铸造铝合金熔炼原理与工艺.ppt

铸造铝合金熔炼原理和工艺
铸造铝合金熔炼原理和工艺
铝合金的精炼原理
铝液的精炼工艺
铝合金组织控制
铸造铝合金熔炼工艺
铸造铝合金熔炼原理和工艺
概 述
铝合金熔炼的内容包括配料计算、炉料处理，熔炼设备的选用、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要求的铝液：
化学成分符合国家标准，合金液成分均匀；
合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低；
需要变质处理的合金液，变质效果良好。
因熔炼工艺过程控制不严而产生的废品中，主要原因是合金液中的气体、氧化夹杂、熔剂夹渣未清除所引起。
铸造铝合金熔炼原理和工艺
铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响
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、铸件凝固速度低而引起。
点状针孔：呈圆点状轮廓清晰且互不相连，易和缩孔、缩松相区别。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。
网状针孔：呈密集相连成网状，伴有少数较大的孔洞。结晶温度范围宽的合金，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隙中，此时结晶骨架已形成，补缩通道被堵，便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。它会割裂合金基体，危害性比前者大。
混合型针孔：由点状针孔和网状针孔混杂在一起，常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。
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针孔分级
针孔可按国家标准分等级，等级越差，铸件的力学性能越低，抗蚀性能和表面质量越差。
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铝铸件中气孔的形态及对铸件性能的影响（续）
皮下针孔
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成，一般和铝液质量无关。
单个大气孔
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引起。
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铝铸件中氧化夹杂的形态及对铸件性能影响
一次氧化夹杂：浇注前铝液中存在的氧化夹杂，％～％。按形态可分为两类：第一类是分布不均匀的大块夹杂物，其危害性极大，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。
二次氧化夹杂：在浇注过程中形成，多分布在铸件壁的转角处及最后凝固的部位。
氧化夹杂分为两类
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铝液中气体和氧化夹杂的来源
氢气来源：
潮湿、带油污的炉料、Al2O3表面吸附水汽及氢，搅拌时带入铝液；铝液表面吸附水。
氧化夹杂来源：
表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。
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铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在通常大气（湿度较大）中铝的熔炼温度下γ-Al2O3膜常会含1-2﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
合金元素对铝的氧化有一定的影响，在这类合金中加入少量的铍（-%Be）后，使氧化膜致密，故能提高其抗氧化性。
为了防止铝-氧剧烈反应，大多数铝合金的熔炼温度控制在750℃以下。
铝-氧反应
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铝-水气反应
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O
2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
铝和水气的反应
Al(OH)3 在400℃的条件下将进一步反应
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2↑
Al2O3成氧化夹杂，氢则溶于铝液，增加气体含量。
铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水气的反应。
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