鑄造合金及其熔煉 第十三章 鑄造鋁合金的熔煉.ppt

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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(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)有機(jī)組成。一個(gè)優(yōu)質(zhì)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(nèi)容包括配料計(jì)算，爐料處理，熔煉設(shè)備選用，熔煉工具處理及熔煉工藝過(guò)程控制。熔煉工藝過(guò)程控制的內(nèi)容包括正確的加料次序。嚴(yán)格控制熔煉溫度和時(shí)間、實(shí)現(xiàn)快速熔煉、效果顯著的鋁液凈化處理和變質(zhì)處理及掌握可靠的鋁液爐前質(zhì)量檢測(cè)手段等。熔煉工藝過(guò)程控制的目的是獲得高質(zhì)量的能滿(mǎn)足下列要求的鋁液:化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，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(zhì)處理的合金液，變質(zhì)良好。據(jù)統(tǒng)計(jì)因熔煉工藝過(guò)程控制不嚴(yán)而產(chǎn)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(xué)成分合格的前提下，熔煉工藝過(guò)程控制的主要任務(wù)是提高合金液的純凈度和變質(zhì)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(lèi)有害雜質(zhì)，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(duì)性能的影響1、針孔分布在整個(gè)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(lèi)型。(1)點(diǎn)狀針孔此類(lèi)

3、針孔在低倍顯微組織中呈圓點(diǎn)狀，輪廓清晰且互不相連，能清點(diǎn)出每平方厘米面積上的針孔數(shù)目并測(cè)得針孔的直徑。這類(lèi)針孔容易和縮孔、縮松相區(qū)別。點(diǎn)狀針孔由鑄件凝固時(shí)析出的氣泡所形成，多發(fā)生于結(jié)晶溫度范圍小、補(bǔ)縮能力良好的鑄件中，如ZL102合金鑄件中。當(dāng)凝固速度較快時(shí)，離共晶成分較遠(yuǎn)的ZL105合金鑄件中也會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)狀針孔。(2)網(wǎng)狀針孔此類(lèi)針孔在低倍顯微組織中呈密集相聯(lián)成網(wǎng)狀，伴有少數(shù)較大的孔洞，不易清點(diǎn)針孔數(shù)目，難以測(cè)量針孔的直徑，往往帶有末梢，俗稱(chēng)“蒼蠅腳”。結(jié)晶溫度寬的合金，鑄件緩慢凝固時(shí)析出的氣體分布在晶界上及發(fā)達(dá)的枝晶間

4、隙中，此時(shí)結(jié)晶骨架已形成，補(bǔ)縮通道被堵塞，便在晶界上及枝晶間隙中形成網(wǎng)狀針孔。(3)混合型針孔此類(lèi)針孔點(diǎn)狀針孔和網(wǎng)狀針孔混雜一起，常見(jiàn)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均勻的鑄件中。針孔可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分等級(jí)，等級(jí)越差，則鑄件的力學(xué)性能越低，其抗蝕性能和表面質(zhì)量越差。當(dāng)達(dá)不到鑄件技術(shù)條件所允許的針孔等級(jí)時(shí)，鑄件將被報(bào)廢。其中網(wǎng)狀針孔割裂合金基體，危害性比點(diǎn)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(yīng)產(chǎn)生氣體所造成，一般和鋁液質(zhì)量無(wú)關(guān)口3、單個(gè)大氣孔這種氣孔產(chǎn)生的原因是由于鑄件工藝設(shè)計(jì)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(shí)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(wú)關(guān)。二、鋁鑄件中氧化夾雜物形態(tài)及對(duì)性能的影響澆注前鋁液中存在的氧化夾雜稱(chēng)為一次氧化夾雜，總量約占鋁液質(zhì)量的0.002%-0.02%。在鑄件中分布沒(méi)有規(guī)律。澆注過(guò)程中生成的氧化夾雜稱(chēng)為二次氧化夾雜，多分布在鑄件壁的轉(zhuǎn)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(lèi)。第一類(lèi)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(xué)性能。第二類(lèi)夾雜呈彌散狀，在低倍顯微組織中不易發(fā)現(xiàn)，鑄件凝固時(shí)成

6、為氣泡的形核基底，生成針孔。這一類(lèi)氧化夾雜很難在精煉時(shí)徹底清除。鋁合金通常在大氣中熔煉，當(dāng)鋁液和爐氣中的N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHn等接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生化合，化分，溶解、擴(kuò)散等過(guò)程。各種爐氣成分與鋁液反應(yīng)的熱力學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)及反應(yīng)式列于表13-1中。三、鋁液中氣體和夾雜物的來(lái)源圖13-1為鋁液與各種爐氣成分反應(yīng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)自由能的變化。從表13-1和圖13-1可見(jiàn)，除按反應(yīng)式(13-2)、(13-6)生成Al4C3外，其余反應(yīng)都將生成Al2O3，而AlN與H2O或O2按式(13-10)、(13-11)反應(yīng)，Al

7、4C3與H2O或O2按式(13-8)、(13-9)反應(yīng)又都生成Al2O3，因此，表13-1所列眾多反應(yīng)的最終產(chǎn)物中大部分是Al2O3。Al2O3的化學(xué)穩(wěn)定性極高，熔點(diǎn)高達(dá)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(jù)測(cè)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(lái)源于鋁液與爐氣中水汽的反應(yīng)。1、鋁和水汽的反應(yīng)低于250℃時(shí)，鋁錠與大氣中的水汽接觸會(huì)產(chǎn)生下列反應(yīng)Al+H2O→Al(OH)3+

8、H2（13-14）Al(OH)3長(zhǎng)在鋁錠表面，組織疏松，呈粉末狀，對(duì)鋁錠沒(méi)有保護(hù)作用，俗稱(chēng)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(chǎn)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(zhì)量變壞。因此鋁錠不宜儲(chǔ)存在