第28次课 铸造铝合金熔炼原理
铝合金及型材生产原理熔炼
熔炼熔炼和铸造生产是铝及铝合金加工工艺中的组成部分，其主要目的是：配制合金；通过适当的工艺措施（如精练和过滤）提高金属净度；铸造成型。
它不仅提供符合加工要求的优质铸锭，而且铸锭质量在很大程度上影响压力加工过程和制品的质量，熔炼过程中的吸气和夹杂物会在铸锭中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷。
为此必须采取相应的净化处理措施予以防止和清除。
烘炉操作：新修、大修后的熔炼炉，其自然干燥时间在夏季不应小于半个月，在冬季不应小于一个月，中修后的炉子，其自然干燥时间不应小于一个星期。
烘炉的目的是：使炉体各部分内外层均匀缓慢地升温，避免炉衬受急冷急热而开裂。
同时，更充分地排除砌体中的水分，防止熔炼时金属吸气和氧化。
煤气反射炉烘炉制度序号炉膛温度/℃新修及大修后中修及长期停炉后升温速度/℃/h保温时间/h烘炉时间累计/h升温速度/℃/h保温时间/h烘炉时间累计/h1 室温20℃ 6 - 30 15 - 122 200 - 24 54 - 8 203 200 10 - 79 25 - 524 450 - 8 87 - - -5 450 10 - 112 - - -6 700 - 12 124 - - -7 700 15 - 144 - - -8 1000 - 6 150 - 4 56注：1.大修后，自然干燥时间少于半个月时，夏季应延长低温（200℃）烘炉时间24h，冬季延长36h。
2.停炉在5昼夜以内及5-10昼夜时，关上炉门用微火苗分别烘烤8h和12h后，将炉温升至900℃即可装炉。
3.停炉在10-15昼夜及小修后，先敞开炉门用木柴烘烤4h，再关上炉门用轻微火苗烘烤12h,然后将炉温升至900℃,即可装炉。
一、烧损合金在熔炼过程中由于氧化反应，挥发，以及与炉墙，精练剂等作用而造成的不可回收的金属损失称为烧损，总烧损率一般为 2.5-5.0%之间。
在火焰炉中熔炼成品合金和重熔低品位废料时的不可回收损失合金组别成品合金低品位废料烧损/% 渣中金属+溅渣+浮渣烧损/% 总熔损/% 其中，烧损/%工业纯铝、3A21、6061、6063 0.7 1.4 0.85 5.0 2xxx及其他0.9 2.1 1.3 7.05xxx、7xxx 1.1 2.4 1.4 8.0二、熔炼温度过低的熔炼温度在生产实践中没有实际意义，在生产中既要防止熔体过热（使金属与炉气、炉衬等相互作用），又要缩短熔炼时间。
铝合金熔铸加工技术原理
铝合金熔铸加工技术原理铝合金熔铸加工技术原理作者：王大伟 **铝业集团公司一、铝合金熔炼方法熔铸生产是铝及合金产品生产中最重要的工序过程，实现由固态向液态再向固态的转变，以及合金元素溶解于铝中的合金化过程，其基本作用是能量和物质的转移。
同时，熔体也与周围介质之间发生一系列的物理化学变化，使熔体净化或产生污染，并由液态加工成可供压力加工的铸坯。
因此，熔铸生产关系到后续加工全过程的成败。
1、熔炼工艺过程本过程包括二部分：铝合金的熔炼和锭坯铸造熔炼过程包括：备料（熔化炉中）→配料计算→金属熔化过程控制（温控合金加入）合金熔化→电磁搅拌→导入保温炉→加入镁锭→除氢→除渣精炼→扒渣覆盖→静置（15～30分）→熔体成分检查化验→调整合金成分→调整温度→合格的铝合金熔体→浇注准备；2、铸造过程→接静置工序→炉前测氢→测温调温→开炉口放流→铝熔体过滤→二次除氢（氮+氩）→控制浇温→铝液入结晶器→铸造开始→控制冷却水强度→液面及浇速控制→铸造结束→停车停水吊铸锭→铸锭质量检验→锯切头尾→均热处理→合格铸坯→→转压力加工工序。
小节：熔铸过程若对工艺控制不好，所产生的冶金缺陷如：结晶弱面、成分偏析、粗大晶粒、氧化物及金属化合物夹杂、气孔、疏松等，将会给后续工序带来不可逆转的严重后果和影响。
这种影响也称为冶金遗传性影响。
因此，必须用严格的工艺技术条件来保证，防止熔炼废品和能量损失的产生。
二、铝合金熔炼工艺的特点熔炼过程中最重要的环节就是对铝合金化及合金成分、杂质的控制。
与钢铁冶炼不同的是整个冶炼为物理冶金过程，是金属的重熔和形态的改变的过程。
但由于在加热时受诸多因素的影响，也会产生微小的化学变化。
熔炼生产工艺的基本任务就是要获得合金成分均匀、含气含渣（杂）少、合金成分达标的铝合金熔体。
确保下一步铸造工艺的顺畅实施，最终生产出组织性能、表面质量和尺寸都符合工艺要求的合格铸坯。
对一般合金；含氢量<0.13ml/100g、特殊合金；含氢量<0.1ml/100g。
铸造合金原理及熔炼资料
铸造合金原理及熔炼一、名词解释l．铸铁：是C的含量大于2.14%或者组织中具有共晶组织，并含有较多Si.Mn.P.S杂质元素的铁碳合金。
2．白口铸铁：少数C固溶于铁素体，其他以碳化物存在。
3．灰口铸铁：c主要结晶成石墨，并呈片状形式存在于铸铁中，断口为暗灰色。
4．球墨铸铁：铁水在浇注前经球化和孕育处理，C主要以球状形式存在于铸铁中。
5．球化处理：向铁水中加入稀土镁合金（球化剂）。
（其中镁是具有很强球化能力的元素）。
球化剂的作用是使石墨呈球状析出。
我国应用最广的球化剂是稀土镁合金。
6．孕育处理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。
孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨。
常用的孕育剂为硅的质量分数75%硅铁。
7．蠕墨铸铁；是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的．由金属基体和蠕虫状石墨构成。
8．可锻铸铁：是由白口铁经过退火而制得的一种高强度铸铁，白口铸铁中的渗碳体分解成团絮状石墨的灰口铸铁，性能优于灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳索钢，可部分代替碳钢，合金钢和有色金属。
9．奥氏体（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。
晶格结构：面心立方晶格fcc。
10．铁素体（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，晶格结构：体心立方晶格bcc。
11.δ-铁素体：碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体。
12．碳当量定义：将合金元素对共晶点碳量的影响折算成铸铁碳量的增减，折算后的值称之为碳当量，以CE表示。
碳当量：CE=C+1/3(Si+p) 13．共晶度：铁液实际含碳量和共晶点的实际碳量的比值为共晶度，以sc表示。
共晶度：Sc=C/[4.26%-(Si+p)l/3l 14．钢的腐蚀金属表面在周围介质的作用下逐渐被破坏的现象称为金属的腐蚀。
15．化学腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学反应而引起的破坏，如高温下金属的氧化等。
16．电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而使金属破坏的现象。
17．耐热钢是指在高温下对氧化性气体具有抗氧化性的钢种。
铝合金的熔炼与铸造
铝合金的熔炼与铸造发布时间：2012-4-3 21:37:13 | 38 人感兴趣 | 评分：3 | 收藏：01 配料及其计算配料是熔体铸的第一道工序。
它的首要任务是控制成分和杂质含量使之符合要求，其次是根据对合金的加工和使用性能的要求，确定各种炉料品种及配料比；再次是正确地计算每炉的全部炉料量。
合理地吊装各种原辅材料，管理好各种金属及废料(旧料)。
铝合金熔炼时，炉料大致分为三类，即：工业纯金属，或称新料或新金属；回炉的金属或合金废料，也称旧料或返回料；以及中间合金或配制合金用的纯金属。
正确地选择配制合金的炉料，对于合金成分控制，铸锭质量的保证，以及金属原料的节约，都有重要的意义。
总之，在保证性能合乎要求的前提下，允许利用各种废料，节约新金属和贵重金属。
换句话说，就是能用废料应少用纯金属，能用低品位纯金属绝不用高品位的纯金属。
做到废料用尽，次料代替好料，好料精用，搭配适当，保证质量。
1.1 工业纯金属--新料铝合金是在纯金属熔炼的基础上，加上其它合金元素配制而成．因此，在配制合金以前，首先应依所需配制的合金成分的要求，选择所需的纯金属之品位。
有色金属的工业纯金属多来源于冶炼厂，如工业纯铝(称原铝)，工业纯铜(称紫铜或电解铜)，工业纯镁，以及金属镍等都是从电解工厂制得的。
原铝多铸成15-20公斤的小锭(称铝锭)；镁以锭状供应，镁锭的重量可分为2.5公斤和9公斤两种；纯铜和金属镍一般多以电解铜板和电解镍板的形式供应；金属锌一般铸成重40公斤左右的扁平锌锭，而金属锰和铬分别以不同的粒度供应。
这些所谓的纯金属中，杂质仍是不可避免的。
例如，原铝锭中仍含有Fe和Si两种主要杂质。
它们大多数是从炼铝原料---铝矿石中带来的。
这两种杂质元素对铝及其合金的性能有极大的影响，因而使用原铝锭时，必须注意这些杂质的含量，根据所配制合金的要求正确地选用原铝锭。
铝冶炼厂生产的原铝新料，是按所含铁和硅二种主要杂质元素的多少而定其品位的。
铸造合金及其熔炼_铸造铝合金的熔炼
由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热 越小，扩散系数越大，即氢的溶解速度越大。
铝液中的合金元素及氧化夹杂物对氢的扩散系数有很 大的影响，通常降低氢的扩散速。
四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响
根据结构分析，铝及其合金中存在着三种不同形态的 无水氧化铝：γ 、η 和α ，它们各自的特性列于表13-2中。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa的条件下，测得硅、铜、镁对溶解
度影响，按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢的溶解度越高；反之，
硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。
2、对氧化膜性能的影响
Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大，是表面活性元 素，密度又比铝小，富集于铝液表面，熔炼时，优先被炉 气氧化。铝液中含镁量高于1%，表面氧化膜即全部由 MgO所组成，这层MgO组织疏松，对铝液不起保护作用， 故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。
2、皮下气孔 气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产
生气体所造成，一般和铝液质量无 关口
3、单个大气孔 这种气孔产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如
铸型或型芯排气不畅，或者是由于操作不小心，如浇注时 堵死气眼，型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液 纯净度无关。
二、铝铸件中氧化夹杂物形态及对性能的影响
第十三章 铸造铝合金的熔炼
概述
熔炼工艺是铸件生产过程中的一个有机组成。一个 优质铝铸件的获得，需要有一整套优化的铸造方法、铸造 工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。
铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼 设备选用，熔炼工具处理及熔炼工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。严格 控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净 化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等。
铝合金的熔炼与铸造
第二章铝合金的冶炼1.金属铝的制取金属铝最初是用化学法制取的。
1825年丹麦化学家H.C.Örested和1827年德国Wöhler F.分别用钾汞齐和钾还原无水氯化铝，都得到少量金属粉末。
1854年Wöhler F.还用氯化铝气体通过熔融钾的表面，得到了金属铝珠，每颗重约10～15mg，因而能够初步测定铝的密度，并认识到铝的熔点不高，且具有延展性。
后来，法国S.G。
Deville用钠代替钾还原熔融的氯化钠_氯化铝络盐，也制取金属铝。
1854年他在法国巴黎附近建立了一座小型炼铝厂。
1865年俄国 H.H.BeKeTOB 提议用镁来置换冰晶石中的铝，这一方案被德国Gmelingen Aluminium und Magnesium Fabrik 采用。
由于电解法兴起，化学法便渐渐被淘汰。
在整个化学法炼铝阶段中（1854～1895年）,大约总共生产了200Ton铝。
电解法熔炼铝起源与1854年。
当时德国R.W.Bunsen和法国S.C.Deville分别电解氯化钠_氯化铝络盐，得到金属铝。
1883年美国S.Bradley申请了电解熔融冰晶石的专利。
1886年美国的C.M.Hall 和法国的L.T.Héroult同时发明了冰晶石_氧化铝融盐电解法并申请到专利。
此法便是一百年来全世界炼铝工业上采用的唯一方法，统称为霍尔_埃鲁法。
中国的炼铝试验工作起始自1934年天津的黄海化学工业社，用800A预焙阳极电解槽炼出金属铝。
抚顺铝厂开始兴建于1937年，电解槽为自焙阳极式，电解强度为2400 A，最高年产铝量达到8000Ton。
台湾省高雄铝厂亦兴建于1937年。
从南阳 Bintan岛运来三水铝土矿，在厂内用拜耳法生产氧化铝，用24000A 和30000A自焙阳极电解槽生产铝，最高年产量达到10KTon。
新中国成立后，铝合金工业得到迅速的发展。
我国的铝冶炼工业经过几十年的发展，取得了前所未有的成绩，2000年氧化铝产量达429万Ton，铝锭283万Ton，我国已成为世界铝生产和消费的大国。
第28次课-铸造铝合金熔炼原理讲解学习
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、 “除杂是除气的基础”的原则。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）
η-Al2O3 、γ-Al2O3 在600-700 ℃范围内吸附水汽和氢的能力 最强，因此，铝液中的氢有两种形式：溶解氢和吸附在氧化 夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。 故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
第二章 铸铝合金的熔炼
第一节 铸铝合金的精炼
（2）熔剂的工艺性能
熔剂的工艺性能主要是指铺开性，即 熔剂在金属液面上自动铺开，形成连 续的覆盖层的能力；分离性，即熔剂 和金属自动分离的能力；精炼性，即 除渣、除气通力。这三种工艺性能都 是由熔剂的表面性能决定的。
第一节 铸铝合金的精炼
3、过滤
过滤剂可分为二类：一类为非活性过滤剂， 依靠机械作用，清除铝液中的非金属夹杂物， 属于这类过滤剂的有石墨碎屑、玻璃纤维等。 加一类是活性过滤剂，能吸附氧化夹杂，除 机械作用外，还依靠吸附作用清除氧化夹杂， 因此精炼效果比非活性过滤剂好，属于这一 类过滤剂的有NaF、CaF、Na3AlF6等。
铝液中一旦含有大量Al2O3后，会增加铝液的含氢量， 而且很难除去。当铝液中Al2O3含量很低时，铝液含 氢量也低，即使人为地通入氢气，也会自动脱气， 并很快恢复到原来的含量；用这种纯净的铝液浇注 铸件，很少出现针孔，铝液中的Al2O3含量对铝铸件 中气孔的形成有很大影响。
第一节 铸铝合金的精炼
（六）合金元素对吸氢的影响
1、对氧化膜性能的影响：常用合金元素按对氧亲 对氧化膜性能的影响： 和力的大小可以下列次序排列： Be→Mg→Al→Ce→Ti→Si→Mn→Cr→Zn→Fe→Ni→ Cu。 2、对氢的溶解度的影响：镁含量增加使含氢量增 对氢的溶解度的影响 加主要是由于改变了氧化膜的性质，促进了铝和水 汽反应的结果。
第一节 铸铝合金的精炼
第一节 铸铝合金的精炼
第一节 铸铝合金的精炼
精炼的目的在于去除铝液 中的气体和各种非金属夹杂物， 保证获得高质量的铝液。
第一节 铸铝合金的精炼
一、铝铸件中气孔和夹渣的形式
第一节 铸铝合金的精炼
（一）铝铸件中气孔的形式及 对铸件性能的影响
第二章 铸造铝合金熔炼.pdf
4、变质效果评定 （1） 测定共晶反应温度
铝合金熔炼
变质正常，断口银白色丝绒状，晶粒很细，看不到硅亮点； 变质不足，晶粒粗大，断口暗灰色，发亮的硅晶粒明显可见； 变质过度，断口呈青灰色，晶粒粗大；
铝合金熔炼 电阻炉
铝合金熔炼 感应炉
铝合金熔炼 反射炉
铝合金熔炼 高效反射炉
铝合金熔炼
铝合金熔炼
2、变质剂
磷复合变质剂： 10％P＋90％C2Cl2，加入量0.25％； 20％P＋70％KCl＋10％K2TiF6；加入量0.5%-0.8%; 15％P＋40％C2Cl2＋38％KCl＋7％K2TiF6；加入量0.5%-0.8%;
（1） 压入法
1.钠盐变质剂预热，300－400℃，20 －30min； 2.精炼后，除去熔渣和氧化皮；
m 3
Al4C3
n 2
H2
铝合金熔炼
2、影响铝合金液吸气的因素
（1） 合金液氢溶解度与氢的或水蒸汽的分压的影响
（2） 铝合金的蒸气压的影响: 铝的蒸气压较低。
（3） （4） （5）
氧化膜的影响： Al2O3氧化膜致密的。 Al2O3等夹杂物的影响： Al2O3吸氢，核心。 合金元素的影响：加Mg容易吸氢，Si和Cu降低吸氢量。
（2） 脱水氯化锌精炼法
2Al 3ZnCl2 3Zn AlCl3 (gas)
ZnCl2 H2 Zn HCl(gas)
（3） 无毒精炼剂精炼法
无毒精炼剂精炼法原理
NaNO3 C NaCO3 N2 CO2
NaNO3 Na2O NO
氟硅酸钠和冰晶石粉的作用――精炼和缓冲作用； 食盐的作用－－－－－－－－－缓冲作用； 耐火砖屑的作用－－－－－－－精炼剂残留物烧结成团上浮。
铝合金熔炼与铸造
铝合金熔炼与铸造铝合金是一种常见且广泛使用的金属材料，具有较低的密度、良好的导热性和耐腐蚀性，因此在许多行业中得到了广泛的应用。
铝合金的熔炼和铸造是制造铝合金制品的关键步骤。
本文将介绍铝合金熔炼和铸造的基本原理、工艺和注意事项。
一、铝合金熔炼1.1 熔炼原理铝合金熔炼的主要原理是将铝及其他合金元素加热至其熔点，使其融化成液态，以便进行后续的铸造工艺。
铝的熔点较低，约为660°C，因此相对较容易熔化。
而其他合金元素的加入可以改变铝合金的性质，例如提高其强度、耐腐蚀性或者改善加工性能。
1.2 熔炼工艺铝合金熔炼工艺一般分为两种：批量熔炼和连续熔炼。
批量熔炼是将一定量的铝和其他合金元素加入炉内，通过加热熔化成液态，并进行充分混合。
这种方法适用于小规模生产，常用的炉型有电阻炉和燃气炉。
而连续熔炼是将铝合金材料加入熔炉的顶部，通过炉内的加热和熔化过程，使得底部的液态铝合金不断流出。
这种方法适用于大规模生产，常用的炉型有回转炉和隧道炉。
1.3 熔炼注意事项在铝合金的熔炼过程中，需要注意以下几个方面。
首先，炉内的温度需要控制在适当的范围内，以避免过度燃烧或者过度冷却。
其次，需要保持良好的熔炼环境，防止氧气、水分或杂质等对炉内材料的影响。
最后，在加入其他合金元素时，需要根据配比和工艺要求进行准确的添加，以保证最终铝合金的性能。
二、铝合金铸造2.1 铸型设计铝合金铸造的第一步是进行铸型设计。
铸型设计的目的是根据最终产品的形状和要求，确定合适的铸造方法和材料，以及适当的铸型结构。
常见的铸型结构有砂型、金属型和陶瓷型等。
其中砂型是最常用的铸造方法，可以应用于各种形状和尺寸的产品。
2.2 铸造工艺铝合金的铸造工艺可以分为传统铸造和压铸两种。
传统铸造是将熔融的铝合金液体倒入铸型中，并通过自然冷却形成最终产品。
这种方法适用于小批量生产，但精度和表面光滑度相对较低。
压铸是将高压液压机将铝合金液体注入铸型中，通过压力传递和快速冷却，实现快速成型。
熔炼、铸造和均质的基础理论
有色金属熔炼和铸造一． 基本原理1．熔炼和铸造的定义：熔炼的含义:就是将各种胚锭通过加温重熔的方法,实现由固态向液态转变的同时,进行合金化的过程.在熔炼的过程中,将实现净化除杂的目的.铸造的含义:将符合铸锭要求的金属熔体通过转注工具浇入到具有一定形状的铸模 中，使熔体在重力场或外力场的作用下充满模腔,冷却并凝固成型的工艺过程.它不仅要实现外部定型,而且还要实现对内部的微观组织结构的调控.二． 铝及其合金的熔炼1．熔炼的传热过程铝的熔点虽然很低（660℃），但由于熔化潜热（395.56kJ/kg）、固态热容（1.1386kJ/kg. ℃）和液态热容（1.046kJ/kg. ℃）都较高，而铝的黑度是铜铁的1/4，所以铝熔炼耗能大，很难实现理想的热效率。
热的传递方式有三种，传导、对流和辐射。
要提高金属的受热量，一方面提高炉温，这对炉体和熔体都不利，另一方面铝的黑度小，故提高辐射传热也是有限的，因此只能着眼于增大对流的传热系数（αc）,它与气流速度的关系：αc=5.3+3.6v[kJ/(m2 h.℃)] V<5m/s时αc=647+v0.78 [kJ/(m2 h.℃)] V>5m/s时可见提高燃烧的气流速度是有效的。
2．合金元素的溶解和蒸发熔炼温度下（700℃）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）：Ti：0.66，Mo：1.38（760℃），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4，通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶转变的，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。
在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小，蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸发，在熔炼过程中损失较大。
3．熔炼的吸气过程铝—氧反应金属以熔融态或半熔融态暴露于炉气中并与之相互作用时间越长，往往造成金属大量吸气，氧化和形成其它非金属夹杂，其反应分为：吸附、界面反应和熔解（扩散）。
铸造的原理
铸造的原理铸造是一种通过将熔化的金属或合金倒入模具中，然后让其冷却凝固，最终得到所需形状的金属制品的加工方法。
铸造是金属加工工艺中最古老且最常见的一种方式，广泛应用于汽车、航空航天、船舶、建筑等领域。
铸造的原理基于物质的凝固过程。
当金属或合金被加热到其熔点以上时，其原子或分子开始具有足够的热运动能量，以克服相互间的吸引力。
当温度开始下降时，金属原子或分子的活动能量逐渐减小，使得它们更容易相互靠近。
在适当的条件下，金属原子或分子逐渐排列并结合在一起，形成一个具有固态特性的结晶体。
在铸造过程中，首先需要准备一个模具，它可以是金属、陶瓷或砂型。
模具的形状决定了最终产品的形状。
然后，选定的金属或合金被加热到其熔点，使其变为液态。
一旦熔化，金属被倒入模具中，并允许其冷却。
当金属冷却到足够低的温度时，它会逐渐凝固，并在模具中形成所需的形状。
铸造过程中的一些关键因素包括金属的熔点、凝固温度范围以及冷却速度。
不同的金属和合金具有不同的熔点和凝固温度范围。
冷却速度对凝固物的晶体结构和性能也有重要影响。
快速冷却会导致细小的晶体结构，增强材料的强度和硬度，但可能降低韧性。
相反，缓慢冷却会产生较大的晶体，提高材料的韧性，但降低强度和硬度。
铸造过程还可以通过添加合金元素来改变材料的性质。
例如，将铝合金中添加一定比例的硅元素，可以使其具有更好的耐热性和耐腐蚀性。
合金的添加可以提高材料的特定性能，使其更适合特定的应用需求。
总之，铸造是一种通过将熔化的金属或合金倒入模具中，然后冷却凝固来制造金属制品的加工方法。
它的原理基于物质的凝固过程，涉及温度控制、模具设计和合金添加等因素。
铸造技术在工业生产中发挥着重要的作用，为各行各业提供了各种形状和性质的金属制品。
铸造合金熔炼原理
铸造合金熔炼原理
铸造合金熔炼原理是在高温环境下将金属原料加热至其熔点以上，使其完全熔化，并通过特定的工艺操作，将熔化金属倾注入模具中形成所需的产品。
熔炼过程中，金属原料的化学成分和物理性质经历着复杂的变化。
首先，进行合金熔炼的原料是金属块、片、粉末等，这些原料的化学成分必须经过严格的配方设计，以满足最终产品的性能要求。
通常，在配方中会加入一定比例的合金元素，如硅、锰、铜、镍等，以改善合金的机械性能、耐腐蚀性能、导热性能等。
其次，将金属原料放入特制的熔炼炉中，加热至足够高的温度。
常见的熔炼炉包括电阻炉、电弧炉、感应炉等。
加热过程中，金属原料逐渐升温至其熔点以上，固态金属逐渐转化为液态金属。
熔炼时还需控制熔炉内气氛的氧含量，通常会采用惰性气体如氮气或氩气，以避免金属被氧化。
此外，可以添加一些熔剂和脱氧剂，以促进金属熔化和去除气体杂质。
完成熔炼后，融化的金属液被倾注入预先准备好的模具中，待其冷却凝固固化。
冷却过程中，金属再次发生相变，由液态逐渐转变为固态。
在凝固过程中，还会发生固溶体相分离、晶体生长、晶界组织形成等现象，这些因素将直接影响最终产品的组织结构和性能。
最后，经过适当的冷却时间，模具打开，固化的金属零件取出，
经过后续的加工处理（如去毛刺、研磨、抛光等），即可得到最终的铸造合金产品。
总结起来，铸造合金熔炼原理是通过将金属原料熔化、倾注模具、冷却凝固等步骤，控制金属的组织结构和化学成分，制备出具有所需性能的铸造合金产品。
铸造铝合金的熔炼(一)
铸造铝合金的熔炼(一)铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼设备选用，熔炼工具处理及熔炼工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。
严格控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等。
熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足下列要求的铝液：1）化学成分符合国家标准，合金液成分均匀；2）合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低。
3）需要变质处理的合金液，变质良好。
据统计因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，如渗漏、气孔、夹渣等，主要原因是合金液中的气体、氧化夹渣、熔剂夹渣未清除所引起。
因此在确保化学成分合格的前提下，熔炼工艺过程控制的主要任务是提高合金液的纯净度和变质效果。
1.铝合金的炉料1.1炉料组成炉料由新金属、中间合金、回炉料及重熔回炉料组成。
1.1.1 新金属国标中可查到新金属的牌号、等级、纯度及用途，是炉料的主要组成，纯度高，可用来稀释回炉料中带入的杂质含量。
1.1.2 中间合金为便于加入某些难熔合金元素，如铜、锰、硅等，或成分严格控制的元素如锑、锶、稀土等，需预先与纯铝制成中间合金。
对中间合金的要求是：熔点和铝掖温度接近，合金元素比例尽可能高，化学成分均匀，冶金质量好，易于破碎，配料称重等。
熔制中间合金的方法有直接熔化法和铝热法。
1.1.3 回炉料回炉料可分成三类。
第一类包括成分合格的报废铸件、浇冒口等，可直接使用；第二类包括小毛边、浇口杯中剩余的金属、冲压车间的边角料等，需重熔成再生合金锭，方能使用；第三类包括熔渣、切屑、炉底残渣及化学成分不合格又无法调整的废金属，如铁含量较高，需经专业化的冶金厂重熔成再生合金锭。
回炉料具有遗传性。
遗传的内容包括有“纯度遗传”和“组织遗传”两种。
纯度高、晶粒细的炉料遗传质量高，熔制的合金质量也会高，有时比等级较低的新金属熔制的合金质量更好。
1.2 配料计算配料计算的任务是按照指定的合金牌号，计算出每一炉次的炉料组成及各种熔剂的用量。
铝合金的熔炼
铝合金的熔炼、铸锭一．实验目的：掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。
熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。
熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。
因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。
而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。
二．实验内容：铝铜合金熔炼基本工艺流程合金制品总体处理路线三．实验要求及基本工艺参数：1．熔炼温度：熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。
从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。
浇注温度为730℃左右。
2．熔炼时间：熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。
熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。
因此，作为一条总的原则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。
3．合金元素加入方式：与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083℃），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。
铝合金的熔炼与铸造
铝合金的熔炼与铸造发布时间：2012-4-3 21:37:13 | 38 人感兴趣 | 评分：3 | 收藏： 01 配料及其计算配料是熔体铸的第一道工序。
它的首要任务是控制成分和杂质含量使之符合要求，其次是根据对合金的加工和使用性能的要求，确定各种炉料品种及配料比；再次是正确地计算每炉的全部炉料量。
合理地吊装各种原辅材料，管理好各种金属及废料(旧料)。
铝合金熔炼时，炉料大致分为三类，即：工业纯金属，或称新料或新金属；回炉的金属或合金废料，也称旧料或返回料；以及中间合金或配制合金用的纯金属。
正确地选择配制合金的炉料，对于合金成分控制，铸锭质量的保证，以及金属原料的节约，都有重要的意义。
总之，在保证性能合乎要求的前提下，允许利用各种废料，节约新金属和贵重金属。
换句话说，就是能用废料应少用纯金属，能用低品位纯金属绝不用高品位的纯金属。
做到废料用尽，次料代替好料，好料精用，搭配适当，保证质量。
1.1 工业纯金属--新料铝合金是在纯金属熔炼的基础上，加上其它合金元素配制而成．因此，在配制合金以前，首先应依所需配制的合金成分的要求，选择所需的纯金属之品位。
有色金属的工业纯金属多来源于冶炼厂，如工业纯铝(称原铝)，工业纯铜(称紫铜或电解铜)，工业纯镁，以及金属镍等都是从电解工厂制得的。
原铝多铸成15-20公斤的小锭(称铝锭)；镁以锭状供应，镁锭的重量可分为2.5公斤和9公斤两种；纯铜和金属镍一般多以电解铜板和电解镍板的形式供应；金属锌一般铸成重40公斤左右的扁平锌锭，而金属锰和铬分别以不同的粒度供应。
这些所谓的纯金属中，杂质仍是不可避免的。
例如，原铝锭中仍含有Fe 和Si两种主要杂质。
它们大多数是从炼铝原料---铝矿石中带来的。
这两种杂质元素对铝及其合金的性能有极大的影响，因而使用原铝锭时，必须注意这些杂质的含量，根据所配制合金的要求正确地选用原铝锭。
铝冶炼厂生产的原铝新料，是按所含铁和硅二种主要杂质元素的多少而定其品位的。
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悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针
孔的形成。所以，铝液中 Al2O3 和氢之间有着十分密切的 关系。
§13-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
铝液吸氢的动力学过程
氢分子撞击铝液表面 氢分子在铝液表面离解为氢原子
134 90
cos 0
因表面张力均为正值，故式（13-40）成立，即铝液中的Al2O3夹杂物能自动 吸附于氮气泡，被带出液面。
通氮精炼（续）
铝液内的氮气泡中氢分压pH2=0，氢即在氢压力差的 驱动下自铝液扩散进入氮气泡。 这一过程直至氮气泡中的氢分压和铝液内的氢分压相 平衡时才会停止。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气）
及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂 清理，仍会增加铝液的含氢量。
铝—有机物反应
铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一； 最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。 4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
铝合金中的气体
除氢热力学
应尽量降低铝液表面上的氢分压，为此可采 用真空处理。
向铝液中吹入气体，以在其内形成氢分压起
始为零的气泡来降低含氢量。
温度的降低作用是有限的。
除气动力学
除气的动力学过程大致经过下列几个阶段：
气体原子从铝液内部向表面或精炼气泡界面迁移； 气体原子从溶解状态转变为吸附状态； 在吸附层中的气体原子生成气体分子； 气体分子从界面上脱附；
铝液精炼工艺
通氮精炼 通氩精炼 通氯精炼 氯盐精炼 三气混合气精炼 固体无公害精炼剂 固体三气精炼块 喷粉精炼
浮游法 吸附精炼 溶剂法
过滤法 真空精炼 非吸附精炼 超声波处理
一 浮游法பைடு நூலகம்
概念：
在铝液中吹入气体或产生气体，利用气泡在铝液中的浮升 ，将氢及夹杂排出液面。
原理：
铝液内气泡中氢的分压起始为零，铝液中的溶解氢即在氢 压力差驱动下不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。
针孔分级
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响（续）
皮下针孔
气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产生 气体所成，一般和铝液质量无关。
单个大气孔
产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如铸型或型芯 排气不畅，或由于操作不小心，如浇注时堵死气眼，型 腔中的气体被憋在铸件中引起。
铝铸件中氧化夹杂的形态及对铸件性能影响
第十三章 铸造铝合金熔炼
铝合金的精炼原理 铝液的精炼工艺
铝合金组织控制
铸造铝合金熔炼工艺
概 述
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、熔炼工具处理及熔炼 工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序，严格控制熔炼温度和 时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可 靠的铝液炉前质量检测手段等。 熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足要求的铝液：
有
GI M I M G （13-40）
GI M G cos(180 ) M I
GI M G cos M I
cos
由于铝液与Al2O3夹杂物之间互不润湿， 其接触角 134 ，由右图有
GI M I M G
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀； 合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低； 需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气 体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
F1 S M I S M G
σM-I－铝液与Al2O3夹杂物之间的表面自由能； σM-G－铝液与气泡之间的表面自由能。
通氮精炼（续）
根据热力学第二定律，系统表面能降低的方向，即为过程自动进行的
方向。故Al2O3夹杂物自动吸附在氮气泡上应满足
即
F F2 F1 0 S GI (S M I S M G ) 0
氢原子吸附于铝液表面
氢原子通过扩散溶入铝液中
2H→2[H]
扩散速度取决于扩散系数D
D=KpH21/2exp(-△H/2RT)
铝合金的净化（精炼）原理
氢在铝液中的溶解度 [H]=K0pH21/2exp(-△H/2RT) 当温度不变时 气体溶解度 的Sieverts 西华特定律
[ H ] K s PH 2 Ks A / T B
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。 网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。 混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
2﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍 （0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。 为了防止铝 -氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在 750℃以 下。
铝-水气反应
铝和水气的 反应 2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑ Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步 反应
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。 铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。 升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼 温度及浇注温度的必要性。
氮气泡上升时能同时带走Al2O3夹杂物及氢气。
通氮温度应控制在710～720℃，温度过低，降低氢的扩散系数， 温度过高，将生成大量AlN夹杂，同样污染铝液。 要求使用的氮气中含氧量低于0.03％，含水量低于0.3g/m3。 镁比铝更易和氮反应，生成Mg3N2夹杂，因此铝镁合金不希望用 氮气精炼。
提高比表面积，增大传质系数，延长作用时间，可降低气体最终浓度，
提高精炼效果。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触时间，在不致使溶液表面 强烈翻腾而造成吸气氧化条件下，加强搅拌，以增大k值。
采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体及真空除气，使Cms趋于0，
改善除气条件等。
精炼温度
从热力学角度，精炼温度应低些为好；
精炼方法：
包括氯盐精炼、硝酸盐精炼、吹惰性或活性气体精炼等。
通氮精炼
设铝液中Al2O3夹杂物被氮气泡吸附后，彼此相 接触的面积为S，则吸附后在面积S上所具有的 表面自由能F2可用下式表示
F2 S GI
σG-I－气泡与Al2O3夹杂物之间的表面自由能，即表 面张力 吸附前Al2O3、氮气泡都与铝液接触，但彼此不 相接触，故吸附前面积S上的表面自由能可用下 式表示F1
氧化夹杂分为两类
一次氧化夹杂：浇注前铝液中存在的氧化夹杂，总量约占铝液质
量的0.002％～0.02％。按形态可分为两类：第一类是分布不均匀的大 块夹杂物，其危害性极大，使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为 腐蚀的根源，明显降低铸件力学性能；第二类夹杂呈弥散状，在低倍 显微组织中不易发现，铸件凝固时成为气泡的形核基底，生成针孔， 这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。
能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）；
氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免
地将氢带入铝液；
铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和； 虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而 且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。
氧化物夹渣
在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将 吸附的 H2O 带入铝液，均将在其中产生 γ － Al2O3 夹杂物，
“除杂是除气的基础”的原则。
合金元素对铝液吸氢的影响
元素
铝中 氢量 Zn Si Cu﹤20% Mg
Ti
Mn﹤0.1%
Ni
Be
变化
减少 减少
减少
增加 增加 无影响 增加 减少
注：铝液中加Mg、 Na、 Ca，形成疏松MeO膜, 如Mg>1.0%,生成疏松MgO,
加入003-0.07%Be使氧化膜致密。熔炼温度<750 ℃。
η-Al2O3 、γ-Al2O3 在600-700 ℃范围内吸附水汽和氢的能力 最强，因此，铝液中的氢有两种形式：溶解氢和吸附在氧化
夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。
故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。 铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。 为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、
通氯精炼
向铝液中通入氯气，可以较有效的起精炼作用。 2Al+3Cl2 = 2AlCl3↑ ΔH= -1591.8KJ H2+Cl2 = 2HCl↑ ΔH= -184.2KJ
反应生成物都是气态，不溶于铝，和未发生反应的氯气都