有色合金及其熔炼

有色合金及其熔炼

时间:2009-12-02 18:32来源:未知作者:吴光来点击:48次

3. 有色合金及其熔炼 3.1 常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则； 3.1.1 简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg 和Al-Zn系铸造合金的主要特点及

3.有色合金及其熔炼

3.1常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则；

3.1.1简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系铸造合金的主要特点及其用途。

答：铸造用的铝合金主要是由Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn四个二元基本合金系以及在此基础上，再添加少量其它元素形成的多元合金系组成的。

1）Al-Si合金系（≥5%Si）该系合金具有良好的铸造性能，铝中添加硅后，能明显提高铝液的流动性和铸造充填性能；减少收缩和热裂倾向。含有较多硅的合金热膨胀系数小、耐磨性能优良。含有少量的Mg、Cu等合金元素组成的多元Al-Si合金通过热处理有明显析出强化的效果，适用于多种铸造方法。现在铸造铝铸件大多数都是采用该系合金，它是铸造铝合金中牌号最多，应用最广泛的一类合金。

2）Al-Cu合金系（≥4%Cu）该系合金添加的Cu起固溶强化的作用，所以合金具有较高的强度和耐热性能；但密度大，耐蚀性能

和铸造性能较差，易产生热裂，常用于制造较高温度下（<300℃)工作的高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。3）Al-Mg（≥５%Mg）该系合金具有优异的耐蚀性、强度高、密度小、切削及抛光性能也较好；但其铸造性能差，合金液易氧化，熔炼和铸造工艺较复杂。主要用于制造在大气和海水中工作的耐腐蚀性高且承受一定冲击载荷、形状较简单的零件，如船舶配件和机械壳体等。

4）Al-Zn合金系（Zn5-13%）该系合金是研究应用最早的铸造铝合金，其主要特点是价格较低，制备工艺简单，不需要热处理就能得到较高的强度；但密度大，耐蚀性能和铸造性能较差，高温性能低。主要用于制造压铸仪表壳体类零件、模具和模板等。3.1.2以ZL102合金为例，分析其组织形态在变质处理前后的变化。

答:（基本成分Si10-13%）；变质处理：钠盐变质—二元变质剂。铝硅合金室温下组织为α（Al）和β（Si）两相组成。未变质时，Al-Si合金中的相呈针片状或粗大块状导致铝合金力学性能不高。变质后共晶组织为：共晶体（α+β）。

3.1.3试分析亚共晶和过共晶Al-Si合金变质剂及其处理特点。答: 亚共晶Al-Si合金常采用钠变质剂。特点：1）变质效果稳定；2）变质效果保持时间短，变质剂易吸潮，腐蚀铁质坩埚。锶变质剂属于长效变质剂。

过共晶Al-Si合金的变质处理：1）采用磷变质剂，在熔体中磷与铝化合形成难熔的AlP小颗粒，其晶体结构与硅相似，可作为初生硅晶体的异质晶粒；2）变质工艺有三类—磷铜中间合金、含赤磷的盐类混合物和不含赤磷的盐类复合变质剂；3）影响其变质效果的有关因素。

3.1.4为什么铸造铝合金铸件容易产生气（针）孔缺陷？如何防止此种缺陷的产生？

答:1）在铝液凝固冷却过程中，氢原子、氢分子和化合物态氢元素分别以不同形式析出；气泡从铝液中上浮析出时，其中一部分未能上浮至液面逸出，则留在铝液内使铸件产生气孔。2）防止措施：防止水分进入熔炉（最大限度地清除炉料、熔剂、工具和熔炉等所附着的水分），防止合金熔炼时吸氢和氧化；排除已进入铝液中的氢气和氧化夹杂物；加大凝固时的压力或采用快速凝固的方法。

3.1.5铝合金氧化夹杂物的来源是什么？常用的精炼措施有哪些？

答:1）铝合金液的氧化：熔炼时，铝液与炉气中诸成分（O2、CO2、CO、H2O）接触时均产生氧化反应，反应产物Al2O3化学稳定性极高，是铝铸件中的主要氧化夹杂物。2）铝液中的夹杂物：在浇注前已在铝液中形成的氧化夹杂物称为一次氧化夹杂，它在铸件中分布无规律；在浇注或转包过程中形成的氧化夹杂物成为二次氧化夹渣，大多分布在铸件壁的转角处或最后凝固的部位。

3）常用的精炼措施有：吸附精炼与非吸附精炼。吸附精炼：（1）浮游法（通N2、Ar、Cl2、氯盐、无毒精炼剂）；（2）溶剂法（覆盖剂、精炼用熔剂）；（3）过滤法精炼。非吸浮精炼：真空精炼、振动去气除渣处理。

3.1.6试分析ZL101合金T6热处理的工艺及其目的。

答: ZL101合金T6热处理的工艺：固溶处理加人工时效。

固溶处理：加热温度535±5℃，保温时间2-6h，冷却介质及温度：水60-100℃；人工时效：加热温度200±5℃，保温时间3-5h，冷却介质：空气。

目的是提高铸件的力学性能、消除铸造应力、增强耐蚀性能、改善加工性能和获得尺寸稳定性。

3.1.7试分析亚共晶Al-Si合金中常用的细化剂种类及细化处理工艺要点。

答:1）常用中间合金形式加入（Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B等）使其产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2等微粒，它们熔点较高，且晶格数与α（Al）固溶体的很相近，可作为异质核心抑制树枝状初生α（Al）晶粒的长大；2）盐类形式加入（含有很强晶粒细化作用的Ti、B、Zr等元素的氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾等盐类物质）加入铝液发生反应，生成TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C、ZnAl3等微粒起晶粒细化作用。

3.1.8提高Al-Si系合金力学性能的途径有哪些？试举例说明之答:铝合金熔体的净化是获得优质铸件的前提。

3.2常用铸造有色合金的熔炼工艺和合金熔炼质量的控制要点；

3.2.1锡青铜和铅青铜铸造性能的特点有何不同？为什么？

答:锡青铜熔炼工艺较简单，主要元素锡不易氧化和蒸发；线收缩率小，铸造内应力、冷裂倾向小，适用于形状复杂铸件或艺术品铸造。

铝青铜由于L1、L2与α相共存的温度范围宽，α相与液相之间的密度相差较大，α相与Pb相的密度差也大，因而凝固时易产生比重偏析。此外，熔炼时由于Pb的氧化，会产生氧化夹杂。

3.2.2铸造黄铜与铸造青铜相比主要区别有哪些？

答: 铸造黄铜与铸造青铜相比主要区别在于：黄铜以锌为主要合金元素；而青铜是不以锌为主要合金元素。黄铜结晶范围小，铸造性能好，锌的沸点低，有自发的除气作用，合金成本较低，力学性能比锡青铜高，应用广泛。

3.2.3铸造锡青铜铸件为什么有时会出现“缓冷脆性”？如何防止？

答:锡青铜的结晶温度范围很宽，呈糊状凝固，枝晶发达，凝固速度较慢时，易形成缩松，有时出现“缓冷脆性”。防止措施：加快冷却速度。

3.2.4何谓锌当量系数？锌当量？它有什么用途？（略）

锌的密度7.133g/cm3，熔点420℃，沸点911℃，具有闪锌晶格，无同素异构体，纯锌的强度、塑性都较差。