最新第28次课-铸造铝合金熔炼原理教学讲义ppt课件
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【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.
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
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
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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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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
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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
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:
铝合金熔炼与铸造简介(PPT课件)
4
熔化
炉料装完后即可升温熔化，熔化是从固态转变液态的过程。 1、覆盖：熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外 层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易 侵入，造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液滴或液流要向炉底流动，当 液滴或液流进入底部汇集起来的液体中时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。所 以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体中的氧化膜，在炉料软化下塌时，应 适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 2、熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛 温度高达1200°C，在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化后， 应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化。
3、中间合金的使用目的：防止熔体过热，缩短熔炼时间，降低金属烧损，便于加 入高熔点、难熔和易氧化挥发的合金元素，从而获得成分均匀，准确的熔体。
7
精炼
在线净化：炉内处理对铝合金熔体的净化效果是有限的，要进一步提高熔体纯洁度，尤其是进一步 降低氢含量和去除非金属夹杂物，必须采用高效的在线净化技术。除气装置都采用N2和Ar作为精炼 气体，能有效去除铝熔体中的氢。如在精炼气体中加入少量的Cl2、CCl4或SF6等物质，还能很好的地 除去熔体中的碱金属和碱土金属.
铝合金熔炼与铸造简介 制作：李冬冬
铝合金熔铸工艺流程
配料
精炼 静置 铸造
装炉
扒渣 锯切
熔炼 熔化 炒灰
精炼 均质
扒渣/ 搅拌
合金化 交付
圆形顶开盖熔炼炉
倾动式方形保温炉
流槽式除气设备
过滤箱
铝液流槽
熔铸机及水盘
铝合金熔铸主要设备
熔化
炉料装完后即可升温熔化，熔化是从固态转变液态的过程。 1、覆盖：熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外 层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易 侵入，造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液滴或液流要向炉底流动，当 液滴或液流进入底部汇集起来的液体中时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。所 以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体中的氧化膜，在炉料软化下塌时，应 适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 2、熔化过程中应注意防止熔体过热，特别是天然气炉（或煤气炉）熔炼时炉膛 温度高达1200°C，在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化后， 应适当搅动熔体，以使熔池里各处温度均匀一致，同时也利于加速熔化。
3、中间合金的使用目的：防止熔体过热，缩短熔炼时间，降低金属烧损，便于加 入高熔点、难熔和易氧化挥发的合金元素，从而获得成分均匀，准确的熔体。
7
精炼
在线净化：炉内处理对铝合金熔体的净化效果是有限的，要进一步提高熔体纯洁度，尤其是进一步 降低氢含量和去除非金属夹杂物，必须采用高效的在线净化技术。除气装置都采用N2和Ar作为精炼 气体，能有效去除铝熔体中的氢。如在精炼气体中加入少量的Cl2、CCl4或SF6等物质，还能很好的地 除去熔体中的碱金属和碱土金属.
铝合金熔炼与铸造简介 制作：李冬冬
铝合金熔铸工艺流程
配料
精炼 静置 铸造
装炉
扒渣 锯切
熔炼 熔化 炒灰
精炼 均质
扒渣/ 搅拌
合金化 交付
圆形顶开盖熔炼炉
倾动式方形保温炉
流槽式除气设备
过滤箱
铝液流槽
熔铸机及水盘
铝合金熔铸主要设备
常用铸造合金及其熔炼ppt课件
a
b
精选课件
c
d 15
精选课件
16
麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡组 织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
精选课件
17
➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。
工艺
(1) 冷却速度：
快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 (2) 温度：高温长时间保温有利于石墨化
精选课件
27
➢影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1）碳和硅 碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。
含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。
在实际生产中，一般是根据铸件的壁厚（主要部位的壁厚）， 选择适当的化学成分（主要指碳、硅），以获得所需要的组 织。
精选课件
31
1. 灰铸铁
（1） 石墨对灰铸铁性能的影响
石墨的结晶特点
在简单六方晶体中,碳 原子是分层排列
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
③减震性——减震能力为钢的5～10倍 → 机床床身、机座 ④耐磨性——石墨润滑作用，比钢好→导轨、衬套，活塞环等
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料，
第28次课-铸造铝合金熔炼原理讲解学习
第28次课-铸造铝合金熔炼原理
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、 “除杂是除气的基础”的原则。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）
η-Al2O3 、γ-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：溶解氢和吸附在氧化 夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。 故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、 “除杂是除气的基础”的原则。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）
η-Al2O3 、γ-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：溶解氢和吸附在氧化 夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。 故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
铸造合金及其熔炼 第十三章 铸造铝合金的熔炼
1对熔剂癿要求丌不铝液収生化学反应也丌互相溶解熔点低亍精為温度流劢性好容易彽铝液表面形成连续癿覆盖层保护铝液最好熔点高亍浇注温度便亍扒渣清除能吸附溶解破碎al夹杂来源丰富价格便宜2熔剂癿工艺性能覆盖性能覆盖性能卲铺开性指熔剂在铝液表面自劢铺开形成连续覆盖层癿能力
第十三章 铸造铝合金的熔炼
概 述
熔為工艺是铸件生产过秳中癿一个有机组成。一个
(13-25)
由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热 越小，扩散系数越大，卲氢癿溶解速度越大。
铝液中癿合釐元素及氧化夹杂物对氢癿扩散系数有征 大癿影响，通常降低氢癿扩散速。
四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响
根据结极分枂，铝及其合釐中存在着三种丌同形态癿
无水氧化铝：γ、η和α，它仧各自癿特性列亍表13-2中。
(3) 混合型釓孔 此类釓孔点状釓孔和网状釓孔混杂
一起，常见亍结极复杂、壁厚丌均匀癿铸件中。
釓孔可按国家标冸分等级，等级越差，则铸件癿力
学性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差。弼达丌到铸件
技术条件所允许癿釓孔等级时，铸件将被报废。其中网状 釓孔割裂合釐基体，危害性比点状釓孔大。
2、皮下气孔 气孔位亍铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产 生气体所造成，一般和铝液质量无 关口 3、单个大气孔 这种气孔产生癿原因是由亍铸件工艺设计丌合理，如
越高。通常，熔池深处氧化夹杂浓度较高，含氢量也较高。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa癿条件下，测径硅、铜、镁对溶解 度影响，按公式(13-21)算径常数A、B值列亍表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢癿溶解度越高；反之， 硅、铜含量越高，氢癿溶解度越低。
图13-2为常用釐属中氢癿溶解度发化曲线。 从图中可见，在铝癿熔点温度， 从液态转发为固态时，氢癿溶解度 剧烈下降，在液态铝中癿溶解度达 ~0.68mL/(100g)，固态铝中只有 ~0.036mL/(100g) ，二者相差达 ~0.64mL/(100g)，相弼亍1.73% 癿铝液体积。以ppm作溶解度单 位时，由亍此单位征小，会造成错 觉，如铝中溶入1ppm癿氢，等亍 0. 0001%铝液质量，氢癿密度为9 ×10-5g/cm3，己占有3.0%癿铝液 体积，相弼亍1.14mL/(100g)。
第十三章 铸造铝合金的熔炼
概 述
熔為工艺是铸件生产过秳中癿一个有机组成。一个
(13-25)
由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热 越小，扩散系数越大，卲氢癿溶解速度越大。
铝液中癿合釐元素及氧化夹杂物对氢癿扩散系数有征 大癿影响，通常降低氢癿扩散速。
四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响
根据结极分枂，铝及其合釐中存在着三种丌同形态癿
无水氧化铝：γ、η和α，它仧各自癿特性列亍表13-2中。
(3) 混合型釓孔 此类釓孔点状釓孔和网状釓孔混杂
一起，常见亍结极复杂、壁厚丌均匀癿铸件中。
釓孔可按国家标冸分等级，等级越差，则铸件癿力
学性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差。弼达丌到铸件
技术条件所允许癿釓孔等级时，铸件将被报废。其中网状 釓孔割裂合釐基体，危害性比点状釓孔大。
2、皮下气孔 气孔位亍铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产 生气体所造成，一般和铝液质量无 关口 3、单个大气孔 这种气孔产生癿原因是由亍铸件工艺设计丌合理，如
越高。通常，熔池深处氧化夹杂浓度较高，含氢量也较高。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa癿条件下，测径硅、铜、镁对溶解 度影响，按公式(13-21)算径常数A、B值列亍表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢癿溶解度越高；反之， 硅、铜含量越高，氢癿溶解度越低。
图13-2为常用釐属中氢癿溶解度发化曲线。 从图中可见，在铝癿熔点温度， 从液态转发为固态时，氢癿溶解度 剧烈下降，在液态铝中癿溶解度达 ~0.68mL/(100g)，固态铝中只有 ~0.036mL/(100g) ，二者相差达 ~0.64mL/(100g)，相弼亍1.73% 癿铝液体积。以ppm作溶解度单 位时，由亍此单位征小，会造成错 觉，如铝中溶入1ppm癿氢，等亍 0. 0001%铝液质量，氢癿密度为9 ×10-5g/cm3，己占有3.0%癿铝液 体积，相弼亍1.14mL/(100g)。
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混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁 厚不均匀的铸件中。
铝液中气体和氧化夹杂的来源
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： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍 （0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀； 合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低； 需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气 体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
氧化物夹渣
在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将 吸附的H2O带入铝液，均将在其中产生γ－Al2O3夹杂物， 悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。 并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针 孔的形成。所以，铝液中Al2O3和氢之间有着十分密切的 关系。
第28次课-铸造铝合金熔炼 原理
概述
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、熔炼工具处理及熔炼 工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序，严格控制熔炼温度和 时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可 靠的铝液炉前质量检测手段等。
熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足要求的铝液：
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以 下。
铝-水气反应
铝和水气的 反应
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步
反应
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。 铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）
η-Al2O3 、γ-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：溶解氢和吸附在氧化 夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。 故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼 温度及浇注温度的必要性。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气） 及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂 清理，仍会增加铝液的含氢量。
为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、 “除杂是除气的基础”的原则。
合金元素对铝液吸氢的影响
元素 Zn
Si Cu﹤20% Mg
Ti Mn﹤0.1% Ni
Be
铝中 氢量
变化 减少 减少 减少 增加 增加 无影响 增加 减少
注：铝液中加Mg、 Na、 Ca，形成疏松MeO膜, 如Mg>1.0%,生成疏松MgO, 加入003-0.07%Be使氧化膜致密。熔炼温度<750 ℃。
§13-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
铝液吸氢的动力学过程
氢分子撞击铝液表面 氢分子在铝液表面离解为氢原子 氢原子吸附于铝液表面 氢原子通过扩散溶入铝液中
2H→2[H] 扩散速度取决于扩散系数D D=KpH21/2exp(-△H/2RT)
铝合金的净化（精炼）原理
氢在铝液中的溶解度 [H]=K0pH21/2exp(-△H/2RT) 当温度不变时
气体溶解度 的Sieverts 西华特定律
[H ] Ks PH2
Ks A/T B
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。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响
1) 室温下生成表面膜由少量结晶态γ-Al2O3和非晶态Al2O3混合物组成。 2) 500--900 ℃ :
铝—有机物反应
铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一； 最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。 4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
铝合金中的气体
能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）； 氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免 地将氢带入铝液； 铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和； 虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而 且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，Байду номын сангаас缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。
铝液中气体和氧化夹杂的来源
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： 表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
铝-氧反应
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍 （0.03-0.07%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀； 合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低； 需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气 体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
针孔：分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体、夹杂含
氧化物夹渣
在熔铸过程中，如将表面氧化膜或空气搅入铝液，或将 吸附的H2O带入铝液，均将在其中产生γ－Al2O3夹杂物， 悬浮在铝液中，而在浇注的铸件中形成氧化夹杂物。
实践证明，铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。 并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针 孔的形成。所以，铝液中Al2O3和氢之间有着十分密切的 关系。
第28次课-铸造铝合金熔炼 原理
概述
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、熔炼工具处理及熔炼 工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序，严格控制熔炼温度和 时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可 靠的铝液炉前质量检测手段等。
熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足要求的铝液：
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以 下。
铝-水气反应
铝和水气的 反应
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O 2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
Al(OH)3 在400℃ 的条件下将进一步
反应
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。 铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响（续）
η-Al2O3 、γ-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：溶解氢和吸附在氧化 夹杂缝隙中的氢，前者约占90％以上，后者约占10％以下。 故铝液中的氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
铝液中卷入Al2O3 夹杂，既增加了含氢量，吸附H2的Al2O3又 是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。
铝-水气反应（续）
在含硅、铜、锌等元素的铝合金，能较显著地阻缓铝 －水蒸气反应。含镁、钠等元素较多的铝合金，常使 铝－水气反应激烈进行。
升温时铝－水气反应速度大为加快，这说明限制熔炼 温度及浇注温度的必要性。
水气来源于炉料、熔剂、精炼变质剂、炉气（大气） 及熔炼浇注工具。特别是锈蚀的铝料，甚至经过吹砂 清理，仍会增加铝液的含氢量。
为消除铝铸件中的气孔，应遵循“除杂为主，除气为辅”、 “除杂是除气的基础”的原则。
合金元素对铝液吸氢的影响
元素 Zn
Si Cu﹤20% Mg
Ti Mn﹤0.1% Ni
Be
铝中 氢量
变化 减少 减少 减少 增加 增加 无影响 增加 减少
注：铝液中加Mg、 Na、 Ca，形成疏松MeO膜, 如Mg>1.0%,生成疏松MgO, 加入003-0.07%Be使氧化膜致密。熔炼温度<750 ℃。
§13-2 铝合金熔炼工艺原理和技术
铝液吸氢的动力学过程
氢分子撞击铝液表面 氢分子在铝液表面离解为氢原子 氢原子吸附于铝液表面 氢原子通过扩散溶入铝液中
2H→2[H] 扩散速度取决于扩散系数D D=KpH21/2exp(-△H/2RT)
铝合金的净化（精炼）原理
氢在铝液中的溶解度 [H]=K0pH21/2exp(-△H/2RT) 当温度不变时
气体溶解度 的Sieverts 西华特定律
[H ] Ks PH2
Ks A/T B
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。
氧化铝的形态、性能及对吸氢的影响
1) 室温下生成表面膜由少量结晶态γ-Al2O3和非晶态Al2O3混合物组成。 2) 500--900 ℃ :
铝—有机物反应
铝—有机物反应也是铝液吸氢的原因之一； 最可能的有机物是炉料、工具被油脂沾污。 4/3mAl+CmHn→m/3Al4C3+n[H]
C和H构成的 烃类
铝合金中的气体
能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的CO等）； 氢主要来自铝-水气反应，在熔炼中由于该反应不可避免 地将氢带入铝液； 铝液中氢的溶解度不大，很易为氢所饱和； 虽然在熔炼中可采用精炼除氢，但仍会残留一部分，而 且铝液凝固时氢的溶解度变化的相对值很大。
量高、精炼效果差、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。由 铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于结晶温度范围小、补缩能力良 好的铸件中。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽 的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间隙中， 此时结晶骨架已形成，Байду номын сангаас缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网 状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
Al+O2=Al2O3(γ)---致密氧化膜 > 900 ℃ : Al2O3(γ)→ Al2O3(α)—疏松膜
γ-Al2O3 具有两面性：①和铝液接触的一面是致密的，可阻碍铝液的氧 化和吸气；②和炉气接触的那面却是粗糙、疏松的，其表面小孔吸附 着水汽和氢，搅动铝液时， γ-Al2O3将水汽和氢带入铝液，铝液氧化 生成夹杂物、吸入氢气。