鋁合金熔煉過程的特性

1、職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫鋁合金鑄件鑄造技術(shù)課程教案鋁合金熔煉過程的特性 制作人：張保林陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院鋁合金熔煉過程的特性一、鋁合金液的吸氣1.鋁液中氣體的來源通常鋁合金熔煉在大氣中進(jìn)行，鋁液與空氣和爐氣中的N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、C2等氣體接觸時會產(chǎn)生眾多化學(xué)反應(yīng)，其最終產(chǎn)物中大部分是Al2O3。A1203化學(xué)穩(wěn)定性極高，是鋁合金鑄件中主要的氧化夾雜物。在所有的爐氣成分中，只有氫能大量溶解于鋁液中。研究表明，存在于鋁合金中的氣體，氫占85以上，因而通常鋁合金的“含氣量”近似地用“含氫量”表示。一般爐氣和空氣中的含氫量都很少，鋁液中的氫主要來源于鋁液與爐氣中

2、水汽的反應(yīng)。由此可見，鋁合金熔煉時切忌將吸附有水汽的冷爐料或冷的熔煉工具直接放入鋁液中，以免生成大量氫氣，瞬時引起鋁液飛濺，甚至爆炸。同樣，使用的熔劑、變質(zhì)劑若保管不當(dāng)，吸附的水分未經(jīng)烘烤或烘烤不充分便加入到鋁液中去，也會增加鋁液吸氣和氧化。2. 氫在鋁中的溶解度在01MPa氣壓下氫在Al、Mg、Cu、Ni中的溶解度見圖2-23，不同溫度下氫在鋁中的溶解度見表2-7。由圖2-23可知，氫在A1、Mg、Cu、Ni中的溶解度均隨溫度的升高而增加，但相比之下A1在熔煉過程中表現(xiàn)出較大的吸氣傾向：當(dāng)A1在固態(tài)時，氫的溶解度很小，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時，氫的溶解度突然急劇增加，而且達(dá)到熔點(diǎn)時的液態(tài)所溶解的氫氣

3、要比熔點(diǎn)時的固態(tài)多18倍；此后氫氣的溶解度隨溫度的繼續(xù)升高而增加很快(見圖1)。圖1 在01MPa氣壓下，氫在Al、Mg、Cu、Ni中的溶解度顯然，鋁液在高溫時吸收大量的氫氣。若在凝固冷卻過程中未能即時將多余的氫氣排除，則將會導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生析出性氣孔。鋁是分布較廣的元素，在地殼中含量僅次于氧和硅，約占7.5%（鐵占4.7%），是金屬中含量最高的金屬，比所有有色金屬的總和還多。純鋁密度較低，為2.7g/cm3，僅為鐵的1/3左右；有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，可用來制作電線、電纜等各種導(dǎo)電制品和各種散熱元件；延展性好、塑性高，可進(jìn)行各種機(jī)械加工。但由于純鋁的強(qiáng)度低，不能用作結(jié)構(gòu)材料，所以只有通過合金化才能

4、得到可作結(jié)構(gòu)材料使用的各種鋁合金。2、 鋁液的氧化由于鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，通常在大氣中長期放置或熔煉時產(chǎn)生氧化鋁（Al2O3），當(dāng)外界溫度變化時會發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，它有三種不同的形態(tài)：、和，這些不同形態(tài)氧化鋁的密度、致密性、吸附水汽特性和存在條件等不盡相同(見表1)。 表1 不同溫度下氫在鋁中的溶解度溫 度()300400500600660(固)660(液)700800S（cm3100g Al ）0.0010.0050.0120.0260.0360.690.921.67S（×10-6）0.000890.004490.010780.023370.032360.620310.827081

5、.50133表2 不同形態(tài)氧化鋁的特性形態(tài)密度(g/cm3)晶型VAl203/VAl吸附水汽(×10-3g/cm3)存在條件g3.2三角形1.590.18低溫、短期靜置h3.5尖晶石型立方1.420.10.27在所有溫度下，700850最多a4.0三角形1.280.01850以上的高溫生成的（Al2O3）氧化膜只是與鋁液接觸的一面是致密的，而與爐氣接觸的另一面卻是租糙、疏松的，存在有許多微細(xì)的小孔(直徑約5×10-3mm)。這些小孔能吸附水汽和氫氣，尤其在600700范圍內(nèi)，吸附能力最強(qiáng)，即使將A12O3焙燒到900時，仍能吸附少量水汽，直到900以上完全轉(zhuǎn)化為A12O3，

6、才能較完全地脫水。由此可見，鋁合金熔煉時應(yīng)盡量避免將覆蓋鋁液表面的那層連續(xù)、致密氧化膜卷入鋁液中，以免加劇鋁液的氧化和吸氣。3、 鋁液中的夾雜物 生產(chǎn)中，常常因鋁合金鑄件出現(xiàn)硬質(zhì)點(diǎn)使刀具磨損嚴(yán)重，甚至引起斷裂；有的鑄件因在重要部位出現(xiàn)針孔而報廢；更為嚴(yán)重的是有的鑄件經(jīng)加工裝機(jī)后在使用時突然出現(xiàn)裂紋。上述問題的出現(xiàn)在很大程度上與合金的熔煉和澆注過程中對鋁液夾雜物的控制不當(dāng)有直接的關(guān)系。1.夾雜物的種類。鋁合金熔體中存在的夾雜物種類涉及面很廣，但實(shí)際生產(chǎn)上，在鋁合金鑄件的夾雜物缺陷中，氧化薄膜占壓倒多數(shù)，此外粒狀、塊狀氧化鋁(Al203)、氧化鎂(MgO)和尖晶石(A12O3MgO)等氧化物類夾雜

7、也是常遇到的問題。鑄件有硬質(zhì)點(diǎn)大多數(shù)情況就是鋁液氧化形成上述氧化物類夾雜造成的。在合金溶化、攪拌、鋁液處理、轉(zhuǎn)包和澆注過程中由于鋁液的運(yùn)動，每當(dāng)形成新生的界面時就會形成氧化薄膜，特別在轉(zhuǎn)包時更為明顯,應(yīng)采取措施防止形成氧化薄膜。鋁液中夾雜物，除上述氧化薄膜及其塊狀、粒狀氧化夾雜外還有碳化物類、硼化物類鹵化物類和金屬間化合物夾雜。2. 氧化夾雜物的分類一般根據(jù)氧化夾雜物形成的時間先后，通常將在澆注前已在鋁液中存在的氧化夾雜稱為一次氧化夾雜，它在鑄件中分布沒有規(guī)律。將在澆注或轉(zhuǎn)包過程中形成的氧化夾雜稱為二次氧化夾雜，大多分布在鑄件壁的轉(zhuǎn)角處或最后凝固的部位。3.一次氧化夾雜按形態(tài)可分為兩類（1） 分布不均勻的大塊夾雜