铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系_丛红日
合金元素对铝合金熔体中氢含量的影响
合金元素对铝合金熔体中氢含量的影响孟令奇;程世伟;张恒华【摘要】以A356铝合金为基体合金,添加不同含量的Mg、Cu、Mn合金元素,然后在730℃下熔炼,保温30 min后减压浇铸,并利用减压凝固试样密度法来测量氢含量,以研究不同合金元素对铝熔体氢含量的影响.研究结果表明,合金元素Mg很大程度上加重了铝熔体的吸氢倾向,合金元素Mn也会增加铝熔体的吸氢倾向,但程度不大;而Cu则降低铝熔体的吸氢倾向.【期刊名称】《上海金属》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P38-42)【关键词】A356铝合金;氢含量;合金元素;减压凝固法【作者】孟令奇;程世伟;张恒华【作者单位】省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072;省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室、上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室和上海大学材料科学与工程学院,上海200072【正文语种】中文由于铝及其合金材料具有优良的物理性能、良好的加工成型性等特点，因此被广泛地应用于汽车制造中。
汽车轻量化是汽车工业的发展方向，铝合金则是轻量化的关键金属材料［1］。
为了提高铝合金性能，研究者们常常向铝中添加合金元素以得到符合性能要求的铝合金，但这些元素在一定程度上可能会对熔体中氢含量产生影响，从而在另一方面又不同程度地影响铝合金的性能。
铝合金中主要气体是氢，由于氢的存在，使铝铸件中产生大量气孔，严重影响了铝铸件的质量和成品率［2］。
目前，人们对铝熔体中的氢已经进行了大量的研究和分析。
闫红涛等［3］介绍了铝熔体中的氢的来源及其存在形态，讨论了铝液中氢的溶解度及其影响因素，并分析了熔体中的三种三氧化铝夹杂对氢含量的影响。
ZL101铝熔体测氢研究
ZL101铝熔体测氢研究【摘要】采用基于Telegas法制造的ELH-Ⅳ型铝熔体快速测氢仪，测定了ZL101合金熔体在不同温度下的氢含量。
实验结果表明：随着温度的升高ZL101合金熔体中氢含量增加。
运用西华特定律分析了上述实验结果。
【关键词】铝熔体测氢；ZL1011 铝合金中氢的来源铝合金在冶炼过程中或多或少地有水分子的存在，发生如下反应：Al+3H2→Al（OH）3+H2之后，铝熔体吸氢按如下步骤进行：（1）氢分子撞击到铝熔体表面；（2）氢分子在铝熔体表面离解为氢原子，H2→2H；（3）氢原子吸附在铝熔体表面，2H→2H；（4）氢原子通过扩散进入铝熔体，2H→2[H]。
2 铝合金中氢的危害氢在铝合金中会造成氢腐蚀、氢鼓泡、白点、以及生成氢化物而导致铝合金变脆，使铝合金的塑性和强度降低。
此外，在缓慢变形时，铝合金中的氢逐渐向应力集中处富集，在应力和氢的交互作用下裂纹形核、扩展，最终导致脆性断裂。
因此，准确测量铝合金中的氢含量和寻找减少铝合金中氢含量的措施，对提高铝合金的使用性能意义重大。
3 铝熔体测氢的方法目前世界上测氢的方法大约有20多种，本文只介绍Telegas法该原理假设铝液中的氢是均匀分布的，若在铝液中提供一个自由表面，则氢就会在此表面上以2H→H2的形式析出。
在平衡状态下，此析出反应的△G=0，从而可得到如下关系式：lgS=-+B+lgP （3.1）其中，P为铝液内提供自由表面上所生成含氢气泡的氢分压。
由此式可知，测出P和T就可算出铝液中的氢含量。
为了测定P，向铝液中通入惰性气体（Ar 或N）气泡，经过一定时间，气泡内的氢分压和铝液内的氢分压达到平衡。
实验中可用循环泵使气体循环通过铝液，达到平衡后，可通过热导析气计测出平衡分压P，同时测出铝液温度T，再通过上式就可计算出铝液的含氢量。
4 ZL101合金测氢4.1 ELH-Ⅳ型铝熔体快速测氢仪简介本实验所采用的ELH-Ⅳ型铝熔体快速测氢仪就是基于Telegas法原理设计的一种高智能化在线便携式测氢仪，在炉前测量无需外接电源、气源，直接显示每100克金属含氢量，仪器内已存有近60种合金的修正系数，通过键盘可输入温度、合金或合金的修正系数；仪器具有自动连续测氢、测温功能。
铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系_丛红日
实用研究特种铸造及有色合金 2000年第3期铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系山东工业大学 丛红日 边秀房摘 要 采用英国HYSCANⅡ测氢仪研究铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系,结果表明:在夹杂沾污度超过2.5%时,熔体含氢量会增加3倍以上;同时也研究了夹杂物尺寸和熔炼温度对含氢量的影响。
关键词:铝合金 含氢量 夹杂沾污度中图分类号:TG292 文献标识码:A 文章编号:1001-2449(2000)03-0021-02 铝及其合金因含气体和夹杂,严重阻碍它的进一步应用[1]。
铝合金中的气体H2占全部气体的60%～90%[2]。
氢在铝熔体中主要以下列几种形式存在:原子态,即[H]溶解于铝熔液中;分子态,H以H2存在于Al2O3的裂缝中,形成负曲率半径的氢气泡[3];化合态,氢原子与铝液中的某些元素形成氢化物。
铝液中的夹杂可分为两类,第一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物,它使组织不连续,铸件渗漏,或成为腐蚀的根源,明显降低合金的强度和塑性;第二类是弥散状的夹杂,在低倍显微镜下看不到。
它使铝液粘度增大,降低凝固时铝液的补缩能力。
目前很难控制熔体中氢和夹杂的含量,而其含量的增加必然导致铸件力学性能下降,致使铸件报废。
因此,有必要研究合金熔体中氢与夹杂之间的内在联系。
1 试验方法试验所用原材料为含不同夹杂量的AlTiB中间合金。
其制备方法是:将质量分数为99.7%的工业纯铝在950℃熔化,然后加入质量分数为99.0%的K2TiF6和质量分数为98.0%的KBF4,保温一段时间后进行除渣,根据要求得到不同的夹杂含量。
熔化设备采用坩埚式电阻炉,坩埚材质为石墨粘土。
引入夹杂沾污度表示夹杂的含量,用游标卡尺进行测量。
将含夹渣的AlTiB中间合金浇铸成一定尺寸的试样。
加热后,经过足够的变形,然后沿变形方向打开断口,测定断口单位面积上夹杂的数目和面积,即可获得夹杂沾污度η[4]。
η=πD2/(4l·d) 式中 D———夹杂直径l———断口长度d———断口宽度铝合金中氢含量的测定采用英国SE VERN SCI-ENCE公司制造的HYSCANⅡ测氢仪。
铝熔体中的氢的研究
９ ・
维普资讯
《 铝加 工》
学术 综论
２０ Ｎ５总第 １１ ０６ ｏ ７ 期
散 过程 ，它决 定 了熔 体 吸氢 的速 度 。双原 子气体 氢
的扩散 速度可 表示 为 ：
—
分 为 ａ 、 型 和 ７型 三种 ，第 一种 类 型 的 Ａ２ ３ ｌ ０
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２０ Ｎ５总第 １１ ０６ ｏ ７ 期
学术综 论
《 铝加 工》
铝熔 体 中 的氢 的研 究
闰红涛 ， 肖 刚
（ 中南 大 学 机 电工 程 学 院 ，湖 南 长沙 ４０ ８ ） １０３
摘 要 ：介绍 了铝熔体 中的氢的来源及其存在形态 ，分析了铝液 吸氢的过程 。讨论 了铝液 中氢 的溶 解度及其 影响 因素。分析了熔体 中的三种三氧化铝夹杂对氢含量的影响。研究 了除氢的动力学过程 以及影响除氢速度的因素。
Ａ ｆ ￣Ｈ０ Ｉ） －２一 （＋
—７ Ａ２ ＋ 【 ｊ ｝ 一 ｌ ３Ｈ ０
而低温 下生 成 的 Ａ （ Ｈ） 大 于 ４０Ｃ时 发生 １Ｏ 在 ０ｏ 分解 反应 ，生成 的水 汽再与 铝 反应 生 成 ［ 溶 于铝 Ｈ］
液 中 。反应 式如 下 ：
＞４ （℃ ０）
Ａ Ｏ ）— １（ Ｈ ３
向金 属 内部 扩散 ，即所 谓 的扩散过 程 随着扩散 过程
Ａ（ ＋ Ｈ ０ｇ ｌ） ３ ２（旦 ） 一
（ Ｈ ３ Ｈ （） Ｏ ）＋ ２ｇ
与生成 的氢气 反 应 生
当温度 高于 ６０Ｃ ， ０ ￣时
成７ １３ 一Ａ２ ，生成 的［ 溶 于铝液 中 ，反 应如下 ： ０ Ｈ］
ＹＡＮ ｎ Ｈｏ ｇ—ｔ ｏ，ＸＩ ａ ＡＯ ｎｇ Ｇａ
铝及铝合金的熔炼
铝及铝合金的熔炼铝及铝合金是近代工业中得到广泛应用和发展很快的重要金属材料。
目前世界铝产量仅次于钢铁，居有色金属首位。
铝及铝合金具有比重小、比强度大、导电和导热性好、耐腐蚀、可塑、可焊、无毒、光泽美丽以及低温性能好等一系列优越性能，在国民经济和国防建设中的地位及作用日趋显著。
熔炼铝及铝合金的主要目的是：配制合金；通过适当的工艺措施(如精炼和过滤)提高金属净度。
气孔、夹渣和氧化膜等冶金缺陷对铸坯质量影响较大，同时还会严重影响到深加工后的成品质量。
因此，除应严格控制原材料的标准和净度外，还需采用合理的熔炼工艺提高铸坯的净度。
此外，因在铸坯中形成的金属间化合物—次晶不能用随后的压力加工和热处理方法应除，所以这一因素亦不容忽视。
为改善合金的工艺性能和制品质量，减少冷热裂纹，除控制化学成分和杂质外，还应采用合适的工艺添加剂(变质剂)以改变和细化铸坯的晶粒。
近年来，为提高金属熔体的净度。
采用了许多行之有效的先进工艺，如采用在线惰性气体除氢，电熔剂精炼和泡沫陶瓷过滤器去除夹杂物，在生产中均收到明显效果。
2．2 铝中气体的溶解及夹杂物和氧化膜的生成铝铸坯中的夹杂物，一部分来自于原铝锭，另一部分是由生产设备和工艺过程中带入，因为铝的化学性质非常活泼，能和许多元素发生化学反应，尤其在熔融状态下，更易与氧、氮等元素化合而生成氧化物、氮化物、碳化物和硫化物等非金属夹杂物及氧化膜。
氢和铝虽不形成化合物，但它极易浴解于液态铝中，它是铝中所含的主要气体。
在熔炼过程中，如对液态铝中所溶解的气体和含有的非金属夹杂物处理不当时，就会在铸坯中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷，因此，必须采取相应措施予以防止和消除。
2．2．1 铝中气体的溶解2．2．1．1 铝中气体溶解的主要来源：(1)燃料，当采用火焰炉熔炼铝及铝合金时，燃料(如煤、焦炭、煤气、天然气、重油等)中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体；(2)大气：熔炼过程中，大气中的水蒸汽被熔体吸收：(3)炉料，吸附在炉料表面上的湿气．在熔化过程中起化学作用而产生的氢将被铝液所溶解；如果炉料放置过久，且表面有油污者，对熔体的吸气量尤有影响；(4)耐火材料：烘炉不彻底时，耐火材料表面吸附的水分，以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个熔次时，对熔体中气体含量将有明显影响；(5)熔剂；使用保存不当而发生了潮解的溶剂，也能增加熔体的含气量；(6)熔铸工具：在倒炉及铸造时，如果熔铸工具干燥不好，易使熔体的吸气量增加；(7)倒炉及浇铸过程中，如果熔体落差大，或液流翻滚过急时，也会使气体及氧化膜卷入熔体；(8)润滑油脱水不好。
铝合金熔炼过程中常见夹杂及净化技术研究
铝合金熔炼过程中常见夹杂及净化技术研究发布时间：2023-01-30T02:00:04.253Z 来源：《工程管理前沿》2022年18期作者：吕文生[导读] 铝合金熔炼过程中会产生夹杂，采用过滤方式进行处理可以减少杂物量。
当这些杂物被带到铸锭环节，必然影吕文生中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨 150066摘要：铝合金熔炼过程中会产生夹杂，采用过滤方式进行处理可以减少杂物量。
当这些杂物被带到铸锭环节，必然影响加工配料质量，产品性能也受到影响。
所以，要明确产生这种现象的原因并做好净化工作，以提高铝材产品质量，本论文着重于研究铝合金熔炼过程中常见夹杂以及科学有效的净化技术。
关键词：铝合金；熔炼；常见夹杂；净化技术?引言熔炼铝合金熔炼的时候，其中有空气或者夹杂是不可避免的，但是如果不采取有效措施及时解决，就会形成氧化物杂质。
为了解决这方面的问题，就要采用科学有效的净化技术，以提高产品质量[1] 。
一、铝合金氧化夹杂类型（一）铝熔体夹渣用锅炉对铝合金熔炼的时候，会有团簇出现，或者为灰色颗粒状，或者有聚集物且面积很大，这是由于铝熔体处于高温环境下，接触到空气环境以及水蒸气的时候发生化学反应产生晶体结构，其在超过750 摄氏度的环境中，就会形成菱形六面体，呈现出黑色，形状不规则，硬度非常高，影响后续的产品加工质量，甚至使用的加工器具也会被损坏[2] 。
（三）表面形成氧化膜铝合金熔炼以及浇注的过程中，在熔炼体表面会形成氧化膜，其不仅是连续性的，而且有较高致密性，促使内部熔体不能继续氧化。
进入到浇筑环节，液体中有氧化膜，并且破裂，就会形成氧化膜夹渣。
氧化膜的形成时间不同，其中有不同的成分，所以氧化物的色彩不同。
氧化膜经过高温熔炼之后，就会呈现出黑色或者深灰色。
当处于熔炼阶段，氧化膜的颜色比较浅。
各个国家的专家对此进行研究，明确因为有氧化膜的存在，导致熔体中含有大量氢元素，降低材料力学性能。
对铝合金中氧化膜夹渣形成的原理明确之后，就可以在熔铸阶段对其采取有效应对措施。
铝合金液夹杂含量与含气量的关系
铝合金液夹杂含量与含气量的关系赵忠兴;杨国娟;孙金根;耿德军【摘要】The liquid aluminum density of ZL106 has been determined by the reduced pressure solidification density sampling method. In four different conditions,inclusion content has been tested by a method of resistance, and relationship between Air content of Aluminum liquid has been analyzed. The results show that there is a close relationship between the inclusion and gas, the more inclusion is in aluminum , the more quantity of gas is;on the contrary,the less inclusion is in aluminum,the less quantity of gas is in aluminum. Static process is important for the purification of liquid aluminum.%采用减压凝固密度试样法测定ZL106合金的试样密度,在四种不同含气量条件下,用电阻法检测铝液中的夹杂含量,分析铝液含气量与夹杂物的相互关系.试验结果表明:夹杂和气体存在着密切的孪生关系,铝液中的夹杂含量越多,含气量越高；夹杂含量越少,含气量越低.同时分析了静止工艺对铝液净化的重要性.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】3页(P14-16)【关键词】铝合金;夹杂物;气体;静止工艺【作者】赵忠兴;杨国娟;孙金根;耿德军【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳 110168;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳 110168;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳 110168;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳 110168【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+1铝及其合金在熔炼、浇注过程中易于氧化、吸收气体，使得在铝液中极易形成夹杂物及在凝固过程中形成气孔，从而影响铸件的质量，使铝合金的应用受到一定限制。
铝合金中氢含量的检测和其在现实中的作用
铝合金中氢含量的检测和其在现实中的作用关键词：铝合金中氢含量；检测；作用；前言：由于铝合金和镁合金具有的优异性能，促使各国越来越重视对铝、镁材料的研究开发以及利用。
但是，随着研究的不断深入，发现洁净的熔体是保证合金质量的关键。
在影响铝、镁熔体纯净度的因素中，熔体中的氢十分关键。
在金属凝固过程中，氢的析出会导致气孔、疏松等缺陷，这将会严重影响合金的力学性能及耐蚀性能等。
一、铝合金中氢含量溶入铝合金、镁合金熔体中的主要气体为氢气。
对于铝合金，氢通过下列冶金过程进入熔体中低温下生成的Al(OH)。
在高温下发生分解：2Al(OH)3=A1203+3H20(1)对于镁合金除了氢在镁液中的溶解度很大之外730℃时每100 g镁中氢的溶解度大约是30 mL，为铝合金的几十倍，氢还和镁形成MgH：化合物；而铝合金中氢虽然不与铝形成化合物，但是同样具有很大的溶解度，所以铝合金与镁合金中氢都是一个不容忽视的问题，而对于镁合金中氢的问题更容易忽略。
随着研究的不断深入，氢的问题逐渐成为研究的热点问题之一。
二、铝合金中氢含量的检测和其在现实中的作用1.制备和处理。
在大多数情况下，试样表面的处理决定分析结果，因此试样处理必须采用相同的方法。
对车床精加工、化学抛光、金属抛光等3种试样处理方法进行实验，特别是铝锂合金，利用化学抛光和金相抛光方法处理的试样表露氡耜当高。
所以选用车床精加工的方法来处理试样。
利用车床加工试样时，必须用适当的清洗剂清洗车床的刃具，加工过程中不能用任何冷却剂。
为了得到光洁的加工表面，必须精心选择率床的转速、进刃量、走刃速度，同时选择适当的车刀刃形，防止加工过熟。
为了防止污染，不能用手接触加工好的试样。
为了得到最好的分析结果，加工好的试群立印进行分析，特别是铝铿合金和铝镁含金。
试验发现，试样的表面氢随着放置时间的增加而增加。
程锯锂合金秘铝镁合金分析中，有时因为试样放置时间过长，使整个测氯分析无法达到终点。
熔炼工考试真题及答案一
熔炼工考试真题及答案一1、问答题已知燃气炉熔化铝液的能力为每小时1.5吨，现要求加入的铝锭和回炉料的比列为7：3，回炉料为缸盖的冒口，一个重约5.5kg，而一个完整的铝锭重约10kg。
求加入铝锭和回炉料的个（江南博哥）数？正确答案：需要加入铝锭的重量=1500×7／10=1050kg所以加入铝锭的个数=1050／10=105（个）需要加入回炉料的重量=1500×3／10=450kg所以加入回炉料的个数=450／5.5=81.8≈82（个）2、判断题劳动保护的基本方针是“安全第一，预防为主”。
正确答案：对3、判断题石墨是灰铸铁中的碳以游离状态存在的一种形式，它与天然石墨没有什么差别，仅有微量杂质存在其中。
正确答案：对4、问答?有一冒口的体积1950C.m3，其表面积为1000C.m2，则求冒口模数？正确答案：M=V/A=1950/1000Cm=1.95Cm5、判断题在钢铁材料中，能有效阻止位错运动、提高材料强度的途径主要有固溶强化、晶界强化、第二相强化、位错强化。
正确答案：对6、问答题怎样减少硅锰的烧损？正确答案：因为铁水中的硅锰烧损主要是通过与FeO作用进行的，所以首先要控制铁水中铁的氧化，如设法减少炉气的氧化性，提高炉温、风温，掌握正确的熔化位置等，以减少铁的氧化和硅、锰的烧损。
7、判断题开展全面质量管理的目的在于减少次品。
正确答案：错8、判断题ZL104合金铸造性能和力学性能优良，可以铸造承受较大载荷、形状复杂的铸件，可在185℃以下工作。
正确答案：对9、单选防止铸件产生反应性气孔的方法有（）。
A.对球墨铸铁件要加大体液中镁的的加入量B.采用保温剂C.尽量延长砂型在合型后的待浇时间D.减少金属液中气体含量和控制型砂的水分正确答案：D10、单选电炉炉衬从内到外分布的是（）A.烧结层-过渡层-松散层B.松散层-过渡层-烧结层C.过渡层-烧结层-松散层D.烧结层-松散层-过渡层正确答案：A11、单选运输途中发生运输票据丢失时，丢失单位或处理站应编制普通记录继运到站并拍发电报向（）查询。
铝熔体的质量控制
铝熔体的质量控制张宇【摘要】@@ 熔炼铝合金时熔体被氢和夹杂物污染是不可避免的,气孔和夹杂物缺陷破坏了金属基体的连续性,影响材料的组织,降低材料的力学性能和耐蚀性,恶化金属的工艺性能和表面质量,因此熔体必须控制好熔炼工艺和操作,做好熔体的除气除渣精炼以获得优良的铸锭.【期刊名称】《中国金属通报》【年(卷),期】2009(000)041【总页数】2页(P38-39)【作者】张宇【作者单位】福建省闽发铝业股份有限公司【正文语种】中文本文分析了影响铝熔体中氢和夹杂物含量的因素，并介绍了控制熔体中氢和夹杂物含量的工艺措施。
熔炼铝合金时熔体被氢和夹杂物污染是不可避免的，气孔和夹杂物缺陷破坏了金属基体的连续性，影响材料的组织，降低材料的力学性能和耐蚀性，恶化金属的工艺性能和表面质量，因此熔体必须控制好熔炼工艺和操作，做好熔体的除气除渣精炼以获得优良的铸锭。
铝合金熔体中的气体主要是氢气，其体积分数约为铝液中气体的85%，余为氮气、氧气、一氧化碳等。
氢几乎不溶于固态铝，而在液态铝中的溶解度很大，并随温度的升高而增大。
随着熔体的凝固，氢气倾向于从熔体中逸出，当氢气压力大于表面张力和液体静压力时即形成气泡，进而在铸锭中产生气孔[1]，挤压后在制品表面形成凸起的泡或起皮，含氢多的型材碱腐蚀后形成许多针孔，着色后成了局部麻面，这样的型材表面粗糙、光泽差、色差大、成品率低。
夹杂是指存在于液相线温度以上的任何固相或液相的外生杂质[2]。
铝合金中常见的非金属夹杂有氧化物、碳化物、氮化物、硅酸盐等，大都以薄膜状或颗粒状的独立相存在。
除了由原材料带入，主要是由于在熔炼过程中铝液与炉气反应生成。
在熔炼过程中搅拌、扒渣等操作，不可避免地将氧化膜破碎成薄片块带入溶体。
夹杂物大多又硬又脆，挤压进入制品后，有的脱落，有的被压碎，在挤压制品表面形成灰色短线状痕迹，严重的造成产品局部开裂或分层。
夹杂多的型材氧化着色性能也差，其氧化膜不连续，型材表面上斑点多，着色后表面分布很多灰白色小点，有的夹杂沿型材挤压方向形成灰黑色条纹。
A356合金熔体重氢气的来源及控制共5页
A356合金熔体重氢气的来源及控制A356合金在铸造生产中，熔体的含氢量直接影响铸锭的冶金质量，并对最终产品的轮毂的力学性能、加工性能、抗蚀性、外观质量等造成很大的影响，因此，如何降低铝熔体重的含氢量、获得纯洁度高的A356合金熔体，就成了A356合金生产企业及轮毂生产企业生产工作者认真研究的课题，本文就A356合金熔体氢气的来源及处理方法进行了系统的分析，并提出了具体的预防、处理措施。
1、A356合金熔体中气体的种类A356合金在熔炼过程中，由于加热方法及熔炼炉材料不同，接触的炉气成分不同，主要有：氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳等，这些气体主要有燃料燃烧产生的，而耐火材料、金属炉料及熔剂、工具等也带入一定量的气体。
炉气成分使由燃料种类及空气量来决定的。
普通焦炭坩埚炉炉气的主要成分为二氧化碳、一氧化碳和氮气。
煤气、柴油炉炉气成分主要为水蒸气和氮气，而对于电炉来说主要是氢气，因此，采用不同的熔化炉时，A356合金吸气量和产生针孔的程度是不同的。
铝合金生产实践证明，氢是唯一能大量溶解于铝或铝合金中的气体，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。
在铸件凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙，不仅减少了铸件的实际截面积而且是裂纹源。
由于针孔主要是氢气造成的，而在铝合金熔炼时，周围空气中的氢气含量并不多，氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应，因此，熔炼过程中造成水蒸气的原因也就是直接影响针孔的形成，其主要因素如下：①原材料、辅助材料的影响；②空气中绝对湿度大、会增加合金气体溶解量，形成季节性气孔；③合金熔化作影响：生产实践表明，铝液吸气是在表面进行的，与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大关系。
合金熔化温度越高，熔化时间和熔化后的铝液保持时间越长，氢在铝液中扩撒越充分，铝液吸氢量就越大，出现针孔的几率就越大。
④熔炼设备及工具的影响：预热不到位，如铸模潮湿，有油污、含水量高，浇铸的合金锭含氢量高；A356合金易产生针孔缺陷，既与A356合金本身特性有关，也和一系列的外界因素有关，为避免A356合金锭中出现针孔，可采取适当的措施：①严格控制原材料的含氢量和夹杂量，铝液中气体和氧化夹杂含量与炉料中气体给氧化夹杂原始含量有关，为获得高质量的熔液，所加入的炉料必须充分预热，对于低质量的炉料或炉料在贮存过程中受潮，甚至表面严重氧化，则需进行重熔处理，重熔时，要严格控制熔炼工艺和精炼工艺。
铝合金液净化除气及熔体处理概述
14
针孔
化合态
熔体测氢含量
5
铝熔体测氢含量方法
直接法 间接法
减压凝固检验法
优点： 设备简单、快速； 装置维护也比较简单； 缺点： 灵敏度较低； 结果是铝合金熔体中 含氢量与夹杂物含量 的综合反映。
6
铝合金熔体中的夹杂物含量与 含氢量具有很大的相关性
7
旋转喷吹除气法
分压差脱气原理
借助于专门设计的吹头向金属液 中通入惰性气体，通过吹头的旋转作 用，在熔体深处形成快速运动的气、 水涡流，使气泡尺寸变得细小、分布 均匀，从而实现浮游精炼的目的。
• Al-Ti-B-RE（有前景） RE---具有变质、精练、净化、除气等作用
10
• 目的：改变共晶硅形貌和尺寸的过程。 使共晶硅由粗大的针、板状变成细小的纤维状或层片状。
11
• 初晶Si变质处理 P--- AlP可以作为Al-Si合金初晶Si结晶的异质核心 低熔点P-Cu 中间合金--- “绿色变质剂” • 共晶Si变质处理 Sr---以Al-Sr 形式加入，影响共晶Si的生长以达变质效果 缺点：变质过程有严重的吸气倾向，合金容易产生疏松，使 铸件的致密性有所降低。
12
净化 除气
气体（H2） 检测---减压 凝固
熔体 处理
细化处理
除气---旋转 喷吹
变质处理
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铝合金熔体中氢含量的影响因素及人工神经网络预测
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａＳ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｏｌｄｉｎｇ ｔｉｍｅ，ａｌｌｏｙ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｒａｗ
ｐｏｉｎｔｓ ｏｆｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ，Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ，Ｆｌｕｘ，Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
－Ｖ．
出丕盔堂亟±堂位途窑
１、绪论
１．１选题的意义 近年来，我困铝材的需求量持续增长，到２０００年，达到了２００万吨以上，
成为世界第二大铝材消费国，铝材的产量也排名世界第四位，但同时我国又是世 界最大的铝材净进口国１１１。铝的来源广，比重小，塑性高，具有良好的导电性、导 热性和抗蚀性，而铝合会则具有比纯铝更优异的工艺效率和使用性能。由于铝及 其合金的许多固有优点，使它在工业上应用越来越广泛。不仅大量用于航天航空 工业，而且广泛用在运输部门，并从生产领域进入生活领域，前景十分光明。然 而，由于我国铝加工工业起步晚，规模小，技术落后，我国铝材行业与先进国家 相比，在生产规模上、装机控制水平上以及产品质量等方面还存在巨大差距。其 中，国内铝坯、尤其是高质量的铝坯供给能力不足、缺口大又是一个突出问题。
ａｍｏｎｇ ｃｏｎｔｒａｒｙ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｔｈｅ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ
ｔｈｅ
ｓｕｐｅｒｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｔｏｍｉｃ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ＣＯｎｔｅｎｔ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ
铝熔体中的氢的研究_闫红涛
受的外 压力/kPα;P大 -炉 气压力/ kPα;P静 -气泡 承受的铝熔体静压力/ kPα, P静 =0 .1 Hγ;H -气泡 上的铝熔体柱高度/ cm ;γ-铝熔体密度 , g/ cm3 ;σ -铝熔体的表面张力 , N/ cm ;R -气泡半径/ cm 。
H2(g)
当温度高于 600 ℃时 , Al 与生成的氢气反应生
成 γ-Al2O3 , 生成的[ H] 溶于铝液中 , 反应如下 :
收稿日期 :2006 -05 -08
作者简介 :闫红涛ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1981 -), 河 南许昌人 , 中 南大学 在读 硕士研 究生 。
Al(l)+
3 2
H
2O
>600 ℃
1 2
要形式 , 第一种占总含氢量的约 90 %, 第二种占 近 10 %。
2 熔体中氢的含量
2.1 熔体中氢的溶解度
氢在铝熔体中的溶解度 CH 与熔体温度 T 及氢 分压 PH2之间有如下关系 :
1gCH
=12
1gPH 2
-AT
+B
其中 A 、 B 是和熔体合金的成分有关的溶解度
常数 。由此可知 , 熔体中的氢的溶解度和熔体温度
Al4
C3
+
n 2
H
2
1.2 氢的存在形态
铝及铝合金中 , 氢的存在形态大约有四种 :一
是以“溶液”或者“固溶体”形式存在的氢原子 , 又叫
溶解型的 ;二是以气泡形式存在的分子氢 , 又叫吸 附型 ;三是以氢化物 形式存在 的化合 氢 ;四是以
γAl2O3·χH 形式存在的络合氢 。 其中以前两种为主
铝熔体中的氢的研究
铝熔体中的氢的研究
闫红涛;肖刚
【期刊名称】《铝加工》
【年(卷),期】2006(000)005
【摘要】介绍了铝熔体中的氢的来源及其存在形态,分析了铝液吸氢的过程.讨论了铝液中氢的溶解度及其影响因素.分析了熔体中的三种三氧化铝夹杂对氢含量的影响.研究了除氢的动力学过程以及影响除氢速度的因素.
【总页数】4页(P9-12)
【作者】闫红涛;肖刚
【作者单位】中南大学机电工程学院,湖南,长沙,410083;中南大学机电工程学院,湖南,长沙,410083
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2+1
【相关文献】
1.铝熔体中氢的产生机理及Alpur除气装置的除气效果 [J], 周庆波;于守魁;冷金凤;王冬成
2.铝熔体测氢仪及ELH—ⅢB测氢仪使用效果初探 [J], 倪红军;孙宝德
3.铝熔体中氢和夹杂物的存在形态 [J], 郝志刚;李春生;李海仙;王滨滨;郭宝丰;刁莉萍
4.通过连续测定氢的平衡压力确定铝熔体中的氢浓度 [J], Fromm,E;张育钦
5.铝熔体中夹杂物与氢相互关系的分子动力学模拟探索 [J], 孙泽棠;傅高升;王火生;陈鸿玲;宋莉莉
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铝合金铸件中夹杂和氢含量关系
铝合金铸件中夹杂和氢含量关系铝合金铸件中夹杂和氢含量关系随着汽车工业的发展铝合金铸件的使用越来越多，对铸件的要求也越来越高。
除要求保证化学成分、力学性能和尺寸精度外，铝合金铸件还不允许有缩孔、缩松、气孔、渣孔等铸造缺陷。
铝液净化处理是保证高质量铝合金产品的措施之一，也是提高铝合金综合质量的主要手段。
铝液的精炼效果对气孔、缩孔、夹杂的形成有重要的影响，且直接影响铝合金铸件的物理性能、力学性能。
没有高质量的铝液，即使后续处理再先进，缺陷一旦产生它就始终存在产品之中，高质量的铸件就难以获得。
因此必须重视铝液中的气体和夹杂物，并采取措施来清除铝液中的气体和夹杂物。
1、铝液中的气体和夹杂物铝液中的气体主要是氢气(约占80%~90%)，其次是氮气、氧气、一氧化碳等。
氢几乎不溶于固态铝，而在液态溶解度很大。
氢在固相线上下的溶解度为每100g 铝液的氢含量是0.65mL和0.034mL(氢在0.1MPa的条件下)，即氢在固液两相的溶解度相差19.1倍，而每100g 熔融铝中正常的氢含量为0.1~0.4mL。
由于溶解度的不同氢就倾向于从熔体中逸出，当氢气压力大于表面张力和液体静压力时就形成气泡，进而在铸件中产生针孔。
因此，在铝合金熔体净化方面，主要存在的问题是铝合金的含氢量较高，而现有手段不能满足高质量铝合金铸件的生产要求。
通常每100g铝的含氢量在0.1~0.2mL时基本能满足生产要求，对特殊要求的铸件（像航空铸件）每100g铝的含氢量要在0.06mL以下。
夹杂是指在液相线以上的任何固体及液体以外的物质。
铝液中常见的非金属杂质有氧化物、氮化物、碳化物、硼化物等，大都以颗粒状存在，典型的颗粒尺寸在1~30μm范围内。
除来自炉料外，主要是熔化过程中化学反应的产物。
铝表面的氧化膜厚度在2~10μm，接近熔点时增至200μm，液面上的氧化膜不仅更厚，而且结构发生了变化；面向铝液一侧是致密的对铝液有保护作用，而铝液外侧是疏松的，内有直径5~10μm的小孔并被氢、空气、水汽充满，如果将液膜搅入铝液就会增杂、增气。
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实用研究特种铸造及有色合金 2000年第3期铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系山东工业大学 丛红日 边秀房摘 要 采用英国HYSCANⅡ测氢仪研究铝合金熔体中夹杂物与含氢量的关系,结果表明:在夹杂沾污度超过2.5%时,熔体含氢量会增加3倍以上;同时也研究了夹杂物尺寸和熔炼温度对含氢量的影响。
关键词:铝合金 含氢量 夹杂沾污度中图分类号:TG292 文献标识码:A 文章编号:1001-2449(2000)03-0021-02 铝及其合金因含气体和夹杂,严重阻碍它的进一步应用[1]。
铝合金中的气体H2占全部气体的60%～90%[2]。
氢在铝熔体中主要以下列几种形式存在:原子态,即[H]溶解于铝熔液中;分子态,H以H2存在于Al2O3的裂缝中,形成负曲率半径的氢气泡[3];化合态,氢原子与铝液中的某些元素形成氢化物。
铝液中的夹杂可分为两类,第一类是宏观组织中分布不均匀的大块夹杂物,它使组织不连续,铸件渗漏,或成为腐蚀的根源,明显降低合金的强度和塑性;第二类是弥散状的夹杂,在低倍显微镜下看不到。
它使铝液粘度增大,降低凝固时铝液的补缩能力。
目前很难控制熔体中氢和夹杂的含量,而其含量的增加必然导致铸件力学性能下降,致使铸件报废。
因此,有必要研究合金熔体中氢与夹杂之间的内在联系。
1 试验方法试验所用原材料为含不同夹杂量的AlTiB中间合金。
其制备方法是:将质量分数为99.7%的工业纯铝在950℃熔化,然后加入质量分数为99.0%的K2TiF6和质量分数为98.0%的KBF4,保温一段时间后进行除渣,根据要求得到不同的夹杂含量。
熔化设备采用坩埚式电阻炉,坩埚材质为石墨粘土。
引入夹杂沾污度表示夹杂的含量,用游标卡尺进行测量。
将含夹渣的AlTiB中间合金浇铸成一定尺寸的试样。
加热后,经过足够的变形,然后沿变形方向打开断口,测定断口单位面积上夹杂的数目和面积,即可获得夹杂沾污度η[4]。
η=πD2/(4l·d) 式中 D———夹杂直径l———断口长度d———断口宽度铝合金中氢含量的测定采用英国SE VERN SCI-ENCE公司制造的HYSCANⅡ测氢仪。
该仪器采用RPT (Reduced Pressure Test)法测氢。
其测氢精度为0.1 mL/g。
2 试验结果与分析2.1 夹杂物对含氢量的影响经过对不同夹杂量的AlTiB中间合金的测氢分析,如图1所示,发现随着夹杂沾污度的增加,铝合金中的含氢量呈上升趋势,且从图1能够看出,当夹杂沾污度图1 夹杂沾污度与含氢量的关系从0达到2.5%时,其含氢量就会增加3倍以上。
有资料表明,一定温度下,铝熔体中的氢含量一定,即使人为通入氢气,在达到动态平衡后,铝熔体中含氢量也基本保持不变。
因此,有理由相信,铝合金熔体中的氢大部分是夹杂物带进去的。
为了对这一现象进行深入剖析,有必要分析夹杂物的组成成分。
试样的X射线衍射分析结果如图2所示,夹杂物主要由Al,Al2O3,KAlF4, TiAl3及微量TiB2组成。
夹杂物的形貌可由扫描电镜拍出,如图3所示。
从图3a能够看出,夹杂物的形貌并不唯一,它主要由板状物与针状物组成。
对针状物进行放大处理,如图3b,可以看到组织中存在很多显微缩松,这些缩松就构成了夹杂物疏松多孔的特性。
从热力学观点来看,在熔体中形成气泡需满足以下两方面的条件。
第一,要有足够的气体分子凝聚;第二,21丛红日,男,1977年出生,硕士生,山东工业大学液态金属及遗传工程研究所,济南经十路73号(250061) 收稿日期:2000-01-05山东省自然科学基金资助项目(Z99F01)图2 夹杂物X 射线衍射分析能够克服形核时气泡产生的表面张力以及气泡上方金a .夹杂物形貌b .显微缩松图3 夹杂物的扫描电镜照片属液产生的静压力,因此,在纯净的熔体中匀质形核是很困难的。
但是,在铸造条件下,熔体中不可避免地存在一些未熔质点与夹杂,这些质点与夹杂就充当了气泡非匀质形核的核心。
有资料显示,气泡由匀质形核到非匀质形核是一个自由能降低的过程。
根据物质总是趋于最小能量的原则,气泡就以非匀质形核的方式长大析出。
在凝固过程中,熔体中的夹杂物产生显微缩松,形成大量显微孔洞,析出的气泡来不及逸出就吸附于这些孔洞,造成合金含氢量猛增。
并且,夹杂物含量越高,形成的显微缩松就越多,合金的含氢量也就越高。
2.2 夹杂物尺寸对含氢量的影响夹杂物尺寸对含氢量也有一定的影响,如表1所示。
表1 夹杂物尺寸对含氢量的影响半径尺寸/mm温度/℃夹杂沾污度/%100g 铝含氢量/mLr ≤1.09005.01.11.0<r ≤3.09005.02.2r ≥3.09005.02.9 很明显,随着夹杂物尺寸的增加,熔体含氢量呈上升趋势。
由以上分析已知,夹杂物在AlTiB 中间合金中呈疏松多孔的状态,随其尺寸的增大,这种特性表现也越来越强,反应产生的大量氢气分子就储积在这些孔洞中,从而导致了熔体含氢量的猛增。
2.3 温度对夹杂物与含氢量的影响在700℃以上即熔融状态时,随加热温度的不同,含氢量也发生相应的变化,从图4可见,随温度的升高,铝合金熔体中的含氢量是增加的,但增幅不大。
氢在铝合金熔体中以多种形式存在,其中以[H ]溶解于铝合金液中的那部分氢,随温度的升高而升高;而另一种与Al 2O 3及其他夹杂物形成络合物或吸附于Al 2O 3上的氢,随温度升高,与Al 2O 3的亲和力下降。
另外,在加热过程中铝合金熔体中的大块夹杂因其疏松多孔的特性吸收了大量的氢气,且所受浮力增加而部分上浮至表面,这就使得熔体中溶解的夹杂含量有所减小。
因此,含氢量呈现出如图4所示变化。
图4 温度与含氢量的关系3 结 论(1)铝合金中的夹杂物对其含氢量影响很大。
当夹杂沾污度达到2.5%时,熔体含氢量就会增加3倍以上,且随夹杂沾污度的增加,含氢量持续上升。
(2)随夹杂物尺寸的增加,熔体含氢量呈直线上升。
(3)随温度升高,熔体氢含量也随着增大,而大块夹杂物因所受浮力增加而导致其含量有所降低。
参 考 文 献1 王肇经.铸造铝合金中的气孔和非金属夹杂物.北京:兵器工业出版社,1989.2 [苏]Д.Ф.切尔温茄,黄良余译.有色金属及其合金中的气体.北京:冶金工业出版社,1989.3 黄良余,张少宗.铝合金精炼理论要点和工艺原则.特种铸造及有色合金,1998(2):41～424 《铸造有色合金及其熔炼》联合编写组.铸造有色合金及其熔炼.北京:国防工业出版社,1980.(编辑:陈渭臣)第二届中国国际压铸会议暨展览会在上海举行第二届中国国际压铸会议及展览会于2000年4月25日～28日在上海世贸商城隆重举行,这次会议是迄今为止在亚洲举办的最盛大的压铸国际展览会及学术会议。
来自美国、英国、德国、日本、瑞士、意大利、新加坡、比利时、法国、伊朗和中国香港等16个国家和地区的300多名代表出席了会议,大会共宣读论文47篇。
布勒、富来、东芝、意特、意特拉、力劲、阜新压铸机厂等国内外知名的压铸机生产企业;英国d mg 商务媒体公司、日本轻金属通讯社、上海经济开发区铸造协会等近百家企业和行业组织参加了展览,展出面积近3000平方米。
来自国内外的近4000名专业人士观看了本次展览会,日本和德国专门组织了代表团前来参加会议及展览会。
(中国机械工程学会铸造学会秘书处报道)22Key Words:Be,Mg Alloy,Mechanical PropertiesInfluence of Micro-alloying Elements Addition and Technology on Microstructure and properties of Cu-Cu3P Alloy Liu Yongtao(Northeast University,Shenyang, China)Li Baomian Li Yinglong Dai Entai2000(3):13-15 A bstract Influence of different processes and micro-alloying elements addition on structure and properties of Cu-Cu3P al-loy is investigated.The results show that not only both Ag in-cr eases strength and decreases brittleness and Sb nodularizes Cu3P with str ength increase,but also refinement pr ocess sig-nificantly nodularizes Cu3P with strength increase and brittle-ness decrease.Ultrasonic oscillation can nodularize Cu3P with little effects on micr ostructure r efinement.Key Words:Brazing Material,Refinement Technology, Cu-Cu3P AlloyStudy on Fluidity of AZ91Mg Alloy by EPC-V Process Hu Jingyu(Shanghai Jiaotong University,Shanghai,China) Liu Zili Wang Qudong Ding Wenjiang2000(3):16-18A bstract Influence of several para meters,including pattern material,sa mple size,pouring temperature,coating thick-ness,sprue height and vacuum rate,on the fluidity of AZ91 Mg alloy by E PC-V is studied.The results show that the fluidity of AZ91Mg alloy increase with increasing pattern thickness and pouring temperature,vacuum applied while the fluidity decrease as increasing c oating thickness and pattern material density.The influence of sprue height on the fluidity appears insignificantly.Key Words:EPC V,AZ91mg Alloy,FluidityInfluence of the Alloying Element C u on the Hydrogen Content in Superheated Aluminum Melt Li Xizhen(Shan-dong University of Technology,Jinan,China)Bian xiufang Liu Xiangfa Liu Zhiyong2000(3):19-20A bstract Hydrogen content in molten Al-Cu alloy keeps constant belo w780℃,but it increase dramatically above this temperature.It is indicated that the alloying element Cu plays critical role for the hydr ogen content in superheated Al-Cu melt below780℃,namely below780℃,the degree of hy-drogen pick up for liquid Al is determined by the feature of oxide film on Al melt surface.The results showed that hydro-gen c ontent in molten Al decr ease with alloying element Cu addition incr easing at the sa me super heated rate.Key Words:Alloying Element Cu,Superheated,Hydro-gen Content,Oxide FilmRelationship Between Inclusion Content and Hydrogen Content in the Molten Aluminum Alloy Cong Hongri (Shandong University of Technology,Jinan,China)Bian xi-ufang2000(3)21-22ABSTRACT Relationship between inclusion c ontent and hy-drogen content in the molten aluminum by hydrogen tester HYSC ANⅡis studied.The results sho w that hydrogen c on-tent in melt can increase by more than3times as inclusion content excesses2.5%.The influence of melting temperature and inclusion on hydrogen content is made.Key Words:Aluminum Alloy,Hydrogen Content,Inclu-sion ContentMicrostructure and Properties of Cast Al-Pb Bearing AlloySun Daren(Jilin University of Technology,Changchun,Chi-na)An Jian Liu Yongbing Zhao Xucheng Cao Xiwu Zhang Jibai2000(3):23-25Abstract A series of cast Al-Pb alloy with lead content fr om 0to25%has been pr oduced using a new stirring foundry technology.The microstructure and mechanical properties of cast Al-Pb alloy has been studied.The results showed that the hardness,tensile strength and elongation of as-cast alloy decrease with lead content increasing in the given lead content range.Analysis for fracture indicated that fracture feature varies from ductile to brittle gradually with an increase of lead content.Friction and wear perfor mance are minimized for an optimum lead content15%-20%,namely wear and fric-tion coefficients are minimum.Key Words:Cast Al-Pb Alloy,Lead Content,Mi-crostructure,Mechanical PropertiesThe Hydraulic Cleaning Sand for Investment Castings Ran Xing(Anji Foundry Plant,Anji,China)2000(3):26 -27Abstract The advantages principle technique parameter and equipment of hydraulic cleaning sand are intr oduced by c om-paring the characteristic of the hydraulic cleaning with me-chanical cleaning and chemical cleaning.The poured cast can keep initially conditions to the maximum degree and insure the casting quality as well as improving cast product circum-stance using hydraulic cleaningKey Words:Investment casting,Mold Shell,HydraulicⅢ。