熔炼与铸锭课程-有色金属熔铸技术10.pdf

有色金属熔炼与铸锭有色金属熔炼与铸锭有色金属熔炼与铸锭有色金属熔炼与铸锭 第篇有色金属熔铸技术第篇有色金属熔铸技术第第三三篇有色金属熔铸技术篇有色金属熔铸技术 肖代红 daihongx@csu edu cndaihongx@ 第十章 常见有色金属的熔铸第十章 常见有色金属的熔铸 本章要点本章要点: 介绍主要介绍一些常用有色合金（铝、镁、钛、铜、锌及其合金）的熔铸特 : 介绍主要介绍一些常用有色合金（铝、镁、钛、铜、锌及其合金）的熔铸特 性性，，了解熔铸工艺制定的基本规则了解熔铸工艺制定的基本规则性性，，了解熔铸工艺制定的基本规则了解熔铸工艺制定的基本规则 10 1 铝及其合金的熔铸10.1 铝及其合金的熔铸 铝及其合金的熔铸包括铝及其合金的熔铸包括：： 纯铝、纯铝、Al-Mn合金、合金、Al-Mg合金、合金、Al-Cu-Mg合金、合金、Al- Zn-Mg-Cu合金合金 Al：熔点：熔点660.24℃，密度℃，密度2.7g/cm3，熔化潜热，熔化潜热 338J/g，比热容，比热容950J/(g.K) 铝的化学性质活波，在熔铸过程中熔体能与炉气、炉衬、 操作工具和熔剂等相互作用 铝的化学性质活波，在熔铸过程中熔体能与炉气、炉衬、 操作工具和熔剂等相互作用。

熔体表面的熔体表面的Al2O3膜致密坚韧，有阻碍氧化和吸气的作用 铝与 膜致密坚韧，有阻碍氧化和吸气的作用 铝与SiO2、、Fe2O3等发生反应生成炉渣等发生反应生成炉渣 铝的熔点低，但熔化潜热大，用电阻熔化时间长，氧化烧 损大 铝的熔点低，但熔化潜热大，用电阻熔化时间长，氧化烧 损大 铝的氧化和吸气主要通过与炉气中的铝的氧化和吸气主要通过与炉气中的水蒸气水蒸气的相互作用的相互作用 纯铝熔铸技术特点纯铝熔铸技术特点：：纯铝熔铸技术特点纯铝熔铸技术特点：： （（1）铝的化学性活波，易于氧化生渣，吸气，吸收杂）铝的化学性活波，易于氧化生渣，吸气，吸收杂 质质熔体中夹杂多时含气量高熔体中夹杂多时含气量高易生气孔易生气孔缩松和缩松和质质，，熔体中夹杂多时含气量高熔体中夹杂多时含气量高，，易生气孔易生气孔、、缩松和缩松和 夹杂物夹杂物，使板带材起皮起泡使板带材起皮起泡 (2) 杂质硅含量高易杂质硅含量高易热裂热裂，要尽量减少从炉料、炉衬、，要尽量减少从炉料、炉衬、 熔剂熔剂、工、工具具、、炉气中吸收杂质和铁炉气中吸收杂质和铁、硅，、硅，并控制铁并控制铁熔剂熔剂具具炉气中吸收杂质和铁炉气中吸收杂质和铁并控制铁并控制铁 硅比，同时重视铸造工艺。

硅比，同时重视铸造工艺 Al M 系合金系合金（（防锈铝合金防锈铝合金））Al-Mn系合金系合金（（防锈铝合金防锈铝合金）） 1.0~1.6%Mn，Mn是主要合金化元素，随着Mn含量的增加，是主要合金化元素随着含量的增加 合金强度提高 合金中易形成MnAl6，导致变形时发生开裂 锰(Mn) ：熔点为1244℃，沸点为1962℃，密度为7.440g/cm3 (20℃)硬而脆的银白色金属含杂质时活泼在氧气中燃 6 (20℃)硬而脆的银白色金属，含杂质时活泼，在氧气中燃 烧，在空气中发生表面氧化 Mn不易熔于Al中需以中间合金形式加入需适当提高熔体Mn不易熔于Al中，需以中间合金形式加入需适当提高熔体 温度并充分搅拌，防止锰偏析 以熔剂覆盖熔体，防止氧化和吸气以熔剂覆盖熔体，防止氧化和吸气 在半连续铸造时，LF21合金易热裂，尤其是硅含量大于铁含 量时，易出现发状裂纹量时易出现发状裂纹 熔铸技术特点熔铸技术特点：： （（1）锰熔化及溶解慢，需提高熔炼温度，既要防止偏 析，又要减少熔体氧化和吸气 ）锰熔化及溶解慢，需提高熔炼温度，既要防止偏 析，又要减少熔体氧化和吸气 （（2））半连续铸造热裂倾向大半连续铸造热裂倾向大，，既要控制铁硅比及其含既要控制铁硅比及其含（（2））半连续铸造热裂倾向大半连续铸造热裂倾向大，，既要控制铁硅比及其含既要控制铁硅比及其含 量，又要防止出现粗大晶粒及金属间化合物夹杂量，又要防止出现粗大晶粒及金属间化合物夹杂 Al-Mg系合金（具有固溶强化与防腐蚀效果）系合金（具有固溶强化与防腐蚀效果） 镁（M )熔点为649℃密度为1 74 / 3 (20℃) 在氧气中镁（Mg) ：熔点为649℃，密度为1.74g/cm3 (20℃). 在氧气中 易燃烧，在空气中发生表面氧化，生成缩松MgO。

随着镁含量增加，熔体表面氧化膜致密性降低，抗氧化性能 减弱镁易氧化生渣，且MgO缩松多孔，给成分控制带来困 难并使吸气量增加促进缩松气孔热裂和夹渣等的倾难，并使吸气量增加，促进缩松、气孔、热裂和夹渣等的倾 向 高镁铝合金中的钠脆性也随着镁含量增加而增大高镁铝合金中的钠脆性也随着镁含量增加而增大 高镁铝合金中铁、铜量过多，也会促使铸锭表面出现裂纹 熔铸技术特点熔铸技术特点：： （（1）表面氧化膜保护性差，氧化烧损较大，要注意控 制成分，可添加微量 ）表面氧化膜保护性差，氧化烧损较大，要注意控 制成分，可添加微量Be保护熔体保护熔体 （（2）易氧化生渣、吸气，增大熔体的黏度，降低流动）易氧化生渣、吸气，增大熔体的黏度，降低流动 性，使铸锭易出现气孔、夹渣、缩松、冷隔及表面 裂纹等 性，使铸锭易出现气孔、夹渣、缩松、冷隔及表面 裂纹等 （（3）用含钠熔剂时易产生钠脆性不用含钠溶剂用含钠熔剂时易产生钠脆性不用含钠溶剂 Al Cu Mg系合金系合金Al-Cu-Mg系合金系合金 系硬铝合金系硬铝合金，，具有典型的时效强化效应具有典型的时效强化效应系硬铝合金系硬铝合金，，具有典型的时效强化效应具有典型的时效强化效应 合金中合金中Cu含量较高，含量较高，Cu熔点虽高，但易溶解于铝液中，可 直接以电解铜板加入熔炉，并搅拌加速其溶解，防止铜沉淀。

熔点虽高，但易溶解于铝液中，可 直接以电解铜板加入熔炉，并搅拌加速其溶解，防止铜沉淀 硬铝凝固过渡区较宽，产生缩松和气孔倾向较大硬铝凝固过渡区较宽，产生缩松和气孔倾向较大 在半连续铸造时易产生在半连续铸造时易产生热裂热裂 熔铸技术特点熔铸技术特点：： 镁易氧化烧损，影响氧化膜致密性，铜、锰在熔体中分布 不均匀，要加以搅拌； 镁易氧化烧损，影响氧化膜致密性，铜、锰在熔体中分布 不均匀，要加以搅拌； 硬铝结晶温度范围较宽硬铝结晶温度范围较宽杂质铁杂质铁硅硅等夹渣较多等夹渣较多硬铝结晶温度范围较宽硬铝结晶温度范围较宽，，杂质铁杂质铁、、硅硅及及MgO等夹渣较多等夹渣较多， 在半连续铸造条件下，大规格锭坯易出现气孔缩松和裂 ， 在半连续铸造条件下，大规格锭坯易出现气孔缩松和裂 纹纹应控制冷却强度及铁硅量应控制冷却强度及铁硅量纹纹，，应控制冷却强度及铁硅量应控制冷却强度及铁硅量 Al ZMC 系合金Al-Zn-Mg-Cu系合金 合金铸锭通常需经过形变热处理合金铸锭通常需经过形变热处理广泛用作超强铝合金广泛用作超强铝合金合金铸锭通常需经过形变热处理合金铸锭通常需经过形变热处理，，广泛用作超强铝合金广泛用作超强铝合金。

合金成分复杂，合金元素总量较高，且元素间密度相差较合金成分复杂，合金元素总量较高，且元素间密度相差较 大大易出现成分偏析易出现成分偏析特别是特别是Cu和和Zn熔体需加以搅拌熔体需加以搅拌大大，，易出现成分偏析易出现成分偏析，，特别是特别是Cu和和Zn，，熔体需加以搅拌熔体需加以搅拌 因因Mg和和Zn含量较高，熔体表面氧化膜松散，易氧化生渣和含量较高，熔体表面氧化膜松散，易氧化生渣和 烧损烧损烧损烧损 超硬铝塑性差，在半连续铸造时极易产生裂纹超硬铝塑性差，在半连续铸造时极易产生裂纹 该合金对杂质硅很敏感该合金对杂质硅很敏感应控制铁含量应控制铁含量镁宜取上限含量镁宜取上限含量该合金对杂质硅很敏感该合金对杂质硅很敏感，，应控制铁含量应控制铁含量，，镁宜取上限含量镁宜取上限含量， 而铜、锰宜取下限成分，控制铸造工艺，减小冷热裂倾向 ， 而铜、锰宜取下限成分，控制铸造工艺，减小冷热裂倾向 在熔铸过程中在熔铸过程中注意选用干净炉料注意选用干净炉料熔体要覆盖处理熔体要覆盖处理防防在熔铸过程中在熔铸过程中，，注意选用干净炉料注意选用干净炉料，，熔体要覆盖处理熔体要覆盖处理，，防防 止氧化和吸气。

止氧化和吸气 熔铸技术特点熔铸技术特点：： （（1））ZnC 易偏析易偏析杂质硅控制要严杂质硅控制要严（（1））Zn、、Cu易偏析易偏析，，杂质硅控制要严杂质硅控制要严 （2）结晶温度范围较宽，非平衡共晶致脆的裂纹倾向）结晶温度范围较宽，非平衡共晶致脆的裂纹倾向 较大较大易产生缩松易产生缩松夹渣等缺陷夹渣等缺陷较大较大，且，且易产生缩松易产生缩松、、夹渣等缺陷夹渣等缺陷 10 2 铜及铜合金的熔铸10.2 铜及铜合金的熔铸 合金的熔铸包括合金的熔铸包括： 紫铜及无氧铜、黄铜、青铜、百铜 ： 紫铜及无氧铜、黄铜、青铜、百铜 铜铜(Cu) 熔点为熔点为1 084 ℃，沸点为℃，沸点为2 567 ℃，密度为℃，密度为 8.960 g/cm3 (20℃℃) 熔体表面氧化铜易于破碎而失去保护作用熔体表面氧化铜易于破碎而失去保护作用 紫铜及无氧铜熔炼技术特点紫铜及无氧铜熔炼技术特点 熔体表面氧化铜易于破碎而失去保护作用熔体表面氧化铜易于破碎而失去保护作用 电解铜中杂质少而含氢量高，当铜液中含氧量过高时，易产电解铜中杂质少而含氢量高，当铜液中含氧量过高时，易产 生生““氢气病氢气病””而导致铸锭产生晶间开裂而导致铸锭产生晶间开裂。

生生氢气病氢气病而导致铸锭产生晶间开裂而导致铸锭产生晶间开裂 半连续铸造及铁模铸造时，由于二次氧化生成的半连续铸造及铁模铸造时，由于二次氧化生成的Cu2O与氢形 成水蒸气，常使铸锭产生气孔和裂纹 与氢形 成水蒸气，常使铸锭产生气孔和裂纹 熔炼技术特点熔炼技术特点：： 保持纯度用于电子、电器仪表的铜材，对纯度要求高，首 先控制氧、氢及磷、硫等杂质含量 保持纯度用于电子、电器仪表的铜材，对纯度要求高，首 先控制氧、氢及磷、硫等杂质含量 防止氧化防止氧化除意氧除意氧保浇铸液流保浇铸液流则则铸锭铸锭防止氧化防止氧化除除注注意意脱脱氧氧外，还要外，还要保保护护浇铸液流浇铸液流，否，否则则，，铸锭铸锭 易出现晶间裂纹和气孔易出现晶间裂纹和气孔 黄铜为黄铜为Cu-Zn合金合金，，锌易挥发和氧化熔损锌易挥发和氧化熔损，，在熔炼温度下的在熔炼温度下的 黄铜熔炼技术特点黄铜熔炼技术特点 黄铜为黄铜为Cu Zn合金合金，，锌易挥发和氧化熔损锌易挥发和氧化熔损，，在熔炼温度下的在熔炼温度下的 蒸汽压相当高含锌量越高，越易氧化烧损和挥发熔损蒸汽压相当高含锌量越高，越易氧化烧损和挥发熔损 黄铜不易在反射炉内熔炼黄铜不易在反射炉内熔炼，，否则否则，，氧化氧化、、挥发熔损更大挥发熔损更大。

黄铜不易在反射炉内熔炼黄铜不易在反射炉内熔炼，，否则否则，，氧化氧化、、挥发熔损更大挥发熔损更大 铸造时黄铜易于二次氧化生渣、产生气孔铸造时黄铜易于二次氧化生渣、产生气孔 熔炼技术特点熔炼技术特点：： 锌易挥发熔损，有脱氧和去气作用，易于熔炼且不需要特殊 精炼措施； 锌易挥发熔损，有脱氧和去气作用，易于熔炼且不需要特殊 精炼措施； 在铸造过程中易氧化生渣，造成表面夹渣，复杂黄铜则易生 裂纹，要特别注意保护处理 在铸造过程中易氧化生渣，造成表面夹渣，复杂黄铜则易生 裂纹，要特别注意保护处理 青铜熔炼技术特点青铜熔炼技术特点 青铜为青铜为Cu-Sn、、Cu-Al、、Cu-Be等合金 青铜熔炼技术特点青铜熔炼技术特点 铝青铜含铝量较高，分简单铝青铜（铝青铜含铝量较高，分简单铝青铜（Cu-Al)和复杂铝青铜和复杂铝青铜(Cu-Al-Fe-Ni- Mn)。