铝合金教学讲稿

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1、1第二节 AL-Si 合金是二元合金，主要成分是 AL 和 Si., 主要组织结构是 相和 相。 相是一铝为基础的固溶体晶体结构，机械强度低，硬度低，塑性好，导电性能好。是铝 合金各种使用性能的基础。 相是以硅基为主的晶体结构，他几乎不溶解铝原子，他的强度较高，硬度高 ，但是很 脆，是电的半导体。 二元铝合金的性能就是由这两项决定的。 一 （一） AL-Si 2 元相图。 （二） 含硅量对合金组织和性能的影响 1 对铸造性能的影响2 含硅量对机械性能能的影响硅变化引起机械性能变化。 变质处理使机械性能发生变化。 3 含硅量对合金一些物理性能，化学性能的影响 比重 电导率 磨损量 抗腐蚀性4 含

2、硅量对切削性能的影响硅小于 14%， 硅量增加，切削功下降。 硅大于 14%到 17%时，硅增加，切削功增加。 硅大于 17%到 22%时，硅增加，切削功下降。改善共晶铝硅合金谐谑性能的途径 细化初晶硅 加入易切削元素，如 Pb,Bi,Sn5 二元铝硅合金的选用 主要是从成型性能角度考虑 要求铸造性能好，机械性能，切削性能不要太差。 所以含硅量在 1013%的铝硅合金能够满足以上要求。6 ZL102金相组织， 相和（+）共晶相。有时可能有少许初晶硅。 特点：热处理强化效果少。仅进行消除内应力的退火热处理。 铸造性能好。流动性好，集中性缩孔倾向大，气密性好。 耐磨，抗蚀性，耐热性能好2二，提高铝

3、硅合金性能的主要途径 1 变质处理 2 减少合金中的有害杂质。 3 改进铸造方法 4 合金化和热处理 （一） 铝硅合金的变质处理。 变质任务：初晶 相。共晶硅，初晶硅。 1 共晶硅变质 1） 加金属钠。 0 001%的金属钠就可以使针状共晶硅转变成纤维状共晶硅。 板块状的初晶硅转变成纤维状的共晶硅，并可能产生出晶 相。 实际加入量 0。005%。 2） 加 NaF6NaF+Al-Na3AlF6+3Na3) Sr加入 0。020。06%的 Sr,可以使亚共晶和共晶铝硅合金有效变质。而且变质有效时间长 达 67 小时。3） 加入稀土元素 0。5%1。0% 4） 加入 Sb 0。10。5% 在金属型

4、铸造中很有效。但是不能在含有钠金属的铝合金中使用。5） Bi 0.20.25%2 初晶硅的细化 主要是加入磷使初晶硅细化。3 初晶 相的细化 加入铝钛合金，铝锆合金二，减少合金中的有害杂质使用纯度高的铝，硅配成的铝硅合金，即使不经过变质处理也能获得良好的组织，具有 很高的机械性能。铁，锡，铅，钙，磷在铝合金中含量增加时，将使合金性能下降。 1 铁的有害作用铁的有害作用。使铝合金机械性能下降 沙铸，0。81。0% 冲击性能下降 45 倍。延伸率下降 3 倍流动性下降，抗腐蚀性下降。 原因原因：T1 Fe3Si2Al12 , T2 Fe2Si2Al9. 主要以 T2 相出现。T2 硬而脆，以粗大针

5、状穿过 相晶粒。3铁的有害作用与铸件的冷却速度有关。压铸允许铁含量到 1。21。5%。此时铁还不能太低。 不能小于 0。5%。防止粘模 消除措施消除措施：假如微量元素 Mn Cr, Co, Be. 主要加入 Mn.2 Sn 1;8 精炼温度 705820 度4） 氯盐精炼ZnCL2,ZnCL2, MnCL2,MnCL2, C2CL6C2CL6 , , CCL4,CCL4, TiCL4TiCL4原理：AL+ 3MeCL-ALCL3+3Me特点,节约了一套通气装置。ALCl3 毒性小于氯气。 A ZNCL2 熔点 365 度，沸点 732 度B 加入量：0.10。2%C 用锺罩加入D 反应完后，静

6、置 35 分钟。 精炼温度小于 730 度。MnCL2MnCL2 反应速度较慢，吸水少，保存方便不宜挥发，还可细化晶粒。 但是价格较贵。C2CL6C2CL6 沸点 121 度C2Cl6-C2CL4+CL2 CL2+Al-ALCL3优点，不吸潮，不必脱水，为了反应缓慢， ，加入缓冲剂。 镁容易被烧损。无毒精炼剂无毒精炼剂 配方：NaNO3, KNO3, graphite powder, Na3ALF6, Na2SiF6 NaCL, refractory break主要反应：MeNO3+C-MeNO3+N2+CO2Na3ALF6, Na2SiF6 起缓冲作用。 NaCl 起缓冲作用。2 熔剂法 1

7、）要求 不与铝液反应，熔点高于铝液熔点，低于熔炼温度，这保证熔炼时呈液态起覆盖作用，浇 铸前结成硬壳。易去除。比重小于铝液。有良好的流动性，容易在铝液表面形成连续的保 护膜。 能够吸附 AL2O3,有良好的精炼作用， 便宜来源广。KCL NaCL 混合盐满足大部分要求。是最常用的覆盖剂。123） 熔剂的工艺性能铺开性分离性精炼性 讨论 1 KCL NaCL 混合盐熔点低，共晶成分 45% KCL+55% NaCL 的熔点为 650 度 2 表面张力小 3 加入少量氟盐增加熔渣与液体的界面张力，便于分离。 4 Na3ALF6 吸附和溶解 AL2O3,也使熔渣和铝液分离。 5 NaF 具有变质作用

8、，能侵蚀 Al2O3 和铝液界面上的金属本体是氧化膜机械脱落，溶于熔 剂中，所以有精炼作用。Na2SiF6 在铝液熔炼温度下分解Na2SiF6-SiF4+NaF SiF4 挥发成气体，起精炼作用，除气。 另外 Na2SiF6+Al2O3-Na3AlF6+SiO2+ALF3 3 过滤 1） 过滤装置 见图 2） 过滤剂a 非活性过滤剂 石墨碎屑，镁砖碎屑，玻璃纤维 b 活性过滤剂NaF, CaF, Na3ALF6 以上除渣效果明显，但除氢效果不明显 （三）精炼温度的选择 730750 度 影响因素 合金种类，合金元素(四) 联合精炼1 过滤-通惰性气体2 氯盐-过滤处理3 C2Cl6-Na3AL

9、F6(三小时更换一次)七 精炼效果检测 1 含气量检验 1）常压检验 2）减压凝固试样 2 氧化夹杂的测定化学分析法成品检验131 低倍组织检验 2 X 光透射照像 第二节 铝硅合金的变质处理 一，共晶亚共晶铝硅合金的变质处理 用钠变质处理的铝硅合金含硅量在 611%。如果铸件壁厚或者是砂型铸造，变质处理是不 可缺少的工艺。（一） 变质剂成分的选择和制备1 金属钠 变质温度 740780 度 特点：铝液易沸腾，产生飞溅，促使铝液氧化，吸气，操作不安全。产生气孔。2 钠盐 变质剂 1）成分 二元 NaF(67%)+NaCl(33%) temperature in inoculation : 75

10、0780C 三元 NaF(25%)+NaCl(62%)+KCl(13%) 730750C 泛用 NaF(67%)+NaCl(33%)+Na3AlF6(15%) 800C参与变质作用的盐是 NaF 按如下反应6NaF+Al-3Na+Al3Al2F6效果安全可靠3） 变质剂制备工艺 各组元脱水，粉碎，混合（二） 变质工艺 工艺参数：变质温度，变质时间，变质剂用量，操作方法1 温度：稍微高于浇注温度2 时间：压盐法，切盐法-覆盖时间 1012 分钟，压盐时间 35 分钟。搅拌法：57 分钟。 3 变质剂用量 纳的有效用量 0。010。014%熔炼 100 公斤铝硅合金，需要加入 0。025 公斤 N

11、aF. 采用三元变质剂，40% NaF, 40% NaCl, 20%KCl,需要 0。063 公斤。14重要的是考虑反应不完全，所以变质剂的加入量一般是炉料的 23%。生产中加入量一 般为 2%。 ，如果冷却速度快，还可以减少加入量。4 操作方法 精炼完毕-撇渣-撒上一层变质剂-保温 1012 分钟-把结块的变质 剂压入铝液 35 分钟-取样检测搅拌法（三） 其它变质方法Sb 变质剂：加入量为 0。4%， 以 Al-Sb 中间合金形式加入。 注意不能和钠盐变质剂处理的铝料混用。Sr 变质：Sr 加入量 0.020.06%,以 Al-Sr 中间合金形式加入。Bi 变质：Bi 加入量 0。4%，以

12、 Al-Bi 中间合金形式加入（四） 变质效果检验及常见缺陷 1 变质不足时，晶粒粗大，断口成灰色，可以看见发亮的硅晶粒 2 变质正常时，断口犹如银白色丝绒晶粒很细，看不到 硅晶粒亮点 3 变质剂过多，时间延长，会产生变质过渡，断口呈青灰色，晶粒粗大。二 过共晶铝硅合金的熔炼和变质 （一） 细化剂及细化效果 主要变质剂是磷，使用赤磷，加入量 0。5%，既可细化初晶硅，但是污染大。 改进： 1 含赤磷粉的混合变质剂1） 10% P+90% C2CL6 加入量 0。25% 铝液温度：830850 度 特点：产生较多的 Cl,对人体有害；铝液翻腾激烈，合金吸气严重，生成氧化夹杂。2） 20% P +

13、 70% KCl + 10%K2TiF6 加入量：0。50。8%， 反应缓和，减少吸气和氧化夹渣，还可细化晶粒。2 含磷中间合金P-Cu, 党合金种含铜时，可以使用该变质剂。 3 含磷中间化合物 1) 氯氮化磷 PNCL2 2） NaPO3 + 10% Al2O3 + 10% V2O5 加入量 1-2% 粉状，撒入合金液表面， 1015 分钟（二） 影响变质效果的工艺因素151 最佳含磷量 0。0010。05% 2 变质温度 高于液相线 150 度。大低，ALP 聚集长大失去核心作用。大高，合金吸气 严重。 3 变质和精炼配合 变质后保留液体 35 小时后，变质效果将会逐渐消失，但是采用 C2

14、CL6 再一次精炼后， 可以使变质效果恢复。如果铝液长期保温可以进行多次精炼。 第三节炉料 一 炉料组成 新金属，中间合金，回炉料，重熔回炉锭 1 回炉料 1） 第一类回炉料 成份合格的铸件废品，浇冒口。这类回料质量较高可直接作为炉料。 2） 第二类回炉料 含有较多气孔夹杂的小块金属料如飞边，浇口杯中的剩余金属，冲压车间边角料， 这些质量差，不能直接用于熔化浇注逐渐，需要重熔精炼，浇成合金锭后再使用。 3） 第三类回炉料 必须进行复杂的熔炼处理后才能使用，如铝屑，金属液表面耙出的浮渣，炉底剩渣 回炉料的质量有一定的遗传性 冶金质量好，凝固速度快的回炉料质量好，经过热处理后报废的铸件质量也好。二

15、 炉料遗传性 1 影响遗传效果的因素 1） 合金组织 Al-Si 类合金有明显的遗传性 2） 合金成分 ALSI 合金中含硅量越大，遗传效果越明显。7%Si 的铝硅合金遗传效应最大。 2 遗传内容 1） 气体遗传和氧化夹杂原始含量的遗传 2） 组织遗传 炉料晶粒粗大，铸件晶粒粗大倾向明显，此时变质剂加入量要增加。3 改善炉料遗传性的途径 1） 提高铝合金锭的冶金质量和晶粒细化程度提高精炼工艺和铝铸锭冷却速度 2） 进行炉料重熔处理 3） 过热处理第四节朱铝合金的典型熔炼工艺 一 配料计算 熔炼时 SI,Mn 含量变化不大，Mg 烧损比较大达 20%-50%。 喷沙去除炉料表面油污，或 5-10

16、%NaOH 水溶液洗涤，盐酸水溶液中和。二 熔化前的准备工作16使用新炉衬时，加热到 600700 度 保持 3060 分钟，去除水分和可燃杂物，最好先 化一炉回炉料。 准备涂料: 1 15% CaCO3 + 3% 水玻璃 + 82%水 2 15% ZnO + 3% 水玻璃 + 82%水 3 15%(3MgO) (4SiO2) (H2O)+ 3% 水玻璃 + 82%水 4 90%(3MgO) (4SiO2) (H2O) +10% 水玻璃 + 适量水炉膛预热至 500600 度，开始装料。炉料预热至 300 度再加入熔池。 三 熔炼操作 1 传统操作 先加低熔点回炉料，铝硅合金锭，再加熔点较高的纯铝锭和铝锰中间合金。待铝液升 温到 720 度时，搅拌 35 分钟加速铝锰中间合金的熔化，使合金液成