧可得高硬度γ-Al?O?。2.3制取纳米氧化铝：在刚玉耐火制品中引入α-Al?O?粉，降低烧结温度，节约能源，提高其性能。例如：在用电熔刚玉(Al?O?99.5%)的配料中，加入4%~8%的α-Al?O?粉和1%~2%的α-Al?O?纳米粉，制品的烧成温度由1700~1800℃降至1400℃。刘晓红等采用硫酸浸取铝灰制备纳米氧化铝的工艺方法是：首先在80℃搅拌条件下，用硫酸溶液多次浸取铝灰中的铝离子，经过滤分离得到硫酸铝溶液，然后将碳酸氢铵溶液加入到硫酸铝溶液中，在40℃条件下搅拌反应60min，生成前驱体碳酸铝铵沉淀和硫酸铵溶液，经陈化，真空抽滤分离，硫酸铝铵沉淀洗涤干燥后于1200℃煅烧1h，得到粒径约70nm的α-Al?O?粉。2.4利用铝灰冶炼棕刚玉：耐火材料用棕刚玉一般是用特级铝矾土冶炼而成，Al?O?含量94.5%~97%，是中、耐火材料的主要原料，尤其不定形耐火材料用量较多。近年来，为了节能环保，降低生产成本，有人在研究用铝灰冶炼棕刚玉，其中刘瑞琼等[5]试验的低温冶炼制备棕刚玉的效果较好。其生产过程是：将1份铝灰(小于0.10mm)放入2~5份90~100℃热水中，浸泡6~10h，将水排出，并加入排出等质量的90~100℃热水浸泡2~14h，浸泡为放热反应，不断搅拌，保持水温90~100℃，确保铝灰不沉积，将浸泡后的铝灰分离出来后用流动水漂洗，漂洗水流为3~6m/min，然后用真空过滤机过滤，再经80~110℃烘干至水分低于20%，即完成预处理。在电弧炉中熔炼：在铝灰中加入0.5%~4%的沉淀剂铁屑，在炉中1700~1800℃冶炼6~8h，熔融还原铝灰中的SiO?，Fe?O?，TiO?等氧化物，冷却后经粉碎，磁选和筛分得到棕刚玉产品。其试用的铝灰及棕刚玉产品的化学成分见表2。2.5合成Sialon粉：Sialon陶瓷是20世纪70年代后迅速发展起来的一类高温结构材料，Sialon材料以优越的力学性能、热学性能和化学稳定性，被认为是*有希望的高温陶瓷材料之一。Sialon为Si?N4-AlN-Al2O?-SiO?系固溶体，采用纯化学原料制备，成本高。李家镜等[6]采用铝灰、炭黑和粉煤灰为原料，用碳热铝热复合还原氮化工艺制备Sialon粉体。试用铝灰及粉煤灰的化学成分如表3。称好料，进行球磨12h(用Si?N4球，无水乙醇为介质)，然后进行干燥、过筛、压成圆片，再进行煅烧，自然冷却后磨成粉，研究了原料组成、合成温度对生成物相的影响。结果表明：在原料中当Si/Al为1(铝灰为33%，粉煤灰为50%)时，加入17%炭黑，合成温度1450℃，得到的主要物相为Si?Al?O?N(5β-Sialon，Z=3)和SiAl4O?N(415R)的产物;在Si/Al为1.5时，加入80%粉煤灰，1450℃可制备较纯的Si?Al?O?N5粉。2.6制备镁铝尖晶石：镁铝尖晶石是重要的耐火原料，以它为颗粒，镁砂为细粉，制备与刚玉配制钢包用浇注料。李晓娜[7]以铝灰、铝矾土和电熔镁砂为原料，铁屑为沉淀剂，焦炭为还原剂，采用高温电熔法合成富铝镁铝尖晶石。试验表明：加入铝灰20%，40%，60%生产的镁铝尖晶石，其综合指标超过铝矾土基镁铝尖晶石的技术指标;加入40%铝灰时，综合指标*好，其含Al?O?82.48%，SiO?0.35%，MgO14.10%，CaO1.12%，Fe?O?0.5%(质量分数)显气孔率0.9%，体积密度3.48g/cm3，耐火度>1800℃;铝灰加入40%，60%生产的尖晶石中含有六铝酸钙(CA6)相。2.7制备TiN-Al?O?复相耐火原料：TiN-Al?O?复合材料具有优异的高温稳定性，耐磨性及力学性能，是一种优异的耐火材料。刘海涛等[8]以金红石和铝灰为原料，以铝灰中的金属铝为还原剂，采用铝热还原氮化法合成TiN-Al?O?复合粉体。试验用铝灰及金红石的化学成分见表4。其原理是：根据反应式6TiO?+8Al+3N?=6TiN+4Al?O?计算铝灰和金红石理论质量比为16∶27。具体做法是：先称好料，放入球磨机中，干磨12h，以40MPa压力，干压成型坯体，然后放入石墨坩埚，在流动氨气中，600~1400℃，保温5h煅烧。在1300℃煅烧的产品按理论用量合成的产物主要是TiN，α-Al?O?，少量倍长石和MgAl?O4。经计算，TiN为30.4%，α-Al?O?为45.8%，随铝灰增加α-Al?O?增多，TiN减少，当铝灰过量50%时，TiN为26.4%，α-Al?O?为55.0%。TiN-Al?O?复合材料的抗折强度达520.2MPa。2.8电熔莫来石：陈海等[9]利用铝灰电熔莫来石。具体步骤是： 步是铝灰预处理过程，首先在1100℃下煅烧铝灰，使金属铝部分转变为Al?O?，然后将煅烧的铝灰放入水槽中，加入盐酸进行清洗，然后烘干;第二步是电熔，按铝灰、铝矾土与硅石的质量分数比为：30%~80%：0~50%：10%~20%的范围内，混合均匀后加入电弧炉中，熔炼，倒出，冷却，破粉碎，分选，得到莫来石。利用铝灰制取耐火材料结合剂3.1合成聚合氯化铝：聚合氯化铝又称碱式氯化铝，简称PAC，是介于AlCe?和Al(OH)?之间的水解产物，其化学通式为(Al(2OH)nCe6-n)m，其中m<10，n=1~5。聚合氯化铝分为固体和液体两种，固体通常为黄色或无色的树脂状产品，Al?O?含量40%~50%;液体呈无色，黄褐色或黑色，Al?O?含量10%以上。聚合氯化铝可作为定型耐火制品、耐火可塑料、捣打料和浇注料结合剂，对碱化度和密度有一定要求，一般要求碱化度为46%~72%，密度为1.17~1.23g/cm3。谢英惠等[10]研究以铝灰为原料制取聚合氯化铝。其中中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应，产生铝酸钠和三氯化铝，然后以合适的配比合成聚合氯化铝。而酸溶法是将铝灰和盐酸反应一次直接产出液体聚合氯化铝。具体操作是：用水洗法除去水溶解的盐类，处理后铝灰Al?O?含量30%左右，然后将工业盐酸与一定量水放入反应器内，搅拌并用水浴加热，称取铝灰逐步加入盐酸溶液中，反应放热，反应温度96℃，时间6~12h，反应结束加入一定水稀释物料，试验认为，铝灰∶HCe∶水为3∶1∶3，反应6~8h为宜，调节pH值为3.5~4.5，陈化15~24h，得到液体聚合氯化铝产品。3.2制取硫酸铝：将硫酸铝溶于水中，可作为定型和不定型耐火材料的结合剂。由于硫酸铝溶液呈酸性，因此主要用于酸性和中性耐火材料结合剂。康文通等[11]研究的以铝灰为原料制备硫酸铝的工艺流程是：铝灰—加入硫酸和水进行反应—过滤除去滤饼—滤液除去杂质—浓缩—冷却结晶—硫酸铝产品。其中反应时间3h，硫酸浓度30%，硫酸用量1.05(以硫酸实际用量与理论用量之比表示)，pH值为3，收率达93.2%

         1.节能铝排主要特点：铝排管材质为防腐能力强的铝合金，表面阳极氧化处理，铝排结构设计为翅片与管一体压铸成型，管径为?25，?28，?32等多种规格，管内有内平行细齿，多片翼片管平行安装，经弯管焊接形成大面积铝排。特殊的结构增大了内外表面积，同时又提高了耐压强度。出厂时经2.5MP气密检验及4.5MP耐压寿命试验，表面强化处理，耐腐蚀，延长使用寿命。铝排与压缩机的配比及铝排的特点2.节能效果卓著：（1）导热能力好：铝合金具有优良的导热能力，制冷剂的蒸发温度和铝排外表面温差会减小，蒸发温度会增高，压缩机的能效比增加，能耗减少;（2）结构特殊：铝合金翼片管的翼片与铝管平行，形成片状形状，成型的铝排将片状翼片管平行固定，组成了若干个平行通道，制冷系统工作时冷空气在通道内形成烟道效应，被加速下沉，对流加快，所以降温速度快，节省大量电能；（3）设置好，效率高：铝排的投影面积和蒸发面积比可做到一比三或一比四，铝排可全部安装在冷库顶面上，单位面积的换热能力比使用墙排管效率更高更节能，有一定的蓄冷效果，压缩机工作时的频繁启动率降低，节省电能消耗；（4）重量轻，安装方便：铝排的重量与蒸发器面积比，是Ф38钢管六分之一左右，安装方便能节省大量结构投资；（5）制冷剂用量少：铝排管有内肋增大制冷剂的接触面积，外部有翼片增大与空气接触，大大提高制冷剂利用率，系统制冷剂用量少。3.食品干耗少，库温波动小：铝排吊装于库顶，形成直冷式自然对流传热，使被冷却的食品干耗降至*少，食品保鲜效果更好。铝排上结霜少且霜层虚如雪花，除霜周期延长易于人工机械除霜，方便节能，库内湿度适中，温度稳定，恒温恒湿效果好。4.多种化霜功能：a．选用长寿命、耐高温、高绝缘等级的电加热线,同时配有接水槽。b．也可选用更加节能热氟冲霜方式。5.系统干净延长压缩机的使用寿命：管内经过特殊处理，保证铝排内部洁净。采用防腐能力强的铝合金 牌号，表面经过特殊工艺处理，使用寿命长，同时符合食品卫生标准。6.铝排管面积的计算及与压缩机的配比：a．蒸发面积的计算：翼片管的总长度乘以翼片管的外周长。b．铝排与压缩机的配比：翼片管与空气的换热能力K值约为8-10w/m2.℃也可采用简便方法计算，当冷藏库库温设定在-18℃时，可按半封闭压缩机的排气量乘以系数2得数即为应配铝排的蒸发面积平方米数。如5匹中低温压缩机排气量为18m3/h×2=36㎡，此种配比时，蒸发温度与库内温度差约10℃,节能效果相当理想。蒸发面积配小时温度差会增大，压缩机的制冷量会减小，耗电量增加。

          铝型材散热器生产工艺：首先贴膜不能直接贴在铬化层上，否则会影响膜的附着力;其次，贴膜后要及时喷涂不能停放时间过长，否则容易导致贴膜脱落，严重时还要重新贴膜;再次是撕膜时要控制流平时间，不能贴膜后马上撕膜，这样会对产品质量带来一定的影响;*后是两种颜色的喷涂顺序要根据具体情况确定，既要考虑到两次固化，又要考虑到遮盖效果。贴膜质量控制：散热器铝型材质量控制中贴膜质量很重要，若贴不好，会导致喷涂困难，如贴膜的张力不大、压紧程度要控制好;对形状复杂的部位要分开贴膜，贴膜后要检查贴膜是否贴牢。否则将会给喷涂带来麻烦。影响喷涂质量。公司生产的铝型材产品均由专业的技术人员严格把关，并拥有专业的生产设备，保证质量问题，客户可放心选购我厂产品。铝型材散热器的贴膜材质：首先要对贴膜材质合理选择，根据散热器铝型材产品的要求、表面处理方式，选择相应的贴膜，同是还要考虑贴膜上的胶对铝型材表面质量的影响。
             缩孔是铝合金压铸件常见的内部缺陷，常出现在产品壁厚较大或者易形成热点的位置。一般来讲，只要缩孔不影响产品的使用性能，都以合格的方式来判定。然而，对于一些重要部位，如汽车发动机汽缸体的冷却水道孔或润滑油道孔，出现缩孔是不允许判定合格的。
某企业的一款铝合金制发动机曲轴箱，采用布勒28000kN冷室压铸机铸造，材质为ADC12合金，成分见表1。铸件毛坯质量为6.3 kg，后工序进行X射线探伤时发现第二个曲轴轴承孔油道出现缩孔，离油道约8 mm，存在较大的漏油风险。据统计，2017年该位置的缩孔报废率为5%，经过一系列的探索，成功地将废品率降低为0.2％。本课题从铝合金压铸件缩孔的形成机理[1-5]和铸造条件两方面出发，分析铸件产生缩孔的原因，寻求改善措施，以期为日后解决铝合金压铸件缩孔问题提供参考。一、铝合金压铸件缩孔形成机理及形态--缩孔形成机理：导致铝合金压铸件缩孔的原因较多，追溯其本源，主要是铝合金从液相向固相转变过程中铝液补缩不足而导致。常见的缩孔原因有：①模温梯度不合理，导致铝液局部收缩不一致。②铝液浇注量偏少，导致料饼薄，增压阶段补压不足。③模具存在热结或尖锐区域。④模具的内浇口宽度不够，面积较小，导致铸件过早凝固，增压阶段压力传递受阻、铝液无法补缩。⑤铸造压力设置过低，补缩效果较差。图1为铝合金铸件缩孔形成的示意图。铸件缩孔形态：缩孔是一种铝合金压铸件乃至铸件常见的内部缺陷，常出现在产品壁厚较大、模具尖角和模温温差较大等区域。图2为某款发动机曲轴箱缩孔形态，缩孔呈似椭圆状，距离轴承油道孔约10 mm，内壁粗糙，无光泽。缩孔区域铸件壁厚较大，约为22 mm；油道孔销子前端无冷却水，模温较高。汽车发动机曲轴的两大轴颈（主轴颈和连杆轴颈）工作载荷较大，磨损严重，工作时必须进行压力润滑。在此情况下，轴颈的油道孔附近若存在缩孔，将会严重影响润滑效果。二、缩孔相关对策：铝合金压铸件产生铸造缺陷的原因有产品本身的结构特征、模具设计得浇注系统及冷却系统设计不合理、工艺参数设计不合理等原因[1~4]。根据常见的铸造缺陷原因以及铝合金铸件缺陷处理流程，探索解决铝合金压铸件厚大部位缩孔的相应对策。前期分析及对策：铸件缩孔的前期分析从容易操作的工艺参数出发，通过现场测量及观察，测得模具内浇口厚度为4 mm，计算的内浇口速度为40 m/s，产品壁厚*薄处为4.6 mm；料饼厚度为25 mm；铸造压力为60MPa。由经验可知，模具设计符合产品的结构特征，模具浇注系统应该不存在增压阶段补缩不足的问题。但是，增压阶段的铝液补缩与料饼厚度和增压压力有直接的关系，合适的料饼厚度与铸造压力才能形成内部组 织致密的铸件，因此，可以怀疑缩孔是由铸造压力偏低和料饼偏薄而导致的。前期铸件缩孔的对策分为两个：①铸造压力由之前的65MPa提高至90MPa；②料饼厚度有原来的25 mm调整为30 mm。采用上述措施后，经过小批量专流验证，缩孔率由5%减低为4.8%，效果不明显，说明工艺参数不是引起铸件缩孔的主因。中期分析及对策：由于引起铸件缩孔的本质原因是铝液凝固时补缩不足而导致，而模具温度分布不均容易导致铝液凝固顺序不合理，从而补缩不足，因此，中期对策分析主要从确保合理的模具温度入手。由产品3D模型可知，铸件缩孔处壁厚为22.6mm，壁厚较大，容易引起较高的模具温度。铝液凝固时，壁厚较大铸件内部铝液由于温度较高，尚处于液相或者固液混合相，而此时内浇口进行补缩的通道可能已经凝固。这样，在增压阶段铸件无法进行铝液补缩，从而有形成缩孔的可能。为确保合适的模具温度，采用热成像仪测得脱模剂喷涂后模具*高温度为272℃（见图3），高于正常的模具喷涂后温度，其他区域模具温度及其分布整体正常。因此，需要降低缩孔处模温。另外，测得此处冷却水孔底部距离模具型腔表面距离较大为20 mm，因为较大的热传递距离会降低模具的冷却效果，所以需要对冷却水孔进行更改。为降低缩孔处模具温度，主要采取3个方法：①改善模具冷却系统。将缩孔附件的冷却水孔深度加深，由距模具表面20 mm变成12 mm，以此快速带走附近模具热量，降低模温；将所有模具冷却水管与水管统一编号，一一对应，防止模具保全时装错，影响冷却效果[5，6]。②降低浇注温度，由675℃变为645℃。③延长缩孔处模具喷涂时间，由2 s变成3 s。实施上述整改措施后，缩孔区域模具喷涂后温度大幅度降低，约为200℃，属于正常范围。缩孔率有4.8%降低到4%，说明此类措施对缩孔具有一定效果，但不能彻底解决此区域的缩孔问题。后期分析及对策：通过前面两次改善，基本保证压铸模具处于理论上的合理状态，即浇注系统设计合理、冷却系统布置合适，工艺参数设计*优。然而，铸件缩孔率仍有4%之多。铸件缩孔处壁厚为22.6 mm，远大于其他部位的壁厚，较大的壁厚可能引起铸件中心凝固时补缩不足，增压结束后此区域还没有完全凝固,继续收缩产生缩孔[7~10]，模流分析见图4。因此，如何解决铸件缩孔处的补缩不足，也许才是问题的关键。一般来讲，铸件的补缩时通过料饼→浇道→内浇口→铸件这条路径进行的。由于铸件厚大部位后于内浇口凝固，切断了增压后期的补缩通道，因此无法补缩。