熔炼与铸锭
金属熔炼与铸锭—第二章
第二章
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冶金工程学院
第2章 有色金属及合金材料
主要内容
2.1 熔铸的基本任务 2.2 熔铸的基本要求 2.3 熔铸工艺规程制定
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冶金工程学院
2.1 熔铸的基本任务
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冶金工程学院
2.2 熔铸的基本要求
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冶金工程学院
2.2 熔铸的基本要求
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冶金工程学院
2.2 熔铸的基本要求
2.3 熔铸工艺规程的制定
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冶金工程学院
作业思考题
1.熔铸的基本任务是什么？ 2.熔铸的六点要求是什么？ 3.为什么在熔铸之前要制定熔铸工艺规程？
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冶金工程学院
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冶金工程学院
2.3 熔铸工艺规程的制定
水、电（油）、气、料
Байду номын сангаас
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冶金工程学院
2.3 熔铸工艺规程的制定
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冶金工程学院
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冶金工程学院
• 铸造用(废钢熔解）里面的原材料覆盖剂在废钢熔炼过程 中覆盖在钢水表面，起到了保温、吸附夹杂物，防止钢水 氧化等作用。主要成分为C、CaO、SiO2、Al2O3等。对于 有特殊要求的，还要添加合金粉、膨胀材料等，以提高保 温、吸附夹杂的性能。 • 铸造熔炼精炼添加剂的作用及特性 熔炼精炼添加剂能加快 合金的熔化,降低熔化能耗,节省用电量,减 少电能耗损 净化 钢(铁)液,减少渣孔、气孔,提高铸件成品... • 打渣剂和清渣剂应该是一样的东西 铝合金在温度达到720度左右时加入精炼剂,用工具压到底 部缓慢移动直到不冒泡为止,主要是用来清除铝液中的氢 精炼后加入打渣剂,用工具充分搅拌后捞出渣子,主要是用 19 来清除铝液中的杂质 冶金工程学院 清渣结束后在表面撒上覆盖剂,防止空气中的氢进入铝液中
《熔炼与铸锭》课件
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熔炼与铸造在实际应用中的应用
探索熔炼和铸造在各行各业的实际应用，如汽车制造和航空航天。
总结
熔炼与铸造的重要性
总结熔炼和铸造在材料加 工中的重要作用。
熔炼与铸造的发展趋 势
展望熔炼和铸造技术的未 来发展趋势。
展望未来熔炼与铸造 的发展前景
探索熔炼和铸造领域的未 来前景和新的发展方向。
铸造流程及铸造缺陷处理
了解铸造的具体流程，以及如 何处理铸造中的常见缺陷。
熔炼与铸造的关系
熔炼和铸造的区别与联系
比较熔炼和铸造的不同点和相互关系，深入理 解二者的作用。
熔炼与铸造的关联关系及作用
探索熔炼和铸造之间的联系及其在材料加工中 的重要作用。
实例分析
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典型案例介绍
通过实例分析，展示熔炼和铸造在实际工程项目中的应用。
《熔炼与铸锭》PPT课件
欢迎来到《熔炼与铸锭》PPT课件！在这个课程中，我们将深入探讨熔炼和 铸锭的原理、设备、工艺以及其重要性和发展趋势。
熔炼原理
金属材料特点
了解金属材料的特性，为 熔炼过程做出合理选择。
熔炼基本原理
揭示熔炼是如何实现材料 物态转变的过程。
熔炼方式和分类
介绍不同的熔炼方式和分 类，如火法和电法熔炼。
回顾铸造技术的发展历史，从古代手工铸造到现代自动化铸造。
2 铸造材料分类
介绍铸造中常用的材料分类，如铸铁和铸钢。
3 铸造基本原理
揭示铸造是如何通过熔融金属注入模具，形成所需形状的工艺
了解常见的铸造方法，如砂铸 和压铸。
常见铸造设备介绍
介绍铸造中常用的设备，如模 具和液态金属处理设备。
熔炼设备与工艺
火法熔炼
探索使用火焰进行 熔炼的设备和工艺， 如高频感应炉和电 阻炉。
有色金属熔炼与铸锭
有色金属熔炼与铸锭有色金属是指除了铁之外的金属，包括铜、铝、镁、锌、铅等。
这些金属在工业和日常生活中都有广泛的应用，因此其熔炼和铸造技术也非常重要。
本文将介绍有色金属熔炼和铸锭的基本原理和流程。
一、有色金属熔炼有色金属熔炼是将固态金属加热至液态并进行加工的过程。
有色金属熔炼通常采用电炉、燃气炉或高频感应炉等加热设备。
在熔炼过程中，有色金属会发生氧化、蒸发和挥发等反应，因此需要加入熔剂和保护气体来控制反应的发生。
1. 熔剂熔剂是一种能够与金属氧化物反应生成氧化还原剂的物质。
在熔炼过程中，熔剂可以吸收金属表面的氧化物，并将其还原为金属。
熔剂的选择要根据金属的特性和熔剂的成分来确定。
以铝为例，铝的氧化物（Al2O3）在高温下很难还原为金属铝。
因此，需要加入熔剂（如纯碳或氟化铝钠等）来将氧化物还原为铝。
另外，熔剂还可以调节熔炼温度、改善金属的流动性和减少金属表面的氧化。
2. 保护气体保护气体是一种用于保护金属表面不受氧化的气体。
在熔炼过程中，金属表面会受到空气中的氧化物的影响，导致氧化和污染。
因此，需要加入保护气体，如氮气、氩气、氢气等，来隔绝金属和空气的接触。
以铜为例，铜熔点较低，容易氧化，因此需要使用保护气体来防止氧化。
常用的保护气体是氢气，因为氢气可以还原铜表面的氧化物，并且不会对铜产生污染。
二、有色金属铸造有色金属铸造是将熔化的金属倒入模具中，使其冷却固化成型的过程。
有色金属铸造通常采用砂型铸造、永久模铸造、压铸和注射成型等方法。
1. 砂型铸造砂型铸造是将熔化的金属倒入沙子制成的模具中，使其冷却固化成型的方法。
砂型铸造可以制造大型和复杂的零件，但是生产周期较长，成本较高。
2. 永久模铸造永久模铸造是将熔化的金属倒入金属模具中，使其冷却固化成型的方法。
永久模铸造可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是模具成本较高。
3. 压铸压铸是将熔化的金属注入压铸机中，经过高压快速冷却成型的方法。
压铸可以制造高精度、高表面质量和高产量的零件，但是一般只适用于小型和中型零件。
金属熔炼与铸锭 第五讲 有色金属及合金熔体的净化
与悬浮状态的夹渣相遇时，夹 渣便可能被吸附在气泡或熔剂 表面而被带出熔体。
驱动力：界面能降低
润湿角
θ<90° 能够吸附或润湿 θ>90°吸附或润湿较弱
熔剂滴(或气泡)与固体夹渣间吸附时的能量条件
除渣精炼
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
吸附作用—熔剂
根据夹杂物与金属熔体的相对比 重不同，可分别采用上熔剂法和 下熔剂法。
上熔剂法：夹渣的比重小于金 属熔体，多聚集熔池上部及表面 ，此时应采用上熔剂法。(重有 色金属及钢铁)
方法四：氧化除气
同时存在于铜液中的氢和氧有一定的比例关系，氧 化法除氢就是有意识提高熔体中氧含量，降低氢含量。
举例说明
向铜液中吹入氧气，大量的铜将被氧化：
4Cu+O2=2Cu2O 生成的Cu2O溶于铜液中，随后Cu2O又与铜液中 的氢发生反应：
Cu2O+2[H]=2Cu+H2O↑
本方法仅适用于紫铜的精炼
下熔剂法：夹渣的比重大于金 属熔体，采用下熔剂法。(镁及 镁合金)
全熔剂法：熔剂均匀分布于熔 体中。(铝合金)
熔剂法除渣示意图 (a)上熔剂法；(b)下熔剂法
1－熔剂；2－熔剂夹渣
除渣精炼
影响吸附的因素
熔剂的吸附能力取决于化学组成。 对铝合金，在其他条件相同时，氯化物的
吸附能力比氟化物好； 碱金属氯化物比碱土金属好； 氯化钠和氯化钾的混合物比纯氯化物好； 在氯化钠和氯化钾的混合物中加入少量氟
解决措施
精心备料、严格 预防 控制熔化、采用
覆盖剂 在熔炼后期进行 补救 脱气精炼，降低
熔体中气体含量
脱气精炼
目的与方法
目的：脱除溶解于金属中的气体。
脱气途径
有色金属加工-熔炼与铸锭..
金属液中气体的溶解与检测
熔体中溶解的气体：H2（70~90%）、CO2、 CO、N2、CnHm 气体的溶解机理：与金属有一定结合能力的气 体，都能不同程度溶解于金属熔体；与金属无 结合能力的气体，不溶解于金属熔体，只被吸 附 熔体中气体的危害：引起铸锭产生气孔或组织 疏松 气体含量测定：第一气泡法
铝合金牌号
铝合金牌号
1xxx系 2xxx系 3xxx系 4xxx系 5xxx系 6xxx系 7xxx系 8xxx系 9xxx系
镁合金牌号
产品牌号以英文字母加数字再加英文字母的形式表示 。前面的2位英文字母是其最主要的合金组成元素代 号(元素代号符合表1的规定)，其后的2位数字表示其 最主要的合金组成元素的大致含量。最后面的一个英 文字母为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或 元素含量有微小差别的不同合金
火焰炉
感应炉
熔炼炉的结构
电阻反射式熔炼炉：通 过电热体放出的热量加 热炉顶和炉墙，热量再 由炉顶、炉墙以辐射方 式传递给被加热的物料， 使之不断升温熔化 固定式方形电阻反射炉 结构：炉壳、炉基、炉 底、炉墙、炉顶、炉温 控制和测量系统
静置炉
用于接受在熔炼炉中熔炼好的熔体，并在其中 进行精炼、静置和调整熔体温度，在铸造过程 中对熔体起保护作用 电阻反射炉作静置炉
确定炉料组成和配料比的基本原则
炉料组成：构成炉料的各个品种和每个品种的 品位 配料比：一炉炉料中每一种炉料所占的比例 原则：
成分原则 质量原则 工艺原则 经济原则 物料平衡原则
铝合金冷轧及薄板生产技术
铝合金冷轧及薄板生产技术一、熔炼与铸锭1.1铝合金熔炼铝合金熔炼是生产过程中的重要环节，主要通过将铝合金材料加热至熔点后进行熔炼、精炼、除气、除渣等操作，以获得高质量的熔体。
1.2铸锭铸锭是将熔炼后的铝合金熔体倒入模具中，冷却凝固后形成一定形状和尺寸的铝合金锭。
铸锭的质量对后续的加工和制品质量有重要影响。
二、热轧与冷轧2.1热轧热轧是一种将铝合金铸锭加热至一定温度后进行轧制的工艺，主要目的是通过施加压力使铝合金材料产生塑性变形，获得一定形状和尺寸的板材或带材。
2.2冷轧冷轧是在室温下对铝合金材料进行轧制的过程，主要通过机械外力使铝合金材料产生塑性变形，获得更薄的板材或带材。
三、薄板成型3.1拉伸成型拉伸成型是一种将铝合金板材或带材通过模具进行拉伸变形的过程，主要应用于生产各种形状的铝合金制品。
3.2弯曲成型弯曲成型是一种将铝合金板材或带材通过模具进行弯曲变形的过程，主要应用于生产各种弯曲形状的铝合金制品。
四、表面处理4.1抛光抛光是通过机械或化学方法对铝合金表面进行加工，以获得光滑、亮泽的表面效果。
常用的抛光方法包括机械抛光、化学抛光和电化学抛光等。
4.2喷涂与电镀喷涂和电镀是在铝合金表面涂覆或镀覆其他金属或非金属材料，以提高铝合金制品的耐腐蚀性、美观度和功能性。
常用的喷涂和电镀材料包括油漆、塑胶、金属等。
五、质量检测5.1外观检测外观检测是对铝合金制品的表面质量进行检测的过程，主要通过目视、触觉等方法对制品的外观缺陷进行检查。
5.2尺寸检测尺寸检测是对铝合金制品的尺寸精度进行检测的过程，主要通过测量工具对制品的尺寸进行精确测量。
5.3力学性能检测力学性能检测是对铝合金制品的力学性能进行检测的过程，主要包括硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率等指标的检测。
六、环保与安全6.1有害物质控制铝合金冷轧及薄板生产过程中会产生一些有害物质，如废气、废水、废渣等，需要进行有效的控制和处理，以减少对环境和人体的危害。
铜合金熔炼与铸锭1
铜合金熔炼与铸锭要得到合格的铜合金制品，必须先制得合格的铜、铜合金液。
故此，铜合金的熔炼和铸造是获得优质铜合金制品和材料的关键工效之一。
铜合金铸造成锭坯的常见缺陷，如力学性能不合格、气孔、氧化夹杂、偏析等。
主要原因之一是熔炼工艺控制不当造成。
所以，对铜合金液的质量有如下的要求。
①必须严格控制铜合金的化学成份，要符合国家标准规定的指标。
②铜合金液要纯净，不得含有气体和氧化物。
③铜合金液不得过烧，不得有偏析。
要获得合格的合金液，除了严格控制熔炼工艺外，首要的是要有合格的原材料。
在熔炼铜合金是所用的原材料有新金属、回炉料和中间合金。
1.1铜合金熔炼时的金属损耗和配料1、我司黄铜用料：电铜、锌锭、光亮丝、纯漆线、Q料、拉伸料、普通角料（回料）、四类搭用料。
2、我司磷铜用料：镀白磷、镀锡紫铜、普磷、普紫铜。
3、熔炼时的金属损耗金属熔炼损耗通常是指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。
1）金属的挥发在熔炼过程中，金属的挥发是难以避免的，尤其是一些易挥发的元素有所回因挥发损失过大致使控制成份发生困难；故在熔炼工艺上应视其情况采取相应的措施。
2）氧化烧损熔融金属中合金元素的氧化烧损，与合金元素对氧的亲合力及含量有关，凡与氧的亲合力比基体金属大、表面活性强的金属，必然易烧损。
4、降低熔炼损耗的途径①用熔池面积小的炉子熔炼。
②制定合理的工艺操作规程。
易氧化、挥发的合金元素应制成中间合金在最后加入，或在溶剂覆盖下溶化。
③碎屑散料应打包。
④选用适宜的覆盖剂覆盖。
⑤正确选用溶剂，同时采取高温扒渣或捞渣，降低渣中金属损耗。
5 配料原则与配料计算1）配料原则①确定合金各组元的配料比及易耗组元的补偿量。
②在保证合金的主要成份及杂质含量合乎国家标准的前提下，尽可能少用新金属，以扩大低品位原料及回料的使用量。
③在保证合金质量的前提下，对合金中贵金属尽可能按标准的下限含量配料。
④为保证某些制品的特殊要求，在国家标准范围内科适当调整某些元素的含量，及制度生产中实际控制的内部标准。
熔炼与铸锭课程-成分控制
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烘炉
图3-1
18吨天然气反射炉烘炉曲线
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低温段升温慢；高温段升温略快，提供足够的时间消除水分。
清炉
清炉就是将残存在炉内的金属及结渣清除干净。每次金属熔 体出炉后都要进行一次清炉。 体出炉后都要进行一次清炉 对铝镁合金而言，当合金更换品种及熔炼特殊制品时，都要 进行清炉 这时应均匀地向炉内撒入一层粉状熔剂 进行清炉。这时应均匀地向炉内撒入 层粉状熔剂，将炉膛 将炉膛 温度升至800℃以上，然后将炉内各处的残存物清除干净。
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中间合金应满足下列要求：
熔点应低于或接近于合金熔炼温度； 含有尽可能高的合金元素且成分均匀一致； 气体、杂质及非金属夹杂物含量低； 具有足够的脆性，易破碎，便于配料； 不易被腐蚀，在大气下保存时不应破裂成粉末。
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中间合金制备
熔合法 热还原法 熔盐电解法 粉末法 除粉末法外，熔制中间合金时都要脱气除渣精炼。
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中间合金制备—熔合法
Al-Ni中间合金的制备
纯Ni熔点（1452℃）；Al Al-20%Ni 20%Ni熔点（780℃） 3/4铝块 坩埚
加热
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中间合金制备—熔合法
Al-Ni中间合金的制备
纯Ni熔点（1452℃）；Al Al-20%Ni 20%Ni熔点（780℃） 镍块预热 继续加热 至950~1000℃
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配料计算
核算表明，计算基本正确，可以投料。如果核算结果不符合 要求，则需要复查计算数据，或重新选择炉料及料比，再进 行计算，直到核算正确为止。应该指出，化学成分中Fe、Si、 Zn、Ni系杂质，一般不需要特意加入这些元素。 配料计算完成后，应根据配料计算卡片标明的炉料规格、牌 号 废料级别和数量 将炉料过称并按装料 序依次送往炉 号、废料级别和数量，将炉料过称并按装料顺序依次送往炉 台。电解铜板要剪切成小块，便于快速溶解。超过规定尺寸 的废料，应预先剪切整理，便于机械装炉。
金属熔炼与铸锭 第十讲 铸锭晶粒组织及其细化
10.2 铸锭异常晶粒组织
粗大金属间合化物
铸锭中可见到一些高熔点金属化合物初晶，呈块状、片状或针 状不均匀分布与基体中。
•
形成原因：与悬浮晶基本相同。因为浇注时间长，或浇温低， 铸锭冷却缓慢，则向铸锭中部游移的化合物初晶得以在液体中 自由生长成粗大晶粒。
防止措施：
适当提高浇注温度，加大冷却强度，可减少游离化合物初晶的
5
10.1.2 柱状晶区的形成
形成柱状晶区的影响因素
提高浇注 温度 ， 游 离晶重 熔的可能 性增大 ， 故有利 于扩大柱状晶区。
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柱状晶区的影响因素
合金凝固时，随合金含量提高，由于溶质偏析产生成分过 冷，促进晶体根部颈缩及脱落，使固 /液界面的前沿晶核 增殖，不利于获得柱状晶，柱状晶区变窄。
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10.2 铸锭异常晶粒组织
悬浮晶
夹在正常柱状晶区或等轴晶区中的粗大晶粒，它是优
先形核生长的基体金属固溶体初晶，在固/液界面前沿温
度梯度较小的过冷液体中自由长大，然后进入凝固层内 而形成的。
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10.2 铸锭异常晶粒组织
• 悬浮晶的形成方式主要有四种：
(1) 液体中温度梯度较小、凝固区较宽时，脱离模壁的少数 晶粒在凝固区内自由长大； (2) 大型铸锭冷却缓慢时，液穴表面形成的晶粒沉积于凝固 区内，得以充分长大； (3) 位于气隙较大处的凝壳，由于温度回升被重熔成半凝固 状态，在对流作用下凝壳边缘塌落下来的碎块； (4)尚未完全熔化的基体金属晶体碎块。 增大冷却强度，提高铸锭断面的温度梯度，缩小凝固区， 可防止产生悬浮晶。
数目，有利于防止粗大化合物初晶的形成。
严格控制合金成分或采用变质处理。
利用过热法可以细化金属化合物初晶，改善铸锭组织的均匀性。
金属熔炼与铸锭-第十一讲--铸锭常见缺陷分析
✓ 溶质k＜1旳合金，固/液界面处液相中旳溶质 含量会越来越高，所以愈是后结晶旳固相，溶 质含量也就愈高；
✓ k＞1旳合金愈是后结晶旳固相，溶质含量愈低。
这意味着，k＜1旳合金铸锭，其表面和底部旳溶 质量低于合金旳平均成份，中心和头部旳溶质量 高于合金旳平均成份。
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11.1.2 宏观偏析
反偏析
伴随冷却速度增大，R也增大，晶粒变细。枝 晶偏析度反而降低。
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11.1.1 显微偏析
晶界偏析
k＜1旳合金凝固时，溶质会不断自固相向液相排出，造成最终凝 固旳晶界具有较多旳溶质和杂质，形成晶界偏析。
当固溶体合金铸锭定向凝固得到胞状晶时，k＜l旳溶质也会在胞状 晶晶界偏析，形成胞状偏析。
6
11.1.2 宏观偏析
晶界偏析是低熔点物质汇集于晶界，使铸锭热 裂倾向增大，并使制品易发生晶界腐蚀。
宏观偏析会使铸锭及加工产品旳组织和性能很 不均匀。宏观偏析不能靠均匀化退火予以消除 或减轻，所以在铸锭生产中要尤其预防此类偏 析。
3
11.1.1 显微偏析
枝晶偏析
因为铸锭冷凝较快， 固液两相中溶质来不 及扩散均匀，枝晶内 部先后结晶部分旳成 份不同，这就是枝晶 偏析，或称为晶内偏 析。
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11.3.3 冷裂旳形成及影响原因
预防裂纹旳途径：合理控制成份、选择合适 旳工艺、变质处理。
v成份：控制合金成份及杂质含量是处理大型铸锭产生 裂纹旳有效措施。例如，在Al合金中，Fe含量过多会 形成粗大旳化合物，降低流动性和塑性，增大铸锭开 裂倾向。 v工艺：采用低旳浇注温度、浇注速度和液面水平，有 利于预防产生裂纹。 v变质处理：加入变质剂，细化晶粒，同步细化合金中 旳粗大第二相，能够降低铸锭产生裂纹旳倾向。
金属熔炼与铸锭—第一章
5
冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
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冶金工程学院
7
冶金工程学院
工业纯铝的用途铝箔源自铝电缆铝器皿8
冶金工程学院
1.2 铝及铝合金——铝合金分类
铝合金分类示意图
铸造铝合金 变形铝合金 不可热处理强化铝合金 可热处理强化铝合金
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冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
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冶金工程学院
铝型材
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冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
32个学时 闭卷考试
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冶金工程学院
第1章 有色金属及合金材料
主要内容
1.1 概述 1.2 铝及铝合金 1.3 镁及镁合金 1.4 铜及铜合金 1.5 钛及钛合金
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冶金工程学院
1.1概述
64种金属
金属尤其是有色金属，在国民经济生活的各个领域越来越扮演重要的角色！
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冶金工程学院
铝——中国的铝储量及分布
冶金工程学院
1.3 镁及镁合金
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冶金工程学院
铝镁合金相图
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冶金工程学院
1.3 镁及镁合金
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冶金工程学院
1.3 镁及镁合金
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冶金工程学院
1.3 镁及镁合金
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冶金工程学院
1.3 镁及镁合金
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冶金工程学院
1.4 铜及铜合金
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冶金工程学院
1.4 铜及铜合金
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冶金工程学院
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冶金工程学院
我国已探明铝土矿矿区310处，分布于全国19个省、自治区 、直辖市。铝土矿保有储量达到22.73亿t，其中A+B+C级 7.05亿t，占总保有储量的31%。 我国铝土矿分布高度集中，山西、贵州、河南和广西四个省( 区)的储量合计占全国总储量的90.9%(山西41.6%、贵州 17.1%、河南16.7%、广西15.5%)，其余拥有铝土矿的15个 省、自治区、直辖市的储量合计仅占全国总储量的9.1%。
中南大学有色金属熔炼与铸锭考试资料介绍
使用中间合金的目的，是为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金 元素，以便更准确地控制成分。
制备方法有四种：①熔合法，②热还原法，③熔盐电解法，④粉末法。 五、影响凝固传热的因素有哪些？它们是怎么影响凝固传热的？
（1）金属性质。金属的导温系数α代表其导温能力的大小，α大，铸锭内部温度易于 均匀，温度分布曲线就比较平坦，温度梯度小；反之，温度分布曲线就比较陡，温度梯度大。
பைடு நூலகம்
有炉料量进行过称及吊装。 偏析:铸锭中化学成分不均匀的现象。 铸造热应力：铸锭凝固过程中由于温度变化引起的应力。 金属中的非金属夹渣物：金属中非金属化合物如氧化物氮化物硫化物以及硅酸盐等大都以独 立相存在，统称为非金属夹渣物。 比重差除渣精炼原理：当金属熔体在高温静置时，非金属夹渣物和金属比重不同，因而产生 上浮下沉。 过冷度：熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。纯金属的过冷度等于其熔 点与实际结晶温度的差值，合金的过冷度等于其相图中液相线温度与实际结晶温度的差值。 顺序凝固：纯金属和共晶合金的结晶温度范围等于零，他们在凝固过程中固相区和液相区， 没有凝固区，铸锭已顺序方式进行凝固。 金属的脱氧：向金属液中加入与氧亲和力比基本金属与氧亲和力大的物质。 宏观偏析：在较大范围内的偏析称为宏观偏析。 热裂：在凝固过程中产生的裂纹。 变质剂：促进金属液生核或改变晶体生长过程的物质。 成分过冷：如果界面前沿液体实际温度低于 TL，则这部分液体处于过冷状态。 正偏析：在顺序凝固条件下，溶质 K<L 的合金，固/液界面处液相中的溶质含量会越来越高， 因此越是后结晶的固相，溶质含量也越高。K>L 的合金越是后结晶的固相。溶质含量越低。 配料和加料的基本原则？ 答：成分原则，质量原则，工艺原则，经济原则，物料平衡原则 如何进行熔体质量炉前检查？ 答：主要评价熔体的精炼效果和非金属夹杂物的检验。 影响金属凝固传热的因素？ 答：金属性质，锭模涂料性质，浇注工艺 什么铸锭组织被称为具备正常的晶粒组织？ 答：表面细等轴晶区然后柱状晶区和中心等轴晶区 为什么提高浇注温度有可能形成较大的等轴晶、较长的柱状晶？ 答：提高浇注温度，游离晶重熔的可能性增大，固有利于扩大柱状晶区，但浇注温度提高延 长了形成稳定凝壳的时间，温度起伏大，固也有利于等轴晶的形成。所以随着浇注温度的提 高，柱状晶区变宽，等轴晶变粗 试分析铸锭中热裂与冷裂形成的原因，如何防止？ 答：热裂：液膜理论认为，铸锭收缩受阻，液膜在拉应力作用下被拉神，当拉应力或拉伸量 足够大时，液膜破裂，形成晶间热裂纹。强度理论认为：合金在线收缩开始温度非平衡固相 点的有效结晶温度范围，强度和塑形极低，故在铸造应力作用下易于热裂，裂纹形成功理论 认为：裂纹形成功小，裂纹易形核，铸锭热裂倾向大。 冷裂：铸锭冷却到温度极低的弹性状态时，因铸锭内外温差大，铸锭应力超过合金的强度极 限而产生 如何防止：合理控制合金成分，选择合适的工艺。变质处理。 减少铸锭中的非金属夹渣有哪些主要方法？ 静置澄清法，浮选法，溶剂法，过滤法 为什么圆锭形成中心裂纹的倾向大？ 答：浇注速度一定的情况下，铸锭拉出结晶器后，外层受二次水冷而强烈收缩，但此时内层 温度高收缩量小，阻碍外层收缩产生拉应力，内层受压应力，一段时间后，外部温度低冷却 速度小，中部温度高冷却速度大，收缩量大，内部受拉应力而易产生中心裂纹
铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理
铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理一、实验目的：掌握铝合金熔炼的基本原理，并应用在熔炼的实践中。
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，使基体金属和合金组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足部纯洁度、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。
铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模（结晶器）的位置和运动特征，可将铝合金的铸锭方法分类如下：二、实验容：铝铜合金熔炼基本工艺流程三、实验要求严格控制熔化工艺参数和规程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℃的围。
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。
图1 铝铜二元状态图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．合金化元素的加入方式与铝相比，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。
第3章-熔炼和铸造
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。
三、熔体的净化过程
有色金属及其合金熔体在熔炼过程中存在气体、各种非金属夹杂物等， 影响金属的纯洁度，往往会使铸锭产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷， 影响铸锭的加工性能及制品的强度、塑性、抗蚀性、阳极氧化性和外观质 量。 所谓的净化，即是利用物理化学原理和相应的工艺措施，除掉液态金属 中的气体、夹杂和有害元素以便获得纯净金属熔体的工艺方法。熔体净化 包括传统的炉内精炼和后来发展的炉外净化过程。 一般来说，铝熔体含氢量应控制在0.15~0.20ml/100g.Al以下，对于一 些特殊要求的应控制在0.10ml/100g.Al以下。 氢气在熔体中的熔解量与温度的关系如下：
铝及铝合金净化处理可分为吸附净化和非吸附净化。具体包括： 炉内处理： a．惰性气体吹洗法 b．活性气体吹洗法 c．混合气体吹洗法 d．气体—溶剂混合吹洗法 e．静态真空处理 f．动态真空处理 其中：e、f为非吸附净化 常用的溶剂中都含有C2Cl6。C2Cl6为白色晶体，密度为2091kg/m3。 C2Cl6与铝熔体反应生成C2Cl4 和Cl2。其分别和铝熔体继续反应生成AlCl3、 HCl等。 C2Cl6的升华温度为185.5℃，C2Cl4的沸点为121℃，不熔于铝。工业通用 的溶剂是各种碱金属的氯盐和氟盐的混合物。他的净化作用主要是通过其 吸附和熔解氧化夹杂的能力。氯化钾和氯化钠盐等的混合物，对氧化铝有 极强的润湿和吸附能力。氧化铝特别是悬混于熔体中氧化铝碎片，被具有 凝聚性和润湿性的溶剂吸附包围后，便改变了氧化物的性质、密度及形态， 通过上浮很快被除去。 加入少量的氟盐（NaF、Na3AlF6、CaF2）增加熔融金属与杂质之间的表 面张力，提高了溶剂的分离性，防止产生溶剂夹杂。
金属熔炼与铸锭 第三讲 熔炼的基本任务要求及工艺规程
熔铸的基本任务
(2)配制所需的各种合金 因为大多数纯金属存在力学性能等方面 的缺陷，在实际生产生活中往往需要使用以 纯金属为基体的合金材料。因此，必须通过 熔炼过程，才能有效地将各种所需的合金配 料，如将铜、镁、锰等元素加入铝中制成铝 合金；将锌、锡、镍等元素加入铜中制成铜 合金。 合金元素通常以什么形式加入？
CCl6、CCl4、NaF
熔铸工艺规程（燃油炉）
(1)生产前的准备工作
1) 检查贮油罐油位、燃烧器、油枪、炉门、铸造平台， 供水系统等；2) 必要时应烘炉。
熔铸工艺确定及配料计算； 2) 金属锭、中间合金准备； 3）覆盖剂、精炼剂、打渣剂准备。
熔铸工艺规程
熔铸的基本任务
(5)控制铸锭的结晶组织、形态及分布 铸锭不同的结晶组织、晶粒形态与分布等对压 力加工工艺性能、使用性能有着很大的影响。 通过适当的工艺措施控制铸锭的结晶组织、晶 粒形态及分布以获得加工工艺性能、使用性能良好 的铸锭组织，一般而言，铸锭晶粒越细小越好。
熔铸的基本任务
(6)重熔回收各种废料 回收废料混杂，通过重熔可以获得明确的化学 成分，并铸成适于再次入炉的锭块。熔铸车间最后 的产品是铸锭，无论铸锭的形状、尺寸及用途如何 不同，但对质量的要求是相同的。
第二节 熔铸的基本要求
熔铸的基本要求
(1) 化学成分控制：包括主要成分范围及 杂质最大允许量、成分均匀性等，应符合规 定的标准范围，保证制品的力学性能和工艺 性能。 铝合金手册成分标准
实现的途径
原材料纯化 正确的配料计算 完善防止烧损的措施 熔炼者的经验 工具干净程度
……
熔铸的基本要求
熔铸工艺规程
(8) 均质 消除成分偏析，使铸锭成分均匀化。
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➢ 工艺过程：如右图所示。
➢ 特点和应用：
1、冷却速度快，组织致密， 机械性能好；
2、工艺简单，生产效率高； 3、适于横截面一定的钢材、
铝材和铸铁管等铸件的生产。
连续铸造工艺过程示意图
五、凝固理论的实际应用举例
一、铸锭（铸件）的宏观组织控制：三层典型组
织 1.激冷层（表面细晶区） 2.柱状晶区3.中心等轴晶区
思 考：若要避免柱状晶的出现，应采用哪种凝固方式，并 如何实现？
二 铸锭的收缩：
定义：收缩是指合金从浇注、凝固到冷却至室温的过
程中，其体积或尺寸缩减的现象。
分类：分为三类，液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
浇注温
铸 液态收缩 度
锭 温
开始凝固温度
体
度 降
凝固收缩
积 收
低
凝固终止温度
缩
固态收缩
线收
室温பைடு நூலகம்
缩
防止措施：采取顺序凝固的办法避免缩孔、疏松的出现。
顺序凝固：是指通过在铸件上可能出现疏松的后大部位 安装冒口或放置冷铁等工艺措施，使铸件上远 离冒口的部位先凝固（图中Ⅰ），尔后在靠近 冒口的部位凝固（图中Ⅱ、Ⅲ），最后是冒口 本身凝固。
➢ 裂纹与变形：
在铸锭的固态收缩阶段会引起铸造应力。
铸造应力：
例：三个成份相同，但铸造温度和 铸模材料不同的铸件得到三种横截 面： A.粗等轴晶 B.细等轴晶 C. 典型三层晶带组织，试解释为何产 生不同的组织。
A 高的浇注温度，导热性差的砂模
B 低的浇注温度,导热性差的砂模
C 适中的浇注温度,导热性好的砂模
铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小
a.增加过冷度 过冷度增大，N/V0增加 实际结晶时，过冷度是由冷却速度来控制的
一 铸锭的凝固方式：
在铸锭凝固过程中，对铸锭质量影响较大的主要 是固液两相并存的凝固区的宽窄。铸锭的“凝固方式 ”就是依据凝固区的宽窄来划分的。
逐层凝固
纯金属和共晶成分的合 金在凝固中因为不存在固液 两相并存的凝固区，所以固 体与液体分界面清晰可见， 一直向铸件中心移动。
糊状凝固
铸件在结晶过程中，当结 晶温度范围很宽，且铸件截面 上的温度梯度较小，则不存在 固相层，固液两相共存的凝固 区贯穿整个区域。
2.柱状晶区 弱面
3.中心等轴晶区 1.激冷层（表面细晶区）
铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况 下可得到全部为柱状晶和等轴晶
柱状 晶形 成弱 面， 热轧 时开 裂
铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况 下可得到全部为柱状晶和等轴晶
铸锭中心等轴晶粒的来源：
仔晶卷入，枝晶漂移 ，晶体下沉
➢ 缩孔：
定义：缩孔是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸件
的厚大部位及最后凝固部位形成一些容积较大的孔洞。
产生原因：
先凝固区域堵 住液体流动的 通道，后凝固 区域收缩所缩 减的容积得不 到补充。
➢ 疏松：
定义：疏松是指金属液在铸模中冷却和凝固时，在铸锭
的厚大部位及最后凝固部位形成一些分散性的小孔洞。
收缩率：
体积收缩是指单位体积的收缩量（体积收缩率）。
线收缩是指单位长度上的收缩量（线收缩率）。
体积收缩率：
V
V0 V1 100% V1
线收缩率：
L
L0 L1 L1
100%
其中 V0，L0表示铸件在高温T0时的体积和一维方向的长度；
V1，L1表示铸件在高温T1时的体积和一维方向的长度。
三 铸锭缺陷
铸造应力
铸锭收缩受阻
机械应力
锭铸因V冷却、温度不同， 各部位收缩不一致产生
铸锭组织发生相变时，因温 度差异出现体积变化不一致
热应力 相变应力
四 连续铸造：
➢ 定义：是指将熔融金属连续不断地浇注到被成为结晶
器的特殊容器中，凝固的铸件不断从结晶器的另一端被引 出，从而获得任意长度的等横截面铸件的铸造方法。
产生原因： 当合金的结晶温度范围很宽或铸锭断面温
度梯度较小时，凝固过程中有较宽的糊状凝固两相并存 的区域。随着树枝晶长大，该区域被分割成许多孤立的小 熔池，各部分熔池内剩余液态合金的收缩得不到补充，最 后形成了形状不一的分散性孔洞即缩松。
另外，疏松还可能由凝固时被截留在铸锭内的气体无 法排除所致。不过，疏松内表面应该是光滑，近似球状。
b.变质处理 c.振动，搅拌
AlMg合金没有变质处理晶粒 AlMg合金经过变质处理晶粒
有色合金的熔炼
熔炼工艺对有色合金铸件的性能和缺陷有很大影 响。多数有色合金易产生气孔和夹杂，尤其是钛 合金、铝合金、镁合金和某些铜合金。一般的熔 炼工艺流程是： 1）根据铸件技术要求所规定的合金牌号，可 查出合金的化学成分范围，从中选定化学成分； 2）根据元素的烧损率和成分要求，进行配料 计算，得出各种炉料的加入量，并选择炉料。若 炉料受到污染，则需要进行处理，保证所有的炉 料清洁、无锈，并在投料前进行预热； 3）检查和准备化用具，涂刷涂料，并预热， 防止气体、夹杂物和有害元素的污染；
4）加料。一般加料顺序为：回炉料、中间合 金和金属料，低熔点易氧化的金属料，如镁， 在炉料熔化之后加入； 5）为了减少合金液的吸气和氧化的污染， 应尽快熔化，防止过热，根据需要，有的合金 液须加覆盖剂保护； 6）炉料熔化后，进行精炼处理，以净化合 金液，并进行精炼效果的检验； 7）根据需要，进行变质处理和细分组织处 理以提高性能，并检验处理效果； 8）调整温度，进行浇注。有的合金在浇注 前要进行搅拌，以防发生比重偏析。
中间凝固
大多数合金的凝固是介于逐 层凝固和糊状凝固之间，称为中 间凝固。
讨 论：
一般认为：铸模的冷却能力越大，越有利于在结晶 过程中保持较大的温度梯度，从而利于柱状晶区的发展。
柱状晶择优取向，晶界往往容易富集第二相，特别是 在两种位向交叉面是受力的薄弱环节，轧制时容易开裂。
因此，钢铁或镍合金（塑形较差）应避免柱状晶的出 现；而有色金属，有时要求获得柱状晶。