冶金原理及工艺5.3典型合金的熔炼工艺-铜合金讲解材料.pptVIP

§5.3 铜合金熔炼工艺;§5.3.1 概述;，以避免带入水分而造成吸气。对某些铜合金液必须加覆盖剂，以防止或减少元素的氧化烧损，避免铸件中产生氧化夹渣。 (3)严格控制熔炼和浇注温度。熔炼温度过高，容易造成合金吸气，同时氧化夹渣也会增加，铝青铜尤为明显。浇注温度过高，则会引起气孔，锡磷青铜尤为明显。 (4)防止合金元素偏析。由于各种元素的密度和熔点相差较大，合金的结晶特性也有差异，容易造成比重偏析和逆偏析，如铅青铜的比重偏析尤为明显，锡磷青铜的逆偏析也很明显。因此，必须采取工艺措施，防止偏析。 要获得合格的铜合金液，必须掌握熔炼过程中的各个环节，如炉料准备，加料次序，防止吸收气体，采用有效的熔剂，脱氧，精炼，严格控制熔炼温度及浇注温度，调整化学成分等。 ;铜合金在熔炼时，尤其是在过热时将伴随着严重的氧化和吸气现象。铜合金的氧化物(如Cu2O) 能溶解在铜液中，为了使铜液中的Cu2O还原，必须加入适量的脱氧剂进行脱氧气才能将氧除去。铜合金液的吸气能力很强，水蒸气和氧是造成铜合金中气孔的主要原因，熔炼时除去气体的过程，叫做除气。清除铜合金液中不溶性氧化夹杂物的过程，叫做精炼。铜合金熔炼时，尤其在过热情况下，吸气特别严重，所以必须严格控制熔炼温度，贯彻快速熔炼的原则。各种铜合金中既含有高熔点和化学性质稳定的合金元素(如Fe、Mn，Ni等)，又含有低熔点和化学性能活泼的合金元素(如Al、Zn等)，各种元素的密度也相差较大，铜合金熔炼工艺比较复杂，各类铜合金熔炼工艺区别也较大，因此熔炼时要注意加料次序，原材料和回炉料都要严格分类管理，特别是回炉料要严防因混料而造成化学成分不合格。 ;铜合金熔炼的一般工艺过程是:熔化前的炉料准备、坩埚预热、投料熔化、脱氧、精炼、除气、调整化学成分和温度、扒渣、浇注。上述过程对每种铜合金并不完全相同，如锡青铜一般不加熔剂精炼，而黄铜则一般不进行脱氧。 ;铜产生热脆性。如果合金中含有氢，则Cu2O的危害性就更大，这是因为Cu2O与氢在凝固阶段同时大量析出，并在晶界处迅速产生化学反应: Cu2O+H2= 2Cu+ H2O (5.3.2) ;反应生成水蒸气，在凝固过程中水蒸气的压力随着晶间压力的增大而增加。一方面导致凝固时铸件上涨，组织疏松，铸件内产生大量气孔;另一方面导致晶粒间产生大量显微裂纹，晶粒间结合力大大降低，从而使纯铜变得很脆。含有Cu2O的纯铜不能在还原性气氛中进行热处理，因为还原气氛中的氢能渗入铜中与Cu2O作用，引起上述脆性的产生。这种由于Cu2O的存在并与氢反应而引起纯铜严重脆化的现象，称为氢脆。 （2）氧化铜具有很高的分解压力。图5.3.3为某些金属氧化物的分解压力与温度的关系曲线。由图可见，不同金属的氧化物分解压力相差较大，其中氧化亚铜的分解压力较高，它比Al、Mg、Si、Mn等元素的氧化物分解压力高很多。在纯铜熔化过程中，铜液被氧化， 铜液中溶解有大量的Cu2O，如果在除去Cu2O之前加入合金元素，由于Cu2O的分解压力很高，;图5.3.3 某些金属氧化物的分解压力与温度的关系;因此能很快地将铜合金液中的合金元素氧化，而本身被还原，如: 3Cu2O+ 2Al= Al2O3+6Cu (5.3.3) 3Cu2O+Si=SO2+4Cu (5.3.4) 生成的氧化物弥散悬浮在铜液中，危害性较大。为此，铜合金熔炼时，必须首先彻底除去Cu2O，然后再加入其他合金元素。根据氧化亚铜的上述两个特点，在铜合金熔炼时必须进行脱氧处理，也就是使铜合金液中的Cu2O还原。 §5.3.2.2 铜合金的脱氧 (1)脱氧基本原理及脱氧剂的选用 ①脱氧的基本原理。脱氧就是使榕解在金属液中的氧化物还原。能溶解在纯铜及铜合金中的氧化物只有氧化亚铜，因此，铜合金的脱氧就是使铜液中的氧化亚铜还原。也就是在铜液中，加入一种与氧亲和力比铜与氧亲和力更大的元素，将氧化亚铜中的铜还原出来，生成的脱氧产物上浮至液面而除掉。 ;加入铜合金液中能使其中氧化亚铜还原的物质称为脱氧剂。 ②脱氧剂的选用。根据铜合金脱氧的理论和实践，对铜合金脱氧剂提出以下要求: a. 脱氧剂的氧化物分解压力应小于氧化亚铜，其氧化物分解压力值与Cu2O分解压力值相差越大，脱氧反应进行得越完全，越迅速。 b. 加入的脱氧剂，应对铜合金性能元害。加入的脱氧剂除了大部分与Cu2O互相作用进行脱氧而消耗外，会有微量残留在铜液中，有些元素如锑、砷、硅、铝等对锡青铜的性能危害性很大，因此，虽然它们的氧化物分解压力小于Cu2O，但不能作为铜合金的脱氧剂。 c. 脱氧剂的反应产物应不溶解于合金液，易于凝聚、上浮而被除去。 d. 脱氧剂价格便宜，来源广。;③脱氧方法。根据脱氧剂的不同性能，铜合金脱氧方法有三种。 a. 沉淀脱氧。加入的脱氧剂能溶解于铜合