铝合金的精炼变质处理
铝合金的熔炼与浇铸
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.. .. 铝合金的熔炼与浇铸
6．5．1铝合金的性能及应用
铝合金是比较年轻的材料，历史不过百年，铝合金以比重小，强度高著称，可以说没有铝合金就不可能有现代化的航空事业和宇航事业，在飞机、导弹、人造卫星中铝合金所占比重高达90%，是铸造生产中仅次于铸铁的第二大合金，其地壳含量达7.5%，在工业上有着重要地位。
铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。
铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660℃，铝合金的浇注温度一般约在730～750℃左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的在质量、尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，其流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。
铸造铝合金的分类、牌号：
铝合金按照加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金（分别以YL和ZL表示）。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金（分别以 ZL1X X，ZL2 X X，ZL3 X X和ZL4 X X表示），在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。表1中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。
铸造铝合金缺陷及分析
铸造铝合金缺陷及分析
一 氧化夹渣
缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面,在铸型不通气的转角部位;断口多呈灰白色或黄色,经x光透视或在机械加工时发现,也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现
产生原因：
1．炉料不清洁,回炉料使用量过多
2.浇注系统设计不良
3．合金液中的熔渣未清除干净
4．浇注操作不当,带入夹渣
5.精炼变质处理后静置时间不够
防止方法：
1．炉料应经过吹砂,回炉料的使用量适当降低
2．改进浇注系统设计,提高其挡渣能力
3.采用适当的熔剂去渣
4．浇注时应当平稳并应注意挡渣
5．精炼后浇注前合金液应静置一定时间
二 气孔 气泡
缺陷特征：三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形,具有光滑的表面,一般是发亮的氧化皮,有时呈油黄色;表面气孔、气泡可通过喷砂发现,内部气孔 气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔 气泡在X光底片上呈黑色
产生原因：
1．浇注合金不平稳,卷入气体
2．型芯砂中混入有机杂质如煤屑、草根 马粪等
3．铸型和砂芯通气不良
4．冷铁表面有缩孔
5．浇注系统设计不良
防止方法 ：
1．正确掌握浇注速度,避免卷入气体;
2．型芯砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量
3．改善芯砂的排气能力
4．正确选用及处理冷铁
5．改进浇注系统设计
三 缩松
缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处;在铸态时断口为灰色,浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍 断口等检查方法发现
产生原因：
1．冒口补缩作用差
2．炉料含气量太多
3．内浇道附近过热
4．砂型水分过多,砂芯未烘干
5．合金晶粒粗大 6．铸件在铸型中的位置不当
7．浇注温度过高,浇注速度太快
防止方法：
1．从冒口补浇金属液,改进冒口设计
2．炉料应清洁无腐蚀
铸造铝合金会产生哪些缺陷或质量问题
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-- 作者：心随风去
-- 发布时间：2009-3-20 8:17:52
-- 铸造铝合金会产生哪些缺陷或质量问题？
铸造铝合金缺陷及分析
[size=3]一 氧化夹渣
缺陷特征：氧化夹渣多分布在铸件的上表面，在铸型不通气的转角部位。断口多呈灰白色或黄色，经x光透视或在机械加工时发现，也可在碱洗、酸洗或阳极化时发现
产生原因：
1．炉料不清洁，回炉料使用量过多
2.浇注系统设计不良
3．合金液中的熔渣未清除干净
4．浇注操作不当，带入夹渣
5.精炼变质处理后静置时间不够
防止方法：
1．炉料应经过吹砂，回炉料的使用量适当降低
2．改进浇注系统设计，提高其挡渣能力
3.采用适当的熔剂去渣
4．浇注时应当平稳并应注意挡渣
5．精炼后浇注前合金液应静置一定时间
二 气孔 气泡
缺陷特征：三铸件壁内气孔一般呈圆形或椭圆形，具有光滑的表面，一般是发亮的氧化皮，有时呈油黄色。表面气孔、气泡可通过喷砂发现，内部气孔 气泡可通过X光透视或机械加工发现气孔 气泡在X光底片上呈黑色
产生原因：
1．浇注合金不平稳，卷入气体
2．型(芯)砂中混入有机杂质(如煤屑、草根 马粪等)
3．铸型和砂芯通气不良
4．冷铁表面有缩孔
5．浇注系统设计不良
防止方法 ：
1．正确掌握浇注速度，避免卷入气体。
2．型(芯)砂中不得混入有机杂质以减少造型材料的发气量
3．改善(芯)砂的排气能力
4．正确选用及处理冷铁
5．改进浇注系统设计
三 缩松
缺陷特征：铝铸件缩松一般产生在内浇道附近飞冒口根部厚大部位、壁的厚薄转接处和具有大平面的薄壁处。在铸态时断口为灰色，浅黄色经热处理后为灰白浅黄或灰黑色在x光底片上呈云雾状严重的呈丝状缩松可通过X光、荧光低倍 断口等检查方法发现 产生原因：
铝合金强化方法
铝合金强化方法
入后通过以下几个方面对铝进行强化。
1．固溶强化
合金元素加入纯铝中形成无限固溶体或有限固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与
良好的压力加工性能。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。一
般铝的合金化都形成有限的固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶
体，并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。
2．时效强化
铝合金热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度时，其
强度和硬度随时间和延长而增高，但塑性降低。这个过程就称时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高
的现象称为时效强化或时效硬化。
3．过剩相强化
当铝中加入的合金元素含水量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现
称之为过剩相。在铝合金中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作
用，使强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，
由于合金变脆而导致强度、塑性降低。
4细化组织强化
在铝合中添加微量元素细化组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。
变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自
发晶核，起细化晶粒作用，提高合金的强度和塑性。
铸造铝合金中常加入微量元素作变质处理来细化合金组织，提高强度和塑性。变质处理对不能热处理强
化或强化效果不大的铸造铝合金和变形铝合金具有特别重要的意义。比如在铝硅铸造铝合金中加入微量钠或钠盐或锑作变质剂进行变质处理，细化组织可以显著提高塑性和强度。同样在铸造铝合金中加入少量锰、
铬、钴等元素能使杂质铁形成的板块状或针状化合物AlFeSi细化，提高塑性，加入微量锶可消除或减少初
晶硅，并使共晶硅细化；粒子园整度提高。
5冷变形强化
铝及铝合金熔炼工艺操作规程
铝及铝合金熔炼工艺操作规程
1、炉子准备
1.1 新炉、大修后的冷炉，应按烘炉规程烘炉。停炉24小时以上的炉子，应根据环境、湿度先烘炉2～6小时以上，才能加料。不得事先将炉料加入冷炉化铝。
1.2 大修后的炉子，在使用前必须洗炉。熔炼合金后转产纯铝时，必须洗炉。洗炉次数不少于两炉次。
1.3 洗炉时，彻底搅拌熔体不少于三次。每次搅拌间隔时间为半小时。洗炉料应彻底放干。
2、技术要求
2.1 化学成分
牌号 化学成分/%
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti 其他
Al
单个 合计
1070 0.20 0.25 0.04 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 — 99.7
1060 0.25 0.35 0.05 0.03 0.03 0.05 0.03 0.03 — 99.6
1100 Fe+Si:0.95 0.05～0.20 0.05 — 0.10 — 0.05 0.15 99.0
3A21 0.60 0.70 0.20 1.0～1.6 0.05 0.10 0.15 0.05 0.10 余量
3003 0.60 0.70 0.05～0.20 1.0～1.5 — 0.10 — 0.05 0.15 余量
2.2 按工艺单的要求进行配料，保证加入铝-铁中间合金后，铁硅比≥1.2(铁和硅总量超过0.65%时，可以不要求铁硅比)。
3、加料
3.1 对炉料的要求
3.1.1 配料所使用的原料，必须符合公司内部原材料验收标准的规定，必须有化学成分单方可使用。
3.1.2 外购卷废料成分符合要求，且加工性能合格，方可使用。
3.1.3 铝屑之类的炉料应先铸成锭后，才能加入，并应掺含50%以上的新料(可以是剪切边角料)加入。
3.1.4 所使用的原材料必须清洁、干燥，不得粘有泥、砂，不得混入其他金属和非金属夹杂物。粘有泥、砂的炉料，应清洗晾干后，才能加入炉内。
3.2 炉料的加入顺序和原则
铝_铝合金及强化与热处理
铝合金的强化及热处理
第一章 铝及铝合金
一、铝的物理性质
分子量26.98，密度2.7g/cm3，熔点660.24℃（99.996%），导电导热性仅次于铜，是铁的3-4倍。膨胀系数24.58-25.45um/m.K。
铝经合金化后，其强度比纯铝高3-4倍，由于铝合金的质轻而强度高，故其强度在所有的金属和合金中，几乎名列前茅。
铝在室温下易形成一层致密的氧化膜（三氧化二铝，比重2.82—3.92），厚度几个纳米。
二、铝的化学性质
两性，与氧结合成氧化膜，在碱和盐溶液中抗蚀性差，
三、铝合金及分类
按合金的特性分：有防锈铝（纯铝及铝-锰、铝-镁系合金）、硬铝（铝-铜-镁-锰系）、超硬铝、锻铝及特殊铝。
按合金状态图分：变形铝（分可热处理强化区和不可热处理强化区）和铸造铝。
变形铝合金：熔炼注成铸锭再经热挤压，合金总量一般小于5%，分可热处理和不可热处理。
铸造铝合金：铸造方法浇注或压注成零件或毛坯，合金含量一般8-25%。
1. 变形铝合金牌号的表示方法
工业纯铝（≥99.00%） 1XXX系列
Al-Cu系合金 2XXX系列
Al-Mn系合金 3XXX系列
Al-Si系合金 4XXX系列
Al-Mg系合金 5XXX系列
Al-Si-Mg系合金 6XXX系列
Al-Zn系合金 7XXX系列
其他元素合金 8XXX系列
备用系 9XXX系列
2.铸造铝合金牌号的表示方法
用化学元素及数字表示，如ZAlSi7Mg表示铸造铝合金，平均含硅量为7%，平均含镁量为小于1%。
还用合金代号表示，如ZL108，ZL111等，Z，L为铸，铝汉语拼音第一个字母，后面第一个数字表示合金系列，其中1、2、3、4分别表示铝硅、铝铜、铝镁、铝锌系列合金，ZL后面第二位，第三位两个数字表示顺序号。优质合金在数字后面附加了字母“A”。.
铸造7075铝合金扁锭的成分优化与控制
1合金成分优化与控制
7075铝合金在20t熔炼铸造机组上试制。合金化学成分的控制主要从防止合金铸造裂纹和保证合金高强度性能两方面考虑，同时，兼顾生产效率及生产成本。
7075铝合金在结晶的过程中，由于溶质再分配，在晶界上存在多元复杂共晶，这是7075铝合金裂纹倾向大的根本原因；7075铝合金中存在的脆硬相，在很低的铸造应力下也会形成裂纹源。影响7075铝合金材料断裂韧性的主要因素是合金中的第二相和金相组织，并以第二相的影响最大。实践表明，7075铝合金的化学成分和主要杂质对扁锭铸造时的裂纹影响很大。
1.1主要合金元素控制
Zn和Mg是7075铝合金的主要添加元素，随着Zn，Mg含量的提高，7075铝合金的主要强化相含量（MgZn2）随之提高，合金的抗拉强度和屈服强度提高，但抗应力腐蚀性能及断裂韧性下降，铸造的开裂倾向增大。文献[2]研究表明，在AlZnMgCu系合金中，w（Mg）=2.1~2.3时，合金扁锭裂纹废品率高达80；当w（Mg）>2.3时，合金扁锭裂纹废品率大幅降低。因此，生产中Mg含量应控制在标准范围的上限，可有效地降低合金铸造时的热裂倾向。
为保证合金的力学性能，Zn含量控制在标准范围的中上限，尽可能提高w（Zn）/w（Mg）的比值。
Cu对强度的有利影响与固溶强化生成强化相S（A12CuMg）相有关，Cu能降低晶界与晶内电位差，还可以改变沉淀相结构和细化沉淀相，它可抑制沿晶界开裂的趋势，因而改善了合金抗应力腐蚀性能。
Cu还能提高合金过饱和程度，加速合金在100℃~200℃之间人工时效过程，扩大GP区的稳定温度范围，提高抗拉强度，塑性和疲劳强度，但Cu的加入有产生晶间腐蚀和点腐蚀的倾向，对热裂比较敏感[3]。
在7075铝合金中，较高的Cu含量明显增加扁锭的热脆性，尤其当w（Cu）>1.5时，影响更为显着，因此，Cu控制在标准范围的中下限，即w（Cu）
ZA27合金的变质处理
1 9 9 8年
6月
Jo u rna l o f Sh enyang Po ly tech n ic U n ive r sity J un. 1 9 9 8
27合金的变质处理
ZA
李晨曦 吴世常 王青澄 吴春京
(沈阳工业大学金属工程系) (北京科技大学材料学院)
摘 要 研究了变质处理对
ZA 27合金初生相的形态和分布的影响
. 试验结果表明
: 加入适量的
变质剂
, 如
K
2 T iF
6 ,
K
2Z rF
6 ,
KB F
4 等
, 在适当的处理工艺条件下
,
ZA 27合金的初生相由通常条件
下的粗大枝晶变为均匀分布的细小粒状晶体
; 细化处理使合金的塑性明显提高
, 延伸率由
1%～
6% 增加到
15%～
20% , 强度及硬度基本保持不变
.
关键词
: ZA 27合金
; 铸造锌基合金
; 变质处理
中图法分类号
:
T G 29
0 引 言
ZA 27合金具有原材料丰富、价格便宜、熔炼耗能低、污染小、强度高、耐磨性好等优点
,
但由于合金的塑性、韧性低而限制了它的应用1, 2
. 为扩大
ZA 27合金的应用范围和使用的
可靠性
, 有必要研究改善合金塑性、韧性方法
. 细化铸态组织是提高合金性能的重要途径
, 本
课题试验研究了变质处理对
ZA 27铸态组织及机械性能的影响
.
1 试验条件
1. 1 试验材料
ZA 27合金对铅、锡、镉、铁等杂质元素特别敏感
, 严重地影响着锌合金的机械性能
, 尤其
是塑性、韧性等
, 因而本试验选用较高品位的原材料
:
Zn 2
01号锌锭、
A l2
00号铝锭
, 铜、镁分
别 以
A l2
50%
C u、
A l2
10%
M g 中加间合金的形式加入
ZA 27合金中
.
由上述原材料配制成的合金成分为
:
A l: 26%～
28% ;
C u: 2. 0%～
2. 5% ,
M g: 0. 01%～
0. 02% ; 其余为锌
.
精 炼剂为六氯乙烷
( 化学纯
). 变质剂为
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程
铸造铝合金熔炼、浇注操作规程
1 铝合金的熔化
1．1 坩埚、锭模及熔炼工具的准备
1．1．1 石墨坩埚的准备：
1．1．1．1 根据熔化量的多少选用容量适当的坩埚；
1．1．1．2 新坩埚使用前，应由室温缓慢升温至900℃进行焙烧，以去除坩埚的水分并防止炸裂；
1．1．1．3 旧坩埚（注意同一个坩埚不能用于熔化不同牌号的合金）使用前应检查是否损坏，清除表面熔渣和其它脏物，装料前预热到250~300℃。
1．1．2 铁质坩埚一般采用球铁坩埚，也可用铸钢（或钢板焊接）坩埚。为提高坩埚使用寿命，其外表面可进行液体渗铝处理。
1．1．3 坩埚、锭模及熔炼工具，使用前应将残余的金属、氧化皮等杂物清除干净。
1．1．4 新坩埚及有锈蚀污物的旧坩埚，使用前应吹砂或用其它方法清除干净，并加热到700～800℃，保温2～4小时，以除去坩埚吸附的水分及其它化学物质。
1．1．5 铝镁系合金的熔炼工具，使用前应在光卤石等溶剂中洗涤干净。
1．1．6 坩埚、锭模、熔炼工具使用前应涂防护涂料。搪衬的保温坩埚重复使用时，可不涂防护涂料。
1．1．6．1 涂料成分可按表1中的规定：
表1 坩埚和工具用涂料
代号 名称 成分配比（重量百分比）%
氧化锌 滑石粉 水玻璃 水
T03 涂料三号 25～30 / 3～5 余量
T04 涂料四号 / 20～30 6
1．1．6．2 涂料的配制：涂料成分中的所有固体组元，配制前应磨碎，并经过100～140目过筛，然后混合均匀。使用时，先将水玻璃倒入80～100℃的热水中搅拌均匀，加入固体组元后再搅拌均匀，冷却后备用。配好后的涂料停放时间一般不超过8小时。
1．1．6．3 将坩埚、锭模、熔炼工具预热到180～250℃，涂以防腐涂料。
1．1．7 用于保温的碳素钢板焊接坩埚，其内表应用耐火材料搪衬。耐火材料可按表2中的规定：
表2 耐火材料成分配比
成分（重量百分比）%
耐火熟粘土 石英砂 耐火土 水
高硅铝合金变质工艺研究
高硅铝合金变质工艺研究
摘要:高硅铝合金具有较好的使用性能,但合金中普遍存在着初晶硅相粗大问题,恶化了合金的力学性能,限制了其在工业的广泛应用。本文分析了不同变质方法对合金中硅相组织影响。研究表明:Al-25Si经稀土变质后,硅相形貌由变质前粗大不规则形状转变为细小规则的球状;初生硅的尺寸由变质前的300μm左右细化到35μm左右;同时发现稀土发挥变质作用时,30min～40min可充分发挥稀土氧化物对过共晶铝硅合金中初生硅的变质效果。
关键词:过共晶铝硅合金 变质处理 细化
铝硅合金因为具有密度小、尺寸稳定性好、耐磨等特性,适于制造各种轻质结构件,在航天、交通运输、机械加工等部门得到了广泛应用[1]。在共晶铝硅合金的基础上,提高Si含量可得到高硅过共晶铝硅合金,其耐磨性、尺寸稳定性和抗咬合性能均有大幅度的提高。然而,传统的铸锭冶金工艺制备的高硅Al-Si系合金,其硅相粗大,大大降低了合金的力学性能。因此,如何来控制硅相的形态、尺寸和分布来改善材料的性能,也就成为了这类工作的研究重点。为此,本文将采用不同变质处理工艺、达到改善初晶硅形态和组织控制的目的。
1、实验材料与方法
实验采用原材料为工业纯铝（铝质量分数≥99.7%）、工业结晶硅（硅含量≥99.7%）、纯铜、纯镁,中间合金为Al-10Mn、Al-20Fe等,配置成Al-25Si-1Cu-1Mg-0.7Fe-1Ni（质量百分数）成分合金。将配制好的过共晶铝硅合金放入坩埚炉中加热,待过共晶铝硅合金熔体温度达到950℃时,然后加入变质剂并均匀搅拌,保温10～50分钟,之后浇注。
2、实验结果与分析
在本次实验中,研究了磷和锶复合变质剂对过共晶铝硅合金的影响。根据前人实验结果[2],磷是过共晶铝硅合金中初生硅的有效变质剂,锶可以明显地细化共晶硅。不同变质剂的变质机制有可能是不一样的,把不同变质剂组合起来加入到合金熔体中,从而尽可能地使不同变质剂的优点都能得到充分地发挥,最终使合金组织得到较好的变质效果。因此,如果将磷和锶组合起来作为复合变质剂,那么初晶硅和共晶硅在变质处理过程中就可能同时得到细化。