第二章 铸造铝合金熔炼
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。
铝合金熔炼及铸轧基础知识课件
三、铝合金的熔炼
3.1
演讲完毕
1 A SL 3
0
即：临界形核功ΔG*的大小为临界晶核表面能 的三分之一， 它是均质形核所必须克服的能量障 碍。形核功其中一部分由熔体中的“能量起伏” 提供，但不能保证形核。因此，必须在过冷条件 下克服这部分能量，才能克服能量障碍。因此， 均质形核的过程在过冷条件下借助 “能量起伏” 形成新相晶核的过程。
Tm及Δ Hm对一特定金属或合金为定值，所以过冷度 Δ T是影响相变驱动力的决定因素。过冷度Δ T 越 大，凝固相变驱动力Δ GV 越大。
2.形核类型 均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点
而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核”
（实际生产中均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条
临界晶核的表面能为：
A SL 4 ( r ) 2 SL 3 VS Tm 16 SL H T m
2
2
形核功为： G 所以：
VS Tm 16 3 SL 3 H T m
G
件下，每1cm3的液相中也有约106个边长为103个原子的立方体
的微小杂质颗粒）。
异质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行
生核过程，亦称“非均质形核”或“非自发形核”。
2-1均质形核
G V GV A SL
4 G r 3GV 4r 2 SL 3
图3.4 液相中形成球形晶胚时自由能变化
2-2 异质形核
合金液体中存在的大量高熔点微小固相杂质，可作为非均 质形核的基底。晶核依附于夹杂物的界面上形成。这不需要形 成类似于球体的晶核，只需在界面上形成一定体积的球冠便可 成核。非均质形核过冷度Δ T**比均质形核临界过冷度Δ T*小 得多时就大量成核。
常用铸造合金及其熔炼
2．性能及应用
石墨形态：
比灰铸铁中的石墨片的长厚比要 珠光体基体
小的片状，端部较钝、较圆，介于 片状和球状之间的一种石墨形态：
牌号：RuT420、RuT380、RuT340、
RuT300、RuT260
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸 铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
球化处理：
以冲入法最为普 遍，球化处理后 的铁液应及时浇 注，以防孕育和 球化作用的衰退。
（3）铸型工艺
凝固特性：球墨铸铁 含碳量较高，近共晶成 分，凝固收缩率低，但 缩孔、缩松倾向较大。 凝固的外壳强度较低；
而球状石墨析出时的 膨胀力却很大，若铸 型的刚度不够，铸件 的外壳将向外胀大， 造成铸件内部金属液 的不足，在铸件最后 凝固的部位产生缩孔 和缩松。
应用：
1）农业机械中占40～60％； 2）汽车拖拉机中约占50～70％； 3）机床制造中约占60～90％。
铸铁特点：
1）生产设备和工艺简单、价 格便宜；
2）有良好的铸造性、切削加 工性及减震性等优良的使用性能 和工艺性能。
分类
①按碳的存在形式分: 白口铸铁、 灰口铸铁和麻口铸铁。 ②按石墨存在形式分：灰口铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。 ③按成分分：普通铸铁、合金铸铁。
石墨（G）的力学性能与作用
①性能： σb=20MPa、HB3~5、δ、ak = 0。
②割裂作用：减振、机械性能降低； 断屑性能好。
③尖端效应：应力集中； ④润滑作用（自润滑和储油）：减
摩和耐磨、切削性能好。 石墨（G）的形态
片状、球状、絮状。
铸造铝合金的熔炼
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（六）精炼检测（含气量检测） 1.当量密度检测
➢ 精炼完成10分钟后进行精炼检查；密度当量值ID≤1.5为 合格否则重新精炼。
➢ 精炼检查操作： ➢ ①设定真空机的真空度及处理时间， ➢ ②在指定预热的两坩埚中分别盛约2/3的铝液，一个在常
2AL液 3H2O（气） AL2O3（固） 3H2（气）
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反应后生成的γ-Al2O3和H2，在一定熔炼温度条件下，如 727℃时，炉气水分压0.003MPa时，铝液表面的氢分压可 达～120×1010MPa ，产生溶入铝液的巨大驱动力，是一个 有害的反应。（冷炉料或冷的熔炼工具直接进入铝液中会 瞬时引起铝液飞溅，甚至爆炸，其原因就是铝液与冷炉料 或熔炼工具上的水汽反应，生成大量氢气，在铝液内瞬时 膨胀所引起的。）
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（四）、铝液中合金元素、熔炼时间对吸氢的影响
1.合金元素对溶解度的影响 ➢ 镁含量越高，氢的溶解度就越高； ➢ 铜、硅含量越高，氢的溶解度就越低；
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；
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氢才能溶于铝液中（这可以从纯净氢气氛中熔炼铝液，铸件 中并不出现针孔得到验证）。铝液中的氢和氧化夹杂主要来 源于铝液与炉气中的水汽的反应。
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(固） 3H2O(气) AL（OH）3（固） 3/ 2H2(气)
Al（OH）3长在铝锭表面，组织疏松，呈粉末状，对铝锭 没护作用，俗称铝锈。
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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。
铝合金熔炼与铸造技术
铝合金熔炼与铸造技术一、引言铝合金是一种重要的结构材料，具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域广泛应用。
铝合金的制备过程中，熔炼与铸造技术起到关键作用，本文将对铝合金熔炼与铸造技术进行详细探讨。
二、铝合金熔炼技术2.1 熔炼原料准备熔炼铝合金的原料主要包括铝、合金元素和辅助材料。
铝采用高纯度的铝锭，合金元素可以通过添加铝合金粉末或其他化合物来实现。
辅助材料包括熔剂、脱气剂等。
这些原料的准备对于保证铝合金的成分和质量非常重要。
2.2 熔炼设备和工艺熔炼铝合金的常用设备有电阻加热炉、感应加热炉和气体燃烧炉等。
其中，感应加热炉在铝合金熔炼中应用最广泛，具有加热速度快、能耗低和温度控制准确等优点。
熔炼工艺包括预热、熔化、调温和净化等步骤，其中净化技术对于铝合金的纯净度和性能起到重要作用。
2.3 熔炼过程控制与优化熔炼过程中，熔体温度、保温时间、搅拌方式等因素对铝合金的成分和组织结构有重要影响。
熔炼过程需要进行温度控制、气氛控制和搅拌控制等，以确保铝合金的成分均匀、杂质含量低。
三、铝合金铸造技术3.1 铸造方法铝合金的常用铸造方法包括压铸、重力铸造、低压铸造和砂型铸造等。
压铸是最常用的铸造方法，适用于生产复杂形状和尺寸精度要求高的铝合金件。
重力铸造适用于大型铝合金零部件的生产，低压铸造适用于长条状和壳状铝合金件的生产，砂型铸造适用于非常大型和特殊形状的铝合金件的生产。
3.2 铝合金铸造过程铝合金的铸造过程主要包括熔炼、准备模具、浇注、冷却和后处理等步骤。
熔炼过程中，需要根据具体合金配方和要求，控制熔体温度、浇注温度和浇注速度等参数。
准备模具是确保铸造件尺寸和表面质量的重要环节。
浇注过程需要保证熔体充分填充模腔，并避免气孔和缺陷的产生。
冷却过程中需控制冷却速率，以避免铝合金件出现应力和变形。
3.3 铝合金铸造工艺改进为了提高铝合金铸造件的质量和效率，可以采取一些工艺改进措施。
铝合金熔炼安全操作培训教材
铝合金熔炼安全操作培训教材第一章绪论在铝合金熔炼过程中，安全操作是至关重要的。
为了确保工作人员和设备的安全，本教材旨在提供有关铝合金熔炼安全操作的培训内容。
通过正确的操作和控制风险，我们可以最大程度地减少事故和伤害的发生。
第二章风险评估在进行铝合金熔炼之前，必须进行风险评估，以识别潜在的危险因素和控制措施。
以下是常见的铝合金熔炼过程中可能存在的风险：1. 高温：铝合金的熔点通常较高，因此高温可能导致烫伤或火灾。
2. 有毒气体：在铝合金熔炼过程中，可能会释放出有毒气体，如氮化物和碟化合物。
这些气体对人体有害，应采取适当的通风和防护措施。
3. 化学品：熔炼过程中使用的化学品可能具有腐蚀性或其它危险特性。
应正确储存、使用和处置这些化学品，确保符合相关法规和标准。
第三章安全操作指南为了确保铝合金熔炼过程的安全，以下是一些常用的安全操作指南：1. 佩戴个人防护装备：在操作过程中，必须佩戴适当的个人防护装备，如安全眼镜、面罩、耳塞、手套和防火服。
这将提供足够的保护，减少意外受伤的风险。
2. 保持通风畅通：在铝合金的熔炼过程中，应确保工作区域通风良好，以减少有毒气体的积累。
在没有足够通风的情况下，应考虑使用排风系统或个人呼吸防护设备。
3. 控制温度：确保熔炉和铸造设备的温度在安全范围内，并定期检查设备的状态，以避免超温导致的火灾或其他事故。
4. 避免水和湿度：铝合金对水敏感，接触水可能会导致火灾或爆炸。
因此，必须避免水和潮湿的环境进入工作区域。
第四章应急响应措施事故和紧急情况可能在铝合金熔炼过程中发生，因此必须制定应急响应措施，并确保所有工作人员都熟悉这些措施。
以下是一些建议的应急响应措施：1. 灭火器：在工作区域内，应提供足够数量和类型的灭火器，并定期检查其有效性。
工作人员应接受灭火器使用培训。
2. 呼救程序：所有工作人员都应清楚了解呼救程序，并确保知道应该拨打紧急电话号码。
应提供必要的紧急联系人名单和电话号码。
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。
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。
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程一、引言铝合金作为一种重要的金属材料，在工业生产中应用广泛。
铸造铝合金需要经过熔炼和浇注等一系列操作，本文旨在规范铸造铝合金熔炼和浇注的操作流程，确保产品质量和工作安全。
二、设备与材料准备1.熔炉：熔炼铝合金的设备，应检查其完好性和安全性。
2.铝合金：根据需要选择合适的铝合金材料，并对其进行检查。
三、铸造铝合金熔炼操作步骤1.准备熔炉：检查熔炉是否完好，炉体清洁。
保证炉体内无杂物和水分。
2.启动熔炉：按照熔炉操作说明书的要求，启动熔炉。
根据铝合金的种类和用途，设定相应的炉温和加热时间。
3.加入铝合金：根据配料表和生产计划，按比例加入铝合金。
注意在加入过程中要避免飞溅和挥发。
4.熔炼铝合金：加热熔炉至设定温度，保持一定时间，使铝合金完全熔化和合金化。
5.检查合金液：在熔炼过程中，及时取出合金液进行化学成分分析和温度测量，确保合金质量和温度控制。
6.熔炼结束：熔炼达到要求后，关闭熔炉电源，停止加热，将炉温降至安全范围以下。
四、铸造铝合金浇注操作步骤1.准备浇注模具：检查模具的完好性和清洁度，确保模具表面平整和无杂质。
2.铝合金熔炼液准备：将熔炼好的铝合金液倒入合适的容器中，注意防止浇注过程中的温度损失。
3.浇注准备：根据产品工艺要求，将模具固定在合适的位置上，并将浇注系统与模具连接。
4.开始浇注：将铝合金液缓慢倒入模具中，注意避免过快浇注引起气泡或缺陷的产生。
5.清理模具：待铝合金凝固后，将模具拆开，取出铸件。
清理模具，确保次次使用时的模具表面平整和清洁。
6.铝合金回收利用：收集浇注过程中产生的废料铝合金，进行回收再利用。
五、安全注意事项1.操作人员必须戴好防护手套、护目镜等个人防护用品，以免熔炼浇注过程中发生烫伤和眼睛受伤等意外事故。
2.操作人员应经过专业的培训，并严格按照操作规程进行操作，以避免煤气中毒、火灾等危险发生。
3.在浇注过程中，要注意铝合金液的温度和倒注的方式，防止溅出和突然喷涌造成烫伤。
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。
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。
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程«1铝合金的熔化1.1坩埚、锭模及熔炼工具的预备1. 1. 1石墨坩埚的预备：1. 1. 1. 1根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚；1 . 1 . 1. 2新坩埚使用前，应由室温缓慢升温至900C进行焙烧，以去除坩埚的水分并防止炸裂；1 . 1 . 1. 3旧坩埚（注重同一个坩埚不能用于熔化不同牌号的合金）使用前应检查是否损坏，清除表面熔渣和其它脏物，装料前预热到250~300 C。
1 . 1 . 2铁质坩埚一般采用球铁坩埚，也可用铸钢（或钢板焊接）坩埚。
为提高坩埚使用寿命，其外表面可进行液体渗铝处理。
1 . 1 . 3坩埚、锭模及熔炼工具，使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。
1 . 1 . 4新坩埚及有锈蚀污物的旧坩埚，使用前应吹砂或用其它方法清除干净，并加热到700〜800 C,保温2〜4小时，以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。
1 . 1 . 5铝镁系合金的熔炼工具，使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。
1 . 1 . 6坩埚、锭模、熔炼工具使用前应涂防护涂料。
搪衬的保温坩埚重复使用时，可不涂防护涂料。
1 . 1 . 6. 1涂料成分可按表1中的规定：表1坩埚和工具用涂料1 . 1 . 6. 2涂料的配制：涂料成分中的所有固体组元，配制前应磨碎，并经过100〜140目过筛，然后混合均匀。
使用时，先将水玻璃倒入80〜100 C的热水中搅拌均匀，加入固体组元后再搅拌均匀，冷却后备用。
配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。
1 . 1 . 6. 3将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180〜250C,涂以防腐涂料。
1. 1. 7用于保温的碳素钢板焊接坩埚，其内表应用耐火材料搪衬。
耐火材料可按表2中的规定：表2耐火材料成分配比1 . 2原材料1.2.1配制铝合金所用的金属材料应符合QB004《原材料技术条件及验收标准》中的规定。
1 .2 . 2配制涂料、搪衬、精炼用剂所用的辅助材料也应符合QB004中的规定。
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
第二篇 第二章 常用合金铸件的生产
思考：某产品上的灰铸铁件壁厚有5mm、25mm两种，力学 性能全部要求抗拉强度为220MPa，若全部选用HT200,是否 正确？
二、可锻铸铁
可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将白口铸铁经石墨化 退火而成的一种铸铁。抗拉强度得到显著提高，且有着相 当高的塑性与韧性(但不可锻)。
（3）缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺口， 因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了
零件工作的可靠性。
（4）铸造性能优良，切削加工性好 灰铸铁的含碳量近于共 晶，流动性好。由于铸铁在结晶过程中伴有石墨析出，石墨 的析出所产生的体积膨胀抵消了部分铁的收缩，故收缩率甚 小。
2．影响铸铁组织和性能的因素
铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。在铁碳合金中 ，碳有两种存在形式：其一是渗碳体，其中w（C）=6．69% ；其二是石墨，用符号G表示，其w（C）=100%。石墨具有特 殊的简单六方晶格，如图所示。
一、灰铸铁
金属基体+片状石墨
(1)灰铸铁的化学成分 灰铸铁的化学成分大致是： w(C)=2.5%～4.0%，w(Si)=1.0%～2.5%，w(Mn)=0.5%～1.4%， w(S)≤0.15%，w(P)≤0.3%。 (2)灰铸铁的显微组织 由于化学成分和冷却条件的综合影 响，灰铸铁在室温下的显微组织有三种类型：铁素体(F)＋ 片状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋片状石墨(G)；珠光 体(P)＋片状石墨(G)。
灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。
图 2-12 灰铸铁的显微组织
铸造性能好，价格低、 生产简单，强度低， 减磨，耐磨，减振， 石墨膨胀，作承受压 力的机床底座，床身 和不重要的构件、零 件如：端盖、凸轮等 导轨、缸体
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效果
氯的精炼效果最好，原因是它兼有物理的和化学的
精炼作用；而惰性气体仅有物理作用。
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气化熔剂—氯盐精炼
ZnCl2和MnCl2
二者的基体性质、作用是相似的，在铝液中发生下列反应：
（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 -Al 2 O 3 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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严格遵循“以防为主”的原则
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课前思考题
1. 铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在？
2. 铝合金中的气体主要是什么？它是如何产生的？对铸 件性能有什么影响？
3. 铝合金精炼的目的是什么，主要方法有哪些？
4. 浮游法精炼的基本原理和方法，气泡大小对精炼效果 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？
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。
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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？
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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吹气精炼
原理
向铝液中通入活性气体和惰性气体以及它们的混合 物，可以较有效的起精炼作用。
2Al+3Cl2 = 2AlCl3↑ ΔH= -1591.8KJ
其它精炼方法
•喷吹活性熔剂精炼
采用惰性气体将粉状熔剂直接喷入铝液深部。该法发挥 了气体除气效果好，熔剂除渣效率高的双重优点，精炼 效果极佳。
•真空处理
真空处理有静态真空处理和动态真空处理，主要根据西 华特定律来进行除气、去夹杂。
•过滤精炼
主要是用过滤器进行除夹杂。
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精炼效果的检验
上浮的N2、CO2气泡起精炼作用。
精炼工艺：
精炼剂的用量为0.3-0.5%，钟罩压入。
效果：
经使用证实确有去气效果，但铝液易氧化，夹杂含 量较多。有毒与否曾引起广泛争论。
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熔剂精炼
铝镁类合金必须在熔剂保护下熔炼；合金中含镁
多，不宜用氯或氯盐精炼。 分类
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。
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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针孔分级
在铸件凝固过 程中多出的氢 易析出，形成 针孔
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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
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。 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
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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）
Cmt Cms 1 A lg 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。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触
点，使在熔炼温度下成液态，利于反应的进行和覆
盖液面。Na3AlF6能吸收氧化物，加它后具有变质精 炼作用，称为多用变质剂，用于重要铸件的变质。
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钠碱的变质处理
采用碳酸钠作变质剂 高温下与镁反应还原出钠起变质作用：
Na2CO3+3Mg = 2Na+3MgO+C
此变质剂用Na2CO3 ，镁粉和耐火砖屑（载体 ）压成块，压入铝液内反应。
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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
撒精炼熔剂，搅拌几分钟，将其压入铝液深部。静置约
10min后除熔渣。
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铝合金的净化（精炼）原理
除氢热力学 气体溶解 度的西华 特定律
[ H ] K H PH 2 KH A / T B
式中 K H -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。
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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﹤ 18%
Mg
Si
Cu﹤ 20%
Ti
Mn﹤ 0.1%
Ni
铝中 氢量 变化
增加
增加
减少
减少
增加
无影响
增加
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
氯气都成气泡起精炼作用。
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浮游法去除夹杂物和气体原理示意图
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吹气精炼（续）
精炼工艺
铝液温度680～700℃，通氯压力0.02Mpa、时间约
10min ，通氯速度以沸腾而不飞溅为原则，管口离
铝硅合金中共晶硅的变质处理
钠变质
①、纯钠
②、钠盐
③、钠碱
其他变质
锶变质、稀土变质、锑变质、碲变质
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钠盐的变质处理
生产中广泛应用的变质剂是含NaF的卤盐混合物。 加入铝液后发生反应：
6NaF+Al = Na3AlF6+3Na
由于NaF熔点高（986℃），加入KCl、NaCl 降低熔
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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
六氯乙烷精炼
C2Cl6加入铝液后，发生反应：
C2Cl6 → C2Cl4+Cl2↑
C2Cl4 → 2C+2Cl2↑
产生的Cl2 在铝液中可继续反应产生气体 AlCl3和 HCl，
还可能有未全反应的Cl2、C2Cl4,都会成为气泡起精炼作
用。
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气化熔剂—氯盐精炼（续）
精炼工艺
六氯乙烷的用量及精炼温度与合金成分有关。不含
镁的铝合金加入量为 0.2 ～ 0.5％（占铝液量），精炼温
度为700～720 ℃ ；含镁的合金用量为0.3～0.75％，精 炼温度为730～750 ℃ 。
优点：不吸湿，精炼效果很好，操作较简单。 缺点：产生有毒烟雾，污染环境。 南昌航空大学铸造工程系
硝酸钠精炼
4NaNO3+5C = 2Na2CO3+2N2↑+3CO2↑
3ZnCl2+2Al = 3Zn+2AlCl3↑ 3MnCl2+2Al = 3Mn+2AlCl3↑ 反应产物在铝液中形成大量无氢气泡，起精炼作用。
优点： 工艺简单，成本低；有较好的除气效果，但除夹杂能力较
差；清渣能力强，渣易与铝液分开。
缺点：产生有毒的腐蚀性氯化物气体。
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气化熔剂—氯盐精炼（续）
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
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。
过滤器：
颗粒材料过滤器