Processus de fusion typique du cuivre pur et des alliages de cuivre pour la coulée
Le cuivre pur et les alliages de cuivre destinés à la coulée constituent une catégorie importante de métaux non ferreux et sont largement utilisés dans la production réelle. Les alliages de cuivre couramment utilisés peuvent être principalement divisés en deux catégories selon leurs différentes compositions, à savoir le laiton coulé et le bronze coulé. Qu'il s'agisse de moulage en sable ou de moulage à modèle perdu, la fusion est un élément crucial de la production de pièces moulées. La fusion de divers alliages de cuivre présente des similitudes et des différences. Au cours de nombreuses années de pratique de production, nous avons résumé l'expérience pure du processus de fusion du cuivre et des alliages de cuivre (principalement le bronze et le laiton) pour votre référence.
Matériel de fusion utilisé : four à induction moyenne fréquence, thermocouple, poche, creuset en graphite, etc.
1. Fusion du cuivre pur
(1) Préchauffez d'abord le creuset au rouge foncé et ajoutez une couche de charbon de bois sec ou d'agent de recouvrement (borax 63 % + verre brisé 37 %) d'une épaisseur d'environ 30-50 cm au fond du creuset. Ajoutez ensuite les restes de matériaux, les blocs de déchets et les barres en séquence, et enfin ajoutez du cuivre électrolytique.
(2) Les éléments d'alliage supplémentaires peuvent être placés sur le poêle pour le préchauffage. Il est strictement interdit d’ajouter des matières froides dans le métal liquide. La charge doit être déplacée fréquemment pendant tout le processus de fusion pour éviter les pontages.
(3) Augmentez la température pour faire fondre complètement l'alliage. Une fois que l'alliage est complètement fondu et que la température atteint 1200-1220 degrés, 0,3 %-0,4 % du poids du liquide d'alliage est ajouté pour désoxyder le cuivre phosphoreux. Les réactions suivantes se produisent entre le phosphore et l'oxyde cuivreux : 5Cu2O+2P=P2O5+10Cu et Cu2O+P2O5= 2CuPO3, le gaz de pentoxyde de phosphore généré s'échappe de l'alliage, le phosphate de cuivre peut flotter à la surface du liquide et les scories sont éliminées, atteignant ainsi l'objectif de désoxydation. Une agitation continue est nécessaire pendant le processus de désoxydation.
(4) Enfin, les scories sont retirées du four et la température de coulée du liquide d'alliage est généralement de 1100-1200 degrés.
2. Fusion du laiton
L'alliage à base de cuivre avec le zinc comme élément principal d'alliage est le laiton, qui est divisé en deux catégories : le laiton ordinaire et le laiton spécial. Le laiton ordinaire est un alliage binaire composé de cuivre et de zinc, principalement utilisé pour le traitement sous pression. Le laiton spécial est fabriqué en ajoutant d'autres éléments d'alliage (tels que le silicium, l'aluminium, le manganèse, le plomb, le fer, le nickel, etc.) au laiton ordinaire. Le laiton coulé est principalement du laiton spécial.
(1) Ingrédients d’alliage et exigences en matière de charge métallique. Dans la composition chimique des alliages de cuivre, en raison de la large plage de variation des principaux composants, lors du processus de calcul des ingrédients, les ingrédients appropriés doivent être sélectionnés en fonction de leurs exigences de performance. La composition chimique de l'alliage doit être conforme à GB1176-87. Les ingrédients de plusieurs ingrédients de fusion du laiton couramment utilisés sont répertoriés dans le tableau 1.
image.png
Il est nécessaire que le matériau du four soit sec et propre, et que toute saleté et rouille soient nettoyées par soufflage de sable.
(2) Taux de charge Selon les pratiques générales de coulée, la composition des nouveaux matériaux doit représenter supérieure ou égale à 30 % du poids total de la charge, et les matériaux recyclés doivent être inférieurs ou égaux à 70 %. Cependant, dans la production réelle, nous considérons que les alliages de cuivre contiennent beaucoup de matériaux recyclés. Lorsque le pourcentage massique de matériaux recyclés est supérieur ou égal à 90 % dans la proportion des matériaux du four, la qualité de fusion est toujours très bonne. L'analyse du spectre chimique prouve que la composition des coulées est qualifiée. Lorsqu'il y a beaucoup de matériaux recyclés, il est nécessaire de se demander si les impuretés présentes dans l'alliage dépassent la norme.
(3) Préparation avant fusion.
① Préparation de la charge métallique : La charge recyclée est constituée de ferraille, de colonnes montantes de coulée et de lingots refondus de la même marque, qui doivent avoir une composition chimique claire. Avant d'entrer dans le four, le soufflage de sable est utilisé pour éliminer la saleté de surface, et le four est chargé après préchauffage (le premier lot de fontes froides du four peut être préchauffé avec le four) ; le cuivre électrolytique est soufflé au sable pour éliminer la saleté, et après préchauffage à 500-550 degrés pour éliminer l'humidité (le premier lot de fontes froides du four peut être préchauffé avec le four ; les éléments métalliques purs peuvent être préchauffés au four avant d'entrer dans le four. La taille maximale de la charge métallique ne doit pas dépasser 1/3 du diamètre du creuset et la longueur ne doit pas dépasser 4/5 de la profondeur du creuset. ② Préparation du creuset et de l'équipement et des outils de fusion : Le creuset doit être exempt de fissures et d'autres dommages affectant la sécurité avant utilisation. Le nouveau creuset doit être chauffé lentement à basse température pour éviter les fissures. Nettoyez les scories lors de l'utilisation d'un nouveau creuset en graphite ou du changement de creuset ; type d'alliage de fusion, le creuset doit être fondu avec la même série d'alliages avant la fusion et lavé ; la tige d'agitation en matériaux réfractaires et en graphite doit être soigneusement nettoyée des résidus de peinture et de rouille et recouverte d'une couche de matériau réfractaire ou peindre, puis sécher et mettre de côté pour utilisation ; la lingotière doit être soigneusement nettoyée avant utilisation et préchauffée à 100-150 degrés après l'application de la peinture pour utilisation.
(4) Préparation de l'agent de recouvrement et du flux
①Le charbon de bois doit être placé dans un four fermé et cuit à au moins 800 degrés pendant 4 heures. Il convient d'éviter qu'il absorbe l'humidité lorsqu'il est prêt à l'emploi. ②L'agent de recouvrement est composé de 63 % de borax et de 37 % de verre brisé. Du charbon de bois sec peut également être utilisé comme agent de couverture. Les agents de couverture nécessitent un séchage et l'élimination des débris.
(5) Processus de fusion d'alliages
① Préchauffez d'abord le creuset au rouge foncé et ajoutez du charbon de bois de 20-40 cm d'épaisseur au fond.
②Ajoutez du cuivre électrolytique, chauffez et fondez rapidement, puis ajoutez l'alliage intermédiaire dans l'ordre d'abord avec le point de fusion le plus élevé, puis avec le point de fusion le plus bas (le cas échéant), et enfin ajoutez à nouveau à la charge du four, et ajoutez charbon de bois en même temps pour garantir que le niveau de liquide d'alliage n'est pas exposé à l'air.
③ La fusion du laiton nécessite généralement également une désoxydation. Une fois que tout le cuivre est fondu, du cuivre phosphoreux (calculé comme P représente 0,04 %-0,06 % du poids du cuivre fondu) est ajouté lorsque la température atteint 1150-1200 degré de désoxydation. Après une comparaison pratique entre désoxydation et non-désoxydation, la qualité de surface des pièces moulées désoxydées est meilleure que celle sans désoxydation.
④Ajoutez des éléments d'alliage supplémentaires en fonction des exigences de composition de chaque qualité d'alliage : ajoutez l'alliage maître aluminium-cuivre à 1100-1120 degrés, ajoutez du zinc pur et de l'aluminium pur par lots à 1100-1150 degrés pendant une panne de courant et remuez. Lors de la fonte du laiton au silicium, il convient d'ajouter d'abord le silicium, puis le zinc ; lors de la fusion du laiton au plomb, il convient d'ajouter d'abord le zinc, puis le plomb. La température d'ajout de l'élément de zinc doit être contrôlée. Si la température baisse après l'ajout de zinc, l'énergie peut être envoyée de manière intermédiaire. Lorsque la température du liquide d'alliage est supérieure à 1 200 degrés, l'ajout de zinc n'est pas autorisé.
⑤ Retirez les scories du four, ajustez le liquide d'alliage à la température requise par la carte du processus de coulée, puis déchargez-le rapidement du four pour le verser. La température de coulée de l’alliage est l’un des facteurs qui affectent les performances de la pièce moulée. La température générale du four est ZCuZn38 : 1100-1130 degré ; ZCuZn40Pb2 : 1080-1100 degré ; ZCuZn31Al2 : 1120-1140 degré ; ZCuZn16Si4 : 1100-1140 degré .
⑥ Lorsque deux qualités différentes d'alliage sont fondues et que leur composition chimique est affectée, le four doit être lavé entre les deux. Par exemple, utilisez le creuset et les outils qui ont été utilisés pour fondre le bronze d'aluminium pour faire fondre le bronze à l'étain, et le creuset et les outils doivent contenir de l'aluminium. Bien que l’aluminium soit un composant qualifié du bronze d’aluminium, c’est l’élément le plus nocif du bronze d’étain. .
Une fois l’alliage de cuivre général désoxydé, des pièces moulées qualifiées peuvent être obtenues. Cependant, le bronze d'aluminium, le laiton d'aluminium, le bronze de silicium, etc. sont facilement oxydés pour former des oxydes Al2O3 et SiO2 à point de fusion élevé, provoquant la formation d'inclusions de scories dans les pièces moulées, qui doivent être éliminées par raffinage. Les agents de raffinage couramment utilisés comprennent : le chlorure de sodium avec un rapport massique de 60 % +40 % de cryolite ou 20 % de cryolite +20 % de fluorite +60 % de fluorure de sodium, etc.
3. fonte du bronze
Le bronze coulé peut être divisé en bronze à l'étain et en bronze sans étain selon sa composition. Le bronze à l'étain est un alliage à base de cuivre dont l'étain est le principal élément d'alliage. Il a une bonne résistance à l'usure, une bonne résistance à la corrosion, une bonne résistance et une bonne plasticité. Le bronze sans étain comprend le bronze d'aluminium, le bronze au plomb, le bronze au silicium, etc., qui contiennent différents éléments principaux. Par exemple, le bronze d’aluminium est un alliage à base de cuivre dont l’aluminium est le principal élément d’alliage.
(1) Ingrédients d’alliage et exigences en matière de charge métallique. Les ingrédients nécessaires à la fusion de plusieurs alliages de bronze couramment utilisés sont répertoriés dans le tableau 2.
image.png
Exigences : Il est permis d'ajouter {{0}},7 % ~ 0,9 % Ni et 0,3 % ~ 0,4 % Mn dans l'alliage ZCuAl10Fe3 pour améliorer les propriétés mécaniques. de l'alliage.
(2) Rapport de charge. La composition des nouveaux matériaux doit représenter 30 % ou plus du poids total des matériaux du four, et les matériaux recyclés doivent représenter 70 % ou moins.
(3) Préparation avant fusion. Les préparations avant la fusion du bronze sont les mêmes que celles pour la fusion du laiton. Le charbon de bois doit être placé dans un four fermé et cuit à au moins 800 degrés pendant 4 heures. Il convient d'éviter qu'il absorbe l'humidité lorsqu'il est prêt à l'emploi. Les cendres de paille doivent être réduites en poudre, éliminer l'humidité et sécher soigneusement. Faites attention à la protection contre l'humidité avant utilisation. Les agents de couverture nécessitent un séchage et l'élimination des débris.
(4) Processus de fusion d’alliages. Il existe de nombreux types de bronze coulé. Seuls quelques alliages typiques sont abordés ici. D'autres alliages de cuivre du même type peuvent être utilisés comme référence.
Fusion de ZCuSn10Pb1 et ZCuPb10Sn10 :
① Préchauffez d'abord le creuset au rouge foncé et ajoutez du charbon de bois de 20 cm-40 cm d'épaisseur au fond.
②Ajoutez du cuivre électrolytique, chauffez-le et faites-le fondre rapidement, puis ajoutez les matériaux recyclés et ajoutez du charbon de bois en même temps pour garantir que le niveau de liquide de l'alliage n'est pas exposé à l'air.
③Une fois la charge renvoyée fondue, ajoutez du cuivre phosphoreux (généralement 0,5 % du poids de la charge, et tout le cuivre phosphoreux utilisé lors de la fusion du bronze phosphore-étain peut être ajouté).
④Ajoutez le zinc, l'étain et le plomb dans l'ordre (selon les ingrédients). Une fois la charge précédente complètement fondue, ajoutez la suivante et remuez continuellement le liquide d'alliage.
⑤Ajustez la température du liquide d'alliage entre 1100-1150 degrés.
⑥ Sortez les scories du four, ajoutez du cuivre phosphoreux (généralement 0, 1 % du poids de la charge), désoxydez, remuez uniformément et saupoudrez une couche de cendres de paille sur la surface du liquide d'alliage, ajustez le liquide d'alliage. à la température requise par la carte du processus de coulée (généralement 1130 -1180 degrés), puis versez rapidement hors du four.
Fusion de ZCuAl10Fe3 et ZCuAl10Fe3Mn2 :
① N'utilisez pas de creusets ayant fait fondre d'autres qualités d'alliages pour faire fondre ces deux alliages.
② Préchauffez le creuset au rouge foncé et ajoutez le flux préparé. (Composition du flux : cryolite 20% (pourcentage massique), fluorure de sodium 60%, fluorure de calcium 20%).
③Ajoutez simultanément des tôles d'acier minces à faible teneur en carbone préchauffées à environ 200 degrés et des matériaux recyclés, remuez l'alliage après la fusion et augmentez la température à 1150-1180 degrés.
④Ajoutez 0,3 % du poids de l'alliage de cuivre phosphoreux pour la désoxydation et ajoutez du flux.
⑤Ajoutez de l'aluminium pur et du manganèse pur (selon les ingrédients) préchauffés à 200 degrés par lots. Une fois chaque lot ajouté, appuyez dessus avec un agitateur pour le faire fondre rapidement et remuez continuellement pour uniformiser les ingrédients. ** Enfin, ajustez la température du liquide d'alliage entre 1120-1220 degrés.
⑥Couvrez les scories avec des cendres de paille, ajustez la température de l'alliage en fonction de la carte du processus de coulée (généralement 1160-1200 degrés), puis ajustez rapidement le processus de coulée.
4. Précautions de sécurité
La production sécurisée est une exigence fondamentale dans l’industrie de la fonderie. La fusion du cuivre pur et des alliages de cuivre doit :
(1) Les opérateurs doivent porter un équipement de protection, garder le chantier propre et ne pas permettre l'accumulation d'eau ou de débris.
(2) Avant de démarrer le four, vérifiez si l'équipement utilisé est intact. S'il existe des facteurs dangereux, ils doivent être éliminés à temps.
(3) Le préchauffage ne peut être effectué qu'après une inspection minutieuse et la confirmation qu'il n'y a pas de substances explosives ou dangereuses dans la charge.
(4) Les outils de fusion et de coulée, tels que les tiges d'agitation, les cuillères en fer, les outils d'élimination des scories, etc., ne doivent pas entrer en contact avec le liquide de l'alliage sans préchauffage.
(5) Le liquide d'alliage restant pendant le coulage doit être versé dans la lingotière préchauffée et ne doit pas être versé directement sur le sol ou reversé dans le four.
5. Plusieurs problèmes auxquels il convient de prêter attention lors de la fusion
(1) Le temps de fusion doit être contrôlé. Le temps écoulé entre le début de la fusion et la fin de la fusion (l'alliage sort du four) est appelé temps de fusion. La durée du temps de fusion affectera non seulement la productivité, mais affectera également de manière significative la qualité des pièces coulées. À mesure que le temps de fusion augmente, la vitesse de combustion des éléments de l'alliage augmente et les risques d'absorption de gaz augmentent. Par conséquent, les travaux de fusion doivent être terminés dans les plus brefs délais. Dans la mesure du possible, la température de préchauffage de la charge doit être augmentée autant que possible et l'opération doit être compacte et rapide.
(2) La tige d'agitation utilisée pour la fusion doit être une tige de carbone. Certains éléments des alliages de cuivre, comme le fer et le plomb, existent sous forme de mélanges mécaniques lorsqu'ils sont fondus. Certains éléments ont également tendance à produire une ségrégation et une stratification par gravité spécifique en raison de densités différentes. La pratique a prouvé que ces éléments peuvent facilement provoquer une composition chimique non qualifiée et des propriétés mécaniques non qualifiées pendant le processus de fusion et de coulée. Pour pallier ce phénomène, il faut recourir au brassage, élément indispensable de la fonte et du versement. Cependant, l’agitation n’est généralement pas nécessaire pendant la mesure de la température et le refroidissement. La composition matérielle de l'agitateur utilisé est généralement du graphite. En effet, si d'autres matériaux d'agitation tels qu'une tige de fer sont utilisés, la tige de fer fondra pendant le processus d'agitation, affectant la composition chimique de l'alliage. Dans le même temps, si la tige de fer est préchauffée à une température plus élevée dans le four ou si le temps d'agitation est plus long, les oxydes sur la tige de fer entreront dans le liquide de l'alliage et deviendront des impuretés ; si la tige de fer est préchauffée à une température plus basse, l'alliage sera agité pendant l'agitation. Pour adhérer à la tige de fer, cela peut être observé en production.
(3) Problèmes liés à l'utilisation d'agent de recouvrement pendant la fusion. Pour la fusion des alliages de cuivre, la quantité d'agent de recouvrement est généralement de : 0,8 %-1,2 % du poids de la charge lors de l'utilisation de verre et de borax, car l'épaisseur de la couche de recouvrement doit être maintenu à 10- 15 cm ; lors de l'utilisation de charbon de bois, le dosage est d'environ 0,5 %-0,7 % du poids de la charge, et l'épaisseur de la couche de revêtement doit être maintenue à 25-35 cm. Le temps de retrait de l'agent de recouvrement est généralement effectué avant coulée. Si cela est fait trop tôt, cela augmentera l’oxydation et l’absorption d’air de l’alliage de cuivre. Si du charbon de bois est utilisé comme agent de couverture et que l'effet bloquant les scories est bon, il n'est pas nécessaire de retirer l'agent de couverture, de sorte qu'il puisse également jouer un rôle bloquant les scories pendant le processus de coulée, et l'effet est plus idéal.
