鑄造合金及其熔煉鑄造鋁合金的熔煉

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1、第十三章鑄造鋁合金的熔煉概述熔煉工藝是鑄件生產過程中的一個有機組成。一個優(yōu)質鋁鑄件的獲得，需要有一整套優(yōu)化的鑄造方法、鑄造工藝、熔煉工藝及澆注工藝相配合。鋁合金熔煉的內容包括配料計算，爐料處理，熔煉設備選用，熔煉工具處理及熔煉工藝過程控制。熔煉工藝過程控制的內容包括正確的加料次序。嚴格控制熔煉溫度和時間、實現快速熔煉、效果顯著的鋁液凈化處理和變質處理及掌握可靠的鋁液爐前質量檢測手段等。熔煉工藝過程控制的目的是獲得高質量的能滿足下列要求的鋁液:化學成分符合國家標準，合金液成分均勻；2)合金液純凈，氣體、氧化夾雜、熔劑夾雜含

2、量低；3)需要變質處理的合金液，變質良好。據統(tǒng)計因熔煉工藝過程控制不嚴而產生的廢品中，如滲漏、氣孔、夾渣等，主要原因是合金液中的氣體、氧化夾渣、熔劑夾渣未清除所引起.因此在確?；瘜W成分合格的前提下，熔煉工藝過程控制的主要任務是提高合金液的純凈度和變質效果。第一節(jié)鋁合金液的精煉原理精煉的目的：清除鋁液中的氣體和各類有害雜質，凈化鋁液，防止在鑄件中形成氣孔和夾渣。一、鋁鑄件中氣孔的形態(tài)及對性能的影響1、針孔分布在整個鑄件截面上，因鋁液中的氣體，夾雜含量高、精煉效果差、鑄件凝固速度低所引起。針孔可分三種類型。(1)點狀針孔此類

3、針孔在低倍顯微組織中呈圓點狀，輪廓清晰且互不相連，能清點出每平方厘米面積上的針孔數目并測得針孔的直徑。這類針孔容易和縮孔、縮松相區(qū)別。點狀針孔由鑄件凝固時析出的氣泡所形成，多發(fā)生于結晶溫度范圍小、補縮能力良好的鑄件中，如ZL102合金鑄件中。當凝固速度較快時，離共晶成分較遠的ZL105合金鑄件中也會出現點狀針孔。(2)網狀針孔此類針孔在低倍顯微組織中呈密集相聯成網狀，伴有少數較大的孔洞，不易清點針孔數目，難以測量針孔的直徑，往往帶有末梢，俗稱“蒼蠅腳”。結晶溫度寬的合金，鑄件緩慢凝固時析出的氣體分布在晶界上及發(fā)達的枝晶間

4、隙中，此時結晶骨架已形成，補縮通道被堵塞，便在晶界上及枝晶間隙中形成網狀針孔。(3)混合型針孔此類針孔點狀針孔和網狀針孔混雜一起，常見于結構復雜、壁厚不均勻的鑄件中。針孔可按國家標準分等級，等級越差，則鑄件的力學性能越低，其抗蝕性能和表面質量越差。當達不到鑄件技術條件所允許的針孔等級時，鑄件將被報廢。其中網狀針孔割裂合金基體，危害性比點狀針孔大。2、皮下氣孔氣孔位于鑄件表皮下面，因鋁液和鑄型中水分反應產生氣體所造成，一般和鋁液質量無關口3、單個大氣孔這種氣孔產生的原因是由于鑄件工藝設計不合理，如鑄型或型芯排氣不暢，或者是

5、由于操作不小心，如澆注時堵死氣眼，型腔中的氣體被憋在鑄件中所引起，也和鋁液純凈度無關。二、鋁鑄件中氧化夾雜物形態(tài)及對性能的影響澆注前鋁液中存在的氧化夾雜稱為一次氧化夾雜，總量約占鋁液質量的0.002%-0.02%。在鑄件中分布沒有規(guī)律。澆注過程中生成的氧化夾雜稱為二次氧化夾雜，多分布在鑄件壁的轉角處及最后凝固的部位。一次氧化夾雜按形態(tài)可分為二類。第一類是分布不均勻的大塊夾雜物，它的危害性很大，使合金基體不連續(xù)，引起鑄件滲漏或成為腐蝕的根源，明顯降低鑄件的力學性能。第二類夾雜呈彌散狀，在低倍顯微組織中不易發(fā)現，鑄件凝固時成

6、為氣泡的形核基底，生成針孔。這一類氧化夾雜很難在精煉時徹底清除。鋁合金通常在大氣中熔煉，當鋁液和爐氣中的N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHn等接觸時，會產生化合，化分，溶解、擴散等過程。各種爐氣成分與鋁液反應的熱力學計算數據及反應式列于表13-1中。三、鋁液中氣體和夾雜物的來源圖13-1為鋁液與各種爐氣成分反應時標準狀態(tài)自由能的變化。從表13-1和圖13-1可見，除按反應式(13-2)、(13-6)生成Al4C3外，其余反應都將生成Al2O3，而AlN與H2O或O2按式(13-10)、(13-11)反應，Al

7、4C3與H2O或O2按式(13-8)、(13-9)反應又都生成Al2O3，因此，表13-1所列眾多反應的最終產物中大部分是Al2O3。Al2O3的化學穩(wěn)定性極高，熔點高達2015℃±15℃，在鋁液中不再分解，是鋁鑄件中主要的氧化夾雜物。在所有的爐氣成分中，只有氫能大量地溶解于鋁液中。根據測定，存在于鋁合金中的氣體，氫占85%以上，因而“含氣量”可視為“含氫量”的同義詞。鋁液中的氫和氧化夾雜主要來源于鋁液與爐氣中水汽的反應。1、鋁和水汽的反應低于250℃時，鋁錠與大氣中的水汽接觸會產生下列反應Al+H2O→Al(OH)3+

8、H2（13-14）Al(OH)3長在鋁錠表面，組織疏松，呈粉末狀，對鋁錠沒有保護作用，俗稱鋁銹。用帶有鋁銹的鋁錠作爐料，升溫至400℃左右，鋁銹按下式分解Al(OH)3→Al2O3+H2O（13-15）分解產物Al2O3組織疏松，能吸附水汽和氫，混入鋁液中，增大氣體和氧化夾雜的含量，使鋁液質量變壞。因此鋁錠不宜儲存在