铝合金熔炼注意事项笔记修订稿

铝合金熔炼注意事项笔记WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-铝合金熔炼注意事项1.微量的（10ppm）磷P就会使9%的亚共晶铝合金出现初晶硅，使共晶硅出现粗大的板片，故此需要严格控制结晶硅的含磷量；2.SI硅含量的提高会使结晶温度区间变小（亚共晶时）、共晶体增加、流动性提高，线收缩率降低、热烈倾向小、密度变小、电导率变小、腐蚀量变小、磨损量变小；在含Si%16~18%时流动性达到峰值；3.α（AL）相是Si溶于AL的固溶体，β相是AL溶于Si的固溶体、但是因为AL几乎不溶于Si、故此可将其视为纯Si，(α+β)称为共晶体；如果是亚共晶时析出的Si称为共晶si、而共晶、过共晶时先析出的Si称为初晶Si（共晶时仅析出（α+β）、过共晶时会首先析出β相）；4.ZL114A为亚共晶合金、含有α（AL）相和（α+β）相；5.细化共晶硅的变质处理不能细化初晶硅；6.为了兼顾合金的各种性能、铝合金的含硅一般为7%~12%；7.加入钠元素或锶元素后、随共晶硅形貌发生剧变、伸长率大幅提高；8.加入锶元素、锑元素后共晶反应时间明显延长、说明锶元素、锑元素均有阻碍共晶形核、生长的作用，反应在曲线上就是共晶平台温度下降、时间延长；9.当钠含量超过一定数量后、大大抑制了共晶硅的析出、生长，液相温度继续降低，以后发生三元共晶转变：L –α（AL）+ Si + (NA、AL)Si2，共晶平台温度降低5~10℃，实际上钠盐降低共晶平台温度是过变质的结果、也可以说是过变质才有的特征。

而锶变质不会产生过变质现象，因此共晶平台下降不大为5~7℃；10.稀土变质与凝固速度有关、是一种对冷速敏感的变质剂，要获得良好的贬值效果要创造出快冷条件；11.AL-Si共晶合金、过共晶合金中同时加入稀土和磷，能同时细化初晶si和共晶si，称为双重变质；12.Al-si-mg合金固溶处理时、Mg2SI固溶入α（al）中、人工时效后呈弥散相析出、强化合金、力学性能大幅提高；13.AL-si-mg三元共晶点温度为559℃、理论固溶温度接近550℃左右、考虑炉温不均匀及仪表误差、国标中将固溶处理温度定为535℃±5℃；14.ZL101：si6~8%、%~%、其余为AL，铸态组织由树枝状α（AL）固溶体、共晶体（α+β）组成、晶界上有微量的Mg2SI成针状，固溶处理时Mg2si融入α（AL）中、人工时效后沉淀析出；15.ZL101可通过调整mg的上限、下限或采用不同的热处理规范来调节合金强度塑形指标；16.温度升高时，Mg2si开始聚集、容易成块，力学性能下降、故其工作温度不宜超过150℃；17.ZL104硅量较高同时加入锰、使得其力学性能高于zl101、Mn的除了起固溶强化作用外、还可以改变针状富铁相的形状、形成骨架状的AlFeMnSi相、改善塑形。

但相对于Fe含量低于%的高纯合金、本来不出现βsi相、此时加入Mn反而生成（Fe、Mn）AL6，降低塑形。

18.Mg在AL-Si合金中最大溶解度为7%、将Mg含量提高到~%、同时加入细化剂%~%，铁杂质控制在%以下，固溶温度提高到540~545℃，经过人工时效170℃左右、其力学性能、尤其是抗拉强度大幅提高，抗拉达310~330MPa、屈服达230~250MPa；19.铁在Al-Si中以β（AL9Fe2Si2）形式出现、即脆又硬、呈粗大片状、冷速越小、组织越粗大、削弱铝基体、使合金变脆，破坏铝铸件表面氧化膜的连续性、使耐腐蚀性降低；20.杂质铁的来源为炉料、坩埚及熔炼工具。

21.防止渗铁的有效途径：控制炉料中含铁量、；用较高级的铝锭、在干过、工具上涂覆涂料、避免铝液长期在铁质坩埚中保温、跑温；22.为消除βsi的有害作用、可在合金中加入锰、铬、钴、钼等元素、形成骨架或块状复杂化合物a)可按Mn/Fe=~的比例加入锰、形成块状AlFeMnSi相，从而削弱Fe的有害作用b)加入%~%，βsi转化为电装的Al5BeFeSi、可消除脆性、但铍价贵、其蒸汽有毒、要慎用c)含铁量超过%的回炉料一般作废铝处理23.砂型铸造时、杂质铁应控制在%以下、可随着过冷速度的提高适当放宽、压铸时、冷速极高、为提高脱模性、铁过低反而不利、可提高到%；24.磷会使亚共晶Al-Si合金出现初晶Si，影响合金组织力学性能；25.磷与残存的钠反应、使变质失效；26.磷在α（Al）、βsi中分配系数极小、富集在βsi表面、封锁了小角度分枝的台阶、抑制了其生长、使βsi技能沿大角度分枝生长、从而引起组织粗大。

27.镁原子半径比铝大13%，固溶处理后、镁融入α(Al)中、α（Al）的点阵发生很大扭曲、力学性能大大提高；28.晶粒越细、枝晶间距越小、屈服强度越高。

29.细晶粒有助于改善补缩、消除缩松、缩孔、防止冷隔，细化有害杂质相等；细化处理是AL-CU、AL-Mg、Al-Zn合金的常用强化手段；30.含钛的铝熔体中加入微量硼、细化作用提高数倍，因其在同样过冷度下能增加钛在铝熔体中的过饱和度、析出更多TiAl3粒子；（假说）31.加入微量硼可延缓Ti的衰退；32.加入钛、硼的熔体中如含有或加入锆、铬、锰等元素，将减弱甚至失去细化效果，谓之“中毒”。

33.不同形状的TiAl3的形成条件及细化作用:a)小平面块状：低温速冷时形成、细化效果好、作用快，但易溶解、衰退较快，适用于型材厂做成线盘条细化剂、直接加在熔炉的溜槽中使用；b)片状：高温、缓冷时形成，细化作用弱、但衰退较慢；c)花瓣状：高温快速冷却时形成:细化效果不如块状、作用慢、但衰退也慢，适用于铸造厂，直接加入溶炉中进行细化处理；34.当合金元素含量相同时、合金元素的体收缩率越大、铸件中的缩孔、缩松的体积也越大。

35.当合金元素含量向同时、它们的线膨胀系数越大、则合金的线膨胀系数越大、线收缩率也相应地大、铸造件越容易产生裂纹、变形、挠曲等缺陷；36.浇铸前的夹杂称为一次夹杂、浇铸过程中的夹杂称为二次夹杂，二次夹杂分为两类、第一类是分布不均匀的大块夹杂物、危害性很大、使基体不连续、是因其渗漏或成为腐蚀的根源，第二类夹杂成弥散状、在低倍显微组织中不易发现、铸件凝固时称为旗袍的形核基底、生成针孔，这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。

37.在所有的炉气中、只有氢能大量的溶解于滤液中、在铝合金中的气体中，氢占85%以上，故此一般称的铝合金“含气量”即是“含氢量”；38.溶于铝液中的氢气有自铝液内部向大气中扩散逸出的倾向，实际铝液中的氢和氧化夹杂主要源于铝液与炉气中的水汽反应。

39.分子态的氢并不能直接溶入铝液中、只有离解成原子态的氢才能溶入铝液中、这可以从纯净的氢气氛中熔炼铝液、铸件中并不出现针孔的实验中得到证明；40.铝锭与大气中的水汽接触会产生AL(OH)3（s），其长在铝锭表面、组织疏松、对铝合金没有保护作用、俗称铝锈；铝锭不宜储存潮湿的库房或露天堆放，对于已生铝锈的铝锭、投入熔炉前要彻底清除铝锈、否则无论熔炼工艺多严格也、也不容易获得高质量的铝液；41.一切进入熔池的炉料、工具、溶剂等都必须按规定预热、除去表面吸附的水汽，含有结晶水的溶剂必须预熔脱水、炉称要烘干、砂型的水分也应严格控制、以防发生铸型反应、造成废品；42.油污都是由复杂结构的碳氢化合物组成、会与铝液发生反应生成氢、故此要严禁用沾有油污的炉料直接投入熔池中、事先必须进行碱洗处理，清除油污；43.在铝的熔点温度、从液态转变为固态时、氢的溶解度剧烈下降、在铝液中的溶解度达(100g)、在固态中只有（100g），二者相差（100g），相当于%的铝液体积。

44.吕中溶入1ppm的氢、等于%的铝液质量、轻的密度为9*10-5g/cm3、则占有%的铝液体积、相当于（100g）；45.当温度达到沸点、即2057℃时，氢的溶解度趋于零、但一般熔炼条件在700~760℃下、铝液的蒸汽压低于、因此其蒸汽压可忽略不计；46.滤液吸氢可分解为以下几个步骤：a)氢分子撞击到滤液表面b)氢分子在铝液表面离解为氢原子c)氢原子吸附于滤液表面d)氢原子通过扩散溶入铝液中第四步是整个过程的限制环节、它决定吸氢的速度47.氢分压和铝液温度越高、扩散热越小、扩散系数越大、则氢的溶解速度越大；48.铝液中的合金元素、氧化夹杂物对氢的扩散系数有很大影响、通常降低氢的扩散速度；49.a)室温下生成的表面氧化膜由少量结晶型态的γ-AL2O3和非晶态的AL2O3混合物组成，随着温度的上升、非晶态的AL2O3逐渐转化为η-AL2O3和γ-AL2O3、到铝熔点附近温度氧化膜厚度达到、有较高强度，在滤液表面形成一层之谜的氧化膜，隔绝了炉气和铝液的直接接触、阻滞了滤液的氧化和吸气、对铝液起保护作用。

故除了AL-Mg合金外、铝合金可直接在大气中熔炼，不必加覆盖剂，随着静置时间的延长、η-AL2O3全部转化为γ-AL2O3；b)氧化膜只有和铝液接触的一面是致密的、和炉气接触的一面是粗糙的、疏松的、存在着大量的小孔、小孔会吸附水汽和氢，甚至将γ-AL2O3焙烧到890~900℃仍能吸附少量水汽、只有高到900℃以上γ-AL2O3完全转化为α-AL2O3才能完全地脱水，熔炼时搅动滤液、划破连续均匀地覆盖在滤液表面的氧化膜并卷入铝液中、滤液便和氧化膜小孔中的水汽反应，使铝液进一步氧化、生成氧化夹杂、吸入氢气；c)γ-AL2O3、η-AL2O3在600~700℃范围内、吸附水汽和氢的能力最强，因此铝液中的氢有两种形式：溶解氢（90%）和吸附在氧化夹杂缝隙中的氢；通常铝液中氧化夹杂多、则含氢量也多、熔池深处氧化夹杂浓度较高、含氢量也较高；含氢量和AL2O3含量成正比、即渣多气多、渣多难除气，夹杂多、针孔率也随之增加；但AL2O3量低于%后、滤液不在生成气泡、形成针孔，因此要遵循“除渣为主、除气为辅的原则”“除渣是除气的基础”；50.合金元素对铝液氢溶解度的影响：含镁量越高、氢的溶解度越高；反之、硅、铜的含量越高、氢的溶解度越低；51.常用合金元素氧化次序如下：Na、Be、Mg、Al、Ce、Ti、Si、Mn、Zn、Cr、Fe、Ni、Cu，Al以后的元素等在滤液中不失表面活性元素、密度又较大、不富集在铝液表面、被炉气氧化后和AL2O3组成晶尖石型复杂氧化物γ(M e代表Zn、Si等铝后面的元素),这种氧化物仍具有γ-AL2O3的晶格，组织致密、对铝液同样有保护作用；在AL之前的元素在铝液中是表面活性元素、密度又比铝小、富集在铝液表面、优先被炉气氧化，铝液中的Mg含量高于%时、表面氧化膜全部由MgO组成、组织疏松，对铝液不起保护作用，故此需要覆盖剂下熔炼；52.熔炼AL-Mg合金时、BeO填补了疏松组织中的空隙、使这层复合氧化膜的η>1，对铝液能起保护作用，此外BeO的电阻很大、能阻止电子交换过程，防止镁原子透过表面氧化膜和炉气接触，被进一步氧化、是一种非常有效的防氧化剂；53.加入硫、和镁反应生成MgS、也能成为氧化膜的填充剂、提高氧化膜的保护性；54.在大气中熔炼铝合金、铝液不断被氧化、熔炼时间越长、生成的氧化夹杂越多、吸气也越严重。