《金属熔炼与铸锭》课程实验指导书
铝铜实验材料
金属材料综合实验材料熔铸铝铜实验指导书一、实验目的专业综合实验是材料类专业的一个重要的实践教学环节。
由于它对前继课程的涵盖性以及生产实际的密切联系，所以在培养学生的综合实验能力和提高综合素质方面具有不可替代的作用。
专业综合实验是学生在校期间第一次较全面的实验能力训练，在学生总体培养目标中占有重要的地位。
通过对一般通用材料的化学成分、显微组织分析、建立热处理工艺与性能之间的联系，使学生掌握成份、加热温度、冷却速度对组织性能的影响，熟悉材料分析的基本方法；对学生进行热处理工程师的基本训练，是学生会使用现代的实验方法。
加深学生对也学过的专业基础及专业课的理解，为学生的毕业设计打下坚实的基础。
在有色金属加工生产中，熔炼与铸锭是一个重要的生产环节，它虽然不出最后产品，但在很大程度上控制着大部分加工产品的质量。
因此，通过本环节的专业技能训练，掌握如何运用理论知识，指导生产实践，从而达到培养自己分析问题和解决问题的能力。
有色金属熔炼与铸锭技能训练主要学习有色金属及其合金压力加工用锭坯的熔铸。
进行一定的加工，并进行性能检测，进行前后的对比。
要求学生查阅一定数量的相关资料，根据自己的题目制定实验方案，自己动手实施材料的化学成分及强度、塑性、韧性、硬度等。
照出的显微组织要清晰、典型，最后整理实验数据、写出实验报告。
二、实验原理熔化状态的金属进行冷却时，当温度降到Tm （熔点）时并不立即开始结晶，而是当降到Tm 以下的某一温度后结晶才开始，这一现象称为过冷。
熔点Tm 与开始结晶的温度Tm 之差ΔT 称为过冷度。
过冷现象表明，金属结晶必须有一定的过冷度，只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。
结晶由两个基本过程所组成，即过冷液体产生细小的结晶核心（形核）以及这些核心的成长（长大）。
其中，形核又分为均匀形核和非均匀形核。
通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。
将铸锭沿纵向或横向剖开，经过磨制和腐蚀，把内部组织显示出来，从而可用肉眼或低倍放大镜观察其内部组织，如晶粒大小、形状及分布等。
有色金属熔炼与铸造01
氧化热力学条件及判据
举例说明 温度在1000K时：
4 3
Al
O2
2 3
Al2O3
G 9 0 6 3 0 0 J /m o l
4 C uO 22 C u2O G 1 9 0 4 0 0 J /m o l
比较两式，氧化铝的生成自由能具有较大的负值，因此它的稳
定性比氧化亚铜பைடு நூலகம்，将两式相减得到：
决定因素：金属与氧的亲和力大小，也与合金成分、 温度和压力有关
氧化热力学条件及判据
在标准状态下，金属与一摩尔氧作用生成金属氧化物的 自由焓变量称为氧化物的标准生成自由焓变量：
2yxM e(s,l)O2(g) 2 yM exOy(s,l)
G R Tln P O2
ΔG是衡量标准状态下金属氧化趋势的判据，某一金属 氧化物的ΔG值越小(越负)，则该元素与氧的亲和力越大，氧 化反应的趋势亦越大，氧化物就越稳定。
α＞＞1。这是一种极端情况，大量过渡族金属如铁的氧化膜就 是如此。这种十分致密但内应力很大的氧化膜增长到一定厚度 后即行破裂，这种现象周期性出现，故氧化膜也是非保护性的。
氧化动力学机制 Pilling-Bedworth比
氧化动力学机制
金属氧化的动力学方程
金属的氧化速度可用氧化膜厚度随时间的变化来表示：
D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度 C´O2—反应界面上的浓度
氧化动力学机制
内扩散
vDD (A CO2CO ' 2)
金属氧化机理示意图
氧化动力学机制
3.在金属-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应， 与此同时金属晶格转变为氧化物（结晶化）
vk KACO 2
K—反应速度常数，C´O2—金属-氧化膜界面上氧的浓度
金属铸锭组织实验报告
金属铸锭组织实验报告实验目的：通过实验分析不同原料和工艺条件对金属铸锭组织的影响，探究最优组织结构的形成条件。
实验原理：金属铸锭是指将熔融金属倒入铸锭模具中，在自然冷却或通过加热冷却后得到的金属固体。
其组织结构的形成受到多种因素的影响，包括原料成分、熔炼温度、冷却速度等。
通过调控这些因素，可以获得不同的组织结构。
实验步骤：1. 准备不同成分的金属原料并计量，如铜和锌的不同比例。
2. 将原料放入熔炉中进行熔炼，控制熔炉温度在适宜的范围内，确保原料充分熔化。
3. 将熔融金属倒入预先准备好的铸锭模具中。
4. 观察并记录金属铸锭冷却过程中的温度变化，可以使用热电偶或红外测温仪等工具进行测量。
5. 取出冷却完成的金属铸锭，进行金相试样的制备。
6. 使用金相显微镜观察和分析不同金属铸锭的组织结构特征，如晶粒大小、相分布等。
7. 根据实验结果和分析，总结各个因素对金属铸锭组织的影响，并得出结论。
实验结果与分析：通过实验观察和分析，我们得到了以下结论：1. 原料成分对金属铸锭组织的影响：不同比例的原料成分会导致金属铸锭的组织结构发生变化。
例如，铜和锌的比例不同会影响铸锭中的相分布和晶粒大小。
当比例接近黄铜的成分时，可以得到晶粒细小、相分布均匀的金属铸锭。
2. 熔炼温度对金属铸锭组织的影响：熔炼温度会影响金属的液相和固相形成过程，进而影响金属铸锭的组织结构。
过高的熔炼温度会导致晶粒长大，相分布不均匀。
而过低的熔炼温度则会增加金属的固化时间，使得晶粒变得更加细小。
3. 冷却速度对金属铸锭组织的影响：冷却速度的改变会影响金属的晶化速率，进而影响金属铸锭的组织结构。
较快的冷却速度会使得晶粒变得细小且均匀，而较慢的冷却速度则会导致晶粒长大。
实验总结：通过实验分析，我们发现金属铸锭的组织结构受到多方面因素的影响，包括原料成分、熔炼温度和冷却速度等。
在实际生产中，需要根据所需产品的性能要求，合理调控这些因素，以获得最优的组织结构。
实习指导书—铸造3.4
实习指导书—铸造3.4铸造成型技术实训指导书机械⼯程训练中⼼2011年5⽉修订⼀、⽬的学⽣通过锻造实训达到以下⽬的：1、了解砂型铸造⽣产过程、特点和应⽤；了解型（芯）砂的主要性能、组成；2、了解模样、铸件和零件三者之间的关系；3、了解铝合⾦的熔炼、浇注⼯艺；了解中频感应熔练炉的结构、⼯作原理；4、了解冲天炉的构造、炉料的组成及其主要作⽤；了解常见特种铸造的特点和应⽤；5、了解新材料、新⼯艺、新技术在铸造⽅⾯的应⽤。
6、熟悉造型、制芯的⽅法，能正确选择、使⽤造型⼯装、⼯具与辅具，掌握⼿⼯两箱造型 (如：整模造型、分模造型、挖砂造型等) 的特点及操作技能；7、熟悉分型⾯的选择，浇注系统的组成、作⽤和开设原则，具备对结构简单的⼩型铸件进⾏简单经济分析、⼯艺分析和选择造型⽅法的能⼒；8、独⽴完成结构简单的⼩型铸件(如飞机模型)的造型、浇注、清理等操作。
⼆、铸造成形的原理铸造⽣产是把⾦属加热熔化浇注到铸型的型腔中，待熔融的⾦属液凝固冷却后获得⼀定形状、尺⼨和性能⾦属件的成形⽣产⼯艺⽅法。
三、内容1、砂型铸造⽣产过程、型（芯）砂的主要性能、组成；2、模样、铸件和零件三者之间的关系；3、铝合⾦的熔炼、浇注⼯艺，中频感应熔练炉的结构、⼯作原理；4、造型、制芯的⽅法，⼿⼯两箱造型 (如：整模造型、分模造型、挖砂造型等) 的操作技能。
5、分型⾯的选择，浇注系统的组成、作⽤和开设原则，⼩型铸件简单经济分析、⼯艺分析和造型⽅法的选择。
6、飞机模型的造型、浇注、清理等操作四、设备、造型⼯具及辅助⼯具⼀）、设备1、40KW中频感应熔练炉—台；2、混砂设备（辗轮式混砂机）⼀台，筛沙机⼀台；3、1.5T/H 冲天炉⼀台。
⼆）、造型⼯具及辅助⼯具1、砂型铸造的造型⼯具，修型⼯具如图1所⽰。
⼯装、模样若⼲。
图1 造型⼯具2、砂箱：若⼲3、底板：若⼲4、浇注⼯具⼿提浇包、抬包、浇包如图2所⽰。
图2 浇注⼯具三）、设备原理1、铝合⾦的熔炼设备——中频感应熔炼炉感应炉是利⽤⼀定频率的交流电通过感应线圈，使炉内的⾦属炉料产⽣感应电动势，并形成蜗流，产⽣热量⽽使⾦属炉料熔化。
熔炼与铸锭课程-成分控制
39
烘炉
图3-1
18吨天然气反射炉烘炉曲线
40
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。
6
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。
7
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。
9
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
10
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。
铸造合金实验指导书(01).
铸造合金及其熔炼实验指导书杨树和戴元河何荣扬州大学机械工程学院2004.03目录实验1 铸铁、铸钢金相组织观察 (2)实验2 铝--硅合金变质处理及金相组织观察 (13)实验1 铸铁、铸钢金相组织观察2学时一、实验目的：1、观察灰铸铁中不同类型石墨的形貌；2、观察灰铸铁中基体组织；3、观察球墨铸铁中的石墨形态和基体组织；4、观察碳素钢的铸态组织；5、观察碳素铸钢热处理后的组织；6、观察高锰热处理后的组织。
二、实验内容：铸铁组织：铸铁是含碳量大于2.14％或组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁--碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁中的碳可以以渗碳体的形式存在，也可以石墨的形式存在。
根据碳在铸铁中的存在形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁，灰口铸铁及麻口铸铁。
而根据铸铁中石墨的形态不同，又可分为灰铸铁，蠕墨铸铁，球墨铸铁以及可锻铸铁。
铸铁中的金属基体一般有珠光体、铁素体和珠光体＋铁素体组织。
基本上与共析钢或亚共析钢的基本组织相同。
灰铸铁的金相特点：在金属基体上分布着片状石墨。
其组织根据石墨片的大小、形状、分布及基体的类型不同有较大的差异，这主要决定于化学成分和铸造条件。
球墨铸铁的金相组织特点：在金属基体上分布着球状石墨。
球化处理是使石墨获得球状形态的关键。
控制不同的化学成分和采用不同的热处理方法，可以使球墨铸铁获得不同的基体组织和机械性能。
（一）、灰铸铁的石墨类型灰铸铁中石墨的大小、数量和分布对机械性能有很大的影响。
为了便于比较，对铸铁中的石墨进行了分类，我国按石墨的形成原因和分布特征，将其分为A、B、C、D、E和F六种类型。
1、A型石墨：石墨片的尺寸和分布都比较均匀，且无方向性。
这种石墨是碳当量为共晶成分或接近共晶成分的铁水在共晶温度范围内从铁水中与奥氏体同时析出的，其生成条件是具有较小的过冷度和较小的冷却速度，这样才能造成均匀形核和长大，使各处结晶和生长速度相差不大，最后得到大小和分布均匀的A型石墨。
金属熔炼与铸锭—第一章
5
冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
6
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
9
冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
10
冶金工程学院
铝型材
11
冶金工程学院
1.2 铝及铝合金
32个学时 闭卷考试
2
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
3
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！
4
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
19
冶金工程学院
铝镁合金相图
20
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
26
冶金工程学院
27
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%。
金属熔炼与铸锭 第一章 有色金属及合金材料
精品课件
37
超硬铝
铝锌镁铜系高强铝合金 强度可达600～700MPa
厚板、挤压件和锻件，应用于飞 机上的大型结构件
精品课件
4
金属熔炼与铸锭课程
参考书及教材：
1、有色金属及合金的熔炼与铸锭，王文礼，冶金工 业出版社，第1版，2009.8；
2、有色金属熔炼与铸锭，陈存中，冶金工业出版社； 3、金属凝固原理 胡汉起； 4、其它相关资料。
精品课件
5
第一讲 有色金属及合金材料(1)
湖南科技大学机电工程学院
精品课件
提纲
73 206
密度 （g·cm-3）
2.81 8.10
比强度 （MPa·cm3·g-1）
231 164
比模量 （GPa·cm3·g-1）
26.0 25.4
精品课件
24
铝合金的分类
铝合金典型相图
A
根据合金元素 3 4
的含量和加工工艺性能
B
C
特点，把铝合金分为：
Al D
加工变形铝合金
1
2
铸造铝合金
1—变形铝合金
14
铝的资源、生产和消费
铝资源的分布
世界上铝土矿资源总量约在400－ 500亿吨，储量在10亿吨以上的国家有几内 亚、澳大利亚、巴西、牙买加及印度等， 这些国家的铝土矿占世界铝土矿总储量的 73％。
山西
河南 贵州
广西
中国铝土矿资源丰度属中等水平， 产地310处，分布于19个省(区)。总 保有储量矿石22.7亿吨，居世界第7 位。山西铝资源最多，保有储量占 全国储量41%；贵州、广西、河南次 之，各占17%左右。
重金属(密度＞4.5); Cu、Pb、Zn、Ni 等。 轻金属(密度＜4.5); Al、Mg 、Ti等。 贵重金属; Au、Ag、Pt 、Pd、Rh、Ir、Os、Ru八种。 稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属; Si、Te、B 等。
有色金属熔炼与铸锭资料课件
有色金属熔炼与铸锭 资料课件
REPORTING
CATALOGUE
• 有色金属熔炼基础
PART 01
有色金属熔炼基础
熔炼的基本概念
熔炼定义
熔炼是有色金属生产中重要的一步，它涉及到将原料加热至熔融状态，通过化学反应和 物理作用，将杂质去除并使金属或合金成分均匀混合的过程。
铸锭的结晶过程
01
02
03
结晶过程
金属熔体在冷却过程中， 原子或分子的排列从无序 状态逐渐变为有序状态， 形成晶体的过程。
结晶温度
金属熔体结晶速率
结晶过程中晶体生长的快 慢，受到冷却速率、过冷 度等因素的影响。
铸锭的宏观组织形成与控制
宏观组织
铸锭中晶体的分布、大小、 形状等宏观特征。
反应的可能性与方向，而动力学则研究反应速率与过程控制因素。
熔炼过程中的热力学与动力学
热力学在熔炼中的应用
热力学的主要任务是研究熔炼过程中能量的转化与物质平衡的问题。通过热力学分析，可 以确定熔炼过程的自发性和方向，以及反应的标准摩尔焓变、熵变等参数。
动力学对熔炼过程的影响
动力学研究反应速率和反应机制的问题。在熔炼过程中，动力学因素决定了反应的快慢和 进行的程度。通过控制熔炼温度、搅拌速率等参数，可以调节反应速率，优化熔炼过程。
微观偏析
金属熔体在结晶过程中，由于溶质再分配导致晶 体内部化学成分的不均匀性。
PART 04
有色金属熔炼与铸锭中的 问题及解决策略
杂质与夹杂物的控制
控制方法
选用纯净的原材料，加强原材料 的保管和运输，采用合理的熔炼 和浇注工艺，以及进行有效的精 炼处理。
实例
采用电渣重熔、真空熔炼等方法 去除杂质与夹杂物，提高金属纯 净度。
铸造合金及其熔炼试验指导书
机械工程学院铸造合金及其熔炼实验指导书申荣华编写适用专业：材料成形及控制-铸造方向贵州大学二OO 七年八月前言铸造合金及熔炼包括铸造合金材料和铸造合金熔炼两个部分，是以金属学、物理化学、传热学和冶金原理等理论为基础，把铸铁、铸钢和非铁铸造合金材料及其熔炼工艺较全面、系统、深刻地进行了阐述或论述，使学生懂得只要通过适当地控制铸造合金的化学成分、创造适宜的铸造条件、冶炼高质量的合金液以及采取正确的热处理方法，可以得到高质量的合金铸件。
铸造行业正朝着优质、高效、精确、低耗的方向发展，因而铸造合金及熔炼会发挥其应有的贡献。
为使学生更好地理解铸造可根据需求熔炼任意合金，深刻地把握铸造合金的成分与组织和性能的关系、变化规律等知识，在此基础上，训练和培养识别铸造合金用原辅材料、铸造合金配料及计算方法、铸造合金熔炼工艺及操作方面的技能，为此设置了：实验一“某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验”（2学时）；实验二“某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验”（2学时）。
这两个实验项目都属综合性实验。
实验一“某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验”主要在于使学生掌握钢铁材料的成分与性能间关系，训练及培养其在合金配料及计算方法，合金熔炼工艺及操作等方面的技能。
实验二“某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验”主要在于使学生掌握非铁材料的成分与性能间关系，训练及培养其在合金配料及计算方法，合金熔炼工艺及操作等方面的技能。
本实验指导书全面、简练、易懂。
本实验指导书也可供高等专科学校铸造专业用。
目录1、实验一：某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验································42、实验二：某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验·················63、实验报告基本内容要求·············································································104、实验报告格式··························································································· 11实验一：某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验实验学时：2学时实验类型：综合性实验实验要求：必修一、实验目的通过本实验使学生：1）了解灰铸铁或铸钢的熔炼工艺及熔炼设备设施；2）熟悉灰铸铁或铸钢熔炼的原辅材料；3）熟悉灰铸铁或铸钢化学成分与组织性能间的关系；4）掌握灰铸铁或铸钢熔炼的炉料配比及计算方法；5）训练灰铸铁或铸钢熔炼操作方面的技能。
金属材料的熔炼和浇铸部分实验报告
《材料的制备技术与实践课程-金属材料》金属材料的熔炼和浇铸部分实验报告一、实验目的 金属材料的熔炼和铸造作为金属材料使用最为广泛的成型方法之一，在工业零件，尤其是大型零件的制备中具有不可替代的地位。
本实验通过对有色合金进行熔炼浇注，了解铸造的整个流程，对金属的铸造有直观的认识。
二、实验方法实验步骤：1. 坩埚熔炼炉的使用本实验使用电阻坩埚熔炼炉，主要包括两个部分：加热部分-电阻丝加热熔炼炉和控温部分-控温继电器。
打开总电源，在控温继电器的显示屏幕上显示有两个数字，红色的数字为当前熔炼炉炉内温度，绿色数字为设定的加热保温温度。
待继电器示数稳实验名称 金属材料的熔炼和浇铸部分 时间地点 2015年12月 23 日 材料学院325室 指导教师 王军、严彪 专业班级 无机班 级 无机班 学生姓名 沈 杰 学 号1531519定后，对加热温度进行设置。
点击按钮，设定数字变为4位数并闪动，点击按钮，选择要改变的位置，按进行调节，直到设定为想要的温度。
点击按钮，确定加热保温温度。
打开加热电源后，电流表显示有加热电流，说明已经开始加热。
到达温度后保温一段时间，直至坩埚内金属熔化为液态。
2.金属浇注的方法关闭加热电源，打开熔炼炉炉盖，用铁钳将坩埚从熔炼炉中取出，慢慢倾倒坩埚，使得里面的金属溶液慢慢流入模具中，充满整个形腔。
将模具静置，待其冷却后卸模取样。
注意事项：金属浇注是高温操作，必须注意安全，必须穿戴白帆布工作服和工作皮鞋。
严格按照操作流程，预防危险。
浇注前，必须清理浇注行进通道，防止摔倒。
浇注时必须切断加热电源。
在浇注前对模具进行预烘，防止模具中残留水分导致金属溶液飞溅。
三、思考题1、铸造时温度的选择有什么要求？铸造过程中温度的选择至关重要：过高温度浇注易造成粘砂、铁夹砂、缩孔、缩松、热裂、跑火、局部氧化、尺寸不合格、反应性气孔偏多等缺陷；过低温度浇注易造成：浇不足、冷隔、过渡圆角偏大、夹渣、夹砂、析出性气孔偏多等缺陷。
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。
冶金实验报告
实验名称：金属熔炼与铸造实验日期：2023年4月15日实验目的：1. 了解金属熔炼的基本原理和过程。
2. 掌握金属熔炼设备的使用方法。
3. 学习金属熔炼过程中温度控制的重要性。
4. 通过实验了解金属熔炼对金属组织和性能的影响。
实验原理：金属熔炼是将固态金属加热至熔点，使其转变为液态的过程。
在金属熔炼过程中，金属的物理和化学性质会发生改变，从而影响其最终的组织和性能。
本实验通过熔炼铜和铝，观察其熔点、流动性以及凝固后的组织结构。
实验材料：1. 铜锭：纯度99.9%，质量50g。
2. 铝锭：纯度99.9%，质量50g。
3. 熔炉：电阻熔炉。
4. 温度计：0-1000℃，精度±1℃。
5. 铸造模具：铜模和铝模。
6. 铁砧：用于熔炼过程中的搅拌。
实验步骤：1. 准备实验材料，将铜锭和铝锭分别放入熔炉中。
2. 开启熔炉，调整温度至铜的熔点（约1085℃）。
3. 观察铜锭熔化过程，记录熔化时间、熔化温度和流动性。
4. 将熔化的铜液倒入预先准备好的铜模中，待冷却凝固后取出。
5. 调整熔炉温度至铝的熔点（约660℃）。
6. 观察铝锭熔化过程，记录熔化时间、熔化温度和流动性。
7. 将熔化的铝液倒入预先准备好的铝模中，待冷却凝固后取出。
8. 对比分析铜和铝的熔点、流动性以及凝固后的组织结构。
实验结果与分析：1. 铜锭在1085℃时开始熔化，熔化时间为3分钟，熔化温度为1085℃。
铜液流动性较好，倒入模具后能够迅速填充模具，凝固后组织结构均匀。
2. 铝锭在660℃时开始熔化，熔化时间为2分钟，熔化温度为660℃。
铝液流动性较差，倒入模具后需要一定时间才能填充模具，凝固后组织结构较为疏松。
3. 通过实验可知，金属的熔点与其化学成分和物理性质有关。
铜的熔点较高，流动性较好，适合用于铸造精密模具；铝的熔点较低，流动性较差，适合用于铸造轻质构件。
实验结论：1. 金属熔炼是金属加工的重要环节，掌握金属熔炼的基本原理和过程对提高金属产品质量具有重要意义。
铸造合金与熔炼实验指导书.docx
实验一铸钢及铸铁金相组织观察 (1)一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验设备和材料 (4)四、实验内容与步骤 (4)五、注意事项 (6)/<>实验报告 (6)实验二铝•硅合金变质处理及金相组织观察 (7)一、实验目的 (7)二、实验原理 (7)三实验设备和材料 (8)四、实验内容与步骤 (8)五、注意事项 (9)六、实验报告 (9)七、思考题 (9)实验铸钢及铸铁金相组织观察实验目的（1）了解使用中频感应电炉熔炼铸钢和铸铁的过程。
（2）熟悉铸钢和铸铁铸件和试样的制作（砂型浇注）。
（3）了解铸钢和铸铁的金相组织，力学性能。
二.实验原理］、熔炼感应』炉熔炼是利用交流屯感应的作用，使堆竭内的金属炉料本身发出热量, 将其熔化，并进一步使液体金属过热的一种熔炼方法。
感应电炉依其构造分为无芯式和有芯式两种类型。
图1-1无芯感应电炉的工作原理1 一感应髀2-W 3—钢液（或炉料）①-•感应器中瞬间电流方向②…钢液（或炉料）中产生感应电流方向炼钢用的是无芯式感应电炉，其工作原理示如图Mo在一个耐火材料筑成的塩埸外面，有螺旋形的感应器（感应线圈）。
在炼钢过程中，盛装在圳堪内的金属炉料（或熔化成的钢液），尤如插在线圈中的铁芯。
当往线圈中通以交流电时，由于感应作用，在炉料（或钢液）内部产生感应电动势，并因此感生感应电流（涡流）。
由于炉料（或钢液）本身有电阻，故在涡流通过时会发出热量。
感应电炉炼钢所需的热量就是利用这种原理产生的。
无芯感应电炉的构造无芯感应电炉主要由两个部分构成：炉体部分和电气部分。
炉体部分的构造如图1・2所示。
当交流电通过感应器时，在感应器的内部空间屮便产生了交图1・2感应电炉炉体部分构造图1-水泥石棉盖板2—耐火砖上框3-•捣制垃竭4—玻璃丝绝缘布5 —感应器6—水泥石棉防护板7—耐火砖底座8—不锈钢制（不感磁）边框9 一转轴变磁通。
交变磁通在金属炉料（或钢液）内引起感应电动势，在垂直于磁通的平面上产生涡流t从而起加热作用。
有色金属熔炼与铸锭教案(绪论)
司母戊大方鼎的铸造 司马戊大方鼎是殷商青铜器的第一重器，它集中地显示了殷商晚期冶铸业的技术水平和生产能 力。 这件鼎的鼎身和鼎足是整体铸造的，鼎耳是在鼎身铸好后再在其上安模、翻范、浇注成型的。 鼎身是由四块腹范、一块底范、 一块芯座、另加四块浇口范组成。浇铸这件鼎所需的金属料在 1000 公斤以上。 铸造是需要专门的化铜炉熔化铜和其他金属，浇铸时可能采用 槽铸的方式。 司马戊大 方鼎的化学成分是：铜 84.77%、锡 11.64%、铅 2.79%， 合乎所谓的钟鼎之齐六分其金而锡分其一。 四羊方尊（商代） 通高 58.3 厘 米 ，1938 年 湖南省宁乡县出土，现藏中国历史博物馆在中国古代青铜器中， 有 不少器物以其独特的 造型而引人注目，四羊 方尊便是其中一例。它的造型动静结合，寓雄奇于秀 美之间，可谓巧夺天工。
(5) 真空感应电炉熔炼技术 (6) 真空电弧炉熔炼技术（自耗、非自耗和凝壳） (7) 电子束熔炼技术 (8) 等离子炉熔炼技术 (9) 电渣炉熔炼技术 二、什么是熔炼 将基体金属、合金化元素以及中间合金等放入熔炼炉中，并加热，使之由固态变为液态并进行 合金化元素调整、脱气、除渣等，以达到铸锭 所要求的成分的过程。各种金属的性质差异大，因此 其熔炼方式具有不同的特点。 三、什么是铸锭 铸锭是将金属液铸成特定形状、尺寸、成分 和质量符合要求的锭坯。铸锭要满足下列要求： (1) 锭坯形状和尺寸必须适合压力加工的要求，否则会增加工艺废品及边角废料； (2) 锭坯内外不应有气孔、缩孔、夹渣、裂纹及明显偏析等 缺陷，表面光洁平整； (3) 锭坯的化学成分符合要求，结晶组织基本均匀，无明显的结晶弱面和特粗晶粒。 四、熔炼与铸锭过程中涉及的主要问题 金属的氧化、挥发；熔炼过程的吸气、脱气；金属的凝固；铸锭的组织控制；铸锭的缺陷； 五、本课程的主要内容与基本要求 主要内容： 1. 有色金属熔炼的基本原理 2. 有色金属铸锭凝固的基本原理 3. 有色金属熔铸技术 基本要求： 1. 熟练掌握有色金属熔铸的特性，掌握熔体的净化技术，并学会准确控制熔体的化学成分； 2. 了解金属凝固过程“三传”特点，掌握晶粒形成规律及控制途径，并能采取相关措施防止铸锭 缺陷产生； 3. 要求学生掌握有色金属熔铸方法、主要设备及工艺特点，熟悉部分典型合金的熔铸技术特性， 最后能够运用所学知识分析铸件产生的缺陷，并能制定出合理的熔铸工艺。
《金属熔炼与铸锭》课程实验指导书
图1 具有三个晶区的 铸锭晶粒组织示意图 纯铝的熔炼与铁模铸锭一、实验目的1、通过纯铝的熔炼与铁模铸锭，了解有色金属熔铸的一般工艺和操作知识。
2、观察铝锭横截面的铸造组织形貌，了解形成晶粒组织的三个晶区。
3、改变浇铸工艺条件，研究不同的浇铸工艺条件对铸锭晶粒组织的影响。
二、实验原理金属和合金的铸锭晶粒组织一般较为粗大，对铸件横断面稍加打磨、抛光和腐蚀，就可直接进行观察。
铸锭晶粒组织常见三个晶区形貌如图1所示。
（1）表面细等轴晶区当过热金属浇入锭模时，锭模对熔液产生强烈过冷，在模壁附近形成大量的晶核，生长成枝状细等轴晶。
同时，浇铸引起的动量对流，液体内外温差引起的热对流，以及由对流引起的温度起伏，促使模壁上形成的晶粒脱落和游离，增加凝固区内的晶核数目，因而形成了表面细等轴晶区。
（2）柱状晶区 在表面细等轴晶区内，生长方向与散热方向平行的晶粒得到优先生长，而与散热方向不平行的晶粒则被抑制。
这种竞争生长的结果，使愈往铸锭内部晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并互相接触而形成柱状晶区。
柱状晶区是在单向导热及顺序凝固条件下形成的。
凡能阻止晶体脱离模壁和在固/液界面前沿形核的因素，均有利于扩大柱状晶区。
浇铸温度高，固/液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易于被完全熔化。
（3）中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离模壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多晶核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。
形成中心等轴晶区的晶核主要来源于三种途径：表面细等轴晶的游离；枝晶的熔断及游离；液面或凝壳上晶体的沉积。
凡能阻止游离到铸锭中心的晶粒完全熔化的因素，均有利于促进中心等轴晶区的形成。
铸锭的结晶过程及其组织与金属的冷却条件、浇铸时熔体的温度、变质处理条件等因素有关。
改变金属的浇铸温度对结晶过程有影响作用。
当液态金属过热越多时，浇筑后沿铸锭截面的温差越大，越有利于按顺序凝固的方式结晶，形成柱状晶组织。
铝合金的熔炼、铸锭与固溶处理doc资料
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，并使其满足内部纯洁度、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、实验内容：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℃的范围内。
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。
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图1 具有三个晶区的 铸锭晶粒组织示意图 纯铝的熔炼与铁模铸锭
一、实验目的
1、通过纯铝的熔炼与铁模铸锭，了解有色金属熔铸的一般工艺和操作知识。
2、观察铝锭横截面的铸造组织形貌，了解形成晶粒组织的三个晶区。
3、改变浇铸工艺条件，研究不同的浇铸工艺条件对铸锭晶粒组织的影响。
二、实验原理
金属和合金的铸锭晶粒组织一般较为粗大，对铸件横断面稍加打磨、抛光和腐蚀，就可直接进行观察。
铸锭晶粒组织常见三个晶区形貌如图1所示。
（1）表面细等轴晶区
当过热金属浇入锭模时，锭模对熔液产生强烈过
冷，在模壁附近形成大量的晶核，生长成枝状细等轴晶。
同时，浇铸引起的动量对流，液体内外温差引起的热对
流，以及由对流引起的温度起伏，促使模壁上形成的晶
粒脱落和游离，增加凝固区内的晶核数目，因而形成了
表面细等轴晶区。
（2）柱状晶区 在表面细等轴晶区内，生长方向与散热方向平行的晶粒得到优先生长，而与散热方向不平行的晶粒则被抑制。
这种竞争生长的结果，使愈往铸锭内部晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并互相接触而形成柱状晶区。
柱状晶区是在单向导热及顺序凝固条件下形成的。
凡能阻止晶体脱离模壁和在固/液界面前沿形核的因素，均有利于扩大柱状晶区。
浇铸温度高，固/液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易于被完全熔化。
（3）中心等轴晶区
柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离模壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多晶核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。
形成中心等轴晶区的晶核主要来源于三种途径：表面细等轴晶的游离；枝晶的熔断及游离；液面或凝壳上晶体的沉积。
凡能阻止游离到铸锭中心的晶粒完全熔化的因素，均有利于促进中心等轴晶区的形成。
铸锭的结晶过程及其组织与金属的冷却条件、浇铸时熔体的温度、变质处理条件等因素有关。
改变金属的浇铸温度对结晶过程有影响作用。
当液态金属过热越多时，浇筑后沿铸锭截面的温差越大，越有利于按顺序凝固的方式结晶，形成柱状晶组织。
但是过热度太大，非自发核心数目减少，会使晶粒粗大化。
通过加入一定数量的变质剂进行变质处理，能够增加结晶时的形核数。
因此，在其他条件相同时，添加适量变质剂可以细化晶粒。
三、主要仪器及耗材
1、坩埚炉、石墨坩埚、坩埚钳、φ25mm钢模、纯铝（99%）；
2、弓锯、台钳、砂纸、腐蚀液（硝酸∶盐酸=1∶1）。
四、实验内容和步骤
实验内容：
1、本实验研究不同的浇铸温度和晶粒细化剂对铸锭组织的影响。
2、按表1所示的浇铸工艺条件浇铸铝锭。
3、观察不同浇铸条件下浇铸的铝锭其横截面的宏观组织，分析浇铸工艺条件对
铸锭组织的影响。
表1 浇铸工艺条件
注：晶粒细化剂的添加量为熔体重量的1.5～2‰。
实验步骤：
1、每组使用一个坩埚炉，将足够量的铝锭装入石墨坩埚并放入炉内。
将坩埚炉升温至720℃，保温使之熔化。
2、在铝全部熔化后保温15min，确保铝液温度在720℃左右，取出浇铸第一个锭。
将坩埚放回炉内，升温至920℃保温15min，再浇铸第二个锭。
然后将炉温降至720℃保温15min，向熔体内加入细化剂，搅拌均匀，再浇铸出第三个铸锭。
3、待钢模内的铝锭凝固冷却后取出，用钢印在两端打上实验批次编号，以便识别。
4、用台钳将铝锭夹住，在中部沿横截面垂直锯开。
5、将锯切面用锉刀锉平整，用180号和400号砂纸磨平，再用腐蚀液浸蚀，显示出其横断面的结晶组织。
6、用体式显微镜拍摄下铸锭宏观组织图片进行分析、比较，撰写实验报告。
五、实验报告要求
1、画出铸锭结晶组织示意图。
2、分析浇铸工艺条件对铸锭结晶过程和组织的影响。
六、实验注意事项
1、与熔化后的液态金属接触的所有工模具、原辅材料等，必须事先烘干，去除内含的水分和表面的水汽，避免引起铝液爆炸、飞溅！
2、将坩埚夹进、钳出炉子时，必须事先关闭炉子电源，以防漏电伤人。
3、铸模在浇铸前应清理干净，用铁丝捆绑固定，平放在铁板上浇铸，并仔细检查有无缝隙，以免漏铝。
4、添加细化剂后应使用棒状工具将铝液搅拌均匀。
5、浇铸时，如坩埚内液面有浮渣，应使用工具挡渣，以免浮渣流入模内。
浇铸过程中应用夹钳抱紧坩埚，快速而平稳地浇铸，保证流柱连续不断流。
浇铸末期应注意减速补缩。
6、待铸锭完全冷却再用手拿取，以免烫伤手指。
铸锭凝固后可用水加速冷却。
7、冷却后的铸锭须及时打上编号，避免混料。
七、思考题
1、铸锭中三个晶区的形成机理是什么？影响三个晶区的形成的因素有哪些？
2、实验过程中，随工艺条件的变化，铸锭组织的演变规律是如何的？
3、采取哪些工艺措施，将有利于得到细小的等轴晶组织？
铸锭常见缺陷分析
一、实验目的
1、了解各种铸造废品；
2、分析废品产生原因。
二、实验原理
在有色金属材料生产过程中，约有70%的废品是与铸锭中存在的缺陷有关，铸锭中的缺陷有数十种，学会识别和分析铸锭中的缺陷及其成因，寻求防止或减少缺陷的方法，对提高铸锭和加工产品的质量，具有十分重要的意义。
三、实验材料
各类铸造废品：疏松、缩孔、气孔、夹杂、冷隔等
四、实验要求
1、观察，了解铸造废品；
2、填写实验报告，分析废品产生原因。