合金熔化與精煉5

1、一百零八噸銅鐘n.鑄造青銅免田賦鼎編鐘越王勾踐劍銅合金螺旋漿鑄造高爐風(fēng)口鑄造銅鐘鑄造錫青銅蝸輪 合金熔化及爐外精煉 銅合金熔煉 材冶學(xué)院:張國(guó)志第三章.銅合金熔煉n 像其它所有合金一樣，合金液的質(zhì)量直接影響鑄件的質(zhì)量，基本要求也相同：成分；溫度；純凈(氣體；氧化；夾渣)。另外，銅合金要防止偏析。因?yàn)殂~合金的合金元素比重偏差很大，熔點(diǎn)差別大，有些元素不相溶，易產(chǎn)生偏析。n 銅合金容易氧化，吸氣，需要進(jìn)行脫氧和除氣雙重處理。4-1.銅合金的氧化和脫氧n一.銅的氧化特性nCu在高溫下氧化,在銅液的表面進(jìn)行:n 4Cu+O2=2Cu2On形成氧化亞銅，其特點(diǎn)為:n(1) . Cu2O可溶于銅液中nCu

2、2O生成后可溶于銅液中，溫度下降后，在1066，+ Cu2O形成共晶體， 相為銅中含H的固溶體，共晶體（ + Cu2O）分布在相的晶粒邊界上。nCu2O對(duì)銅及合金的性能影響很大，是在凝固時(shí)形成的，在晶界上形成低熔點(diǎn)共晶體，引起熱裂（熱脆）。如果銅液中含有H，隨溫度降低，同時(shí)析出，發(fā)生反應(yīng)：n Cu2O+H2=2Cu+H2O （水蒸汽）。n形成水蒸汽，產(chǎn)生氣孔，組織疏松，形成晶間裂紋，產(chǎn)生脆化。n (2) Cu2O的分解壓高nCu2O的分解壓比其它金屬氧化物的分解壓高,小于(Ag2O; CuO; Fe2O3).當(dāng)含有Cu2O的銅液加入其它合金元素時(shí),易使合金元素氧化,使Cu2O還原,n 3Cu2

3、O+2Al=Al2O3+6Cun 2Cu2O+Si=SiO2+4Cun在銅液中形成彌散的氧化夾雜物,失去合金元素的作用.因此,銅合金熔煉必須脫氧處理,使Cu2O還原.n二.銅合金脫氧n (1)脫氧原理n脫氧就是使溶解于金屬液中的氧化物還原,銅合金的脫氧就是在銅液中加入與氧親和力更大的元素,使氧化銅還原.加入的元素就稱(chēng)為脫氧劑.形成的氧化物分解壓低于Cu2O,而且生成的氧化物容易上浮,去除.(2)對(duì)脫氧劑的要求n.脫氧劑對(duì)氧的親和力大于銅對(duì)氧的親和力,脫氧劑的氧化物分解壓低于Cu2O的分解壓，或者說(shuō)，脫氧劑的氧化物比Cu2O更穩(wěn)定。n.脫氧劑對(duì)銅合金的性能無(wú)不良影響,因?yàn)榧尤氲拿撗鮿┛倳?huì)在銅液中

4、殘留一部分,Sb;As;Si影響錫青銅的性能,雖然能脫氧,但不能作為脫氧劑.n.脫氧劑的氧化物不能溶于合金液中,應(yīng)易于凝聚,上浮而去除.n.脫氧劑的價(jià)格便宜,來(lái)源廣.n(3) 脫氧方法n(1)沉淀脫氧:加入的脫氧劑溶于Cu液中,脫氧在整個(gè)溶池中進(jìn)行,脫氧速度快,但脫氧產(chǎn)物必須不溶于合金液中,易清除,否則夾雜物增多,P脫氧就是沉淀脫氧,效果好,但要求不含P的銅合金就不能用P脫氧.(2)擴(kuò)散脫氧:n脫氧劑不溶于合金液中,脫氧反應(yīng)在合金表面上進(jìn)行,溶池中的Cu2O向界面擴(kuò)散,進(jìn)行脫氧反應(yīng),脫氧速度取決于擴(kuò)散速度,時(shí)間長(zhǎng),但不影響合金成分,:用CaC2;Mg3B2n 5Cu2O+CaC2=CaO+2C

5、O2+10Cun 6Cu2O+Mg3B2=3MgO+B2O3+12Cun(3)沸騰脫氧:n脫氧劑產(chǎn)生不溶于合金液的氣體,CO,很快上浮.類(lèi)似于鋁合金的浮游法精煉.合金液激烈翻騰-沸騰脫氧.用青木,重油,適合于大量生產(chǎn),如反射爐熔煉,把濕的青木插入銅液中,產(chǎn)生還原氣體-青木還原.n Cu2O+C=CO+2Cun生產(chǎn)中使用最多的是沉淀脫氧,脫氧劑用P,以P-Cu中間合金的形式加入,(含P：814%);稀土脫氧:810%Ren 5Cu2O+2P=P2O5+10Cun 6Cu2O+2P=2CuPO3 +10CunCu2O+P2O5 =2CuPO3 +10Cu 偏磷酸銅,熔點(diǎn)低,比重小,集聚上浮.n常用

6、P含量:0.030.06%,加入過(guò)多時(shí),銅液中殘留P多,澆注時(shí)與水蒸氣反應(yīng),形成氣孔.n 2P+5H2O=P2O5+10Hn砂型鑄造,P可以控制低一些,金屬型鑄造,P可以高一些.n薄壁件可適當(dāng)增加P,提高充型性能.n 用P脫氧的缺點(diǎn):P降低銅的導(dǎo)電性能,導(dǎo)熱性能,電工器材不能用P脫氧.可用Li、Ca、Re脫氧.n銅熔煉一般先熔化銅,電解銅板,11501200 ,先加入三分之二的P-Cu中間合金脫氧,然后加合金元素,減少合金氧化,在澆注前再加入三分之一的P-Cu中間.n 普通黃銅, Cu-Zn合金和鋁青銅可不進(jìn)行加磷脫氧,因?yàn)閆n和鋁本身有脫氧作用.P加入量與殘留O量的關(guān)系nP量越多,氧含量越低

7、6-2.銅合金的吸氣及爐外精煉.n一.H的溶解n銅中除了溶有Cu2O外,還溶有H,凝固時(shí),結(jié)合成水蒸氣分子,形成氣泡,在鑄件中形成氣孔.H2在銅中的溶解度很大,溫度越高,溶入越多,以原子狀態(tài)溶入.n 1/2 H2 H 溶解度與溫度和壓力有關(guān),n H=KP H2n K-與溫度有關(guān)的平衡常數(shù).n溶解的H主要來(lái)自水蒸氣,應(yīng)嚴(yán)格控制潮濕的爐料,燃料,工具,熔劑等帶入水分,含Ni的銅合金易吸氣,n此外,SO2; CO2; Co等也有少量溶解.合金元素對(duì)銅吸氣量的影響二.除氣精煉n為了防止出現(xiàn)氣孔缺陷，銅液要進(jìn)行精煉處理。(refining).主要采用的除氣方法：氧化法、吹氮法、氯化鋅除氣、沸騰法。n(1

8、),氧化法：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理:n 2H+O=H2O K= H2O / H2.On 在一定的溫度下,K和PH2一定時(shí),則H.O=常數(shù).氧濃度高時(shí),則H的溶解度降低,為了除H,可以先設(shè)法增加銅中氧量,排除H,然后再脫氧。n增加氧含量可形成氧化性氣分,或加氧化劑,在銅液中加MnO2 。高錳酸鉀,(K MnO4),CuO等,除氣之后,再加P-Cu脫氧。這種方法只適合于純銅和Cu-Pb合金,當(dāng)合金中含有易氧化的合金元素時(shí),不能用這種方法.否則合金元素?zé)龘p多,如Cu-Al合金。銅液中的H2-O平衡(2)吹氮法n向銅液中吹N2氣,形成氣泡,因?yàn)镹2氣泡中的H的分壓低,向氣泡內(nèi)擴(kuò)散,隨N2氣泡一起排除.n

9、(3)氯化鋅除氣. n用于含鋁青銅，ZnCl與Al反應(yīng)形成AlCl3 ，形成氣泡。n(4)沸騰除氣n對(duì)于含Zn黃銅，在較高溫度下， Zn氣化，形成Zn氣泡。Zn含量低時(shí)，沸點(diǎn)升高，可在后期提高溫度,然后降溫冷卻。n(5)真空除氣.n 降低外壓，氣體析出。n使用較多的是氧化法除氣，黃銅用沸騰法。4-3銅合金的熔劑n 銅合金熔煉時(shí)，為了防止合金溶體中的元素氧化，蒸發(fā)和吸氣，需要用覆蓋劑，為了除去氮化物，要用精煉劑。n(1).覆蓋劑；銅合金常用的覆蓋劑有: 木炭、玻璃、硼砂、蘇達(dá)n.木炭,覆蓋在合金的表面,產(chǎn)生CO氣體, 形成還原性氣膜，防止銅合金氧化，同時(shí)有輔助脫氧作用，有一定的保溫作用。使用時(shí)要

10、高溫（10001050）焙燒，防止吸H和水蒸氣。銅中不溶解C。 含Ni的銅合金不能用木炭覆蓋，含Ni后吸收CO氣體，增加含氣量，氣孔增加。也可用廢電極和草木灰代替木炭，效果較好。（稻殼）n.玻璃：復(fù)合硅酸鹽（Na2O.CaO.6SiO2 ),熔點(diǎn)900 1200），不與銅合金反應(yīng)，覆蓋性好。但粘度大，熔點(diǎn)高，可加如一些堿性氧化物， NaCO3 ； NaB4O4 （硼砂）等，降低熔點(diǎn)。(2)精煉劑.n目的是除去氧化夾雜，時(shí)當(dāng)銅合金熔體中含有Al2O3；SiO2 ；SnO2時(shí)，不易還原，在銅合金中形成夾雜物，一般呈酸性和中性，可以用堿性熔劑去除。酸性渣與堿性熔劑反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的渣，比重小，上浮,集中去除。n常用的精煉劑： NaCO3 ；