第15章 铸造铜合金的熔炼
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺[文摘]详细介绍了铸造用纯铜、青铜、黄铜等主要铜合金的熔炼工艺，并提出了实际生产中应注意的问题，供同行参考。
铸造用纯铜和铜合金是重要的有色金属，在实际生产中应用广泛。
常用的铜合金根据成分不同主要分为两类，即铸造黄铜和铸造青铜。
无论是砂型铸造还是熔模铸造，熔炼都是铸造生产的关键环节。
各种铜合金的熔炼有相似之处，也有不同之处。
在多年的生产实践中，我们总结了纯铜和铜合金，主要是青铜和黄铜的冶炼工艺经验，供相关人员参考。
一、纯铜冶炼冶炼设备用于中频感应炉、热电偶、钢包和石墨桔灾害等。
(1)将柑橘灾害预热至暗红色，在灾害底部加入一层厚度约30-50毫米的干木炭或覆盖剂(60%硼砂和137%碎玻璃),依次加入剩余的碎料、废料和棒料，最后加入纯铜(2)中加入的合金元素可在炉台上预热，严禁向液态金属中加入冷料。
在整个熔化过程中，应频繁移动炉料以防止桥接。
(3)合金完全熔化后，当温度达到1200-1220℃时，加入占合金液重量0.3-0.4%的磷铜进行脱氧，磷与氧化亚铜发生后续反应产生的P2O5气体从合金中逸出，磷酸铜会浮在液面上，通过去渣去除，达到脱氧的目的此外，脱氧过程中需要连续搅拌。
最后，炉渣被剥离并从熔炉中排出。
合金液的浇注温度一般为1100-1200℃以锌为主要合金元素的黄铜铜基合金的熔炼是黄铜，它分为普通黄铜和特种黄铜两种类型普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金，主要用于压力加工。
在普通黄铜的基础上加入其他合金元素，如硅、铝、锰、铅、铁和镍，就成了特殊的黄铜。
铸造黄铜主要是特殊的黄铜。
1、合金成分和金属配料要求为铜合金化学成分，由于主要成分变化范围大，所以在配料计算过程中，应根据其性能要求，选择合适的配料合金的化学成分应符合GB1176-1987。
几种常用的黄铜熔炼配料的化学成分应符合表1，炉料应干燥干净。
应进行喷砂处理，以清除任何污垢和铁锈。
2，负担比根据一般的配料惯例，新的配料组成应占配料总重量的30%以上，而返料负担应在70%以下。
铸造合金及其熔炼复习重点
第一篇铸铁及其熔炼1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。
2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用（1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少；（2）共晶转变和共析转变出现三相共存区；（3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度；（4）减小奥氏体区域。
3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）；4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长；5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。
\6、石墨的晶体结构是六方晶体。
7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优，8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨Ａ型Ｂ型Ｄ型Ｆ型9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。
10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个过程：石墨球在熔体中直接析出并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大。
11、由于球状石墨的生长是在共晶成分下形成的石墨和奥氏体分离长大，因此其共晶过程又称之为离异共晶；12、灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成，基体的主要形式有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。
|13、普通铸铁中除铁以外，五大基本元素包括碳、硅、锰、硫、磷，其中碳、硅是最基本的成分，磷、硫是杂质元素，因此加以限制。
14、在铁碳双重相图中，稳定系和亚稳定系的共晶反应温度差别形成了共晶温度间隔，对于Ni、Si、Cr、S这四种元素来说，促进合金液在冷却过程中按稳定系转变的元素有Ni、Si，按亚稳定系转变的元素有Cr、S。
15、Cr元素在铸铁中的作用:(1)反石墨化元素,珠光体稳定元素;(2)Cr是缩小γ区元素;(3) 在含量超过2%易形成白口组织,(4) Cr含量在10%~30%,形成高碳化合物以及在铸件表面形成氧化膜，从而用作耐磨、耐热零件。
铸造合金及其熔炼---第15章 铸造铜合金的熔炼
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2、锡青铜
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1）传统工艺： 先加木炭加热干锅-加铜-化清1200℃-磷铜脱氧-加回 炉料、锡锌铅-磷铜脱氧-1200 ℃出炉-浇注。 2）新工艺： 底部加锌-再加纯铜回炉料-溶化-脱氧-加锡铅-出炉 特点：熔炼时间短，降低含气量，少加磷铜，减少 含磷量减少锌的剧烈氧化，减少白色ZnO烟雾，铜液质量 高。
第五节 铜合金液质量检测
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自己看
第六节 铜合金熔炼工艺 n 一、铜合金熔炼一般原则
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1、所有金属炉料必须清理干净， 2、快速熔炼、及时浇注 3、控制炉气为中性 4、加料次序重要， 5、熔炼温度与铜液质量密切相关，应严格控制 6、及时准确执行炉前质量检验
n n
二、炉料管理及回炉料牌号判断 表15-6
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二、铜液的除气 1、氧化法除氢 只适用纯铜、锡青铜、铅青铜等 增氧方法：控制炉气氧化性 加入氧化性溶剂MnO2 MnO2-- MnO+O（高温） 2、沸腾法除氢 适用于黄铜 锌沸点低907℃。 3、惰性气体除氢，氯盐除氢，真空除氢，同前
第三节 铜铸件中气孔形成机理 n 氢气孔 无氧 需要高的氢气压 n 水气孔 有氧 低氢气亚即可，容易产生，因此，需要严格脱
第二节 铜液的吸气、除气
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一、气体在铜液中的溶解（表15-1） 炉气：H2、O2、N2、H2O、CO、CO2、 SO2等。 1、O2、H2O氧化溶入， 2、H2、O2、 SO2溶入铜液，形成Cu2S溶入铜液 3、CO、还原， CO2氧化 铝、硅、锰等（上浮） 4、 N2、中性不容
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3铝青铜
二次熔炼工艺：1、先熔制Al-Fe中间合金，2、熔 铜-加回炉料、中间合金（1200 ℃ ）-精炼（ZnCl2）-检 验-Na3AlF6 -清渣-出炉 一次熔炼工艺：加入低碳钢屑、纯铜-溶清（铜）加铝搅拌（铝热效应化钢）-加回炉料-检验-Na3AlF6清 渣-出炉。
铸造合金及其熔炼复习摘要
铸造合金及其熔炼复习思考题铸铁及其熔炼1.什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？2.什么是碳当量、共晶度，有何意义。
3.分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。
4.铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？5.冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？6.灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及形核等方面说明其形成条件。
7.灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？8.灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？9.影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径和措施。
10.灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提高孕育效果有那些途径和措施？11.说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？12.球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？13.球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？14.根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性、高强度球墨铸铁的途径与措施。
15.球墨铸铁比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，分析其原因和防止措施。
16.铸铁的热处理有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？17.蠕墨铸铁有何性能特点？18.蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？19.简述可锻铸铁生产工艺过程，化学成分选择原则，为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产有优越性？20.减摩铸铁与抗磨铸铁的组织要求有何不同，常用减摩铸铁和抗磨铸铁有那些？21.提高铸铁的耐热性能的途径和措施有那些？常用耐热铸铁有那些？22.提高铸铁的耐蚀性能的途径和措施有那些，硅、铭、铬三元素在耐热铸铁及耐蚀铸铁中的作用是什么？23.简述冲天炉的结构与熔炼的一般过程。
铜合金熔炼与铸锭1
铜合金熔炼与铸锭要得到合格的铜合金制品，必须先制得合格的铜、铜合金液。
故此，铜合金的熔炼和铸造是获得优质铜合金制品和材料的关键工效之一。
铜合金铸造成锭坯的常见缺陷，如力学性能不合格、气孔、氧化夹杂、偏析等。
主要原因之一是熔炼工艺控制不当造成。
所以，对铜合金液的质量有如下的要求。
①必须严格控制铜合金的化学成份，要符合国家标准规定的指标。
②铜合金液要纯净，不得含有气体和氧化物。
③铜合金液不得过烧，不得有偏析。
要获得合格的合金液，除了严格控制熔炼工艺外，首要的是要有合格的原材料。
在熔炼铜合金是所用的原材料有新金属、回炉料和中间合金。
1.1铜合金熔炼时的金属损耗和配料1、我司黄铜用料：电铜、锌锭、光亮丝、纯漆线、Q料、拉伸料、普通角料（回料）、四类搭用料。
2、我司磷铜用料：镀白磷、镀锡紫铜、普磷、普紫铜。
3、熔炼时的金属损耗金属熔炼损耗通常是指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。
1）金属的挥发在熔炼过程中，金属的挥发是难以避免的，尤其是一些易挥发的元素有所回因挥发损失过大致使控制成份发生困难；故在熔炼工艺上应视其情况采取相应的措施。
2）氧化烧损熔融金属中合金元素的氧化烧损，与合金元素对氧的亲合力及含量有关，凡与氧的亲合力比基体金属大、表面活性强的金属，必然易烧损。
4、降低熔炼损耗的途径①用熔池面积小的炉子熔炼。
②制定合理的工艺操作规程。
易氧化、挥发的合金元素应制成中间合金在最后加入，或在溶剂覆盖下溶化。
③碎屑散料应打包。
④选用适宜的覆盖剂覆盖。
⑤正确选用溶剂，同时采取高温扒渣或捞渣，降低渣中金属损耗。
5 配料原则与配料计算1）配料原则①确定合金各组元的配料比及易耗组元的补偿量。
②在保证合金的主要成份及杂质含量合乎国家标准的前提下，尽可能少用新金属，以扩大低品位原料及回料的使用量。
③在保证合金质量的前提下，对合金中贵金属尽可能按标准的下限含量配料。
④为保证某些制品的特殊要求，在国家标准范围内科适当调整某些元素的含量，及制度生产中实际控制的内部标准。
铜合金熔炼过程特点(精)
如镍、铂、锰、铁能增加氢在铜中的溶解度。而与气体亲和力
小的则相反，如锡、铝、锌、铅、镉和磷。
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(3) 挥发性 通常衡量金属挥发性的依据是蒸气压、蒸气热或沸点。一 般而言，在相同条件下，蒸气压高的金属易挥发；蒸气热小、 沸点低的金属易挥发。金属的温度越高，其蒸气压越大，越易 挥发。铜的沸点为2846K，蒸发热为303.5kJ／moI，在1357K时
的蒸气压为4.12×101Pa，1901K时，蒸气压为1.42Pa，都小于
大气压，故铜在熔炼时易于挥发，温度越高，挥发越快。
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(4) 吸杂性 铜与铜合金在熔炼过程中都不可避免地从周围介质中吸收杂
质。例如，在酸性炉衬的熔炉内熔炼铝青铜、铝白铜或含铝、
镍的铜合金时，会使合金中的硅含量增加；又如在含有硫的煤 气或重油燃料的气氛中熔炼铜时，就可能使铜中增硫。再如， 用木炭作为某些白铜熔炼的覆盖剂，在高温下会使白铜熔体增 碳；在米糠或麦麸覆盖下熔炼铜及铜合金时，熔体中的磷含量 也会增加。
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——熔炼过程特点
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熔炼过程特性
氧化性
吸气性
铜合金的熔炼特性
吸杂性
挥发性
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(1) 氧化性 众所周知，判断金属氧化性的依据是氧化物生成自由能变 化△fGo，分解压力PO2或氧化物的生成焓△fHo，通常△fGo和 PO2值越小，元素越易于氧化。在熔炼温度下(1000℃时)CuO的 分解压PO2为1.01 ×10-2Pa，远远小于大气中氧的分解压2.1 × 104Pa，因此，在大气中熔炼铜和铜合金时，其氧化是不可避 免的。
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《铸造合金及其熔炼》总结
《铸造合金及其熔炼》总结前言：全书一共有三部分组成第一篇铸造及其熔炼主要讲的是几种铸铁和铸铁的熔炼重点在第一章，主要内容为铸铁的凝固剂组织形成的基本理论；熔炼部分重点为冲天炉熔炼。
第二篇铸钢及其熔炼，主要讲的是各种铸钢和铸钢的熔炼重点为铸造低合金钢、电弧刚及钢液的炉外精炼。
第三篇铸造非铁合金及其熔炼主要的内容是铝铜等其他非铁合金的性能及其熔炼方法，重点为铸造铝合金及其变质、精炼。
第一篇铸造及其熔炼合金相图是分析合金相组织的有用工具。
通过铁碳合金相图可以知道各种相得相变温度，合金成分含量，为热加工等工艺提供基础2。
铸铁的生产主要讲解了灰铸铁、强韧铸铁、以及其他特种性能铸铁（减摩铸铁，冷硬铸铁，抗磨铸铁，耐热的铸铁，耐腐蚀铸铁）的力学性能特点机械性能特点，金相组织的性能特点，以及铸铁的生产、分类和牌号。
（1）影响铸态组织的因素冷却速度的影响化学成分的影响铁液的过热和高温静止的影响孕育的影响炉料的影响3 铸铁的熔炼--- 冲天炉熔炼1 、冲天炉熔炼基本原理（1）底焦燃烧：冲天炉底焦燃烧可以划分为两个区带：A 、氧化带：从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区域。
B 、还原带：从氧化带顶面到炉气中[CO2]/[CO] 浓度基本不变的区域，从风口引入的风容易趋向炉壁，形成炉壁效应，形成一个下凹的氧化带和还原带，对熔化造成不利影响。
①不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热；②加速了炉壁的侵蚀；③铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降, 影响化学成分。
解决方法：①采用较大焦炭块度，使风均匀送入；②采用插入式风嘴；③采用曲线炉膛；④采用中央送风系统；⑤熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适应。
根据炉气、炉料、铁水浓度和温度，炉身分为4 个区域：（1）预热区（2）熔化区（3）过热区4）炉缸区。
：冲天炉熔炼过程在熔化过程中底焦燃烧而消耗，为了保证整个熔炼过程连续正常进行就必须及时得补充底焦，以此来始终保持底焦的高度。
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺
铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺铸造用纯铜及铜合金的熔炼工艺[文摘]详细介绍了铸造用纯铜、青铜、黄铜等主要铜合金的熔炼工艺，并提出了实际生产中应注意的问题，供同行参考。
铸造用纯铜和铜合金是重要的有色金属，在实际生产中应用广泛。
常用的铜合金根据成分不同主要分为两类，即铸造黄铜和铸造青铜。
无论是砂型铸造还是熔模铸造，熔炼都是铸造生产的关键环节。
各种铜合金的熔炼有相似之处，也有不同之处。
在多年的生产实践中，我们总结了纯铜和铜合金，主要是青铜和黄铜的冶炼工艺经验，供相关人员参考。
一、纯铜冶炼冶炼设备用于中频感应炉、热电偶、钢包和石墨桔灾害等。
(1)将柑橘灾害预热至暗红色，在灾害底部加入一层厚度约30-50毫米的干木炭或覆盖剂(60%硼砂和137%碎玻璃),依次加入剩余的碎料、废料和棒料，最后加入纯铜(2)中加入的合金元素可在炉台上预热，严禁向液态金属中加入冷料。
在整个熔化过程中，应频繁移动炉料以防止桥接。
(3)合金完全熔化后，当温度达到1200-1220℃时，加入占合金液重量0.3-0.4%的磷铜进行脱氧，磷与氧化亚铜发生后续反应产生的P2O5气体从合金中逸出，磷酸铜会浮在液面上，通过去渣去除，达到脱氧的目的此外，脱氧过程中需要连续搅拌。
最后，炉渣被剥离并从熔炉中排出。
合金液的浇注温度一般为1100-1200℃以锌为主要合金元素的黄铜铜基合金的熔炼是黄铜，它分为普通黄铜和特种黄铜两种类型普通黄铜是由铜和锌组成的二元合金，主要用于压力加工。
在普通黄铜的基础上加入其他合金元素，如硅、铝、锰、铅、铁和镍，就成了特殊的黄铜。
铸造黄铜主要是特殊的黄铜。
1、合金成分和金属配料要求为铜合金化学成分，由于主要成分变化范围大，所以在配料计算过程中，应根据其性能要求，选择合适的配料合金的化学成分应符合GB1176-1987。
几种常用的黄铜熔炼配料的化学成分应符合表1，炉料应干燥干净。
应进行喷砂处理，以清除任何污垢和铁锈。
2，负担比根据一般的配料惯例，新的配料组成应占配料总重量的30%以上，而返料负担应在70%以下。
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加磷量 一般0.03~0.06%，多，磷和铸型中的水反应生成氢气， 易形成皮下气孔。（图15-4） 脱氧效果好，有残留，但不能多0.005-0.01% 磷铜合金脱氧分两次加入，纯铜、脱氧、合金元素、脱氧 可以清除其它杂质 Al2O3、SiO2等 黄铜、铝青铜、硅青铜不必脱氧操作。锌、铝、硅脱氧剂。
二、铜液的除气 1、氧化法除氢 只适用纯铜、锡青铜、铅青铜等 增氧方法：控制炉气氧化性 加入氧化性溶剂MnO2 MnO2-- MnO+O（高温） 2、沸腾法除氢 适用于黄铜 锌沸点低907℃。 3、惰性气体除氢，氯盐除氢，真空除氢，同前
第三节 铜铸件中气孔形成机理 氢气孔 无氧 需要高的氢气压 水气孔 有氧 低氢气亚即可，容易产生，因此，需要严格脱氧。 原因：外界气压，分压
二、精炼溶剂 去除不溶性氧化夹杂物Al2O3、SiO2、SnO2 等 。弱酸性，加碱形成低熔点复盐。 1、清除Al2O3 常用碱： Na2CO3、CaF2、Na3AlF6， 2、清除SiO2 常用碱： Na2CO3 3、清除SnO2 常用碱： Na2CO3、Na2B4O7、
第十五章 铸造铜合金的熔炼
1、严格控制合金的化学成分，准确配料 2、净化合金液，防止氧化吸气 3、高温熔炼，快速熔化，低温浇注
第一节 铜合金的氧化和脱氧
一、铜合金的氧化特性
1、Cu2O溶入铜液中，熔点低，吸氢，形成气孔。 2、Cu2O有很高的分解压力，铝、硅、锰易氧化，难清除 Cu2O+Al+Si—Al2O3+SiO2+Cu
2、锡青铜
1）传统工艺： 先加木炭加热干锅-加铜-化清1200℃-磷铜脱氧-加回 炉料、锡锌铅-磷铜脱氧-1200 ℃出炉-浇注。 2）新工艺： 底部加锌-再加纯铜回炉料-溶化-脱氧-加锡铅-出炉 特点：熔炼时间短，降低含气量，少加磷铜，减少 含磷量减少锌的剧烈氧化，减少白色ZnO烟雾，铜液质量 高。
二、铜合金的脱氧
1、脱氧原理 （图15-3） 2、脱氧方法 沉淀脱氧 例如：磷铜脱氧，铝、镁也可。不易清除 扩散脱氧 覆盖脱氧剂CaC2、Mg3B2等 沸腾脱氧（青木）产生CO
三、磷铜脱氧 P以磷铜中间合金加入
Cu2O+P---P2O5
Cu2O+P2O5 =2CuPO3 Cu2O+P---CuPO3密度小，上浮
第五节 铜合金液质量检测
自己看
第六节 铜合金熔炼工艺 一、铜合金熔炼一般原则
1、所有金属炉料必须清理干净， 2、快速熔炼、及时浇注 3、控制炉气为中性 4、加料次序重要， 5、熔炼温度与铜液质量密切相关，应严格控制 6、及时准确执行炉前质量检验
二、炉料管理及回炉料牌号判断 表15-6
第二节 铜液的吸气、除气
一、气体在铜液中的溶解（表15-1） 炉气：H2、O2、N2、H2O、CO、CO2、 SO2等。 1、O2、H2O氧化溶入， 2、H2、O2、 SO2溶入铜液，形成Cu2S溶入铜液 3、CO、还原， CO2氧化 铝、硅、锰等（上浮） 4、 N2、中性不容
固液含量变化
第四节 铜合金的溶剂
一、覆盖熔剂 1、木炭 作用：防氧化、脱氧、保温（含镍合金不行） 吸水汽，需要1000-1050℃焙烧 2、玻璃（ 900-1200℃） 作用：防氧化、保温 优缺点：化学性稳定，不吸水。 熔点高、粘度大，扒渣困难，能耗高 解决方法：加入碱性物质形成低熔点复合硅酸盐
三、铜合金熔炼工艺要点 1、纯铜 熔炼铸造难度大： 导电导热，高纯度。炉衬、坩埚、工具要求高， 不能用铁质， 熔点高 易氧化、吸氢， 焙烧木炭（800℃ 以上4小时，不许炉外放置） 收缩率大，易热裂。 工艺：木炭覆盖（800 ℃焙烧），弱氧化性炉 气，熔炼温度1180~1220 ℃，磷铜脱氧，锂终 脱氧。
3铝青铜
二次熔炼工艺：1、先熔制Al-Fe中间合金，2、熔铜 -加回炉料、中间合金（1200 ℃ ）-精炼（ZnCl2）-检验 -Na3AlF6 -清渣-出炉 一次熔炼工艺：加入低碳钢屑、纯铜-溶清（铜）加铝搅拌（铝热效应化钢）-加回炉料-检验-Na3AlF6清渣 -出炉。
4、黄铜
低温加锌，逐块加锌 。防止铜剧烈沸腾。 沸腾除气，不需精炼。