铝合金的熔炼特性
免热处理铸铝
免热处理铸铝⼀、引⾔免热处理铸铝是⼀种通过特殊的铸造⼯艺⽣产的铝合⾦材料，其具有优异的⼒学性能、良好的铸造性能以及卓越的耐腐蚀性能，被⼴泛应⽤于汽⻋、建筑、航空航天、船舶等众多领域。
本⽂将对免热处理铸铝的制造⼯艺、特性、应⽤和发展前景进⾏详细的探讨。
⼆、免热处理铸铝的制造⼯艺免热处理铸铝的制造⼯艺主要包括熔炼、模具设计、浇注和后处理等步骤。
1.熔炼：免热处理铸铝的熔炼是在⾼温下进⾏的，通常使⽤的是纯铝或者⾼纯度的铝合⾦作为原料。
在熔炼过程中，需要严格控制温度、时间和熔炼环境，以保证合⾦成分的均匀性和稳定性。
2.模具设计：模具是铸造免热处理铸铝的关键部件，其设计必须精确、合理，以确保铸件的质量和尺⼨精度。
模具材料⼀般选⽤耐⾼温、耐磨损的材料，如铸铁、铸钢等。
3.浇注：浇注是将熔融状态的铝合⾦注⼊模具的过程。
浇注温度和浇注速度对铸件的质量有重要影响。
合理的浇注温度和浇注速度能够保证铸件内部组织的均匀性和致密性。
4.后处理：后处理包括清理、热处理、表⾯处理等步骤。
清理主要是去除铸件表⾯的残渣和氧化物；热处理可以提⾼铸件的⼒学性能和耐腐蚀性能；表⾯处理可以使铸件表⾯光滑美观，提⾼其使⽤性能。
三、免热处理铸铝的特性免热处理铸铝具有许多独特的优点：1.良好的⼒学性能：免热处理铸铝具有较⾼的强度、塑性和韧性，能够满⾜各种复杂应⼒条件下的使⽤要求。
2.良好的铸造性能：免热处理铸铝的流动性好，易于形成完整的铸件，且不易产⽣缩孔、⽓孔等缺陷。
3.优异的耐腐蚀性能：由于铝合⾦表⾯容易形成致密的氧化膜，所以免热处理铸铝具有很好的耐腐蚀性能，可以在各种恶劣的环境中⻓时间使⽤。
4.环保：铝合⾦在⽣产和回收过程中对环境的影响较⼩，是⼀种绿⾊环保的材料。
5.成本低：免热处理铸铝的制造⼯艺简单，⽣产成本相对较低，具有较⾼的经济效益。
四、免热处理铸铝的应⽤由于免热处理铸铝具有以上优良特性，因此被⼴泛应⽤于以下领域：1.汽⻋⼯业：⽤于制造汽⻋发动机罩、⻋轮毂、油箱等零部件，具有轻量化、节能减排的效果。
《铝合金制备与加工》课件
进行合金化处理。
熔炼设备
常用的熔炼设备有感应熔炼炉、电 弧熔炼炉和坩埚熔炼炉等，根据不 同的熔炼需求选择合适的设备。
熔炼工艺参数
熔炼过程中需要控制温度、时间、 搅拌速度等工艺参数，以确保合金 成分的准确性和均匀性。
详细描述
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，铝合金的发展历程也经历了多个阶段。从早期的传统铸 造工艺，到现代的挤压、锻造等加工工艺，铝合金的性能和应用领域得到了极大的提升和拓展。未来 ，随着新材料和加工技术的不断涌现，铝合金的应用前景将更加广阔。
02 铝合金制备技术
CHAPTER
熔炼技术
熔炼原理
详细描述
根据添加的金属元素和用途，铝合金可以分为多种类型，如防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等。防锈铝合金 主要用于防腐要求较高的场合，硬铝合金和超硬铝合金则主要用于航空、建筑、汽车等领域，其中超硬铝合金具 有更高的强度和硬度，适用于制造承受较大载荷的结构件。
铝合金的发展历程
总结词
铝合金的发展经历了从传统铸造工艺到现代挤压、锻造等加工工艺的演变，不断提高其性能和应用领 域。
铸造技术
01
02
03
铸造原理
铸造是将液态金属倒入模 具中，冷却凝固后获得所 需形状和尺寸的铝合金制 品的过程。
铸造方法
根据不同的铸造需求，可 以选择不同的铸造方法， 如砂型铸造、金属型铸造 、压力铸造等。
铸造缺陷
铸造过程中可能会出现气 孔、缩孔、裂纹等缺陷， 需要采取相应的措施进行 控制和预防。
塑性加工技术
《铝合金制备与加工》PPT课 件
目录
CONTENTS
再生铝合金熔炼典型工艺
再生铝合金熔炼工艺与技术（再生铝合金熔炼原理）1.1熔炼过程中铝液与环境的相互作用1.1.1熔炼过程中热的转移（热力学过程）固体金属在炉内加热熔化所需要的能量，要由熔炼炉的热源供给。
由于采用能源的不同，其加热方式也不一样，目前基本炉型仍是火焰炉。
铝虽然熔点低（660℃），但由于熔化潜热（393.56KJ/kg）和比热大[固态1.138 kJ/(Kg﹒K)，液态1.046 kJ/(kg﹒K)]，熔化1kg所需的热量要比铜的大得多，而铝的黑度（＝0.2）仅为铜、铁的1/4,因此铝和铝合金的火焰熔炼炉的热力学设计难度大，较难实现理想的热效率。
火焰炉的热交换过程：火焰给被加热物体的热量（Q）为：Q＝QGC＋QSCQGC－燃烧气体传到受热面的热量，KJ/h；QSC－炉壁传给受热面的热量，KJ/h。
QGC＝（αGCεC＋αC）（tG－tC）QSC＝（αGSФSC＋αabεb）（tS－tC）αGC－燃烧气体与受热面之间辐射传热系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）；αC－燃烧气体与受热面之间的对流传热系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）；αab－被燃烧气体吸收的炉壁辐射热量的热辐射系数，kJ/（m2﹒h﹒℃）。
从以上各式可以看出，提高金属受热量，一方面是增大（tG－tC）和（tS －tC）即提高炉温，这对炉体和金属熔体都有不利影响；另一方面，由于铝的黑度很小，提高辐射传热是有限的。
因此只能着眼于增大对流传热系数，对流传热系数与气体流速有以下关系：当燃烧气体的流速V<5m/s时，αc＝5.3＋3.6V[kJ/（m2﹒h﹒℃）]当燃烧气体的流速V>5m/s时，αc＝647＋v0.78[kJ/（m2﹒h﹒℃）]可见提高燃烧气体的流速是有效的，以前多采用低速烧嘴（5～30m/s），近年采用了高速烧嘴(100～300m/s),使熔炉的热效率有很大提高。
1.1.2合金元素的溶解与挥发1.1.2.1合金元素在铝中的溶解合金添加元素在熔融铝中的溶解是合金化的重要过程。
A356合金熔炼原理
A356合金熔炼原理一、铝轮毂采用的合金及化学成分现代汽车铸造铝合金车轮应用最广的材料是美国材料与试验协会（ASTM）牌号A356合金，相当于中国ZL101A、日本AC4CH、德国AlSi7Mg、法国A-S7G03、俄罗斯Aл9-1。
除A356合金外，德国还采用AlSi9Mg、AlSi10Mg、AlSi11Mg，法国还采用A-S11G、A-S12.5。
这些高Si合金都不热处理，它们液态流动性好、补缩能力强、铸造性能好、铸造缺陷少。
但机械性能和机加工艺性能不如A356合金。
A356合金又分为A356.2、A356.1、A356.0，其化学成分，分别为下表：二、熔炼温度和时间控制A356合金大约在580℃时开始有液态出现，到640℃就可全部熔化，一般最高熔炼温度控制在760℃，铝液温度超过770℃，明显开始氧化，夹杂物和含气量大幅增加，凝固后组织晶粒也会粗大，铝液质量开始下降。
所以，对A356合金的熔炼时，低温熔炼有利提高铝液质量，提高材料的机械性能。
请看下图：氧化物增量μg /c ㎡h640 700 770 800 ℃温度→温度对铝合金液氧化的影响另外A356合金熔化时，时间不能太长，特别是在高温下保温时间太长，不利于铝液质量。
浇注温度也不能太高，低压铸造浇注温度一般在685～710℃，重力铸造一般控制在730℃左右。
国内铝合金车轮生产厂家，凡采用低压铸造工艺，都用中间包转运铝液，并进行除渣除气，如中间包烤的不好，铝液在中间包降温很快，一般铝液出炉温度控制在760℃，也有控制在770℃，如果选好的烤包器，中间包温度可烤到600℃，这样铝液降温就慢，铝液可在740℃出炉。
铝液质量就会大大提高，而烧损也少。
三、熔炼过程对环境水分控制A356合金在熔炼过程中，空气含水蒸气的量，原材料含水量，炉膛和工具吸水量，精练剂和打渣剂含水量，旋转除气中氩气或氮气含水量，低压铸造机用的压缩空气含水量等等，这些都与铝合金液接触，都能与铝液起以下反应：2Al （l ）+3H 2O （g ）=r-Al 2O 3+6[H]这个反映比铝液和空气中的氧反应还激烈，当水含量为10-21时，上述反应仍然进行，即使铝液表面有氧化膜保护时，这个反应也能进行。
铝合金的精炼 原理
铝合金的精炼原理
铝合金的精炼是指对铝合金中的杂质进行处理和去除，以提高铝合金的纯度和材料性能。
这一过程主要通过物理、化学和电化学方法来实现。
首先，物理方法是铝合金精炼中常用的一种方法。
其中最常见的是熔炼方法，包括熔炼炉熔炼和浮选。
熔炼炉熔炼主要是通过高温将铝合金加热熔化，异物由于密度不同而浮于铝液表面，然后通过捞渣将异物从铝液中分离出来。
而浮选主要是利用铝合金中杂质的浮力和湿附性的差异，通过气泡吹附的方式将杂质从铝合金中分离出来。
其次，化学方法也是铝合金精炼中常用的一种方法。
其中最典型的是电解法和溶解法。
电解法是利用电化学的原理，在电解槽中将铝合金溶解成离子形态，然后通过电解的方式将其中的杂质分解和去除。
溶解法则是利用溶剂将铝合金中的不溶性杂质溶解，从而将其从铝合金中分离出来。
此外，电化学方法也是一种常用的精炼方法。
铝合金通过电化学腐蚀或电沉积的方式，将其中的杂质从金属表面剥离或覆盖，以达到精炼的目的。
这种方法主要应用于表面精炼。
总结起来，铝合金精炼的原理主要通过物理、化学和电化学方法来去除和分离铝合金中的杂质。
这些方法的应用取决于铝合金中所含杂质的种类、含量和性质。
通过精炼处理，可以提高铝合金的质量和性能，使其具备更好的机械性能、耐腐蚀性能和工艺性能，满足不同工业领域对于材料的要求。
铝合金的熔炼规范
铝合金的熔炼规范适用于重力铸造和压铸用铝硅合金（包括Al-Si-Mg 、Al-Si-Cu 等）指导性文件：《铝合 金的熔炼规范》。
⑴总则 ①按本文件生产的铸件， 其化学成分和力学性能应符合GB/T9438-1999《铝合金铸件》、JISH5202-1999《铝合金铸件》、ASTMB108-03a 《铝合金金属型铸件》 、GB/T15115-1994《压 铸铝合金》、JISH5302-2006《铝合金压铸件》、ASTMB85-0《〈铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。
② 本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气 取石墨坩埚或铸铁坩埚。
铸铁坩埚须进行液体渗铝。
⑵配料及炉料1）配料计算① 镁的配料计算量：用氯盐精炼时，应取上限，用无公害精炼剂精炼时，可适当减少 也可根据实际情况调整加镁量。
② 铝合金压铸时，为了减少压铸时粘模现象，允许适当提高铁含量，但不得超过有关 标准的规定。
2）金属材料及回炉料① 新金属材料铝锭：GB/T1196-2002《重熔用 铝锭》铝硅合金锭：GB/T8734-2000《铸造 铝硅合金锭》 镁锭：GB3499-1983《镁锭》铝铜中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金：YS/T282-2000《铝中间合金锭》 各牌号的预制合金锭：GB/T8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTMB197-03〈铸造铝合金锭》、JISH2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996 《铸造铝合金锭》等。
② 回炉料包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和 锭。
回炉料的用量一般不超过80%其中破碎重熔料不超过 30%;对于不重要的铸件可全部使用回炉料；对于有特殊要求（气密性等）的铸件回炉料用量不超过50%。
3）清除污物为提高产品质量，必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前 除去（可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件4）炉料预热（天然气）炉内进行。
铝合金熔炼与铸造 (2)
铝合金熔炼与铸造1.铝合金是一种重要的金属材料，具有优异的物理性能和机械性能，广泛应用于航天航空、汽车制造、建筑工程等领域。
铝合金熔炼与铸造是生产铝合金制品的关键步骤，本文将介绍铝合金熔炼与铸造的基本原理、常用工艺和注意事项。
2. 铝合金熔炼铝合金熔炼是将铝合金原料加热至熔点，并以一定方式进行熔炼的过程。
铝合金原料可以是铝锭、废铝或铝合金碎料，在熔炼过程中需要加入一定比例的熔剂和合金元素。
铝合金熔炼的目的是将原料熔化并混合均匀，以获得符合要求的铝合金液态材料。
2.1 熔炼设备铝合金熔炼通常使用电阻炉、感应炉或电弧炉等熔炼设备。
其中，电阻炉是最常用的熔炼设备之一。
电阻炉通过电流通过导体产生的电阻热进行熔炼，具有加热速度快、操作方便等优点。
感应炉则利用电磁感应的原理进行加热，加热效率高，适用于熔炼大批量的铝合金。
电弧炉则利用电弧的高温进行熔炼，适用于熔炼高温合金。
2.2 熔炼工艺铝合金熔炼的工艺通常包括预热、熔炼和保温三个阶段。
将熔炼设备预热至一定温度，然后将铝合金原料和熔剂放入炉中，并控制加热温度和时间，使原料熔化并混合均匀。
，保持一定温度，使铝合金保持液态状态，以备后续的铸造工艺使用。
2.3 熔炼注意事项在铝合金熔炼过程中需要注意以下几点：•安全操作：熔炼过程中需要戴上防护设备，避免接触高温液态金属和有害气体。
•熔化温度控制：严格控制熔化温度，过高的温度会导致铝合金组织不稳定，影响机械性能。
•熔炼时间控制：合适的熔炼时间可以保证原料充分熔化和混合均匀。
•熔剂和合金元素的添加：根据铝合金的要求添加适当比例的熔剂和合金元素，以调整铝合金的成分和性能。
3. 铸造过程铸造是将铝合金液态材料倒入铸型中，并经过凝固和冷却形成所需的铝合金制品的过程。
铸造过程可以分为压铸、重力铸造和砂型铸造等不同的铸造方法。
3.1 压铸压铸是一种通过高压将铝合金液态材料注入金属模具中，并经过快速凝固形成制品的铸造方法。
压铸具有生产效率高、制品精度高等优点，适用于生产复杂形状的铝合金制品。
综合实验一 铝合金制备
综合实验一铝合金制备、加工及改性实验1.1 铝合金的熔炼、铸锭与固溶-时效处理实验指导书实验学时：4 实验类型：综合、设计型前修课程名称：材料工程基础适用专业：材料类本科生一实验目的掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。
熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。
熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。
因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。
而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。
铝合金的铸锭法有很多，根据铸锭相对铸模二实验内容铝铜合金的熔炼工艺流程铝合金铸锭方法连续铸造法无模铸造（无接触铸造）：电磁铸造等三实验要求严格控制熔化工艺参数和规程1. 熔炼温度熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。
从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。
浇注温度为730℃左右。
图1 铝铜二元状态图2．熔炼时间熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。
熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。
精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。
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铝合金的熔炼特性
铝合金的熔炼具有消耗热量多、易氧化、易吸氢、容易吸收杂质金属
等特性。
1)消耗热量多铝的熔点虽低，但熔化潜热大，比热大，黑度小，对热
的反射强，和其他常用金属如铁、铜相比较，熔化时消耗热量多。
2)易氧化
铝对氧有很大的亲和力，它能很快氧化，生成Al2O3。在熔体表面形
成的氧化铝薄膜虽然有保护作用，但一旦破坏，氧化膜进入熔体，便
很难除去。因为一则Al2O3不易还原，二则它的密度与熔体相近。
它悬浮在熔体里，随熔体进入铸锭中，给加工材品质带来不利影响。
更为严重的是，铝的氧化物是各种气体的良好载体，它的存在会使铝
熔体大量吸氢。因此，尽可能减少氧化是铝合金熔炼过程中的一个重
要问题。
3)易吸气
铝及铝合金的吸气能力较强(主要是吸氢的能力)，特别是在有水蒸气
或还原性气氛的炉气中。铝及铝合金的吸氢绝对量虽然不大，但在熔
点时，氢在固相和液相中的溶解度相差很大，铸锭结晶时形成气孔和
疏松的倾向性很大。因此，尽可能减少吸氢是铝及铝合金熔炼的又一
个重要问题。
4)容易吸收金属杂质
铝及铝合金中的一些合金化元素具有很高的化学活性，它们不仅能吸
收直接从铁质坩埚和工具中溶解的铁，而且还能从炉衬的许多氧化物
中和熔剂的许多氯盐中置换出铁、硅、锌等金属杂质。这些金属杂质
一旦进入铝熔体，便无法清除。而且熔炼次数越多，杂质含量越高，
对合金性能影响越大，严重时使纯铝品位降级，使合金成分超标而报
废。因此、防止金属杂质的污染是铝及铝合金熔炼时的第三个重要问
题。