第二章铸铝合金的熔炼.pptVIP

第二章 铸铝合金的熔炼 　　熔炼工艺过程的控制包括：正确的加料顺序，控制熔炼温度和时间，力争实现快速熔炼，有效的精炼和效果稳定的变质以及可靠的炉前检验等等。　　高质量铝液应该具有三个条件：　　（1）化学成分合格，铝液成分均匀；　　（2）气体、氧化夹杂、熔剂夹杂少，不致在铸件中形成气孔和夹渣，造成废品；　　（3）变质良好 第一节 铸铝合金的精炼 　　精炼的目的在于去除铝液中的气体和各种非金属夹杂物，保证获得高质量的铝液。 一、铝铸件中气孔和夹渣的形式 （一）铝铸件中气孔的形式及对铸件性能的影响 1、针孔。　　分布在整个铸件切面上，这是由精炼不良、铝液中气体、夹杂物含量过多、凝固速度慢引进的。 （1）点状针孔：在低倍组织中针孔呈圆点状，针孔轮廓清晰且互不连续，能清点每平方厘米面积上针孔数目并测得其直径。 （2）网状针孔：在低倍组织中针孔密集相连成网状。 （3）综合性针孔：它是点状针孔和网状针孔的中间型。 2、皮下气孔。　　它处于铝铸件表皮下，孔内表面较光滑，呈倒梨形。这是铝液和铸型表面产生反应引起的。 （二）氧化夹杂的形式及对铸件性能的影响 浇注前在铝液中的氧化夹杂统称“一次氧化渣”，在铸件中分布没有规律，总量约占铝液的0.002%－0.02%。 二、铝液中气体和氧化夹渣的来源 　　铝液中的氢和氧化夹杂物来自铝液和水汽的反应。 （一）铝和水汽的反应 低于250℃时，铝锭和空气中的水汽接触，产生下列反应： （二）氢在铝液中的溶解度 已知氢在铝液中的溶解过程是吸热过程，ES是正值，因此 和T值越大，氢在铝液中的溶解度S也越大。 （三）铝液吸收气体的动力学过程 氢分压　 和铝液温度T越高，扩散系数越大，吸收氢的速度就越大，铝液中的合金元素及氧化夹杂物对氢的扩散系数具有相当大的影响。 （四）氧化膜的性能及对吸氢的影响 铝和氧的亲和力很大，极易氧化，铝的表面总是覆盖着一层氧化膜，必须考虑氧化膜的影响。 决定氧化膜保护性能的因素有二：其一是元素或氧化膜本身的蒸汽压，蒸汽压越低，越稳定，保护性能越好。 （五）铝液中Al2O3和H2之间的相互作用 铝液中一旦含有大量Al2O3后，会增加铝液的含氢量，而且很难除去。当铝液中Al2O3含量很低时，铝液含氢量也低，即使人为地通入氢气，也会自动脱气，并很快恢复到原来的含量；用这种纯净的铝液浇注铸件，很少出现针孔，铝液中的Al2O3含量对铝铸件中气孔的形成有很大影响。 （六）合金元素对吸氢的影响 1、对氧化膜性能的影响：常用合金元素按对氧亲和力的大小可以下列次序排列：Be→Mg→Al→Ce→Ti→Si→Mn→Cr→Zn→Fe→Ni→Cu。 2、对氢的溶解度的影响：镁含量增加使含氢量增加主要是由于改变了氧化膜的性质，促进了铝和水汽反应的结果。 （七）熔炼时间对吸氢的影响 在大气中熔炼铝合金，总要产生氧化膜，增加铝液的含气量，熔炼时间越长，铝液温度越高，氧化夹杂物含量越多，合金的吸气就越严重。 三、铝液中析出氢（呼氢）的条件 （一）呼氢的热力学条件 1、气泡的形成 2、氢在铝液中向气泡核或熔池表面的运动 3、气体透过相界面（表面氧化膜） 四、合金成分（凝固特性）对形成气孔的影响 　　结晶温度范围小的合金在一般的冷却条件下呈壳状凝固，铸件中心部位的液体一直到凝固前都处于大气压力和冒口中金属液静压力的作用下，因此溶于铝液中的气体不易析出形成气孔，而呈过饱和状态留于合金中。　　结晶温度范围大的合金，在通常的冷却速度下呈糊状凝固，在凝固期的某一，在发达的枝晶间形成许多相互隔绝的空间，不受大气压力和金属液静压力的作用，在封闭的空间内由于液体冷却时收缩而造成一定程度的真空，使溶于金属液中的气体易于析出形成气孔。 　　Al-Si合金形成气孔的倾向取决于凝固时金属液中的含氢量、铸件冷却条件及合金的成分 五、铝合金的精炼工艺 精炼的目的是除气、除渣以获得优良的铝液。 （一）吸附精炼 吸附精炼依靠精炼剂产生的吸附作用达到去除氧化夹杂、气体的目的，精炼作用仅发生在吸附界面上，不能对全部铝液发生作用，效果受到限制。具体又可分为浮游法，熔剂法和过滤法三种。 1、浮游法 （1）通氮精炼 　　设夹杂物Al2O3被N2气泡吸附后，和气泡接触的面积为S，则面积S上终态所具有的表面自由能为F2 　　吸附前氮气泡及氧化夹杂都与铝液接触，因此始态所具有的表面自由能是F1 　　根据热力学第二定律，一个系统表面能量减低的方向即为过程进行的方向。夹杂物Al2O3自动吸附在气泡上应满足下式： 即 　　铝液和氧化夹杂Al2O3是相互不润湿的，即　　　　　，有如下关系 （∵θ＞90。，　∴cosθ0） 　　因为　　　为正值，所以铝液中的夹杂物Al2O3能自动吸附在N2气泡上，而被带出液面。反之，已被带至液面的氧化夹杂物Al2O3和炉气接