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。

2）配料的计算

配料计算程序

一般计算程序是：首先算出100Kg所需的炉料，然后再根据所需投料量乘上倍数即可。具体计算过程如下：

①确定合计的平均化学成分，铜合金一般取牌号成分的平均值。

②确定个成分的烧损率，烧损率应通过试验确定。

③球场计入烧损量的各合金元素的需要量。

④确定炉料组成。

⑤求出回炉料中各成分的重量。

⑥求出减去回炉料中各合金元素含量后尚需补充的用量。

⑦求出各中介合金的用量。

⑧求出尚需补充的新金属料的用量。

⑨核算杂质含量。

⑩写出配料单。

1.2熔炼炉的工作原理

我司熔炼设备分为立式半连续炉和水平连铸炉，其工作原理一致，均为有芯工频感应电炉。

有芯工频感应电炉，这种炉子是按变压器的原理构成的，一次线圈绕于铁芯上，二次线圈时与熔池连通的环形熔沟。当工业频率的交流电通过一次线圈时，在周围产生交流磁通，于是在作为二次线圈的金属熔沟中产生感应电动势，因而

有感应电流通过，使金属加热。

这种炉子的优点是热烈产生在被熔炼的金属本身内，所以热效率高，溶化速度快，生产率高。由于感应电流不断搅动金属液在熔沟中运动，因此合金成分和稳定均匀，质量较高。缺点是熔沟中必须始终充满合金液，不适用于经常更换合金种类或间歇生产的车间。其次，金属液翻腾，不宜溶化容易氧化的合金。这种炉子适用于熔炼合金，而且最适合于连续操作、大量生产少数几种合金的铸铜车间。熔炼铜合金时，炉子容量在0.15-50吨，最普遍是1.5吨。

1.3铜合金中杂质元素的影响

1 普通黄铜中常见的杂质有铁、铅、铋、锑、磷和砷等，他们会影响黄铜的性能。

1）铁

铁作为杂质，对普通黄铜的力学性能无显著影响，具有细化晶粒的作用，可提高强度和硬度。当同时存在硅时两者形成高硬度的硅化铁杂点，使切削性能边坏。

2）铅和铋

铅在黄铜中常呈颗粒状分布在晶界上的易熔共晶中，当a黄铜的铅含量大于0.03%时，黄铜在热加工中出现热脆性。铋常呈连续的脆性薄膜分布在黄铜晶界上，产生热诚性和冷脆性。

3）锑

锑亦是普通黄铜的有害杂质。锑含量小于0.1%时就会析出脆性化合物Cu2Sb，呈网状分布在晶界上，不仅严重损害黄铜的冷加工性能，而且促使黄铜产生热脆性。

4）磷

磷很少固溶于铜-锌合金中，在a黄铜中超过0.05%--0.06%磷，就会出现脆性项Cu3P，降低黄铜的塑性。磷显著提高冷加工黄铜的再结晶温度，在退火时易产生晶粒大小不均匀现象，但少量的磷可使黄铜铸锭晶粒细化，提高黄铜的力学性能。

5）砷

室温时砷在黄铜中的溶解度小于0.1%，过量则产生脆性化合物Cu3As，分布在晶界上，降低黄铜塑性。

2合金元素和杂质对锡青铜的影响

1）磷

磷是铜合金的良好脱氧剂，能增加锡青铜的流动性，但加大反偏析程度。磷提高锡青铜的强度、硬度、弹性极限、弹性模量和疲劳强度。细晶粒的锡磷青铜加工材料具有比粗晶粒加工材料更高的强度、弹性模量和疲劳强度，但塑性略低。2）铅

铅实际上不固溶于锡青铜，它以单独相存在，呈黑色夹杂物分布在枝晶之间。铅降低锡青铜的摩擦系数，显著改善合金耐磨性和切削加工型，但降低力学性能。3）镍

在含锡量小于8%的合金固溶体中，可溶解一定数量的镍，若增加含镍量，会使合金中出现新的脆性相、降低塑性，使塑性加工性能变坏。

4）铁

少量的铁可细化锡青铜的晶粒，显著延缓再结晶，提高强度和硬度。但铁含量超过0.05%时，会出现过多的含铁相，显著降低耐蚀性，并使工艺性能变坏，加工锡青铜允许含铁量0.02%--0.05%。

5）铝、镁、硅

少量的铝、镁、硅能溶入铜-锡合金的a固溶体，提高合金的力学性能。但它们在熔铸时易氧化生产难溶氧化物，而降低锡青铜的流动性和强度。

1.4铸锭中常见缺陷及控制措施

1 铸锭的缺陷分析及防止方法

铸锭质量的好坏对其加工材的质量影响极大，是决定其质量优劣的先决条件。因此分析铸锭缺陷产生的原因，找出防止和消除这些缺陷的方法，对提高产品质量是十分重要的，铸锭的缺陷主要有：化学成分废品；裂纹；夹渣和夹杂；气孔；偏析；缩孔与疏松；冷隔及表面缺陷等。

1）化学成分废品

化学成分废品是铸锭的化学成分中的主成分或杂质的含量不符合GB/T5231-2001《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》中规定的成分指标要求的铸锭。

2）裂纹

铸锭中常见的裂纹有热裂纹和冷裂纹两种，铜及其合金铸锭中产生的裂纹多