实验二 铝合金的精炼变质处理
铝合金的变质处理
铝合金的变质处理铝合金的变质处理铸锭组织的不均匀性集中的影响到铸锭的性能，用于锻造、轧制和挤压的铸锭特别不希望降低合金工艺塑性的柱状组织。
通常，具有细小晶粒组织、细微的晶粒内部结构和过剩相均匀分布的合金具有最好的铸态性能和最高的压力加工塑性。
采用增大冷却速度、低温浇注、超声波振荡铸造、电磁铸造等措施均有利于获得上述理想组织，但这些办法均有局限性，只有对合金采取变质处理才是调整铸锭组织的根本手段。
一、变质处理概述所谓变质处理就是在少量的专门添加剂（变质剂）的作用下改变铸态合金组织，使金属或合金的组织分散度提高的过程。
目前，这种处理方法的技术术语很不统一，有的叫细化处理，还有的叫孕育处理。
变质处理的分类也各不一样。
有人根据金属及合金的最终组织变化特征将变质处理分为三类：把改变初生树枝晶和其他初生晶尺寸的处理叫第一类变质处理，把改变初生树枝晶内部结构的处理叫第二类变质处理，把改变共晶组织的处理叫第三类变质处理。
也有人根据变质剂的作用特性，把变质处理分为三类四组（见表2—5—3）。
还有人按对结晶着的合金的物理作用和冶金作用来分类。
显然，这些概念之间的界限是很难区分的。
本手册把变质处理理解为金属及合金铸锭组织弥散度的提高。
表2—5—3变质剂的类别及其作用特性类别变质剂组别作用性质可能的变质机构I晶核变质剂l不起化学作用，但结构上具有共格性起晶核或生核基底作用，如铝中的TiC及其他高熔点夹杂物2起化学作用且有结构上的共格性包晶反应产生晶核质点，并改变周围液相的成分浓度，如钛和铝作用生成的TiAl，Ⅱ吸附变质剂3活性吸附或物理吸附吸附在晶面上，阻碍晶粒成长，促使过冷增核，如铝硅合金中加钠Ⅲ改变结构不匀性变质剂4起机械或物化作用，改变液相结构及分布状况均匀液相成分和温度，改变晶核质点的活性目前，有各种说明变质处理过程的理论，其中，比较著名的有晶核形成论、碳化物论、包晶反应论、原子结构论等，但其中没有一种理论可以全面地说明这种过程。
铝合金精炼 实验报告
铝合金精炼实验报告一、实验目的本实验旨在研究铝合金精炼的方法和技术，探究不同精炼工艺对铝合金性能的影响，提高铝合金的质量和性能。
二、实验原理铝合金精炼是通过对铝合金进行除杂、脱气、净化等操作，以提高铝合金的成分纯度和性能。
常用的精炼方法有气体精炼、气泡精炼、电磁搅拌等。
三、实验步骤1. 准备实验所需的铝合金样品和精炼设备。
2. 将铝合金样品放入精炼炉中，并设置合适的温度和精炼时间。
3. 根据采用的精炼方法，进行相应的操作。
比如，如果采用气泡精炼，可以通过向炉内注入氩气或氮气来产生气泡，促使杂质浮到熔池表面。
4. 操作完成后，关闭精炼设备，取出样品。
四、实验结果经过铝合金精炼实验，我们得到了如下结果：1. 通过气泡精炼，我们成功降低了铝合金中的杂质含量；2. 通过电磁搅拌，我们改善了铝合金的均匀性和致密性；3. 通过气体精炼，我们成功减少了铝合金中的气体含量，提高了铝合金的密度。
五、实验分析通过对铝合金精炼实验的结果分析，我们得出以下结论：1. 不同精炼方法对铝合金的影响是不同的。
气泡精炼主要用于除去金属杂质，而电磁搅拌主要用于提高铝合金的均匀性；2. 气体精炼有助于减少铝合金中的气体含量，提高铝合金的密度和力学性能；3. 精炼温度和时间的选择也对精炼效果有一定影响，需要根据具体情况进行调整。
六、结论通过铝合金精炼实验，我们成功提高了铝合金的质量和性能，明确了不同精炼方法对铝合金的作用。
这对于铝合金行业的发展具有重要意义，可以为铝合金的生产提供科学依据。
同时，本实验也为进一步研究铝合金精炼技术提供了思路和方向。
七、参考文献1. 王某某. 铝合金精炼技术研究[D]. 上海交通大学, 2015.2. 张某某. 铝合金气体精炼原理及应用研究[J]. 合金, 2020, 7(11): 30-34.八、备注本实验报告仅为实验结果分析和研究结论的简要陈述，并未包含详细的实验步骤和数据。
铝合金液熔体处理晶粒细化与变质处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库《铝合金铸件铸造技术》课程教案铝合金液熔体处理—晶粒细化与变质处理制作人：张保林陕西工业职业技术学院铝合金液熔体处理——晶粒细化与变质处理一、概述对铝合金熔体进行细化、变质处理，以控制铝铸件的铸态组织是铸造铝合金熔炼的重要一环，也是获得高品质铝铸件的基本条件。
对于A1-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等固溶体型合金，为防止产生铸造裂纹，提高力学性能，一般都需要进行细化处理，以使α(A1)固溶体的晶粒细化；对A1-Si系合金一般也常对其进行α(A1)晶粒细化处理。
二、晶粒细化α(A1)晶粒细化处理。
常用的晶粒细化剂有钛、硼、锆及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液。
（1）中间合金形式加入常用细化剂主要有Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B和Al-Ti-C等中间合金。
这些细化剂加入铝液后产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC等微粒，它们熔点都较高，且晶格常数与α(A1)固溶体的很相近，所以作为异质核心抑制树枝状初生α(A1)晶粒的长大。
不同的细化剂细化效果和衰退特性是有区别的。
常用的Al-5％Ti、Al-5％Ti-1％B和A1-4％B细化剂对A356合金(与ZLSi7Mg相近)晶粒作用效果比较见图1。
图1 A356合金晶粒细化效果比较细化剂的加入量和合金种类、成分、加入工艺、熔炼温度、浇注时间等有关，细化剂的加入温度一般为710～730℃，加入量占合金的0.4％～0.6％。
添加Ti、B元素细化处理的铝液中，如果存在Zr、Cr、Mn等元素，将减弱细化效果，甚至出现“中毒”而失去细化效果。
其原因有些研究者认为是由于Zr、Cr、Mn等元素与TiAl3、TiB2、TiC微粒之间发生作用，形成了新相改变了原有的点阵常数，因而失去了异质核心作用所造成的。
（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。
实验二-铝合金的精炼变质处理
✓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。
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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
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）
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初生硅的变质
变质剂分类
磷变质机制
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）。
形成AlP作为初生硅结晶的异质核心，使初生硅细化。
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亚共晶铝合金中初生α相的细化
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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。
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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。
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2024/1/5
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氧化夹杂来源： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
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铝合金的精炼原理
[H ] Ks PH2
气体溶解 度的
Ks A/T B
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。
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。
铝合金的变质处理
铝合金的变质处理材料与能源学院金属材料工程2011级2班范宇鑫【摘要】变质处理指的是向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的方法。
而铝合金制造过程中变质处理是必不可少的工艺，加入不同的变质剂对合金的工艺性能有着不同的影响。
关键词：铝合金变质处理铝合金的制备主要有铸造和压力变形两种。
铝合金制造过程中的缺陷有氧化夹渣、气孔气泡、缩松疏松、裂纹等。
这些缺陷严重影响铝合金的性能，容易造成断裂和磨损。
为了防止这些缺陷的产生，提高铝合金的工艺性能，加入变质剂就是一种有效的措施。
变质处理的目的主要是细化晶粒、改善脆性相、改善晶粒形态和分布状况。
变质处理的机理众说纷纭，主要分为两种：一是不溶性质点存在于金属液中的非均质晶核作用；二是以溶质的偏析及吸附作用。
在变质剂完全溶解于金属液且不发生化学反应生成化合物的情况下，变质剂就像溶质一样，在凝固过程中，由于偏析使固/液界面前沿液体的平衡液相线温度降低，界面处成分过冷度减少，致使界面上晶体的生长受到抑制，枝晶根部出现缩颈而易于分离。
同时，由于变质剂易偏析和吸附，故阻碍晶体生长的作用也加强。
因此，往往只需加入少量变质剂，就能显著细化晶粒。
其中，不同的变质剂所发挥的作用有所不同，常见以下几种变质剂：（1）钠盐变质剂：Na元素可使共晶硅的结晶由短圆针状变为细粒状，并降低共晶温度，增加过冷度，细化晶粒。
其细化效果，对冷的慢的砂型、石膏型铸件而言比较好，还有分散铸件（铸锭）缩窝的作用，这对要求气密性好的铸件有重要的作用。
钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，但其缺点是，由于钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。
钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以Al-Mg系合金和含Mg量高于2%的Al-Si合金，一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。
铝合金的精炼、变质与细化答辩
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精炼剂加入量0.019%时 在740℃取样（图7）
图7 气孔缺陷图
变质加入与否样品对比
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图8 730℃未加入变质剂样 品图
图9 725℃加入变质剂 0.02%后样品图
细化剂加入与否的对比
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图10 730℃未加入细化剂 样品图
图11 728℃加入细化剂 量0.12%样品图
型模具。
• 成品取样：用切割机在铝锭的中间处取约50mm 长度的试样。
金相试样的制备
• 切样和铣样：将所取样品切成合适大小的 试样，然后铣平整。 • 磨样：磨光分为粗磨、中磨、细磨。
• 抛光：去除金相磨面上因细磨而留下的磨 痕。 • 浸蚀：用浸蚀剂对试样浸蚀，以便于对组 织的观察。
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金相试样的观察结果
配料计算 装炉 熔炼 喷吹精炼 扒渣 变质 搅拌 成分调整
不合格
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检验包装
剪切码垛
牵引矫直
铸造
在线过滤
在线除气
取样分析
合格
静置保温
放料
取样
• 取样工具：长柄样勺、短柄样勺和饼型模具。 • 炉内取样：要用长柄样勺在炉膛内的中心处取样
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，铝液取出后要倒入饼型模具。
• 炉外取样：在溜槽内用短柄样勺取样之后倒入饼
A356铝合金的精炼、变质和细化 工艺的研究
课题的提出
• A356铝合金是汽车轮毂的原料，虽然其具 有优良的力学性能，但是没有经过精炼、 变质和细化的A356铝合金具有晶粒粗大、 硅相质脆、吸气氧化等问题。因此，本文 对A356铝合金的精炼、变质和细化工艺进 行研究。
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主要研究内容
• （1）A356铝合金存在的缺陷及精炼工艺
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铸造铝合金变质处理
铸造铝合金变质处理一、引言铝合金是一种重要的结构材料，具有良好的力学性能和耐腐蚀性。
然而，铝合金在铸造过程中会产生一些缺陷，如晶粒过粗、析出相不均匀等，从而影响其力学性能。
为了改善铝合金的性能，铸造后常常需要进行变质处理。
本文将探讨铝合金变质处理的原理、方法和应用。
二、铝合金变质处理的原理铝合金变质处理是通过热处理方法改变合金的组织结构，达到调节性能的目的。
变质处理的原理主要包括相变、析出和固溶。
1. 相变：在变质处理过程中，铝合金中的一些固溶相会发生相变，从而引起组织结构的变化。
常见的相变有固溶相变、过饱和固溶相变和共析相变等。
2. 析出：在变质处理过程中，一些固溶相会从固溶体中析出，形成新的相或颗粒。
这些析出相的形成可以改变合金的硬度、强度和耐腐蚀性能。
3. 固溶：固溶是指将合金加热至高温状态，使固溶体中的溶质原子分散均匀。
通过固溶处理，可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
三、铝合金变质处理的方法铝合金变质处理的方法主要包括热处理和化学处理两种。
1. 热处理：热处理是指将铝合金加热至一定温度，保持一段时间后冷却。
常见的热处理方法有固溶处理和时效处理。
- 固溶处理：固溶处理是将合金加热至固溶温度，使溶质原子充分溶解在基体中，然后快速冷却。
固溶处理可以消除合金内部的偏析和缺陷，提高合金的均匀性和稳定性。
- 时效处理：时效处理是在固溶处理后，将合金加热至较低的温度，保持一定时间后冷却。
时效处理可以使合金中的析出相得到充分的析出和成长，从而改善合金的强度和硬度。
2. 化学处理：化学处理是指利用化学反应改变合金的组织结构。
常见的化学处理方法有酸洗、碱洗和电解处理等。
这些化学处理方法可以去除合金表面的氧化物和杂质，提高合金的表面质量和耐腐蚀性能。
四、铝合金变质处理的应用铝合金变质处理广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
1. 航空航天领域：航空航天领域对铝合金的性能要求较高，因此变质处理是必不可少的工艺。
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理操作方法
铝合金变质处理是一种通过热处理使铝合金达到理想强度和硬度的方法。
下面是一般的铝合金变质处理操作步骤：
1. 预处理：将铝合金零件完全清洁，并去除表面的油污和氧化物。
2. 加热：将清洁的铝合金零件放入专用炉中，进行加热。
加热温度通常根据合金种类和要求进行调整，一般在500C到600C之间。
3. 保温：将铝合金零件在加热温度下保持一段时间，以使合金达到均匀的温度分布。
4. 冷却：将加热的铝合金零件取出并迅速冷却，一般可以使用水浴或空冷等方法进行冷却。
冷却速率对于合金性能有重要影响，可以根据需要进行调整。
5. 回火处理：在需求强度和硬度较低的情况下，可以进行回火处理。
回火温度通常在150C到200C之间，时间根据合金种类和要求进行调整。
6. 检验：对处理后的铝合金进行硬度、强度、尺寸等检验，确保其符合要求。
需要注意的是，以上步骤是一般的变质处理操作方法，具体操作步骤和参数应根据不同的合金种类、要求和设备进行调整。
不正确的处理方法可能导致铝合金性能下降或出现破损等问题，因此建议在进行变质处理前咨询专业人士或参考相关的处理规范。
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亚共晶铝合金中初生α 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。 在纯铝和铝合金中加入少量 、 、 等元素。 等元素
变质机理
形成高熔点的固相质点（ 形成高熔点的固相质点（Al3Ti、Al3Zr和TiB2等）， 、 和 具有与纯Al相同的晶格类型和相近的晶格参数 相同的晶格类型和相近的晶格参数， 具有与纯 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。 可作为其结晶的异质核心。
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）。
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。
气体溶解 度的 Sieverts 西华特定 律
铝合金的组织
常温下， 二元系仅形成α和 相 常温下， Al - Si 二元系仅形成 和β相。 通常把共晶中的β相称为共晶硅 相称为共晶硅， 通常把共晶中的 相称为共晶硅， 在 铸态下， 铸态下， 未经变质处理的共晶硅呈粗 大的片状。 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 相称为初晶硅。 相称为初晶硅 呈粗大的块状和板状。 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， 相很脆， 大的 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 相多的铝硅合金不能在工业上得到实 际应用。 际应用。
三 实验流程
得到不同条件下的铸件（变质前和变质后） 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、 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、 所有用的模具、工具必须烘干 所用的覆盖剂、 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， 千万勿用手直接接触熔炼工具、模具， 先试探，再操作。 先试探，再操作。
五 实验报告
根据熔体净化处理的基本原理， 根据熔体净化处理的基本原理，讨论有 哪些熔体净化方法。 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 中间合金变质Al金相组织，试讨论 中间合金变质 Si合金的机理 s PH 2 Ks = − A / T + B
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。
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，
铝合金中的气体
能溶解于铝合金的气体主要是氢（ 能溶解于铝合金的气体主要是氢（其 余是少量的CO等 余是少量的 等）； 氢主要来自铝-水气反应， 氢主要来自铝 水气反应，在熔炼中由 水气反应 于该反应不可避免地将氢带入铝液。 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： 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： 氧化夹杂来源： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
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 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 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。 变为细小纤维状，从而改善机械性能。 生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混 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、 来进行变质处理， 合物来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也有 同样效果。 同样效果。
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 精炼工艺特点，通过实践 精炼工艺 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 变质处理工艺，了解变质处 变质处理 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 熔炼过程中，熔体中存在气体、夹杂物及其他杂质等，影 气体 响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、 响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等 缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外 缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、 观品质有显著影响。 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 以下， 氢含量通常在 以下 航空材料应在0.1cm3/100g(Al)以下。 以下。 航空材料应在 以下