铸造合金及其熔炼铸造铝合金的熔炼

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1、第十三章铸造铝合金的熔炼概述熔炼工艺是铸件生产过程中的一个有机组成。一个优质铝铸件的获得，需要有一整套优化的铸造方法、铸造工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼设备选用，熔炼工具处理及熔炼工艺过程控制。熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。严格控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等。熔炼工艺过程控制的目的是获得高质量的能满足下列要求的铝液:化学成分符合国家标准，合金液成分均匀；2)合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含

2、量低；3)需要变质处理的合金液，变质良好。据统计因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，如渗漏、气孔、夹渣等，主要原因是合金液中的气体、氧化夹渣、熔剂夹渣未清除所引起.因此在确保化学成分合格的前提下，熔炼工艺过程控制的主要任务是提高合金液的纯净度和变质效果。第一节铝合金液的精炼原理精炼的目的：清除铝液中的气体和各类有害杂质，净化铝液，防止在铸件中形成气孔和夹渣。一、铝铸件中气孔的形态及对性能的影响1、针孔分布在整个铸件截面上，因铝液中的气体，夹杂含量高、精炼效果差、铸件凝固速度低所引起。针孔可分三种类型。(1)点状针孔此类

3、针孔在低倍显微组织中呈圆点状，轮廓清晰且互不相连，能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。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”。结晶温度宽的合金，铸件缓慢凝固时析出的气体分布在晶界上及发达的枝晶间

4、隙中，此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵塞，便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。(3)混合型针孔此类针孔点状针孔和网状针孔混杂一起，常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。针孔可按国家标准分等级，等级越差，则铸件的力学性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差。当达不到铸件技术条件所允许的针孔等级时，铸件将被报废。其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。2、皮下气孔气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产生气体所造成，一般和铝液质量无关口3、单个大气孔这种气孔产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如铸型或型芯排气不畅，或者是

5、由于操作不小心，如浇注时堵死气眼，型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液纯净度无关。二、铝铸件中氧化夹杂物形态及对性能的影响浇注前铝液中存在的氧化夹杂称为一次氧化夹杂，总量约占铝液质量的0.002%-0.02%。在铸件中分布没有规律。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。第二类夹杂呈弥散状，在低倍显微组织中不易发现，铸件凝固时成

6、为气泡的形核基底，生成针孔。这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。铝合金通常在大气中熔炼，当铝液和炉气中的N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHn等接触时，会产生化合，化分，溶解、扩散等过程。各种炉气成分与铝液反应的热力学计算数据及反应式列于表13-1中。三、铝液中气体和夹杂物的来源图13-1为铝液与各种炉气成分反应时标准状态自由能的变化。从表13-1和图13-1可见，除按反应式(13-2)、(13-6)生成Al4C3外，其余反应都将生成Al2O3，而AlN与H2O或O2按式(13-10)、(13-11)反应，Al

7、4C3与H2O或O2按式(13-8)、(13-9)反应又都生成Al2O3，因此，表13-1所列众多反应的最终产物中大部分是Al2O3。Al2O3的化学稳定性极高，熔点高达2015℃±15℃，在铝液中不再分解，是铝铸件中主要的氧化夹杂物。在所有的炉气成分中，只有氢能大量地溶解于铝液中。根据测定，存在于铝合金中的气体，氢占85%以上，因而“含气量”可视为“含氢量”的同义词。铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水汽的反应。1、铝和水汽的反应低于250℃时，铝锭与大气中的水汽接触会产生下列反应Al+H2O→Al(OH)3+

8、H2（13-14）Al(OH)3长在铝锭表面，组织疏松，呈粉末状，对铝锭没有保护作用，俗称铝锈。用带有铝锈的铝锭作炉料，升温至400℃左右，铝锈按下式分解Al(OH)3→Al2O3+H2O（13-15）分解产物Al2O3组织疏松，能吸附水汽和氢，混入铝液中，增大气体和氧化夹杂的含量，使铝液质量变坏。因此铝锭不宜储存在