铸造有色合金及其熔炼
铸造合金及其熔炼 第十三章 铸造铝合金的熔炼
浇注过程中生成的氧化夹杂称为二次氧化夹杂，多分 布在铸件壁的转角处及最后凝固的部位。
一次氧化夹杂按形态可分为二类。 第一类是分布不均匀的大块夹杂物，它的危害性很大， 使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为腐蚀的根源，明 显降低铸件的力学性能。
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的条件下，测得硅、铜、镁对溶解
度影响，按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢的溶解度越高；反之，
硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。
2、对氧化膜性能的影响
Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大，是表面活性元 素，密度又比铝小，富集于铝液表面，熔炼时，优先被炉 气氧化。铝液中含镁量高于1%，表面氧化膜即全部由 MgO所组成，这层MgO组织疏松，对铝液不起保护作用， 故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。
点状针孔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，如ZL102合金 铸件中。当凝固速度较快时，离共晶成分较远的ZL105合 金铸件中也会出现点状针孔。
(2) 网状针孔 此类针孔在低倍显微组织中呈密集相 联成网状，伴有少数较大的孔洞，不易清点针孔数目，难 以测量针孔的直径，往往带有末梢，俗称“苍蝇脚”。
库应保持清洁，干燥，以防生成铝锈。对已生成铝锈的铝
锭，投入熔炉前应彻底清除铝锈，否则即使熔炼工艺操作
很严格，也不易获得高质量的铝液。
各种油污都是由复杂结构的碳氢化合物所组成，与铝 液接触后都会发生下列反应，生成氢气
4/3mAl+CmHn=1/3mAl4C3+1/2nH2
《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。
铸造合金及其熔炼特种性能铸铁.pptx
•
形成氧化膜Al2O3、形成单一F基体、
•
提高相变温度。
• 2、成分、组织
Al：2—6%（低），16—26%（高）
图4-30
F+G+铁铝化合物 硬度高、耐热
3、工艺特点：
熔制困难：Al密度小，偏析、氧化，烧损大、易 产生G漂浮等
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• 2）与氧的亲和力大于铁
• 3）元素的氧化物与铁的氧化物互不溶解
•
稀土氧化物也很好，可以抗高温氧化
• 3、铸铁组织对氧化的影响
• G形状 QT>RuT>HT
• G大小，晶粒细，不利于内部氧化，
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二、铸铁高温下生长
• 1、低于相变温度的生长（400-600 ℃）
•
P—F+G 膨胀生长
• 一、化学成分、组织特点
• 激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键， • 1、成分：C、Si • C调整硬度 （C多，渗碳体多） • Si调整深度 （ Si多，深度浅）石墨化
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• 合金元素：
• 增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）
• 减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（Ti有问题）
•
强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）
•
取决于基体和M7C3
•
M7C3规则排列强度可达3100MP
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• 6、应用
• 球磨机，输送煤灰管道，工业杂质泵
•
表4-23
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第四节 耐热铸铁
• 铸铁高温缺陷：
• 生长、氧化、机械性能下降 • 1、定义：抗高温氧化生长、具有高温强度、硬度的铸
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。
有色合金及熔炼 2019-2020 秋-version all-06
• 周代：青铜冶铸发达
• 《考工记》（战国）：金有六齐：六分其 金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而 锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居 一,谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一,谓之 大刃之齐;五分其金而锡居二,谓之削杀矢之 齐；金锡半，谓之鉴燧之齐
• 失蜡法（熔模铸造）
• 1、用泥质范料塑制熏炉内范，使之阴干；
• 舰船管路:船通海系统管路由于
与海水直接接触且大多布置于
舱底，工作环境苛刻，腐蚀一
直是制约其发挥最大效能的突 出问题。我国20世纪70年代成 功研制出TA5α型钛合金（Ti-4Al -0.05B），强度较高，铸态ZTiAl 4的屈服强度不低于490MPa,可
用于船舶辅助系统中的泵、阀 制造。20世纪80年代研制的Ti7 5钛合金，在综合性能良好的前 提下，强度提高50MPa,冲击韧 性和断裂韧性分别为TA5的1.4 倍和1.2倍，应力腐蚀断裂韧性 为TA5的2倍，且具有优良的冷、
高温合金：铁基，镍基，钴基
镍：有银白色金属光泽
前1700~前1400： 中国，白铜（铜 镍合金）
1751：克龙斯泰 特提炼出镍，命 名为Nickel(妖精)
十九世纪：铸造 硬币
铝应用
桥梁、塔楼和储罐 脚手架、爬梯、变电所构筑物 家用包装材料、软包装和食品容器、瓶盖、软管、饮料罐与
食品罐 铁路车辆 ：铁路底卸年、冷冻车和槽车 船舶的主要受力构件如船体与舱面室 飞机、导弹和宇宙飞船工业的所有部分 耐用消费品:真空吸尘器、电熨斗、便携式洗碟机及食品加工
锂合金
• 美国2020合金 ：1.3%锂，弹性模量高10%， 飞机结构件。
• 美国LA141合金：密度1.35g/cm3,仅次于铍 的比模量。
• 碳硅镁铝 • 钛锆锌铬 • 锡镍铜铋 • 钼铅钽钨银
铸造合金及其熔炼教案
铸造合金及其熔炼教案教案标题：铸造合金及其熔炼教学目标：1. 了解铸造合金的基本概念和应用领域。
2. 掌握铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法。
3. 学习铸造合金的工艺流程和注意事项。
4. 培养学生的实践操作能力和团队合作精神。
教学步骤：引入活动：1. 引导学生思考：你们是否知道铸造合金是什么？它在哪些领域中被广泛应用？2. 展示一些铸造合金的实际应用例子，如汽车发动机零部件、航空航天器件等，激发学生的学习兴趣。
知识讲解：3. 介绍铸造合金的定义和分类，包括铸铁、铸钢、铝合金等。
4. 解释铸造合金的优点和缺点，以及不同合金在不同领域中的应用特点。
5. 详细讲解铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法，如电弧炉、感应炉等。
案例分析：6. 分组讨论：学生分成小组，选择一个具体的铸造合金案例进行分析，包括该合金的成分、熔炼方法和应用领域等。
7. 每个小组向全班展示他们的分析结果，并进行讨论和分享。
实践操作：8. 组织学生进行铸造合金的实践操作，可以是简化的模拟实验或观察真实的铸造过程。
9. 引导学生记录实践操作中的关键步骤和注意事项，并进行反思和总结。
评估与反馈：10. 设计一份针对学生学习情况的评估问卷，了解他们对铸造合金及其熔炼知识的掌握程度。
11. 根据学生的表现和问卷结果，给予针对性的反馈和指导，帮助他们进一步提高。
拓展延伸：12. 鼓励学生进一步探索铸造合金领域的前沿技术和研究方向，如新型合金材料、绿色铸造等。
13. 提供相关的学习资源和阅读材料，引导学生进行个人或小组的拓展研究。
教学资源：- 铸造合金的实际应用例子图片或视频- PowerPoint演示文稿- 实验室或工作室设备和材料- 评估问卷教学方法：- 启发式教学法：通过引导学生思考和讨论，激发他们的学习兴趣和主动性。
- 合作学习法：通过小组讨论和分享，促进学生之间的合作和交流。
- 实践操作：通过实际操作，帮助学生巩固所学知识，培养实践能力。
教学时长：根据教学计划和学生实际情况，可灵活安排教学时长，建议2-3个课时。
第3章-熔炼和铸造
可见提高燃烧的气流速度是有效的 。 2、合金元素的溶解和蒸发 熔炼温度下（700℃）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）： Ti：0.66，Mo：1.38（760℃），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4， 通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶 转变的，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。 在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金 分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小， 蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸 发，在熔炼过程中损失较大。
三、熔体的净化过程
有色金属及其合金熔体在熔炼过程中存在气体、各种非金属夹杂物等， 影响金属的纯洁度，往往会使铸锭产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷， 影响铸锭的加工性能及制品的强度、塑性、抗蚀性、阳极氧化性和外观质 量。 所谓的净化，即是利用物理化学原理和相应的工艺措施，除掉液态金属 中的气体、夹杂和有害元素以便获得纯净金属熔体的工艺方法。熔体净化 包括传统的炉内精炼和后来发展的炉外净化过程。 一般来说，铝熔体含氢量应控制在0.15~0.20ml/100g.Al以下，对于一 些特殊要求的应控制在0.10ml/100g.Al以下。 氢气在熔体中的熔解量与温度的关系如下：
铝及铝合金净化处理可分为吸附净化和非吸附净化。具体包括： 炉内处理： a．惰性气体吹洗法 b．活性气体吹洗法 c．混合气体吹洗法 d．气体—溶剂混合吹洗法 e．静态真空处理 f．动态真空处理 其中：e、f为非吸附净化 常用的溶剂中都含有C2Cl6。C2Cl6为白色晶体，密度为2091kg/m3。 C2Cl6与铝熔体反应生成C2Cl4 和Cl2。其分别和铝熔体继续反应生成AlCl3、 HCl等。 C2Cl6的升华温度为185.5℃，C2Cl4的沸点为121℃，不熔于铝。工业通用 的溶剂是各种碱金属的氯盐和氟盐的混合物。他的净化作用主要是通过其 吸附和熔解氧化夹杂的能力。氯化钾和氯化钠盐等的混合物，对氧化铝有 极强的润湿和吸附能力。氧化铝特别是悬混于熔体中氧化铝碎片，被具有 凝聚性和润湿性的溶剂吸附包围后，便改变了氧化物的性质、密度及形态， 通过上浮很快被除去。 加入少量的氟盐（NaF、Na3AlF6、CaF2）增加熔融金属与杂质之间的表 面张力，提高了溶剂的分离性，防止产生溶剂夹杂。
有色金属铸造 有色金属合金制造
有色金属铸造有色金属合金制造有色金属铸造是指利用有色金属作为原料，通过熔炼、浇铸等工艺制造各种有色金属铸件的过程。
有色金属合金制造是指将两种或两种以上的有色金属进行熔炼和混合，制成具有特定性能和用途的合金材料。
有色金属铸造和有色金属合金制造在工业生产中起着重要的作用，广泛应用于航空、航天、汽车、电子、机械等领域。
有色金属铸造包括铜铸造、铝铸造、锌铸造、镁铸造等。
铜铸造是指用铜及其合金作为原料，通过熔炼、浇铸等工艺制造各种铜制铸件的过程。
铜铸造具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，广泛应用于电器、通信、建筑等领域。
铝铸造是指用铝及其合金作为原料，通过熔炼、浇铸等工艺制造各种铝制铸件的过程。
铝铸造具有良好的强度、耐腐蚀性和导热性，广泛应用于汽车、航空等领域。
锌铸造是指用锌及其合金作为原料，通过熔炼、浇铸等工艺制造各种锌制铸件的过程。
锌铸造具有良好的耐腐蚀性和可加工性，广泛应用于建筑、电子等领域。
镁铸造是指用镁及其合金作为原料，通过熔炼、浇铸等工艺制造各种镁制铸件的过程。
镁铸造具有良好的强度和轻量化特性，广泛应用于航空、航天等领域。
有色金属合金制造是将两种或两种以上的有色金属进行熔炼和混合，制成具有特定性能和用途的合金材料。
常见的有色金属合金包括铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等。
铜合金具有良好的导电性和导热性，广泛应用于电器、建筑等领域。
铝合金具有良好的强度和耐腐蚀性，广泛应用于汽车、航空等领域。
镁合金具有良好的强度和轻量化特性，广泛应用于航空、航天等领域。
锌合金具有良好的耐腐蚀性和可加工性，广泛应用于建筑、电子等领域。
有色金属铸造和有色金属合金制造的工艺流程包括原料准备、熔炼、浇铸、冷却、清理、检验、加工等。
首先，需要准备好所需的有色金属原料，将其进行筛选、清洗等处理。
然后，将原料放入熔炉中进行熔炼，使其达到适宜的熔点。
熔炼完成后，将熔融金属倒入铸型中，通过浇铸工艺将金属液体注入到铸型腔内。
随后，待金属冷却凝固后，取出铸件进行清理去除浇口、气孔等缺陷。
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2. 铸造有色合金
——以一种有色金属为基础，加入另一种或几种其他元素， 使之熔合一起，构成新的金属组成物。 有色合金（又称非铁合金）分为：形变合金 铸造合金 1）铸造铝合金、铸造镁合金——密度小、比强度高 2）铜合金——优良导电、导热性能，良好耐蚀性、耐磨性 及力学性能 3）钛合金——很高的比强度、耐蚀性 4）铸造锌合金——良好的压铸成型性能 5）锡基合金（Sn-Sb合金）、铅基合金（Pb-Sb合金）— 油润滑条件下良好的耐磨性能
铸造有色合金及其熔炼
清华大学 曾大本 教授
主要内容
一．有色合金在国民经济中的地位 二．铸造铝合金及其熔炼 三．铸造镁合金及其熔炼 四．轻合金铸造的发展动向 五．铸造铜合金及其熔炼
六．铸造锌合金及其熔炼
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1. 有色合金的种类
1）普通有色金属 3 ρ< 3.5g/cm 轻金属 Al、Mg、Na、Ca、K等 3 重金属 ρ> 3.5g/cm Cu、Ni、Co、Pb、Zn、Sn、Sb、Bi、Hg、Cd 2）稀有金属 ① 稀有轻金属 Li、Be、Rb、Cs ② 稀有高熔点金属 W、Mo、Ta、Nb、Ti、Zr、V ③ 稀有分散金属 Ga（镓）、In（铟）、Tl（铊）等 ④ 稀土金属 La、Ce、Y、Sc（钪）等 ⑤ 放射性元素 Ra、Ac（锕） 3）贵金属 Au（金）、Ag（银）、Pt（铂） 4）半金属 Si、Te（碲）、B（硼）、As（砷）等
Cu：>4%
要热处理
Al-Mg
Mg：>5%
合金液易氧化 铸造工艺复杂 最便宜
5
Al-Zn
Zn：5~13%
2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 1 Al-Si二元相图
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2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 2 含Si量对Al-Si二元合金铸造性能的影响
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2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
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二、铸造铝合金
1. 合金牌号、分类、特点
成分 Al-Si Si：6~13% 特点 铸造性能、气密性好， 线膨胀系数较小， 应用广泛。 耐热性高，室温强度较高， 但铸造性能较差，密度较大。 密度最小， 耐蚀性、力学性能优良， 但铸造性能较差。 较高力学性能， 但耐蚀性差，密晶粒细化处理
中间合金形式： Al-Ti （加Ti 0.1~0.3%） Al-B （加B 0.02~0.04%） Al-Ti-B （加入量减少，延缓衰退） 细化衰退： 加入量过大或熔炼、浇注时间过长时，TiAl3逐 渐聚集，沉积在熔池底部（密度3.7g/cm3>Al液）， 丧失细化能力，产生衰退现象。
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2.2 α-Al晶粒细化处理
钛、硼、锆和稀土金属等，以中间合金或盐类 形式加入铝液。 盐类形式： 3K2TiF6+4Al=3Ti+4AlF3+6KF Ti+3Al=TiAl3 ①
2KBF4+3Al=AlB2+2AlF3+2KF
②
3K2TiF6+6KBF4+10Al=3TiB2+10AlF3+12KF ③
目的、种类、常见缺陷。
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3. 铸造铝合金的熔炼
1） 各因素对铸件特性、缺陷的影响
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欢迎大家提问题！
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（a） （b） 图 3 ZL102合金变质前后的组织 （a）变质前；（b）变质后
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2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 4 含Si量和变质处理对Al-Si合金力学性能的影响
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2.1 Al-Si合金的变质
变质剂：钠盐和钾盐混合而成，种类繁多。 通用一号：变质、覆盖和精炼作用，浇重要件。 NaF：60%，NaCl：25%，Na3AlF6：15% 三元（1）：一般在合金精炼后使用进行变质处理。 NaF：25%，NaCl：62%，KCl：13% 操作：去气精炼—扒去表面氧化夹渣—均匀撒2~3% 变质剂，保持10~12分钟（使其熔化结壳）—用压 瓢轻压入Al液（100~150mm深处）—上浮结壳后， 再重复压入数次（3~5分钟）—取样检验 。
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2.1 Al-Si合金的变质
其它变质剂： 锶（Sr）变质：加入0.02~0.06%Sr，（720℃，Al-Sr合金）
长效6~8小时，缺点形成SrH，除氢不易，且易产生铸型反应，易 产生针孔。
锑（Sb）变质
稀土元素变质
精炼—变质剂（复合作用）
过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金（含P10%），加1%
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2.4 Al-Si铸造合金中有害杂质
Fe 来自坩埚、熔炼工具和炉料，形成Al3Fe、 α(Al12Fe3Si)和粗大针状的脆性β (Al9Fe2Si2)等相， 它们大大削弱基体，降低塑性和耐蚀性。（加入 Mn<0.5%可使相减少，形成新的复杂多元化合物） Sn、Pb 它们在中固溶度很小，形成共晶体的熔点 低，热处理时引起过烧，Sn还降低耐蚀性（应 ≤0.01%）。 热处理
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2.3 Al-Si多元铸造合金
Al-Si-Mg（ZL101） Si：6.5~7.5%，Mg：0.25~0.45%
形成Mg2Si强化相，通过热处理提高性能
Al-Si-Cu-Mg 合金组织中除α(Al) +Si+Mg2Si+ CuAl2四相外还 有W(AlxMg5Cu4Si4)相，它热处理强化效果最好， Mg2Si次之，CuAl2热强性最好。