第二章铸造铝合金熔炼详解
铸造铝合金的熔炼工艺
铸造铝合金的熔炼工艺
铸造铝合金的熔炼工艺一般包括以下几个步骤：
1. 材料准备：选择适合铸造铝合金的原材料，通常包括铝、合金元素和其他附加剂。
铝的纯度要求较高，合金元素根据合金配方进行选择。
2. 熔炼：将准备好的材料放入熔炉中进行熔炼。
熔炼温度根据不同的合金类型和铸造要求而变化，一般在600C至800C之间。
熔炼过程中，需要注意材料的均匀加热，搅拌破碎氧化层，并控制好熔炼温度和时间。
3. 清炼：熔炼完成后，需要进行清炼以去除杂质。
清炼一般包括除渣、除气等步骤，利用氮气等惰性气体进行喷吹，将杂质和气泡从熔液中排出。
4. 合金调质：铝合金需要进行合金调质以提高其力学性能。
合金调质一般包括固溶处理和时效处理两个步骤。
固溶处理是将合金加热至固溶温度，保持一定时间，使合金元素均匀溶解在铝中。
时效处理是在固溶处理后，将合金冷却到室温，在一定的温度下保持一定时间，使合金元素重新分布和形成细小的析出相，从而提高合金的强度和韧性。
5. 浇注：将熔融的合金倒入预先准备的铸型中。
在浇注过程中，需要控制好铸态温度、浇注速度和浇注压力，以确保铸件的质量。
6. 冷却：浇注后，铸件需要进行冷却。
冷却速度会影响铸件的晶粒大小和组织结构，因此需要根据不同的合金性能要求，选择合适的冷却方式。
7. 修磨和表面处理：冷却后的铸件需要进行去毛刺、修磨和表面处理等工艺，以提高铸件的表面质量和精度。
以上是铸造铝合金的一般熔炼工艺流程，具体操作步骤和参数设置会根据不同的铝合金材料和铸造要求而有所差异。
铸造铝合金的熔炼
第一节 铝合金液的精炼原理
精炼的目的：
清除铝液中的气体和各类有害杂质，净化铝液，防 止在铸件中形成气孔和夹渣。
一、铝铸件中气孔的形态及对性能的影响
1、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、铸件凝固速度低所引起。针孔可分三种类型。
(1) 点状针孔 此类针孔在低倍显微组织中呈圆点状， 轮廓清晰且互不相连，能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测 得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。
在所有的炉气成分中，只有氢能大量地溶解于铝液中。 根据测定，存在于铝合金中的气体，氢占85%以上，因而 “含气量”可视为“含氢量”的同义词。
铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水 汽的反应。
1、铝和水汽的反应
低于250℃时，铝锭与大气中的水汽接触会产生下 列反应
Al+H2O→Al(OH)3+H2
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.
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
图13-1为铝液与各种炉气成分反应 时标准状态自由能的变化。
从表13-1和图13-1可见，除按反应式(13-2)、(13-6)
生成Al4C3外，其余反应都将生成Al2O3，而AlN与H2O或O2按式(1310)、(13-11)反应， Al4C3与H2O或O2按式(13-8)、(13-9)反应又都 生成Al2O3，因此，表13-1所列众多反应的最终产物中大部分是Al2O3。 Al2O3的化学稳定性极高，熔点高达2015℃±15℃，在铝液中不再分 解，是铝铸件中主要的氧化夹杂物。
铝合金熔炼与铸造
铝合金熔炼与铸造 铝合金的熔炼与浇注是铸造生产中主要环节。
严格控制熔炼与浇铸的全过程，对防止针孔、夹杂、欠铸、裂纹、气孔以及缩松等铸造缺陷起着重要的作用。
由于铝熔体吸收氢倾向大，氧化能力强，易溶解铁，在熔炼与浇铸过程中必须采取简易而又谨慎的预防措施，以获得优质铸件。
1、铝合金炉料配制及质量控制 为了熔炼出优质铝熔体，首先应选用合格的原材料。
须对原材料进行科学管理和适当处理，否则就会严重影响合金的质量，生产实践证明，原材料（包括金属材料及辅助材料）控制不严会使铸件成批报废。
（一）原材料必须有合格的化学成分及组织，具体要求如下： 入厂的合金锭除分析主要成分及杂质含量外，尚就检查低陪组织及断口。
实践证明，使用了含有严重缩孔、针孔、以及气泡的铝液，就难以获得致密的铸件，甚至会造成整炉、整批的铸件报废。
有人在研究铝硅合金锭对铝合金针孔的影响时发现，用熔融的纯浇铸砂型试块时并不出现针孔，当加入低组织和不合格的铝硅合金锭后，试块针孔严重，且晶粒大。
其原因为材料的遗传性所致。
铝硅系合金和遗传性随着含量的提高面增大，硅量达到7%时，遗传显著。
继续提高硅含量到共晶成分，遗传性又稍减小。
为解决炉料遗传性引起的铸件缺陷，必须选用冶金质量高的铝锭、中间合金及其它炉料。
具体标准如下： （1）断口上不应有针孔、气孔 针孔应在三级以内，局部（不超过受检面积的25%）不应超过三级，超过三级者必须采取重熔炼的办法以减少针孔度。
重熔精炼方法与一般铝合金熔炼相同，浇铸温度不宜超过660℃，对于那些原始晶粒大的铝锭、合金锭等，应先用较低的锭模温度，使它们快速凝固，细化晶粒。
2、炉料处理 炉料使用前应经吹砂处理，以去除表面的锈蚀、油脂等污物。
放置时间不长，表面较干净的铝合金锭及金属型回炉料可以不经吹砂处理，但应消除混在炉料内的铁质过滤网及镶嵌件等，所有的炉料在入炉前均应预热，以去除表面附的水分，缩短熔炼时间在3小时以上。
3、炉料的管理及存放 炉料的合理保存及管理对确保合金质量有重要意义。
铝合金熔炼与铸造 (2)
铝合金熔炼与铸造1.铝合金是一种重要的金属材料，具有优异的物理性能和机械性能，广泛应用于航天航空、汽车制造、建筑工程等领域。
铝合金熔炼与铸造是生产铝合金制品的关键步骤，本文将介绍铝合金熔炼与铸造的基本原理、常用工艺和注意事项。
2. 铝合金熔炼铝合金熔炼是将铝合金原料加热至熔点，并以一定方式进行熔炼的过程。
铝合金原料可以是铝锭、废铝或铝合金碎料，在熔炼过程中需要加入一定比例的熔剂和合金元素。
铝合金熔炼的目的是将原料熔化并混合均匀，以获得符合要求的铝合金液态材料。
2.1 熔炼设备铝合金熔炼通常使用电阻炉、感应炉或电弧炉等熔炼设备。
其中，电阻炉是最常用的熔炼设备之一。
电阻炉通过电流通过导体产生的电阻热进行熔炼，具有加热速度快、操作方便等优点。
感应炉则利用电磁感应的原理进行加热，加热效率高，适用于熔炼大批量的铝合金。
电弧炉则利用电弧的高温进行熔炼，适用于熔炼高温合金。
2.2 熔炼工艺铝合金熔炼的工艺通常包括预热、熔炼和保温三个阶段。
将熔炼设备预热至一定温度，然后将铝合金原料和熔剂放入炉中，并控制加热温度和时间，使原料熔化并混合均匀。
，保持一定温度，使铝合金保持液态状态，以备后续的铸造工艺使用。
2.3 熔炼注意事项在铝合金熔炼过程中需要注意以下几点：•安全操作：熔炼过程中需要戴上防护设备，避免接触高温液态金属和有害气体。
•熔化温度控制：严格控制熔化温度，过高的温度会导致铝合金组织不稳定，影响机械性能。
•熔炼时间控制：合适的熔炼时间可以保证原料充分熔化和混合均匀。
•熔剂和合金元素的添加：根据铝合金的要求添加适当比例的熔剂和合金元素，以调整铝合金的成分和性能。
3. 铸造过程铸造是将铝合金液态材料倒入铸型中，并经过凝固和冷却形成所需的铝合金制品的过程。
铸造过程可以分为压铸、重力铸造和砂型铸造等不同的铸造方法。
3.1 压铸压铸是一种通过高压将铝合金液态材料注入金属模具中，并经过快速凝固形成制品的铸造方法。
压铸具有生产效率高、制品精度高等优点，适用于生产复杂形状的铝合金制品。
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。
铸造铝合金的熔炼工艺
铸造铝合⾦的熔炼⼯艺铝合⾦⽐纯铝的优势与应⽤铝合⾦⽐纯铝具有更好的物理⼒学性能：易加⼯、耐久性⾼、适⽤范围⼴、装饰效果好、花⾊丰富。
它的材料特性是轻、容易加⼯。
成本低，⽽且使⽤⼀种加⼯⼯艺可以⼤量⽣产同样的零部件，这也是他的特点之⼀。
⽽铝合⾦在承受了⼀定的⼒量后，会慢慢变形再损坏。
还有就是铝合⾦容易加⼯和具有⾼度的散热性特别是车辆引擎部分特别适合使⽤铝合⾦材料。
这⾥⼏乎完全是铝合⾦的⼀家天下。
此外，铝合⾦的加⼯⼯艺多种多样。
通⽤性较强。
各种合⾦的性能⽐较S 锌合⾦：压铸性能好，铸件表明光滑，尺⼨精度⾼。
浇注温度低，模具寿命长。
⼒学性能也较⾼，特别是抗压和耐磨性好。
能很好的接受表⾯处理，如电镀，喷涂，喷漆。
但易⽼化，⼯作范围窄。
温度低于0度，冲击韧性急剧降低。
温度升⾼，⼒学性能下降，且易发⽣蠕变。
另外密度⼤，航空，电⼦，仪表很少采⽤。
尺⼨变化也是锌合⾦铸件的重要问题。
S 铝合⾦：铝合⾦很多⽅⾯特别是使⽤性能⽅⾯⽐锌合⾦优越。
压铸性能良好，密度⼩，⽐强度⼤，⾼温⼒学性能好，低温下⼯作时，同样保证良好的⼒学性能（尤其是韧性）。
铝表⾯有⼀层与铝结合的很牢很致密的氧化膜，故耐蚀性好。
但是氧化膜能被氯离⼦，碱离⼦破坏，故在碱中，碳酸盐，盐酸及卤化物中很快腐蚀。
导电性与导热性好并且具有良好的切削性能。
但是铝合⾦有相当⼤的体收缩率，易在最后凝固处⽣成较⼤的缩孔。
另外，铝硅系合⾦还易粘模镁合⾦：密度⼩，⼒学性能好。
熔点低，凝固快，凝固收缩⼩，不腐蚀钢质模具。
⽐强度⾼于铝合⾦，但是屈服强度低于铝合⾦，承受载荷的能⼒稍差。
有良好的刚度和减震性，在承受冲击时，能吸收较⼤的冲击能量，可作产品外壳可减少噪声传递。
镁合⾦压铸时易产⽣缩松和热裂。
在低温下仍有良好的⼒学性能，可制造低温零件。
抗蚀性较低，故通常进⾏表⾯氧化处理和涂漆保护。
具有优良的脱模性能，与铁亲和⼒⼩，即使采⽤较⼩的出模⾓度也不会产⽣粘模现象。
模具寿命⽐铝合⾦长，⽐铝合⾦⾼4~5倍，并且成分和尺⼨稳定性也好，同时具有良好的切削加⼯性。
铸造铝合金的典型熔炼工艺
铸造铝合金的典型熔炼工艺（一）ZL101合金的熔炼工艺1.熔炼前的准备工艺1）清炉和洗炉（电阻炉或中频感应炉）；2）预热熔炉（坩埚）及熔炼工具到200-300℃，然后喷（刷）T－3号涂料（见表3-9）；3）清理和预热炉料；4）准备好熔剂（1号熔剂和六氯乙烷）和变质剂（表3-8中的三原变质剂-1号或2号均可）等。
2.配料计算由于熔炼中Si和Mg的烧损很大，合金成分的含量变化大，故应按标准成分的上限计算配料。
3.装料次序及装料1）回炉料；2）铝硅中间合金或ZL102合金；3）铝锭。
4.熔化及精炼装完料后，升温熔化炉料，等炉料全熔后，除净熔渣，加入熔剂，当温度达到680℃时，用钟罩将预热到200-300℃的金属镁块或Al-Mg中间合金块压入熔池中心离坩埚底150mm深处，并缓慢回转和移动，时间为3-5min。
然后升温到730-750℃，用炉料总重量的0.7％-0.75％的六氯乙烷分2-3次用钟罩压入合金液内精炼合金液，总时间为10-15min，缓慢在炉内绕圈。
待精练剂反应完后，静置1-2min后，取试样作炉前分析。
如炉前分析发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作。
5.变质处理当合金液的温度达到730-750℃时，用炉料总重量的1.5％-2.5%的三原变质剂作变质处理，总时间为15-18min。
6.浇注当温度达到760℃时，扒渣出炉，用坩埚或手抬式浇包盛取合金液，将合金液浇注铸型，同时浇注化学成分、机械性能等试样。
注：应根据各厂的具体情况选用精练剂和变质剂。
1.熔炼前的准备工艺1）清炉和洗炉；2）预热熔炉（坩埚）、工具到200-300℃；3）喷涂（刷）T－3号涂料（见表3-9）或其他涂料；4）清理、预热炉料；5）准备好熔剂变质剂等。
2.配料计算由于熔炼中Si的含量大，易烧损大，故配料计算时应取上限。
3.装料次序及装料1）回炉料；2）铝硅中间合金；3）铝锭。
4.熔化及精炼炉料装好后，升温熔化炉料，等炉料全熔后，除净熔渣，升温到700-720℃，用炉料总重量的0.3％-0.5％的六氯乙烷（或氯气等其他精炼剂）分3次用钟罩压入熔池中心下面精炼合金液，精炼总时间为10-15min。
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。
第二章 铸造铝合金熔炼
有什么影响？ 5. 铸造铝合金熔炼用熔剂的分类和作用？ 6. 合金精炼后为什么要静置一段时间？ 7. 精炼效果检验的内容和方法？
南昌航空大学铸造工程系
§2-3 铝合金组织控制
南昌航空大学铸造工程系
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。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
•过滤精炼
主要是用过滤器进行除夹杂。
南昌航空大学铸造工程系
精炼效果的检验
1）气体含量的检验
观察针孔度 观察减压凝固试样 气相色谱法 真空测气仪
2）氧化夹杂的检测
Al2O3等氧化物夹杂常用溴—甲醇法的化Байду номын сангаас方法测定。
南昌航空大学铸造工程系
铝合金熔炼小结
各种工艺措施概括为“防” “排” “溶”
一是覆盖熔剂，只起隔离保护作用； 二是覆盖精炼熔炼剂，兼有保护和精炼作用。
南昌航空大学铸造工程系
熔剂精炼
成分 一般由碱金属及碱土金属卤素盐类混合组成，
NaCl和KCl的混合盐是各种熔剂的基础。
机理 能破碎氧化皮并吸收氧化物夹杂，附带除去夹杂
上的气体。
操作工艺 先将熔化时的旧熔剂清除，再向液面均匀
南昌航空大学铸造工程系
浮游法精炼
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。
铸造工程学-铸造合金及熔炼
在铸造过程中，由于合金的收缩特性以及模具结构设计不当等原因，容易导致铸件出现缩孔与缩松缺 陷。这些缺陷会导致铸件局部强度和致密度下降，影响其机械性能和耐腐蚀性。
裂纹与变形
总结词
裂纹与变形是铸造合金冷却和加工过程中常见的问题，会导致铸件报废。
详细描述
在铸造过程中，由于冷却速度过快、模具设计不合理、浇注系统不当等因素，容易导致 铸件出现裂纹与变形缺陷。裂纹会导致铸件强度下降，变形则会使铸件无法满足精度要
熔炼的基本原理
熔炼是指将金属材料加热至熔点以上，使其成为液态，并加入所需的合金元素，通 过搅拌和化学反应等手段，使合金成分均匀混合的过程。
熔炼过程中，金属材料的熔点、密度、粘度等物理性质和化学性质都会发生变化， 这些变化对熔炼过程和产品质量产生重要影响。
熔炼过程中需要控制温度、压力、气氛等工艺参数，以确保合金成分的准确性和均 匀性，以及避免金属氧化、吸气等不良现象。
熔炼温度控制
严格控制熔炼温度，以保 证合金成分的均匀性和避 免烧损。
合金的熔炼与搅拌
通过搅拌和合金化处理， 确保合金成分均匀分布， 提高合金性能。
精炼与除渣
精炼
通过除气、去除非金属夹杂物等手段，提高合金的纯净度。
除渣
去除熔融金属中的熔渣和杂质，以保证铸件的质量和性能。
浇注与冷却
浇注
将熔融金属浇注入铸型中，形成符合要求的铸件。
熔炼技术的创新与改进
真空熔炼技术
利用真空技术进行合金熔炼，可 去除有害气体和杂质，提高合金
的纯净度和质量。
电渣重熔技术
通过电流作用下的熔渣进行二次熔 炼，使金属更加纯净和致密，提高 材料的机械性能。
定向凝固技术
使合金在凝固过程中保持一定的结 晶方向，提高材料的定向性能和机 械强度。
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。
铝合金熔炼
第二章铝合金熔炼第一节铝合金的某些物理化学特性¾为了掌握铝合金熔炼工艺，首先了解铝合金的物理化学特性是十分必要的。
一、铝—氧反应¾铝与氧的亲和力很大，容易氧化，但于500～900℃范围内，在纯铝表面将形成一层不溶于铝液的、难熔的、致密的γ－Al2O3膜，这层致密膜能阻止铝液的继续氧化。
¾这一特性对熔炼工作带来很大方便，不需要采用特殊的防氧化措施(铝—镁类合金除外)。
¾γ－Al2O3的比重为3.47，其吸湿性显著，这就要求在熔炼中不要把这层膜搅入铝液，特别是在熔炼后期更应注意，以免增加铝液中的氧化夹杂和吸气。
¾加入合金元素对铝合金的氧化有一定的影响，其影响与加入的元素使氧化膜呈现的结构(如呈致密膜或疏松膜)以及对氧的亲和力的大小有关。
¾当在铝中加入硅、铜、锌、锰、镍等合金元素时，对铝合金氧化影响极小，因为这些元素与氧的亲和力较小，而且上述元素加入铝后，表面膜将变为由这些元素的氧化物在γ－Al2O3中的固溶体(γ－Al2O3·MeO 尖晶石型化合物)所组成，此时合金的表面膜仍是致密的，能够阻止铝合金液的继续氧化。
¾与此相反，当在铝中加入碱土或碱金属元素(如镁、钠、钙等)时，由于这些元素较铝更为活泼，它们对氧的亲和力比铝的大，因此将优先氧化。
¾而且这些元素大都为表面活性物质，常富集在铝液表面，即使加入量不大时，在表面膜中这些元素氧化物的数量也会急剧增加。
¾例如当加入镁量≥1.5%时，表面膜已全为氧化镁所组成。
由于这些元素氧化物组成的表面膜是疏松的，因此不能阻止铝合金液的继续氧化。
¾铝—镁合金(如ZL-301合金等)很易氧化，但在这类合金中加入少量的铍(0.03～0.07%Be)后，能提高其抗氧化性，因为在铝液中铍是表面活性物质，所以富集在铝液表面，且铍的原子体积小，扩散速度大，铍原子渗入MgO膜的松孔裂纹中并氧化为BeO(铍是很活泼的)，起了填补膜中孔隙的作用，而使形成完整的致密膜。
铝合金熔炼与铸造简介课件
目录
• 铝合金熔炼基础 • 铝合金熔炼工艺 • 铝合金铸造技术 • 铝合金的应用 • 铝合金熔炼与铸造的挑战与未来发展
01
铝合金熔炼基础
铝合金的特性
01
02
03
物理特性
铝合金具有优良的导电性 、导热性和耐腐蚀性。
化学特性
铝合金易于氧化形成致密 的氧化膜，具有良好的耐 腐蚀性。
熔炼设备
常用的熔炼设备有坩埚炉 、电炉、感应炉等。
熔炼工艺参数
包括熔炼温度、熔炼时间 、熔炼气氛等，这些参数 对铝合金的性能和成分有 重要影响。
02
铝合金熔炼工艺
熔炼前的准备
原材料选择
配料计算
选择高质量的原材料，如铝锭、合金 元素和添加剂，以确保熔炼出的铝合 金具有所需的性能。
根据产品要求，计算所需的原材料配 比，以获得所需的化学成分和性能。
理。
热处理
根据需要，对铸件进行 热处理以提高其机械性
能。
铸造后处理
清理
去除铸件表面的毛刺、飞边等杂质，确保表 面质量。
质量检测
对铸件进行质量检测，确保其符合相关标准 和客户要求。
机械加工
对铸件进行机械加工，以满足其使用要求。
包装运输
对铸件进行包装，并选择合适的运输方式将 其送达目的地。
04
铝合金的应用
THANK YOU
感谢观看
模具准备
设计和制作铸造模具，确保其 结构合理、尺寸精确。
设备检查
对熔炼炉、浇注机等设备进行 检查和调试，确保其正常运转
。
工艺准备
制定合理的铸造工艺流程，明 确各环节的技术要求和操作规
范。
铸造过程
铝合金熔炼与铸造技术
铝合金熔炼与铸造技术铝合金熔炼与铸造技术是一种重要的金属加工技术，其主要应用于制造航空、汽车、机械等领域的高强度、轻量化零部件。
在这个过程中，铝合金材料经过熔炼和铸造，最终形成所需的零部件。
首先，铝合金熔炼技术是将原材料加入到熔炉中进行融化，并根据需要添加其他元素进行调节。
这些原材料通常包括铝锭和其他的合金元素，如硅、镁、钠等。
其中，硅可以提高铝合金的强度和耐蚀性；镁可以提高铝合金的塑性和韧性；钠可以改善铝合金的流动性。
其次，在完成了铝合金材料的熔化之后，就需要进行铸造。
这个过程包括模具设计、浇注、凝固和冷却等步骤。
在模具设计阶段，需要考虑到所需零部件的形状和尺寸，并选择适当的模具材料。
在浇注阶段，需要将已经融化好的铝合金液体倒入到模具中，并保持一定的浇注速度和压力。
在凝固和冷却阶段，需要等待铝合金材料逐渐凝固和冷却，并将其从模具中取出。
铝合金熔炼与铸造技术的优点在于可以生产高强度、轻量化的零部件。
此外，这种技术还可以实现大批量生产，提高生产效率。
然而，也存在一些缺点。
例如，在铸造过程中容易出现气孔、疏松和裂纹等缺陷，这些缺陷会影响零部件的质量和性能。
为了克服这些缺点，可以采用先进的铸造技术。
例如，在浇注过程中使用真空或惰性气体可以减少氧化反应和气孔的形成；使用高温高压水下注模技术可以提高零部件的密度和耐蚀性；使用快速凝固技术可以制备出具有均匀组织和细小晶粒的铝合金材料。
总之，铝合金熔炼与铸造技术是一种重要的金属加工技术，其应用范围广泛，并且不断发展创新。
通过不断改进和优化这种技术，可以生产出更加高质量的铝合金零部件，满足不同领域的需求。
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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，因此溶解氢按西华 特定律不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。
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。
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课前复习题
1. Fe在铝合金中是完全有害的吗？ 2. 为什么铸造铝镁合金和铝锌合金经过长期使用或放置
后变脆？ 3. Si在Al-Mg合金中是降低力学性能的 ，但为什么有些
Al-Mg合金中含有少量的Si？ 4. 铝合金热处理的目的是什么？ 5. 铸造合金与变形合金固溶处理有什么不同？ 6. 合金熔炼时，熔炼工具、坩埚及炉料为什么要预热？ 7. 为什么铝合金熔炼时，熔炼温度不能太高？
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铸造铝合金净化（精炼）技术
物理化学方法
• 加气化溶剂，在铝液中生成AlCl3或本身气化； • 吹活性气体，用Cl2或F12(CCl2F2); • 加活性溶剂，用碱金属的氯、氟盐； • 喷吹活性溶剂； • 加稀土金属，与溶解氢形成化合物，将氢固定。
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浮游法精炼
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针孔分级
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在铸件凝固过 程中多出的氢 易析出，形成
针孔
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，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。
第二章 铸造铝合金的熔炼
铝合金熔炼时的物理化学特性 铝合金熔炼工艺原理和技术 铝合金组织控制 铸造铝合金熔炼工艺
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§2-1 铝合金熔炼时的物理化学特性
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铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3，表面生成氧化 铝膜，可阻止继续氧化。
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β值。
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除夹杂的热力学
气泡在铝液中与固体夹杂相遇时会发生能量变化 根据热力学第二定律，系统自发变化的条件时能量必 须降低
由于夹杂被气泡自动吸附满足的自由能变化量△F﹤0
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铝-水气反应
铝和水气的 2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步
反应
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。
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铝-水气反应（续）
过滤除夹杂原理
铝液通过固态的多孔物质，可把夹杂拦截 下来。目前在熔炼浇注工艺中采用三种形式的 过滤器： 颗粒材料过滤器
刚质微孔陶瓷过滤器 泡沫陶瓷过滤器
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铸造铝合金净化（精炼）技术
物理方法
吹惰性气体：用单管或多孔透气吹头； 过滤：包括颗粒、刚质陶瓷、泡沫陶瓷过滤器； 真空处理：包括静态和动态处理； 氢气的电萃取：通直流电使氢分子逸出； 超声处理。
所以铝液中的Al2O3夹杂能自动吸附在气泡上，而被 带出液面。
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气体除夹杂的动力学（续）
相切俘获系数为：
E (1 2a )2 1 r
式中：r—气泡半径；2a—夹杂直径。 当2a «r时，俘获效率很小。只有尽量减小气泡直径 增大夹杂尺寸，以提高清除夹杂的效率。
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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。
在通常大气（湿度较大）中铝的熔炼温度下γ-Al2O3膜常会含12﹪H2O，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
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。
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铝—有机物反应
铝—有机物反应是熔炼中最可能的有机物 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
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铝合金中的气体
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 铝液中氢的溶解度是不大的，很易为氢所饱和 虽然在熔炼中经精炼除氢，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
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§2-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
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铝合金的净化（精炼）原理
除氢热力学
[H ] KH PH2 KH A/T B
气体溶解 度的西华 特定律
式中KH-氢的溶解度系数；T-热力学温度；A、B-常数 ，对铝合金而言，不同的合金类和不同的成分，其数值
各不相同。
铝中 氢量 变化
增加
增加
减少
减少
增加
无影响 增加
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铝液中氢向惰性气泡或活性气泡中迁移示意图
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去气动力学（续）
lg Cmt Cms 1 A t
Cms Cm0
2.3 V
除气的动力学 方程
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。
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除氢热力学（续）
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。
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合金元素的影响
元素 Zn﹤ Mg Si Cu﹤ Ti Mn﹤ Ni
18%
20%
0.1%
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。
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。