铸造铝合金熔炼原理53页PPT
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铝冶金与熔炼PPT课件
熔剂法：扩散法 原理：在液面上撒放熔剂：1）让熔剂吸 附Al2O3 ；2）破坏表面Al2O3的连 续 性，使[ H ] 。 • 熔剂种类：NaCl，KCl 和冰晶石 过滤 ，真空 加压： 氢气孔形成条件，Pa越大，氢气 孔越难形成。
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• 一点说明：精练[ H ] ，Al2O3排一即 可，只防出现H2 针孔。
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由上述反应可见： ➢ 铝土矿高压溶出的结果Al2O3进入溶液； ➢ 而SiO2、Fe2O3、TiO2 等杂质则留在残渣（赤泥）之中，借助于机械的方法即
可使残渣与溶液分开，从而达到把Al2O3与杂质分离的目的。
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铝土矿的溶出是将若干个预热器、压煮器 和自蒸发器依次串联成为一个压煮器组
一、铝的性质和用途
铝的物理性质和用途
物理性质
银白色，有金属光泽 质地较软，延展性好
密度小、熔沸点低
导热性能好 导电性能较好 熔点低、硬度大
用途
易加工成各种形状， 包装、装饰工艺， 铝箔、铝丝、银粉涂料
铝锅、铝壶等加热器具 铝芯电线、电缆
用途不一的各种铝合金
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二、炼铝原料和铝冶金特点
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（4）碳酸化分解：此工序是把CO2炉气通入铝酸钠溶液中，发生中和反应： 2NaOH＋CO2 Na2CO3+H2O NaAl(OH)4Al(OH)3 +NaOH 碳酸化分解后，采用过滤机将氢氧化铝与溶液分离。氢氧化铝经洗涤后送往煅 烧，煅烧过程与拜耳法一样，母液经蒸发后返回烧结配料。
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➢ Al2O3nH2O＋2NaOH2NaAlO2+nH2O ➢ SiO2＋2NaOH2Na2SiO3+H2O ➢ 2Na2SiO3+2NaAlO2+H2ONa2OAl2O32SiO22H2O+4NaOH ➢ Fe2O3 ➢ TiO2＋2Ca(OH)22CaOTiO22H2O ➢ CaCO3＋2NaOH2Na2CO3+Ca(OH)2 ➢ MgCO3＋2NaOH2Na2CO3+Mg(OH)2
【精品课件】铸造合金熔炼工艺及组织.pptx
浇注试样（3个） 浇注试样（3个）
分别观察铝液精炼与不精炼所获得试样液面的变化。
装料、熔化 Na 变质
浇注试样（3个）
(4) 性能检测
将上述三种试样加工成标准试样，进行硬度的测定， 通过硬度的变化，比较ZAlSi13合金精炼前后以及变
质前后性能的变化。
(5) 金相组织观察
将拉伸后的试样制成金相试样，观察去气精炼前后和 变质前后的组织变化情况。
组织变化的情况。
（五）、实验报告要求
1. 简述实验目的、实验内容和实验过程； 2. 阐述去气精炼的目的和原理以及铝硅合金的变质
机理； 3. 比较铸造铝硅合金去气精炼前后组织及性能的变
化并分析其变化规律； 4. 分析铝合金在不同的冷却速度（凝固条件）下组
织的变化规律及其对性能的影响。
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20. 7.820.7.8Wednesday, July 08, 2020
• 13、志不立，天下无可成之事。20.7.820.7.814:53:0514:53:05July 8, 2020
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of the other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
铝合金熔炼和净化PPT课件
1、化学成份合格，铝液成份均匀。 2、温度控制合适，气体及氧化夹杂物、熔渣
含量少。
3、变质和孕育良好。
氧化物和氢的来源及危害
来源统化：称夹液为杂态非物铝金和与属氢O夹来2 N杂自2 S物铝C及液等氧和元化氧素膜及发。水生其汽化中的学氧反反化应应膜。生（成A的L2O化3）合对物金及属混污入染的为其最它大夹。杂氧物
自发成核：只依靠液态金属本身在一定过冷度条件下形成晶核。
以外来固体质点的表面为基础的外延长大，实际生产条件下形核都是非自发形核，其要求过冷度远小于自发形核。
非自发成核:依附于固态质点表面而形成晶核的过程（在晶体结构上与结晶金属相近的杂质，称活性杂质如铝合金中的TiAL3;称活化了的
某些难溶杂质；
铝合金加热过程中表面氧化随温度升高而加剧，生成的AL2O3致密地覆盖在表面阻止继续氧化，但当温度超过900摄氏度时其致密成度
合、化分、溶解、扩散等过程：
氧化夹杂物和氢来自铝液和氧及水汽的反应。
由于β相中含铝极少，所以可用Si来表示。
2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
由于电磁搅拌缩短了整体温度均匀时间，降低了金属液面的温度，由于在搅拌时基本不破坏熔体表面氧化层，从而可减少熔体的氧化
损失。
05％，β相是铝溶于硅形成的固溶体。
合金中各种成份的特性及作用
• Si（硅）流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热。几 乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密 性。在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。增抗拉强度降低延伸 率。当含量在5％时有流动性，占6％时无热裂，占9％时无疏松，占 14％时变质不起作用。
量小于0.2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
铝硅系合金：为共晶成份。铸造性能良好。很小的结晶温度 间隔（硅凝固潜热很大为393卡/克，铝仅为94卡/克）和较大
含量少。
3、变质和孕育良好。
氧化物和氢的来源及危害
来源统化：称夹液为杂态非物铝金和与属氢O夹来2 N杂自2 S物铝C及液等氧和元化氧素膜及发。水生其汽化中的学氧反反化应应膜。生（成A的L2O化3）合对物金及属混污入染的为其最它大夹。杂氧物
自发成核：只依靠液态金属本身在一定过冷度条件下形成晶核。
以外来固体质点的表面为基础的外延长大，实际生产条件下形核都是非自发形核，其要求过冷度远小于自发形核。
非自发成核:依附于固态质点表面而形成晶核的过程（在晶体结构上与结晶金属相近的杂质，称活性杂质如铝合金中的TiAL3;称活化了的
某些难溶杂质；
铝合金加热过程中表面氧化随温度升高而加剧，生成的AL2O3致密地覆盖在表面阻止继续氧化，但当温度超过900摄氏度时其致密成度
合、化分、溶解、扩散等过程：
氧化夹杂物和氢来自铝液和氧及水汽的反应。
由于β相中含铝极少，所以可用Si来表示。
2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
由于电磁搅拌缩短了整体温度均匀时间，降低了金属液面的温度，由于在搅拌时基本不破坏熔体表面氧化层，从而可减少熔体的氧化
损失。
05％，β相是铝溶于硅形成的固溶体。
合金中各种成份的特性及作用
• Si（硅）流动性好，改善充型能力，在结晶过程中散发出大量热。几 乎不收缩，减少了合金收缩率减少缩孔、缩松及热裂倾向，提高气密 性。在变质后提高强度，有耐磨性和抗腐蚀性。增抗拉强度降低延伸 率。当含量在5％时有流动性，占6％时无热裂，占9％时无疏松，占 14％时变质不起作用。
量小于0.2％，抗拉性能高不形成大块的铁化合物。
铝硅系合金：为共晶成份。铸造性能良好。很小的结晶温度 间隔（硅凝固潜热很大为393卡/克，铝仅为94卡/克）和较大
1.2-铝冶金与熔炼PPT课件
生料配比（过饱和）：
C C C
(Na2O) C ( Al2O3 ) (CaO) 2
(
F
e2O3
)
1
C(SiO2 )
烧结后主要产物：铝酸钠、铁酸钠、硅- 酸钙组成的块状多孔熟料与含尘2炉8 气。
（2）熟料溶出 熟料经破碎后用稀碱溶液进行溶出，溶出过程的主要反应为
Na2O·Al2O3 + 4H2O→ 2NaAl(OH)4 （溶解） Na2O·Fe2O3 + 2H2O → Fe2O3·H2O↓+ 2NaOH SiO2 + 2CaO → 2CaO·SiO2
① 氧化铝
Al2O3·nH2O + 2NaOH → 2NaAlO2 + nH2O
② 二氧化硅 SiO2 + 2NaOH → Na2SiO3 + H2O
2Na2SiO3 + 2NaAlO2 + 4H2O → Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓ + 4NaOH
反应结果，矿石中的SiO2以Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O的形式进入赤泥，同 时造成NaOH和Al2O3的损失，这种损失与矿石中的SiO2含量成正比。
γ-Al2O3 （尖晶石型立方晶系）在900℃开始转变为α-Al2O3 （六方晶系），但须在1200℃维持足够长的时间，γ-Al2O3才能 转变为适合电解的α-Al2O3。
-
23
（4）母液的蒸发与苛化
① 母液的蒸发 在生产过程中，赤泥洗涤和氢氧化钠洗涤及蒸汽直接加热产
生的冷凝水导致循环母液浓度下降，不符合生产要求。为排除 水分，保证母液的浓度，通过蒸发来平衡水量。
-
22
（3）氢氧化铝的煅烧 煅烧使氢氧化铝完全脱水，得到氧化铝。目前，大多数氧化
铝合金熔炼及铸轧基础知识课件
三、铝合金的熔炼
3.1
演讲完毕
1 A SL 3
0
即：临界形核功ΔG*的大小为临界晶核表面能 的三分之一， 它是均质形核所必须克服的能量障 碍。形核功其中一部分由熔体中的“能量起伏” 提供，但不能保证形核。因此，必须在过冷条件 下克服这部分能量，才能克服能量障碍。因此， 均质形核的过程在过冷条件下借助 “能量起伏” 形成新相晶核的过程。
Tm及Δ Hm对一特定金属或合金为定值，所以过冷度 Δ T是影响相变驱动力的决定因素。过冷度Δ T 越 大，凝固相变驱动力Δ GV 越大。
2.形核类型 均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点
而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核”
（实际生产中均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条
临界晶核的表面能为：
A SL 4 ( r ) 2 SL 3 VS Tm 16 SL H T m
2
2
形核功为： G 所以：
VS Tm 16 3 SL 3 H T m
G
件下，每1cm3的液相中也有约106个边长为103个原子的立方体
的微小杂质颗粒）。
异质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行
生核过程，亦称“非均质形核”或“非自发形核”。
2-1均质形核
G V GV A SL
4 G r 3GV 4r 2 SL 3
图3.4 液相中形成球形晶胚时自由能变化
2-2 异质形核
合金液体中存在的大量高熔点微小固相杂质，可作为非均 质形核的基底。晶核依附于夹杂物的界面上形成。这不需要形 成类似于球体的晶核，只需在界面上形成一定体积的球冠便可 成核。非均质形核过冷度Δ T**比均质形核临界过冷度Δ T*小 得多时就大量成核。
有色金属熔炼与铸锭 ppt课件
1.熔体温度
2.金属及合金元素
3.炉膛压力
4.其他因素
夹渣和除渣精练
1.非金属夹渣物的种类和来源
氧化物、氮化物、硫化物、硅酸盐等非金属化合物在金属 中都以独立相存在—统称为非金属夹杂物。（简称夹杂或夹 渣）
▲按化学成分可分为：氧化物、复杂氧化物、氮化物、硫 化 物、氯化物、氟化物、硅酸盐、碳化物、氢化物、磷 化物等；
（1）脱氧剂与氧的亲和力应明显地大于基体金属与氧的亲和力
（2）脱氧剂在金属中的残留量应不损害金属性能
(3）脱氧剂要有适当的熔点和比重
(4）脱氧产物应不溶于金属熔体中，易于凝聚、上浮而被除去
(5）脱氧剂不稀贵，且无毒
2.脱氧方法及特点：
沉淀脱氧：5[Cu2O]+2[P]=P2O3+10[Cu] 扩散脱氧：脱氧剂加在金属熔体表面或炉渣中，脱氧反应 仅在炉渣-金属熔体界面上进行（溶于金属中的氧会不断地 按分配定律向界面扩散而脱氧
影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法
影响金属氧化烧损的因素：
一、金属及氧化物的性质
纯金属氧化烧损取决于金属与氧的亲和力和金属表面氧 化膜的性质 Mg、Li与氧亲和力大，而且a<1，氧化烧损大 Al、Be 与氧亲和力大，但a>1，氧化烧损小 Au、Ag、Pt与氧亲和力小，a>1，故很难氧化
例外情况：a>1，但线膨胀系数与基体金属不相适应则 易产生分层，断裂而脱落—显然也属于易氧化烧损金属
1.氧由气相通过边界层向氧-氧化膜界面扩散（即外扩散）
VD=DA/δ *(C0O2-CO2)
D—氧在边界层中的扩散系数，A、δ—边界层面积和 厚度
C0O2、CO2—边界层外和相界面上氧的浓度
图1-2
有色金属熔炼和铸造PPT讲稿
当前你正在浏览到的事第十三页PPTT，共七十七页。
图中处在越下部的金属与氧的结合能力越强，由此产生 金属冶炼中的金属热还原法。
Me MO MeO M
Me 为还原剂， M为O 金属氧化物，作氧化剂。
例如： 4 Al 3TiO2 3Ti 2Al2O3
当前你正在浏览到的事第十四页PPTT，共七十七页。
氧化动力学机制
2.氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散（即内扩散）
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度
C´O2—反应界面上的浓度
当前你正在浏览到的事第二十九页PPTT，共七十七页。
氧化动力学机制
内扩散
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
金属氧化机理示意图
当前你正在浏览到的事第三十页PPTT，共七十七页。
当前你正在浏览到的事第十八页PPTT，共七十七页。
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氧化热力学条件及判据
当前你正在浏览到的事第二十页PPTT，共七十七页。
• 由式(1．11)可以看出，气相氧的分压P02高，
组元含量[i%]多及活度系数大，则氧化反应 趋势大。因此，在实际熔炼条件下，元素的氧 化反应不仅与ΔG有关，而且反应物的活度 和分压也起很大作用。改变反应物或生成物 的活度与炉气中反应物的分压，可影响氧化 反应进行的顺序、趋势和限度，甚至改变反 应进行的方向。
(1)
分解压与温度的关系可以由ΔG-T关系导出。由ΔG=A+BT
及公式（1-2）可得：
RT ln pO2 =A BT
A<0
A BT A
图中处在越下部的金属与氧的结合能力越强，由此产生 金属冶炼中的金属热还原法。
Me MO MeO M
Me 为还原剂， M为O 金属氧化物，作氧化剂。
例如： 4 Al 3TiO2 3Ti 2Al2O3
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氧化动力学机制
2.氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散（即内扩散）
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度
C´O2—反应界面上的浓度
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氧化动力学机制
内扩散
vD
DA
(CO
2
CO' 2 )
金属氧化机理示意图
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氧化热力学条件及判据
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• 由式(1．11)可以看出，气相氧的分压P02高，
组元含量[i%]多及活度系数大，则氧化反应 趋势大。因此，在实际熔炼条件下，元素的氧 化反应不仅与ΔG有关，而且反应物的活度 和分压也起很大作用。改变反应物或生成物 的活度与炉气中反应物的分压，可影响氧化 反应进行的顺序、趋势和限度，甚至改变反 应进行的方向。
(1)
分解压与温度的关系可以由ΔG-T关系导出。由ΔG=A+BT
及公式（1-2）可得：
RT ln pO2 =A BT
A<0
A BT A
有色金属熔炼与铸锭 ppt课件
当a>1时，氧化膜致密、连续，有保护性 当a<1时，氧化膜疏松多孔，无保护性
二、金属氧化的动力学方程
平面金属的氧化速度可用氧化膜厚度随时间的变化来表示：
1.温度、面积一定，内扩散速度： (dx/dt)=D/x * (CO2-C´O2)
2.结晶化学反应速度： (dx/dt)=K CO2
两阶段速度相等可求得：1/D*x*dx+1/K*dx= CO2*dt t为时间
二、熔炼温度 温度升高，氧化速度加快 如，4000C以下，氧化铝膜强度高，线膨胀系数与铝接近，膜保护良好 （抛物线规律），但高于5000C则按直线氧化规律，7500C时易于断裂
三、炉气性质 存在诸如O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHm、SO2、N2等气体 体系对金属是 氧化性还是还原性或中性应视具体情况而定 金属的亲和力大于C、H与氧的亲和力则含有CO2、CO或H2O的炉气就会 使其氧化
影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法
影响金属氧化烧损的因素：
一、金属及氧化物的性质
纯金属氧化烧损取决于金属与氧的亲和力和金属表面氧 化膜的性质 Mg、Li与氧亲和力大，而且a<1，氧化烧损大 Al、Be 与氧亲和力大，但a>1，氧化烧损小 Au、Ag、Pt与氧亲和力小，a>1，故很难氧化
例外情况：a>1，但线膨胀系数与基体金属不相适应则 易产生分层，断裂而脱落—显然也属于易氧化烧损金属
铸锭的凝固传热： 1）金属性质 2）锭模和涂料性质 3）浇注工艺（浇注温度、浇注速度、冷却强度）
●绝热模（如砂模）中 铸锭凝固时的温度分布：
●铸锭凝固以凝壳热阻为主时（如水冷模）的温度分布
●铸锭凝固以界面热阻为主时（如水冷模）的温度分布
影响凝固传热的因素:
二、金属氧化的动力学方程
平面金属的氧化速度可用氧化膜厚度随时间的变化来表示：
1.温度、面积一定，内扩散速度： (dx/dt)=D/x * (CO2-C´O2)
2.结晶化学反应速度： (dx/dt)=K CO2
两阶段速度相等可求得：1/D*x*dx+1/K*dx= CO2*dt t为时间
二、熔炼温度 温度升高，氧化速度加快 如，4000C以下，氧化铝膜强度高，线膨胀系数与铝接近，膜保护良好 （抛物线规律），但高于5000C则按直线氧化规律，7500C时易于断裂
三、炉气性质 存在诸如O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHm、SO2、N2等气体 体系对金属是 氧化性还是还原性或中性应视具体情况而定 金属的亲和力大于C、H与氧的亲和力则含有CO2、CO或H2O的炉气就会 使其氧化
影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法
影响金属氧化烧损的因素：
一、金属及氧化物的性质
纯金属氧化烧损取决于金属与氧的亲和力和金属表面氧 化膜的性质 Mg、Li与氧亲和力大，而且a<1，氧化烧损大 Al、Be 与氧亲和力大，但a>1，氧化烧损小 Au、Ag、Pt与氧亲和力小，a>1，故很难氧化
例外情况：a>1，但线膨胀系数与基体金属不相适应则 易产生分层，断裂而脱落—显然也属于易氧化烧损金属
铸锭的凝固传热： 1）金属性质 2）锭模和涂料性质 3）浇注工艺（浇注温度、浇注速度、冷却强度）
●绝热模（如砂模）中 铸锭凝固时的温度分布：
●铸锭凝固以凝壳热阻为主时（如水冷模）的温度分布
●铸锭凝固以界面热阻为主时（如水冷模）的温度分布
影响凝固传热的因素: