铝合金熔炼注意事项笔记Word格式文档下载.docx

1、si68%、%、其余为AL，铸态组织由树枝状（AL）固溶体、共晶体（+）组成、晶界上有微量的Mg2SI成针状，固溶处理时Mg2si融入（AL）中、人工时效后沉淀析出；15. ZL101可通过调整mg的上限、下限或采用不同的热处理规范来调节合金强度塑形指标；16. 温度升高时，Mg2si开始聚集、容易成块，力学性能下降、故其工作温度不宜超过150；17. ZL104硅量较高同时加入锰、使得其力学性能高于zl101、Mn的除了起固溶强化作用外、还可以改变针状富铁相的形状、形成骨架状的AlFeMnSi相、改善塑形。但相对于Fe含量低于%的高纯合金、本来不出现si相、此时加入Mn反而生成（Fe、Mn）

2、AL6，降低塑形。18. Mg在AL-Si合金中最大溶解度为7%、将Mg含量提高到%、同时加入细化剂%，铁杂质控制在%以下，固溶温度提高到540545，经过人工时效170左右、其力学性能、尤其是抗拉强度大幅提高，抗拉达310330MPa、屈服达230250MPa；19. 铁在Al-Si中以（AL9Fe2Si2）形式出现、即脆又硬、呈粗大片状、冷速越小、组织越粗大、削弱铝基体、使合金变脆，破坏铝铸件表面氧化膜的连续性、使耐腐蚀性降低；20. 杂质铁的来源为炉料、坩埚及熔炼工具。21. 防止渗铁的有效途径：控制炉料中含铁量、；用较高级的铝锭、在干过、工具上涂覆涂料、避免铝液长期在铁质坩埚中保温、跑

3、温；22. 为消除si的有害作用、可在合金中加入锰、铬、钴、钼等元素、形成骨架或块状复杂化合物a） 可按Mn/Fe=的比例加入锰、形成块状AlFeMnSi相，从而削弱Fe的有害作用b） 加入%，si转化为电装的Al5BeFeSi、可消除脆性、但铍价贵、其蒸汽有毒、要慎用c） 含铁量超过%的回炉料一般作废铝处理23. 砂型铸造时、杂质铁应控制在%以下、可随着过冷速度的提高适当放宽、压铸时、冷速极高、为提高脱模性、铁过低反而不利、可提高到%；24. 磷会使亚共晶Al-Si合金出现初晶Si，影响合金组织力学性能；25. 磷与残存的钠反应、使变质失效；26. 磷在（Al）、si中分配系数极小、富集在s

4、i表面、封锁了小角度分枝的台阶、抑制了其生长、使si技能沿大角度分枝生长、从而引起组织粗大。27. 镁原子半径比铝大13%，固溶处理后、镁融入（Al）中、（Al）的点阵发生很大扭曲、力学性能大大提高；28. 晶粒越细、枝晶间距越小、屈服强度越高。29. 细晶粒有助于改善补缩、消除缩松、缩孔、防止冷隔，细化有害杂质相等；细化处理是AL-CU、AL-Mg、Al-Zn合金的常用强化手段；30. 含钛的铝熔体中加入微量硼、细化作用提高数倍，因其在同样过冷度下能增加钛在铝熔体中的过饱和度、析出更多TiAl3粒子；（假说）31. 加入微量硼可延缓Ti的衰退；32. 加入钛、硼的熔体中如含有或加入锆、铬、锰

5、等元素，将减弱甚至失去细化效果，谓之“中毒”。33. 不同形状的TiAl3的形成条件及细化作用:a） 小平面块状：低温速冷时形成、细化效果好、作用快，但易溶解、衰退较快，适用于型材厂做成线盘条细化剂、直接加在熔炉的溜槽中使用；b） 片状：高温、缓冷时形成，细化作用弱、但衰退较慢；c） 花瓣状：高温快速冷却时形成:细化效果不如块状、作用慢、但衰退也慢，适用于铸造厂，直接加入溶炉中进行细化处理；34. 当合金元素含量相同时、合金元素的体收缩率越大、铸件中的缩孔、缩松的体积也越大。35. 当合金元素含量向同时、它们的线膨胀系数越大、则合金的线膨胀系数越大、线收缩率也相应地大、铸造件越容易产生裂纹、变

6、形、挠曲等缺陷；36. 浇铸前的夹杂称为一次夹杂、浇铸过程中的夹杂称为二次夹杂，二次夹杂分为两类、第一类是分布不均匀的大块夹杂物、危害性很大、使基体不连续、是因其渗漏或成为腐蚀的根源，第二类夹杂成弥散状、在低倍显微组织中不易发现、铸件凝固时称为旗袍的形核基底、生成针孔，这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。37. 在所有的炉气中、只有氢能大量的溶解于滤液中、在铝合金中的气体中，氢占85%以上，故此一般称的铝合金“含气量”即是“含氢量”；38. 溶于铝液中的氢气有自铝液内部向大气中扩散逸出的倾向，实际铝液中的氢和氧化夹杂主要源于铝液与炉气中的水汽反应。39. 分子态的氢并不能直接溶入铝液中、只有离

7、解成原子态的氢才能溶入铝液中、这可以从纯净的氢气氛中熔炼铝液、铸件中并不出现针孔的实验中得到证明；40. 铝锭与大气中的水汽接触会产生AL（OH）3（s），其长在铝锭表面、组织疏松、对铝合金没有保护作用、俗称铝锈；铝锭不宜储存潮湿的库房或露天堆放，对于已生铝锈的铝锭、投入熔炉前要彻底清除铝锈、否则无论熔炼工艺多严格也、也不容易获得高质量的铝液；41. 一切进入熔池的炉料、工具、溶剂等都必须按规定预热、除去表面吸附的水汽，含有结晶水的溶剂必须预熔脱水、炉称要烘干、砂型的水分也应严格控制、以防发生铸型反应、造成废品；42. 油污都是由复杂结构的碳氢化合物组成、会与铝液发生反应生成氢、故此要严禁用沾

8、有油污的炉料直接投入熔池中、事先必须进行碱洗处理，清除油污；43. 在铝的熔点温度、从液态转变为固态时、氢的溶解度剧烈下降、在铝液中的溶解度达（100g）、在固态中只有（100g），二者相差（100g），相当于%的铝液体积。44. 吕中溶入1ppm的氢、等于%的铝液质量、轻的密度为9*10-5g/cm3、则占有%的铝液体积、相当于（100g）；45. 当温度达到沸点、即2057时，氢的溶解度趋于零、但一般熔炼条件在700760下、铝液的蒸汽压低于、因此其蒸汽压可忽略不计；46. 滤液吸氢可分解为以下几个步骤：a） 氢分子撞击到滤液表面b） 氢分子在铝液表面离解为氢原子c） 氢原子吸附于滤液表面

9、d） 氢原子通过扩散溶入铝液中第四步是整个过程的限制环节、它决定吸氢的速度47. 氢分压和铝液温度越高、扩散热越小、扩散系数越大、则氢的溶解速度越大；48. 铝液中的合金元素、氧化夹杂物对氢的扩散系数有很大影响、通常降低氢的扩散速度；49. 铝及其和金中存在三种不同形态的无水氧化铝：、形态密度（g、cm3）晶形VAl2O3/V2Al吸附水汽（X10-3/cm3）存在条件三角形低温、短期静置晶尖石型立方在所有温度下、700850间最多850以上的高温a） 室温下生成的表面氧化膜由少量结晶型态的-AL2O3和非晶态的AL2O3混合物组成，随着温度的上升、非晶态的AL2O3逐渐转化为-AL2O3和-

10、AL2O3、到铝熔点附近温度氧化膜厚度达到、有较高强度，在滤液表面形成一层之谜的氧化膜，隔绝了炉气和铝液的直接接触、阻滞了滤液的氧化和吸气、对铝液起保护作用。故除了AL-Mg合金外、铝合金可直接在大气中熔炼，不必加覆盖剂，随着静置时间的延长、-AL2O3全部转化为-AL2O3；b） 氧化膜只有和铝液接触的一面是致密的、和炉气接触的一面是粗糙的、疏松的、存在着大量的小孔、小孔会吸附水汽和氢，甚至将-AL2O3焙烧到890900仍能吸附少量水汽、只有高到900以上-AL2O3完全转化为-AL2O3才能完全地脱水，熔炼时搅动滤液、划破连续均匀地覆盖在滤液表面的氧化膜并卷入铝液中、滤液便和氧化膜小孔中

11、的水汽反应，使铝液进一步氧化、生成氧化夹杂、吸入氢气；c） -AL2O3、-AL2O3在600700范围内、吸附水汽和氢的能力最强，因此铝液中的氢有两种形式：溶解氢（90%）和吸附在氧化夹杂缝隙中的氢；通常铝液中氧化夹杂多、则含氢量也多、熔池深处氧化夹杂浓度较高、含氢量也较高；含氢量和AL2O3含量成正比、即渣多气多、渣多难除气，夹杂多、针孔率也随之增加；但AL2O3量低于%后、滤液不在生成气泡、形成针孔，因此要遵循“除渣为主、除气为辅的原则”“除渣是除气的基础”；50. 合金元素对铝液氢溶解度的影响：含镁量越高、氢的溶解度越高；反之、硅、铜的含量越高、氢的溶解度越低；51. 常用合金元素氧化

12、次序如下：Na、Be、Mg、Al、Ce、Ti、Si、Mn、Zn、Cr、Fe、Ni、Cu，Al以后的元素等在滤液中不失表面活性元素、密度又较大、不富集在铝液表面、被炉气氧化后和AL2O3组成晶尖石型复杂氧化物（Me代表Zn、Si等铝后面的元素）,这种氧化物仍具有-AL2O3的晶格，组织致密、对铝液同样有保护作用；在AL之前的元素在铝液中是表面活性元素、密度又比铝小、富集在铝液表面、优先被炉气氧化，铝液中的Mg含量高于%时、表面氧化膜全部由MgO组成、组织疏松，对铝液不起保护作用，故此需要覆盖剂下熔炼；52. 熔炼AL-Mg合金时、BeO填补了疏松组织中的空隙、使这层复合氧化膜的1，对铝液能起保护

13、作用，此外 BeO的电阻很大、能阻止电子交换过程，防止镁原子透过表面氧化膜和炉气接触，被进一步氧化、是一种非常有效的防氧化剂；53. 加入硫、和镁反应生成MgS、也能成为氧化膜的填充剂、提高氧化膜的保护性；54. 在大气中熔炼铝合金、铝液不断被氧化、熔炼时间越长、生成的氧化夹杂越多、吸气也越严重。因此、在生产中应遵循“快速熔炼”原则、尽量避免铝液在炉内长期停留。55. 铝液中析出氢有两种形式:a） 气泡形式析出 随着氢含量的降低、氢分压降低、熔池深度在某一深度h以下的滤液中、已不能产生气泡b） 扩散脱氢 在某一深度h以下的铝液只能靠另一种形式、即扩散脱氢56. 氧化夹杂会明显降低氢的扩散系数、

14、铝液中的合金元素如硅、镁、铜、钛等都降低氢的扩散系数，尤其是氧化夹杂的影响大、阻滞铝液脱氢；57. 当铝液从熔池底部向液面形成定向运动，形成对流、能提高氢的扩散系数，加大氢的扩散速度、促使气泡快速生成、长大的同时，快速上浮至液面而被除去、提高除气效果；生产中可采取如下措施a） 冷凝除气：依靠熔池表面层、坩埚壁的空冷、使铝液产生自然对流；b） 这空处理：籍氢汽泡上浮带动铝液产生对流；c） 或电磁搅拌：在熔池内造成强制对流采取上述措施后、氢在滤液中的扩散不再是脱氢除气的限制环节，此时、氢汽泡通过铝液表面氧化膜称为脱氢过程中的限制环节；58. 铝液的表面氧化膜组织致密、强度高、因此气泡溢出的速度取决

15、于相界面存在的氧化膜组织、能破碎、溶解表面氧化膜的熔剂、可消除气泡逸出的屏障、提高铝液脱氢速度；59. 在铝液内部、如果氧化夹杂含量高、氢汽泡表面被氧化膜包覆、氢气渗入气泡的扩散受阻、同样成为脱氢过程的限制性环节；60. 如果通入惰性气体氩或不溶于铝液的活性气体Cl2、C2Cl6等、则氢气可直接向这些气体所形成的气泡中迁移、然后被气泡带出液面、从而提高除气速度；61. 提高除气速度的有效途径：a） 尽可能增加气泡数目、增加铝液与气泡间的有效接触比表面积A/Vb） 尽可能减小气泡直径、并在不引起铝液表面飞溅的前提下、增大气泡在铝液内的运动速度、即增大搅动速度，强化气液表面更新率、增大传质系数；c

16、） 技能能延长气泡在铝液中上升浮游的路程、以增加气泡在铝液内停留的时间、亦即增加气泡带走氢气的时间、提高除气效率；d） 采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体除气及真空除气；62. 吸附精炼依靠精炼剂产生吸附氧化夹杂的作用同时清除氧化夹杂及其表面依附的氢气、达到净化铝液的目的，精炼作用仅发生在吸附界面上、具体可分为浮游法、熔剂法、过滤法等63. 浮游法：a） 通氮精炼：由于铝液中的夹杂物能自动吸附在氮气泡上、随气泡上浮而被带出液面，故不断通断氮气、形成气泡流、技能不断从铝液中带走夹杂物；氢在氢压力差的驱动下自铝液扩散进入氮气泡中、这一扩散过程直至氮气泡中的氢分压和铝液内的氢分压相平衡才会停止

17、、因此氮气泡上浮的过程中能同时带走氢气；注意：通氮温度应控制710720、温度过低、降低氢扩散系数，温度过高、将生成大梁AlN夹杂物、同样污染铝液，镁比铝更容易与氮气反应、生成Mg3N2夹杂物、因此对Mg含量控制严格的铝液不应采用氮气精炼；氮气泡仅能吸入约本身容积的氢、因此氮气除氢效果不明显；工业氮气瓶中常含有氧气、通氮气时将生成AL2O3、降低除气效果，经试验、发现氮气瓶中含氧量为%、%时，除气效果分别降低40%、90%，故有相关规定：氮气瓶中含氧量应低于%、水分应低于m3；生产中在氮气通入铝液、应通过储有干燥剂CaCl2、硅胶、分子筛、浓硫酸等的干燥器后再进入铝液中、进行严格脱水处理；b）

18、 通氩精炼：工业中使用的氩气瓶中氧含量较低、在%、精炼温度可提高到760、氩气密度为m3、高于氧的密度m3，通氩气精炼时、因其较重而富集在铝熔池表面、能保护铝液防止和炉气反应、故净化效果好；在有回炉料时、精炼效果优于C2Cl6铝合金加锶变质后、如用氯盐精炼、生成SrCl2、变质时效、此时必须通氩气精炼、操作上精炼、变质可同步进行，精炼时氩气泡对铝液起搅动作用、加速变质元素的扩散、从而缩短锶变质的潜伏期、提高生产率。通氩精炼和锶变质相配合、能获得纯净的铝液、正常的变质组织惰性气体氮、氩精炼后期、容器内逐渐聚积水汽和痒、带入铝液中将生成AL2O3、吸附在氮、氩气泡表面，当气泡表面被AL2O3包覆后

19、、将妨碍氢扩散进入气泡中、经生产经验表明、氩气中含氧量大于%时、净化效果趋于零氦氖氩氪氙都可以、但是氩气最便宜、故此通常采用氩气精炼；64. 熔剂法：a） 熔剂法的机理在于通过吸附、溶解铝液中的氧化夹杂及吸附其上的氢、上浮到液面进入熔渣中、达到除渣、除气的目的，净化效果好、尤其是在熔炼AL-Mg合金或重熔切削、碎料时必须采用溶剂法；b） 对溶剂的要求：i. 不与铝液发生化学反应、也不相互溶解；ii. 熔点低于精炼温度、流动性好、容易在铝液表面形成连续的覆盖层保护铝液、最好熔点高于浇铸温度、便于扒渣清除；iii. 能吸附溶解、破碎AL2O3夹杂；c） 溶剂的工艺性能：i. 覆盖性能：即铺开性、指

20、熔剂在铝液表面自动铺开、形成连续覆盖层的能力；ii. 分离性能：分离性能指溶剂与滤液自动分离的性能、分离性越好越易扒渣、溶剂越不易混入铝液内浇入铸件中、不会引起熔剂夹渣；iii. 精炼性能：精炼性能只指熔剂吸附、溶解、破碎铝液内氧化夹杂物的能力；d） 综上：i. 要选择对炉气、氧化夹杂物呈表面活性、即表面张力小的溶剂、并且越小越好；ii. 铝液和AL2O3互补湿润、接触角130、如能加入增大润角的元素、将提高溶剂的精炼能力iii. 铝液中加入锂、钙、镁、铋、等元素会降低铝液与炉气间的表面自由能、使熔剂的覆盖性变差，铝液中的铜、硅、锌、铁、锰、镍等非表面活性剂元素、对铝液与炉气间的表面自由能没有

21、影响，不影响熔剂的覆盖性能。iv. 如果熔剂与坩埚间的表面张力小、熔剂会自动附到坩埚壁上去、使铝液裸露在炉气中、失去熔剂的保护作用65. 常用的熔剂有：NaCl、NaF、KCL、Na3AlF6、Na2SiF6、CaF2等，不同组分按不同配比制成的熔剂有不同的熔点、不同的表面性能及不同的工艺性能、以满足不同的要求；66. NaCl、KCl的熔炼都较低、共晶成分在NaCl45%、KCL5%、熔点只有660、表面张力小、价格便宜、是最常用的覆盖剂、加入一定比例的NaF、就是常用的铝硅合金变质剂。NaF能侵蚀AL2O3-AL界面上的金属本体、使氧化膜脱落、落入熔剂、因此、变质剂本身就有较好的精炼能力；

22、67. Na3ALF6能溶解AL2O3、熔剂与铝液间的表面自由能又大、熔剂容易和铝液分离、精炼能力强，在三元变质剂NaCl-KCl-NaF中加入一定比例的Na3AlF、同时具有覆盖、精炼、变质作用、故常称为万能变质剂；68. Na2SiF6进入铝液会发生分解、生成SiF4和2NaF、SiF4呈气泡上浮、有部分精炼作用、NaF是有效的变质、精炼组分，Na2SiF6还能与AL2O3反应除去氧化夹杂、同时生成Na3ALF6具有强精炼作用、且和生成的SiO2结合成粒状渣、极易扒去，生成的ALF3呈气泡上浮、有辅助精炼作用。因此Na2SiF6是常用的精炼剂组分、即可加入熔剂中，也可以作为缓冲剂、与C2C

23、l混合压块、可提高C2CL6净化效果；69. 过滤法精炼可采用是模块、镁屑砖、玻璃纤维等，依靠机械作用清除铝液中的非金属夹杂物，常采用网状过滤法、填充床过滤法；70. 采用泡沫陶瓷过滤滤液时、过滤介质厚度/熔体再过滤介质中的流速即L/m、直接影响过滤效果，为了提高过滤效果、在不影响充型的条件下、在工艺上保证适当大的L/m值71. 低压铸造时、过滤介质厚度L及其平均孔径m有较大影响、平均孔径太小时、铝液将无法充型、需试验选择最佳方案；72. 稀土精炼时稀土最佳加入量未%、加入过多、不但浪费稀土、还会带来氢化夹杂、降低净化效果。稀土进入铝液中需要静置一定时间、使其扩散均匀；达到最佳净化效果、这段时

24、间即“潜伏期”；73. 含气量检测分为常压凝固试样检测、减压凝固实验检测。其中减压凝固试验是指、将100g左右的铝液倒入小坩埚中、在压力下凝固、如不冒泡、表面不凸起、则说明含气量低、净化效果好，若试样表面凸起、冒12个泡、则净化效果欠佳、需要重新熔炼，如表面不断冒泡、说明含气量很高，需要采取有效的精炼手段、重新精炼；74. 真空密度测氢法：指的是在设定的凝固条件下、铝液在标准形状的壳型中凝固、切去冒口、然后分别在空气、水中称重、然后计算出试样密度，密度越大含气量越低、净化效果越好；75. 即使浇注前铝液内的原始含氢量C0很低、由于氢不断自固态铝中扩散进入未凝固的；铝液中、浓度不断提高、到最后一

25、份铝液凝固前、氢的浓度足以在铸件中形成气孔；76. 变质处理大致可分为三类：a） 第一类是晶粒细化处理、主要用来细化固溶体合金的（Al）晶粒、Al-Cu类、AL-Mg类合金应用较普遍、b） 第二类是共晶体变质、用来改变共晶体的组织、广泛应用于Al-Si共晶合金；c） 第三类是改善杂质相的组织或消除易熔杂质相、如加铍、加锰等改善粗大的富铁相；77. 晶粒细化处理a） （AL）晶粒细化处理常见的晶粒细化有钛、硼、锆及稀土金属等、以中间合金或盐类形式加入铝液中、当采用盐类形式时、与铝液发生下列反应上述反应物中的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C、ZrAl3等均其晶粒细化作用、其中的C来自

26、C2CL6精炼后的残留碳、或以碳粉形式直接加入铝液中；细化剂的加入量与合金种类、成分、加入方法、熔炼温度、浇注时间等有关。固溶体合金ZL201、以中间合金形式AL-Ti、AL-B加入的最佳量分别为%、%。共晶型合金如ZL101因（AL）初晶数量比Zl201少、加入量酌减当把钛和硼以56：1的比例同时加入时、加入量可降低5倍、并能延缓衰退现象；加入量过大或熔炼、浇铸时间过长时、TiAl3逐渐聚集、由于其密度大于铝液、会聚集在熔池底部、失去细化能力、产生衰退现象；用盐类细化剂时、由于反应生成TiAL3、TiB2等尺寸小、弥散分布、在整个熔体内到处是反应界面、在界面上的钛、硼富集区形成了大量（AL）

27、的异质核心、提高细化效果、细化剂加入量比以中间合金形式加入的量降低约5倍、而且由于这种异质核心长期悬浮于铝液中、因而抗衰退能力强；细化剂的加入温度取决于中间合金的熔点成份、一般在800950、使用盐类细化剂时要选择合适的温度并辅以搅拌、务使反应完全，提高钛、硼、锆的收得率，又不致使合金液过热；b） 初晶硅的细化处理：过共晶铝合金组织存在着大块多边形及板块状共晶硅、力学性能差、含硅量越高、初晶硅越多、初晶硅的细化处理就越重要；细化处理仅能细化初晶硅、不能细化共晶硅、不过近年来出现了一些能同时细化二者方法、称为“双重编制”、能进一步改善合金的力学性能，尤其是伸长率，对于含硅量较低的过共晶合金“双重

28、变质”显得尤为重要；78. 共晶硅变质处理：金属钠对AL-Si共晶合金的共晶组织有细化作用、能明显提高合金的力学性、尤其是伸长率，加纳变质处理即成为含Si613%的合金铸造的必要工序；a） 变质剂成分的选择与制备 铝硅合金常用变质剂成分及其特征在变质剂的四种组成物中、仅有NaF在变质温度下能与铝液反应分解出钠元素、起变质作用、NaF与AL反应生成物Na、Na3AlF6，Na3AlF6可稳定的存在；NaCl、KCl在变质温度下不能与铝液反应生成稳定络合物、因此不能起变质作用，二者的加入作用是与高熔点的NaF组成混合盐、大大降低熔点、使变质剂在变质温度下处于熔融状态、有利于NaF与铝液的反应进行、加快反应速度、提高变质效果，同时液态变质剂能在铝液表面形成覆盖层、对铝液起保护作用、减少氧化、吸气，故可将NaCl、KCl称为稀释剂或助熔剂，可根据具体使用要求确定合适加入比例Na3AlF6的加入还会使变质剂具有良好的精炼能力、称为通用变质剂、适合重要的铝件生产中根据以下原则选择变质剂：i. 变质处理一般在精炼后进行、变质剂的熔点最好介于变质温度和浇注温度之间、变质处理时处于液态、有利于反应的进行、而在浇注时已变为很稠的熔渣、便于扒去、不行成溶剂夹渣；