铝合金的精炼变质处理

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实验二 铝合金的精炼变质处理
一 实验目的

熟悉铝合金的精炼工艺特点，通过实践
了解精炼处理对铝合金组织和性能的影
响。

学习铝合金变质处理工艺，了解变质处
理对铝合金组织和性能的影响。
二 基本知识简介

熔炼过程中，熔体中存在气体、夹杂物及其他杂质等，影 响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等
磷变质机制
形成AlP作为初生硅结晶的异质核心，使初生硅细化。
亚共晶铝合金中初生α 相的细化
变质方法
在纯铝和铝合金中加入少量Ti、Zr、B等元素。
变质机理
形成高熔点的固相质点（Al3Ti、Al3Zr和TiB2等）， 具有与纯Al相同的晶格类型和相近的晶格参数， 可作为其结晶的异质核心。
三 实验流程

方法 生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混 合物来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也有 同样效果。
过共晶铝硅合金中初生硅的变质
用磷变质 处理能细 化初生硅
变质前初 生硅晶体 长成粗大 厚板片状 Al-Si过共晶合金（含22％Si）铸态组织（金属型）
初生硅的变质
变质剂分类
一类是赤磷或含赤磷的混合变质剂； 另一类是含磷的中间合金（Cu-P）。
缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外
观品质有显著影响。

氢含量通常在0.15~0.2cm3/100g(Al)以下，一些特殊要求的 航空材料应在0.1cm3/100g(Al)以下。
铝合金中的气体

能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。
铝液中气体和氧化夹杂的来源

氢气来源：
潮湿、带油污的炉料、Al2O3表面吸附水汽及氢，
搅拌时带入铝液；铝液表面吸附水。

氧化夹杂来源：
表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
铝合金的精炼原理
[ H ] K s PH 2 Ks A / T B
气体溶解 度的 Sieverts 西华特定 律
式中[H]-溶于铝中氢的浓度；Ks-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。
应尽量降低铝液表面上的氢分压，为此可采用真空处理。 向铝液中吹入惰性气体，以在其内形成氢分压起始为零的气泡来降低含
氢量。
铝合金的组织

常温下， Al - Si 二元系仅形成α和β相。 通常把共晶中的β相称为共晶硅， 在 铸态下， 未经变质处理的共晶硅呈粗 大的片状。共晶和过共晶合金组织中 的β相称为初晶硅。铸态下未经变质处 理的初晶硅呈粗大的块状和板状。粗 大的β相很脆， 若不经变质处理， 含 β相多的铝硅合金不能在工业上得到实 际应用。
铸态组织
当Wsi＜12.6％时
α(Al)＋(α+β)共晶体
当Wsi＞12.6％时
β(Si)+(α+β)共晶体
硅相在自发 非控制生长 条件下会长 成片状
共晶硅的变质处理

概念 所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一
种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合
金的结晶组织，共晶体中的硅相由原来的粗大片状 变为细小纤维状，从而改善机械性能。

得到不同条件下的铸件（变质前和变质后）
锯切成小的金相试样块
粗磨、细磨、抛光、浸蚀
金相观察
撰写实验报告
四 注意事项

所有用的模具、工具必须烘干
所用的覆盖剂、精炼剂要烘干
千万勿用手直接接触熔炼工具、模具， 先试探，再操作。
五 实验报告

根据熔体净化处理的基本原理，讨论有 哪些熔体净化方法。 给出本组实验中观察到合金变质前后的 金相组织，试讨论Al-Sr中间合金变质AlSi合金的机理。