《铸造合金及其熔炼 第十三章铸造铝合金的熔炼》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸造合金及其熔炼 第十三章铸造铝合金的熔炼（221页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十三章铸造铝合金的熔炼概述 熔炼工艺是铸件生产过程中的一个有机组成。一个优质铝铸件的获得，需要有一整套优化的铸造方法、铸造工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼设备选用，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下列要求的铝液:1)化学成分符合国家标准，合金液成分均匀；2)合金液纯净，气体、氧化夹杂、熔剂夹杂含量低；3)需要变质处理的合金液，变质良好。据统计因熔炼工艺过程控制不
2、严而产生的废品中，如渗漏、气孔、夹渣等，主要原因是合金液中的气体、氧化夹渣、熔剂夹渣未清除所引起.因此在确保化学成分合格的前提下，熔炼工艺过程控制的主要任务是提高合金液的纯净度和变质效果。第一节铝合金液的精炼原理精炼的目的：清除铝液中的气体和各类有害杂质，净化铝液，防止在铸件中形成气孔和夹渣。一、铝铸件中气孔的形态及对性能的影响1、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、铸件凝固速度低所引起。针孔可分三种类型。(1)点状针孔此类针孔在低倍显微组织中呈圆点状，轮廓清晰且互不相连，能清点出每平方厘米面积上的针孔数目并测得针孔的直径。这类针孔容易和缩孔、缩松相区别。 点状针
3、孔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，如ZL102合金铸件中。当凝固速度较快时，离共晶成分较远的ZL105合金铸件中也会出现点状针孔。(2)网状针孔此类针孔在低倍显微组织中呈密集相联成网状，伴有少数较大的孔洞，不易清点针孔数目，难以测量针孔的直径，往往带有末梢，俗称“苍蝇脚”。结晶温度宽的合金，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，补缩通道被堵塞，便在晶界上及枝晶间隙中形成网状针孔。 (3)混合型针孔此类针孔点状针孔和网状针孔混杂一起，常见于结构复杂、壁厚不均匀的铸件中。针孔可按国家标准分等级，等级越差，则铸件的力学
4、性能越低，其抗蚀性能和表面质量越差。当达不到铸件技术条件所允许的针孔等级时，铸件将被报废。其中网状针孔割裂合金基体，危害性比点状针孔大。 2、皮下气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造成，一般和铝液质量无关口3、单个大气孔这种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，或者是由于操作不小心，如浇注时堵死气眼，型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液纯净度无关。二、铝铸件中氧化夹杂物形态及对性能的影响浇注前铝液中存在的氧化夹杂称为一次氧化夹杂，总量约占铝液质量的0.002%-0.02%。在铸件中分布没有规律。浇注过程中生成的氧化夹杂称为二次氧化夹杂，多分布
5、在铸件壁的转角处及最后凝固的部位。 一次氧化夹杂按形态可分为二类。第一类是分布不均匀的大块夹杂物，它的危害性很大，使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为腐蚀的根源，明显降低铸件的力学性能。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。铝合金通常在大气中熔炼，当铝液和炉气中的N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、CmHn等接触时，会产生化合，化分，溶解、扩散等过程。各种炉气成分与铝液反应的热力学计算数据及反应式列于表13-1中。三、铝液中气体和夹杂物的来源图13-1为铝液与各种炉气成分反应时标准状态自由能的变化。 从表1
6、3-1和图13-1可见，除按反应式(13-2)、(13-6)生成Al4C3外，其余反应都将生成Al2O3，而AlN与H2O或O2按式(13-10)、(13-11)反应，Al4C3与H2O或O2按式(13-8)、(13-9)反应又都生成Al2O3，因此，表13-1所列众多反应的最终产物中大部分是Al2O3。Al2O3的化学稳定性极高，熔点高达201515，在铝液中不再分解，是铝铸件中主要的氧化夹杂物。 在所有的炉气成分中，只有氢能大量地溶解于铝液中。根据测定，存在于铝合金中的气体，氢占85%以上，因而“含气量”可视为“含氢量”的同义词。铝液中的氢和氧化夹杂主要来源于铝液与炉气中水汽的反应。1、铝
7、和水汽的反应低于250时，铝锭与大气中的水汽接触会产生下列反应Al+H2OAl(OH)3+H2（13-14）Al(OH)3长在铝锭表面，组织疏松，呈粉末状，对铝锭没有保护作用，俗称铝锈。 用带有铝锈的铝锭作炉料，升温至400左右，铝锈按下式分解Al(OH)3Al2O3+H2O（13-15）分解产物Al2O3组织疏松，能吸附水汽和氢，混入铝液中，增大气体和氧化夹杂的含量，使铝液质量变坏。因此铝锭不宜储存在潮湿的库房内或在雨季露天堆放。炉料库应保持清洁，干燥，以防生成铝锈。对已生成铝锈的铝锭，投入熔炉前应彻底清除铝锈，否则即使熔炼工艺操作很严格，也不易获得高质量的铝液。 各种油污都是由复杂结构的碳
8、氢化合物所组成，与铝液接触后都会发生下列反应，生成氢气4/3mAl+CmHn=1/3mAl4C3+1/2nH2(13-16)这一反应，也是铝液吸氢的原因之一，故生产中严格禁用沾有油污的炉料直接投入熔池中。事先必须进行“碱洗”处理，清除油污。2、氢在铝中的溶解度铝液与水汽按式(13-13)反应生成的H2按式(13-12)溶入铝液中，达到平衡时有Kp=H2/pH2(13-17)式中Kp平衡常数；pH2一氢分压，Mpa；H溶于铝中氢的浓度。dlnKp/dT=H/RT2(13-18)式中H一氢的溶解热，J/mol;T热力学温度，K;R一气体常数。设H与温度无关，解得H=K0pH2exp（-H/2RT）
9、(13-19)当温度不变时，H=KspH2(13-20)式中K0常数;Ks温度不变时的参数。式(13-20)即为有名的Sieverts公式，说明温度不变时，所有双原子的气体溶入铝液时都服从这个公式。如果不服从这个公式，说明气体和铝相互作用，形成化合物。 溶解度方程式的工程应用式子是它的对数式，常用符号S代表H。 （13-21） 根据不同温度时的溶解度，采用线性回归方法，求得A、B值后，即可求得溶解热H和常数K0。国际上公认的溶解度公式是用超纯铝（99.998%）在真空条件下通过实验获得的。 氢在固态铝中的溶解度公式为 氢在660-850铝液中的溶解度公式为 式中T一铝液温度，K；PH2氢分压，
10、MPa；S氢的溶解度，mL/(100g)。 炉气中的PH2不易测得，有人通过实验测得不同温度、不同水汽分压下氢在纯铝液中的溶解度服从下列关系 式中T一铝液温度，K；PH2O一水汽分压，Mpa。图13-2为常用金属中氢的溶解度变化曲线。从图中可见，在铝的熔点温度，从液态转变为固态时，氢的溶解度剧烈下降，在液态铝中的溶解度达0.68mL/(100g)，固态铝中只有0.036mL/(100g)，二者相差达0.64mL/(100g)，相当于1.73%的铝液体积。以ppm作溶解度单位时，由于此单位很小，会造成错觉，如铝中溶入1ppm的氢，等于0.0001%铝液质量，氢的密度为910-5g/cm3，己占有
11、3.0%的铝液体积，相当于1.14mL/(100g)。氢在金属液中的溶解度和金属液的蒸气压有关，蒸气压的驱动方向与氢溶入金属液中的驱动方向相反，会阻滞金属液吸氢。当温度到达沸点，金属液的蒸气压为0.1MPa时，氢的溶解度趋于零。但铝的沸点高达2057，在一般熔炼条件700-760下，铝液的蒸气压低于0.0001MPa，因此蒸气压的影响可忽略不计。3、铝液吸收氢的动力学过程根据热力学计算所得的反应式(13-19)只能确定氢溶入铝液中的限度和方向，而要了解吸氢的速度和最终结果，必须分析铝液吸氢的动力学过程。铝液吸氢可分解为下列几步:1)氢分子撞击到铝液表面；2)氢分子在铝液表面离解为氢原子，H22
12、H；3)氢原子吸附于铝液表面，2H2Had；4)氢原子通过扩散溶入铝液中，2Had2H第四步扩散过程是整个过程的限制环节，它决定吸氢的速度。氢在铝液中的扩散速度可用原子扩散系数D表示。根据实验结果，D的表达式如下D=K0pH2exp（-H/2RT）(13-25)式中H扩散热，J/mol；pH2氢分压，Mpa；R气体常数，8.3145J/(mol.K)T铝液温度，K；K常数。由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热越小，扩散系数越大，即氢的溶解速度越大。铝液中的合金元素及氧化夹杂物对氢的扩散系数有很大的影响，通常降低氢的扩散速。四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响根据结构分析，铝及其合
13、金中存在着三种不同形态的无水氧化铝：、和，它们各自的特性列于表13-2中。 室温下生成的表面氧化膜由少量结晶形态的-Al2O3和非晶态的Al2O3混合物所组成。随着温度的上升，非晶态Al2O3逐渐转化为-Al2O3和-Al2O3，到铝熔点附近温度，氧化膜厚度达210-1mm，有较高的强度。在铝液表面形成一层致密的氧化膜，隔绝了炉气和铝液的直接接触，阻滞了铝液的氧化和吸气，对铝液能起保护作用。所以，除Al-Mg类合金外，铝合金可直接在大气中熔炼。不必加覆盖剂，这是-Al2O3膜有利的一面。随静置时间的延长，-Al2O3将逐渐全部转化为-Al2O3。 根据观察结果，氧化膜只有和铝液接触的一面是致密
14、的，和炉气接触的一面却是粗糙、疏松的，存在着大量的直径为510-3mm的小孔，小孔中吸附着水汽和氢，甚至将-Al2O3烧到890-900，仍能吸附少量水汽，只有当温度高于900,-Al2O3完全转化为-Al2O3，才能较完全地脱水。熔炼时搅动铝液，划破连续、均匀地覆盖在铝液表面的氧化膜并卷入铝液中，铝液便和氧化膜小孔中的水汽反应，使铝液进一步氧化，生成氧化夹杂，吸入氢气。这样，-Al2O3膜就起了传递水汽的作用，成为氢和氧化夹杂的载体。这就是-Al2O3膜的两面性。 -Al2O3和-Al2O3在600-700范围内，吸附水汽和氮的能力最强，因此，铝液中的氢有两种存在形式：溶解氢和吸附在氧化夹杂
15、缝隙中的氢，前者约占90%以上。后者约占10%以下。故铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。通常，熔池深处氧化夹杂浓度较高，含氢量也较高。可见铝液中的Al2O3和H2之间存在着密切的孪生关系。五、合金元素对铝液吸氢的影响1、对溶解度的影响在pH2=0.1MPa的条件下，测得硅、铜、镁对溶解度影响，按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。从表中可见、含镁量越高，氢的溶解度越高；反之，硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。2、对氧化膜性能的影响Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大，是表面活性元素，密度又比铝小，富集于铝液表面，熔炼时，优先被炉气氧化。铝液中含镁量高于1%，表面氧化膜即全部由Mg
16、O所组成，这层MgO组织疏松，对铝液不起保护作用，故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。 在改变氧化膜性能方面，最突出的是铍，它比铝轻，富集在铝液表层，优先被氧化，生成的BeO蒸气压很低，非常稳定。熔炼Al-Mg类合金时，BeO填补了MgO疏松组织中的空隙，使这层复合氧化膜的1，对铝液能起保护作用；此外，BeO的电阻很大，能阻止电子交换过程，防止镁原子透过表面氧化膜和炉气接触，进一步被氧化，因此是一种非常有效的防氧化剂。在ZL301合金中加入Be0.03%-0.07%，就能使氧化速度和纯铝相近，从而保护Al-Mg合金液。加入硫，和镁反应生成MgS，也能成为氧化膜的填充剂，提高氧化膜的保护
17、性能。六、熔炼时间对吸氢的影响在大气中熔炼铝合金，铝液不断被氧化，熔炼时间越长，生成的氧化夹杂越多，吸气也越严重。因此，在生产中，应遵循“快速熔炼”原则，尽量避免铝液在炉内长期停留。七、铝液中析出氢的条件1、热力学条件根据氢在纯铝液中的溶解度经验公式(13-24)，可以作出图13-3。从图中可知，当700时，设火焰炉炉气中的pH2O13.16kPa(100mmHg)，氢的溶解度为0.413mL/(100g)。当pH2O下降至1.316kPa后，氢的溶解度将降至0.135mL/(100g)。或者pH2O保持不变，温度从700降到680，氢的溶解度将降至0.319mL/(100g)，氢都将自铝液中
18、析出。上述热力学条件能表示析出氢的方向和限度。2、动力学过程铝液析出氢的动力学过程包括下列几个环节。(1)氢气泡的形成众所周知，铝液析出氢的动力学过程大致如图13-4所示。在时间t1以前，析出氢的形式有二种，一种以气泡形式析出，它是脱氢初期的主要形式，它满足下列条件 随着氢含量的降低，pH2变小，在熔池深度为h处，t1时，如pH2=p，则在熔池深度h以下的铝液中，已不能产生气泡。此时氢的极限浓度可用下列表示 式中Cn氢的极限浓度;K常数。在深度h以下的铝液只能靠另一种形式，即扩散脱氢。到时间t2时，铝液含氢量已接近平衡值。到t3时，含氢量到达平衡值，析氢过程终了。（13-29） 由于铝液中总含
19、有Al2O3夹杂，成为氢气泡的形核基底，2/R可忽略不计，式(13-29)简化为 利用式(13-30)，通过系列实验，测得Cn值，求出K值，即可作出图13-5。图中阴影区域内，铝液中含氢量既高于平衡状态含氢量，又高于Cn值，因而在此区域内将析出氢气泡。在阴影区厂面，熔池深度加大Cn值相应增大，铝液中含氢量将低于Cn值，已不能产生气泡，但仍高于平衡状态含氢量，将通过扩散析出氢。至阴影区域，仍以气泡形式逸出铝液，直至t3时，铝液中氢含量到达平衡值为止。（13-30）(2)铝液中形成的气泡上浮至熔池表面气泡上浮速度由Stokes公式估算式中气泡上浮速度，cm/s；R气泡半径，cm；金属液的动力粘度系
20、数，N.s/m2；M金属液重度，g/cm3；B气泡重度，g/cm3。 由于M-B值很大，气泡上浮速度通常不是铝液脱氢过程的限制性环节。虽然氢在铝液中的扩散系数比合金元素在铝液中的扩散系数高2-4个数量级，但在铝液脱氢过程中，扩散却是一个决定脱氢速度的限制环节。氧化夹杂明显降低氢的扩散系数，铝液中的合金元素如硅、镁、铜、钦等都降低氢的扩散系数，尤其是氧化夹杂影响大，阻滞铝液脱氢。 铝液由熔池底部向液面造成定向运动，形成对流，能提高氢的扩散系数，见式（13-27），加大氢的扩散速度，促使气泡快速生成、长大的同时，快速上浮至液面而被除去，提高除气效果。为此，在生产中可采取下列工艺措施:冷凝除气依靠熔
21、池表面层、坩埚壁的空冷，使铝液产生自然对流。 真空处理藉氢气泡上浮带动铝液产生对流；或电磁搅拌在熔池内造成强制对流。采取上述工艺措施后，氢在铝液中的扩散不再是脱氢除气的限制环节。此时，氢气泡通过铝液表面氧化膜成为脱氢过程的限制性环节。(3)气泡通过表面氧化膜逸出 铝液中氢气泡通过表而氧化膜逸出是脱氢过程的最后阶段。铝液的表而氧化膜组织致密，强度高。因此，气泡逸出的速度取决于相界面上存在的氧化膜组织。能破碎、溶解表面氧化摸的熔剂，可消除气泡逸出的屏障，提高铝液脱氢速度。如真空处理时，通常覆盖一层熔剂，氧化膜溶入熔剂中，气泡能顺利逸出，使除气效果大大改善。 在铝液内部，如果氧化夹杂含量高，氢气泡表
22、面被氧化膜包覆，氢气渗入气泡的扩散受阻，同样成为脱氢过程的限制性环节。如果通入惰性气体Ar或不溶于铝液的活性气体Cl2，C2Cl6，CCl4等，则氢气可直接向这些气体所形成的气泡中迁移，然后被气泡带出液面，从而提高除气速度，见图13-6。八、铝液的除氢速度如果能计算出铝液内氢原子向气泡表面的传质速度，就可以算出除氢速度。根据扩散定律，通过边界层的传质速度和铝液内氢浓度Cm与气泡侧界面层氢浓度Cms之差(Cm-Cms)成正比。假定铝液的容积为v，则单位时间内通过表面积A的物质通量J可表示为 式中k传质系数，cm/s。 从物质平衡可得到下式 从式(13-32)、(13-33)可得 由于气泡上浮速度
23、大，通常Cms可视为常数，对上式积分得（13-34） 式中Cm一时间t时铝液内氢的浓度；Cm0一铝液内氢的原始浓度;Cms一气液界面处氢的浓度;。式(13-34)可改写为(13-35) 当式(13-35)中的A，k，t任一项趋于零或V趋于无穷大时，Cm=Cm0，此时没有除气效果。当式(13-35)右边第一项的分母趋于无穷大时，Cm=Cms，Cms即为除气能达到的最低极限浓度。 假定气液边界层的扩散阻力可以忽略，则Cms可以从氢在气泡中的分压或化学平衡数据求出。如通入活性气体氛，它将和气泡中的氢反应，Cl+2H2HCl，消除气液界面处的氢，使Cms趋于零。真空除气也能出现同样的情况。式(13-3
24、4)可简化为（13-36） 式(13-34)，(13-36)是气液边界层成为氢扩散渗入气泡的限制环节时的除气速度公式。 设计一组实验，测得除气前后铝液氢的浓度Cm0和Cm，然后取lg(Cm/Cm0)值对除气时间作图，连接各点得到一条直线，从直线的斜率可求得传质系数k。如果能从理论上计算出传质系数k，则不用实验即可直接计算除氢速度。根据表面更新理论可求得（13-37） 式中D氢在铝液中的扩散系数，可从有关表格中查得；t气泡与体积元之间的接触时间；Vb气泡上浮速度;db气泡直径。综上所述，改善除气动力学条件，提高除气速度的有效途径如下:1)尽可能增加气泡数目，增加铝液与气泡间的有效接触比表面积A/
25、V；2)尽可能减小气泡直径，并在不引起铝液表面飞溅的前提下，增大气泡在铝液内的运动速度，即增大搅动度，强化气液表面更新率，增大传质系数k；3)尽可能延长气泡在铝液中上升浮游的路程，以增加气泡在铝液内的停留时间，亦即增加气泡带走氢气的时间t，提高除气效率；4)采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体除气及真空除气，使Cm，趋于零，改善除气条件等。第二节铝液熔炼工艺按作用机理，精炼工艺可分为吸附精炼和非吸附精炼两大类。一、吸附精炼吸附精炼依靠精炼剂产生吸附氧化夹杂的作用同时清除氧化夹杂及其表面依附的氢气，达到净化铝液的目的。精炼作用仅发生在吸附界面上，具体又可分为浮游法、熔剂法、过滤法等。1、浮游
26、法（1）通氮精炼通氮精炼的原理图见图13-7，设铝液中的Al2O3夹杂物被氮气泡吸附后，彼此相接触的面积为S，则吸附后在面积S上所具有的表面自由能F2可用下式表示F2=G-1(13-38)式中G-1气泡与Al2O3夹杂物之间的表面自由能，亦即表面张力。 吸附前Al2O3、氮气泡都与铝液相接触，但彼此不相接触，故吸附前面积S上的表面自由能可用下式表示（13-39）式中M-1一铝液一Al2O3夹杂物之间的表面自由能；M-G铝液一气泡之间的表面自由能。根据热力学第二定律，一个系统表面能降低的方向，即为过程自动进行的方向。故Al2O3夹杂物自动吸附在氮气泡上应满足下式：即有（1340）由于铝液与Al2
27、O3夹杂物之间互不润湿，其接触角134，由图13-8可列出下式 已知表面张力均为正值，故式(13-40)成立，即铝液中的Al2O3夹杂物能自动吸附在氮气泡上，随气泡上浮而被带出液面。如不断向铝液中通入氮气，形成气泡流，即能不断地从铝液中带走Al2O3夹杂物，见图13-9。 铝液内的氮气泡中氢分压如pH2=0，氢即在氢压力差的驱动下自铝液扩散进人氮气泡中。这一扩散过程直至氮气泡中的氢分压和铝液内的氢分压相平衡时才会停止。因此，氮气泡上升时能同时带走Al2O3夹杂物及氢气，见图13-10。通氮温度应控制在710-720，温度过低，降低氢的扩散系数，温度过高，将生成大量AlN夹杂物，同样污染铝液。镁
28、比铝更容易和氮反应，生成Mg3N2夹杂物，因此ZL301、ZL303、ZL305合金不希望用氮气精炼。实验结果指出，在大气压力下熔炼，当氮气泡中的pH2=0.01MPa建立起平衡，即氮气泡只能吸入约为本身容积0.1倍的氢，因此通氮精炼的效果并不明显。 工业用氮气瓶中通常含有微量氧气，通氮时将生成Al2O3，降低除气效果。有人进行了试验，发现氮气瓶中含氧量为0.5%和1.0%时，除气效果分别下降40%和90%。如果氮气瓶中含有水分，则危害更大。按有关规定，氮气瓶中含氧级应低于0.03%，水分应低于0.3g/m3。在生产中，为了清除氮气中的水分，在通入铝液之前，应通过储有于燥剂CaCl2、硅胶、分
29、子筛、浓硫酸等的干燥器后再进入铝液中，进行严格脱水处理。（2）通氯精炼工业用氢气瓶中含氧量较低，在0.005%-0.05%范围内，精炼温度允许提高到760，氢的密度为1.78kg/m3，高于氧的密度1.25kg/m3，通氮精炼时，较重的红气富集在铝熔池表面，能保护铝液防止和炉气反应，故净化效果好。对原始质量较好的铝锭，如大块护料，净化效果和六氯乙烷C2Cl6相近，而对于质量较差的炉料，如回炉料，有时其净化效果还优于C2Cl6。 Al-Si合金加锶变质后，如用氯盐精炼，生成SrCl2，变质失效，此时必须通氢精炼。操作上变质、精炼可以同步进行，精炼时氢气泡对铝液起搅动作用，加速变质元素的扩散，从而
30、缩短锶变质的潜伏期，提高生产率。通氩精炼和锶变质相配合，能获得纯净的铝液，正常的变质组织。合金的密度高于不同步、先精炼后变质工艺所获得的合金密度。惰性气体族中除氩外，氦、氖、氪等都有类似的净化效果，但以氩的价格最便宜，来源较丰富，为工厂所乐用。 （3）通氯精炼氯不溶于铝液中，但能和铝液及溶于铝液内的氢产生剧烈反应 反应生成物HCl（沸点85)，AlCl3(沸点183)都呈气态，且不溶于铝液，和未参加反应的氯均能起精炼作用，见图13-11，因此净化效果比通氮甚至通氩明显。 工业用氯气瓶中常掺有水分，影响净化效果。精炼使用的氯气含水量应控制在0.08%以下。随着使用时间的推移，氯气瓶中的含水量将逐
31、渐增加，最终可增加1倍以上，在生产中必须注意。氯是剧毒气体，通氯装置应安放在密封的房间内，以防泄漏。熔炉、坩埚上方应安装通风罩，净化操作环境。 通氯的净化效果虽好，但氯气对人体有害，通氯设备较复杂，泄漏的氯气严重腐蚀厂房、设备。其次，通氯后引起合金的晶粒粗大，降低力学性能，故生产中极少采用，已改用氮-氯联合精炼工艺：先通氯，再通氮，以净化通氯管道、设备，保护厂方及车间设备，改善劳动条件。也可用N290%+Cl210%的混合气进行精炼，亦能获得良好的净化效果。（4）氯盐精炼常用的氯盐有氯化锌ZnCl2，氯化锰MnCl2、六氯乙烷C2Cl6、四氯化碳CCl4，四氯化钛ClTi4等。氯盐精炼时和铝液
32、发生下列反应（13-43）式中Me各种金属的代号。反应产物AlCl3即起精炼作用。氯盐精炼的优点是省去了一整套气体发生装置和输送管道，其次，AlCl3的毒性比氯气小得多。 氯盐精炼工艺简述如下:（1）ZnCl2熔点365，沸点7320，与铝液发生下列反应（13-44） 精炼时将占铝液质量0.1%-0.2%的无水ZnCl2分批用钟罩压入700-720的铝液中。操作时钟罩离坩埚底部约100mm，以免将底部杂质泛起。在同一水平高度上，在铝液内顺时钟方向移动钟罩直至不再有AlCl3气泡上浮至液面为止。取出钟罩，静置铝液3-5min，使铝液内残留的AlCl3带走Al2O3夹杂物继续上浮，然后扒去浮渣，迅
33、速加热到浇注温度后进行浇注。对于Al-Si类合金，则变质处理后再进行浇注。精炼温度超过ZnCl2的沸点732，ZnCl2剧烈气化，气泡大，铝液剧烈翻滚引起飞溅，降低净化效果。因此，精炼温度应控制在730以下。 ZnCl2能强烈吸湿，使用前应在炉旁重熔脱水，现配现用。重熔时会产生沸腾，经3-5min，沸腾停止后，白色水汽转为ZnCl2黄色蒸气时即可浇到干净的铁板上，一旦凝固后趁热用钟罩压入铝液内。ZnCl2的脱水质量可根据凝固时尚呈糊状的ZnCl2拉出细丝的长短来勤断。丝拉得越长，说明重熔脱水越彻底。ZnCl2的价格便宜，生产中使用很普遍，缺点是净化效果一般，使用前要重熔，一部分锌还原后进人铝液
34、中，经长期反复使用，会引起回炉料中锌含量超标，因此必须注意防止。 （2）C2Cl6是白色结晶体，密度为2.091g/cm3，升华温度185.5，压入铝液后产生下列反应 反应产物C2Cl4的沸点为121，不溶于铝液，和AlCl3同时参与精炼，故净化效果比ZnCl2好。C2Cl6不吸湿，不必脱水处理，使用、储存都很方便，为一般工厂所乐用。 为了防止松散的C2Cl6和铝液反应过于剧烈，应将其压制成块状使用。如掺入1/2-1/3的N2SiF6压块，由于N2SiF6具有化解Al2O3的作用，净化效果更好。有时掺入NaBF4压块，则同时还具有细化合金组织的效果。C2Cl6的用量与合金成分有关，特别与含镁量
35、有关，因为精炼时镁将与C2Cl6的分解产物发生反应 合金中的镁元素部分被烧损，生成的MgCl2熔点为715，液态MgCl2有辅助精炼作用，当精炼温度低于715时，固态MgCl2则成为夹杂物进入熔渣中，因此精炼温度要求高于730-740。为了弥补生成MgCl2所消耗的镁和氯，配料时镁和C2Cl6都要相应增加。C2Cl6的缺点是造成空气污染，升华的C2Cl6即和大气中的氧反应（13-50）且平衡常数随温度下降而增大，故室温时就能嗅到氯的气味；精炼时，按式(13-45)分解出的Cl2有部分未与Al进行反应即逸出液面，污染环境。精炼温度越高，逸出的氯也越多，再加上C2Cl4会形成一股呛人的气体，对人体
36、、厂房、设备有害。（5）三气混合气精炼三种气体是Cl2、CO、N2，：配比为15：11：74，经混合后吹入铝液内，与铝液发生下列反应 在混合气中Cl2被稀释，有可能来得及全部参与反应，生成的AlCl3及N2起精炼作用，CO2和铝液继续发生反应(13-4)，生成Al2O3。从反应(13-53)，(13-4)可知。精炼前后趋向平衡，微量的C有可能细化晶粒。因此，使用三气混合气的净化效果与使用C2Cl6的相当，而精炼时间可缩短近一半，污染程度减轻。三气混合气的缺点是要配备一套较复杂的三气发生装置及输送管道。 （6）固体无公害精炼剂主要成分为煤粉和硝酸盐，压制成块并压入铝液中，发生下列反应（13-54
37、） 生成的N2即起精炼作用。CO2虽按反应(13-4)生成Al2O3，但由于上浮速度较快，故氧化程度较轻。精炼时由于反应产物无嗅无味，为工人所乐用，缺点是没有氯、氟等有效成分，净化效果欠理想。无公害精炼剂价格便宜，适用于不重要的中、小型铝铸件。 （7）固体三气精炼块在无公害精炼剂的基础上，加进适量的C2Cl6组成三气精炼块，从反应（13-47）、（13-54）可知，将在铝液内生成A1Cl3，C2Cl4，N2及CO2。反应时，反应产物通过填充剂的空隙逸出，形成的气泡较小，在铝液内的上浮时间较长，使C2Cl6按式(13-47)反应较完全，提高C2Cl6的利用率，净化效果优于无公害精炼剂，反应产物中
38、除C2Cl4外无嗅无味，能用于较重要的铝铸件。缺点是原材料烘干不彻底，压块前搅拌不均匀时，净化效果不稳定。 （8）喷粉精炼惰性气体氮、氩精炼后期，容器内逐渐积聚水汽和氧，带入铝液中将生成Al2O3，吸附在氮、氩气泡的表面，见图13-12a。当气泡表面被Al2O3包覆后，将妨碍氢扩散进入气泡中。根据理论计算，氢通过气泡表面氧化膜的时间可用下式表示 生产经验表明，氩气中氧含量大于1.2%时，净化效果趋于零。为了消除气泡表面一层氧化膜，可将粉状熔剂和惰性气体一起吹入铝液内，熔化后包围在气泡表面，见图13-12b，将氧化膜溶解、破碎，充分发挥惰性气体气泡的精炼作用，其净化效果甚至胜于真空精炼。喷粉净化
39、装置由吹氮、氩装置中间增加一粉状熔剂容器及阀门所组成，近年来逐步得到推广用来净化熔炉、浇包中的铝液。2、熔剂法熔剂法的机理在于通过吸附、溶解铝液中的氧化夹杂及吸附其上的氢，上浮至液面进入熔渣中，达到除渣、除气的日的。净化效果好，尤其是熔炼Al-Mg类合金或重熔切削、碎料时，必须采用熔剂法。（1）对熔剂的要求不与铝液发生化学反应，也不互相溶解熔点低于精炼温度、流动性好容易往铝液表面形成连续的覆盖层保护铝液，最好熔点高于浇注温度，便于扒渣清除能吸附、溶解、破碎Al2O3夹杂来源丰富，价格便宜（2）熔剂的工艺性能覆盖性能覆盖性能即铺开性，指熔剂在铝液表面自动铺开，形成连续覆盖层的能力。图13-13为
40、熔剂在铝液表面自动铺开前后的截面积示意图。设铺开前系统的总能量为F1。（13-57） 熔剂自动铺开后，系统的表面总能最为（13-58）根据热力学第二定律，熔剂自动铺开应满足下列条件定义熔剂的铺开系数KF（13-59） 从式(13-59)可知，M-G越大，F-M、F-G越小，则KF越大，越有利于熔剂在铝液表面自动铺开，覆盖性能越好。分离性能分离性能指熔剂与铝液自动分离的性能，分离性能好，扒渣容易、熔剂不容易混入铝液内浇入铸件中，不会引起熔剂夹渣。图13-14为熔剂与铝液分离示意图。设熔剂分离前与铝液接触的面积为S，具有的表面自由能F1，为（13-60） 分离后表面自由能为F2（13-61） 根据
41、热力学第二定律，熔剂与铝液自动分离应满足下列条件 把单位面积粘附着的界面分井所作的功称为粘着功，用As表示，则（13-62） 由式(13-62)可见，F-M、M-G越小，F-M越大，则As越小，即熔剂与铝液越容易分离，扒渣越容易。精炼性能精炼性能指熔剂吸附、溶解、破碎铝液内氧化夹杂物的能力，即除渣、除气净化能力。 图13-15为熔剂吸附氧化夹杂物示意图。 设熔剂吸附氧化夹杂物的面积为S，吸附前系统具有的表面自由能为F1(13-63) 吸附后系统具有的表面自由能为F2(13-64) 式中M-1、F-1分别为铝液-氧化夹杂物间、熔剂-氧化夹杂物间的表面自由能。 根据热力学第二定律，熔剂自动吸附氧化
42、夹杂物应满足下列条件（13-65) 从式（13-65)可知，F-M、M-1越大，F-1越小.则载化夹杂物越容易被熔剂吸附，精炼性能越强。（3）熔剂工艺性能的综合分析综上所述。可将熔剂的工艺性能与表面性能之间的关系归纳于表13-4中。 从表13-4中的关系，可作如下分析:F-G、F-1越小，越能同时获得良好的覆盖、分离及精炼性能，因此要选择对炉气、氧化夹杂物呈表面活性，即表面张力小的熔剂，并且趁小越好。M-1越大，精炼性能越好。铝液和Al2O3互不湿润，接触角130，如能加入增大湿润角的元素，将提高熔剂的精炼能力。M-G越大，覆盖性能越好。铝液中加入锂、钙、镁、铋等元素会降低M-G，将使熔剂的覆
43、盖性能变差。铝液中的铜、硅、锌、铁、锰、镍等非表面活性元素，对M-G没有影响，不影响熔剂的覆盖性能。应当看到，覆盖性能和分离性能对M-G的要求是矛盾的，选择时要统筹兼顾。覆盖、分离及精炼三种性能对M-G的要求不一，为了便于扒渣F-M应大些，但F-M超过一定值后，KF趋于零，铝液表面的熔剂将不能自动铺开。当出现如图13-16中的情况时，有（13-66） 因为90，熔剂与铝液互不润湿，如果熔剂坩埚间的表面张力较小，熔剂会自动附到坩埚壁上去，使铝液裸露在炉气中，失去熔剂的保护作用。（4）常用溶剂及其选择熔剂的工艺性能与熔剂的表面性能密切相关，而表面性能又决定于熔剂组分的性能，为了获得良好的综合工艺性
44、能，通常要配制多组分的熔剂，某些常用熔剂组分的表面性能列于表13-5中。 当缺乏现成数据时，可自行测定，当自行测定有困难时，可根据下列三点进行分析、比较。呈分子晶体结构的熔融盐CCl4、SiCl4、AlCl3、BiCl3等的表面张力较小，而离子融盐LiCl、NaCl、KCl、MgCl2等具有较高的表面张力。在碱金属卤化物中，表面张力按LiClKCl的次序递减。这是由子阳离子的尺寸增大了，熔剂表面的离子数目减少，表面层对熔剂内部离子的引力也减少，因面表面张力降低。阳离子尺寸不变，增加阴离子的尺寸同样也降低熔剂的表面张力，以钠的卤化物为例: 二价的碱土金属卤化物MgCl2、CaCl2，BaCl2等
45、的表面张力比碱金属卤化物NaCl、KCl的表面张力大，因为前者二价金属离子比后者一价金属离子带的电荷多一倍，因面表面张力也大。根据上面所阐明的规律，可以按不同的工艺要求，合理地选择熔剂的组分。常用的熔剂组分有:NaCl、NaF、KCl、Na3AlF6、Na2SiF6、CaF2等，不同组分按不同配比制成的熔剂，有不同的熔点、不同的表面性能及不同的工艺性能，以满足不同的要求。NaCl、KCl的熔点都较低，共晶成分在NaCl45%,KCl15%附近，熔点只有660，表面张力小，价格便宜，是最常用的覆盖剂，加入一定比例的NaF，就是常用的铝硅合金的变质剂。此外，NaF能侵蚀Al2O3-Al界面上的金属
46、本体，使氧化膜脱落，溶入熔剂，因此，变质剂本身就有较好的精炼能力。图13-17为NaCl-KCl-NaF三元系的液相面，有了液相面，就可以按照不同的熔点选择合适的配比，以满足工艺要求。 Na3AlF6能溶解Al2O3，见图13-18，F-M又大，熔剂容易和铝液分离，精炼能力强。在三元变质剂NaCl-KCl-NaF中加入一定比例的Na3AlF6，同时具有覆盖、精炼、变质作用，故常称为万能熔剂。Na2SiF6进入铝液会发生分解 SiF4呈气泡上浮，有部分精炼作用，NaF是有效的变质、精炼组分。（13-67） Na2SiF6还能与Al2O3产生反应，除去氧化夹杂生成的Na3AlF6精炼作用强，且和S
47、iO2结合成粒状渣，极易扒去，AlF3、呈气泡上浮，有辅助精炼作用。因此， Na2SiF6是常用的精炼剂组分，既可加入熔剂中，也可作为缓冲剂，和C2Cl6混合压块，可提高C2Cl6的净化效果。（13-68）3、过滤法过滤精炼由于净化效果好，对于重要的铝铸件，采用过滤精炼是方向。过滤剂可分为两类，一类是非活性过滤剂，如石墨块、镁屑砖、玻璃纤维等，依靠机械作用清除铝液中的非金属夹杂物。另一类是活性过滤剂，如NaF,CaF2,Na3AlF6等，除机械作用外，主要通过吸附、溶解Al2O3的作用清除氧化夹杂。（1）网状过滤法网状过滤法示意图见图13-19。此法是使铝液通过由玻璃纤维或耐热金属丝制成的网状
48、过滤器，来清除氧化夹杂，清除薄片状氧化膜或大块氧化夹渣，效果很明显。过滤器结构简单，制造方便，可安装在坩埚、浇包中或连续铸造的保温炉中，缺点是比过滤器网眼小的氧化夹杂物难以除去，过滤器容易损坏，使用寿命短。（2）填充床过滤法填充床由固体过滤介质或液态熔剂组成、铝液与过滤介质之间有较大的接触面积。除机械挡渣作用外，过滤介质与夹渣之间还有溶解、吸附作用，净化效果好。缺点是整个装置笨重，占地面积大，介质粒度太小。减少铝液流量，降低生产率，过滤时要加热保温，消耗能源，增加生产成本。图13-20为填充床过滤法示意图。 通过过滤介质间的空隙越小，过滤介质越厚，熔体流速越低，机械过滤效果越好。过滤介质捕捉夹
49、杂物的速度与夹杂物在熔体中的浓度成正比，即（13-69） 式中N过滤器中捕捉的夹渣量；Z过滤器入口处的深度；C熔体中夹渣的浓度；t过滤时间;K动力学参数，可用下式表示（13-70） 式中K0一动力学参数，与熔体性质、过滤器网目大小、夹杂物形状、大小有关；Nm一被过滤器捕捉的最大灾渣量。当式(13-70)中的NNm时，K0，表示过滤完毕，此时熔体中的夹渣浓度可用下式表示（13-71） 式中C、C0一分别为过滤前、后熔体中夹渣的浓度；L一过滤介质厚度；um一熔体在过滤介质巾的流速。过滤效率用下式表示（13-72） 综上所述，采用泡沫陶瓷过滤铝液，L/um是一个重要参数，它直接影响过滤效果，从而影响
50、合金的力学性能。为了提高过滤效果，应该在不影响充型的条件下，在工艺上保证适当大的L/um。4、稀土精炼（1）稀土精炼机理稀土与氢形成稳定的REH2，以固体形式吸收铝液中大量的氢，降低含氢量，消除针孔。（2）稀土最佳加入量及“潜伏期”稀土最佳加入量为2%-3%，加入过多，不但浪费稀土，而且带入氢化夹杂，降低净化效果。稀土加入铝液后，需静置一定时间，使其扩散均匀，达到最佳净化效果，这段时间即为“潜伏期”。（3）稀土加入形式稀土加入形式有三种，即纯稀土，Al-RE中间合金及稀土化合物。纯稀土包括单一稀土或混合稀土，价格贵，潜伏期长，加入量不易控制，很少采用。（4）应用范围最适用的是Al-Si类合金，
51、它在消除针孔的同时细化共晶硅，明显提高合金的力学性能。二、非吸附精炼依靠其它物理作用的精炼方法，统称为非吸附精炼，其特点是同时对全部铝液起精炼作用。1、真空精炼真空精炼是将铝液置于真空室内，在一定的温度下静置一段时间，铝液中的氢或因温度下降引起溶解度降低，或因含氢量超过溶解度，氢自动从铝液中呈气泡排出并带走氧化夹杂，达到净化铝液的目的。真空精炼具有下列优点:（1）针孔等级明显改善，合金的力学性能普遍提高10%左右；（2）精炼时不会破坏钠、锶对Al-Si共晶合金的变质作用，可以在变质的同时进行精炼，既能避免变质处理时的二次吸气，又能提高生产率；（3）可以代替高压釜中铸造，同样获得致密的铸件。 真
52、空精炼的缺点：精炼后铝液温度下降，铝熔池深度过大时，净化效果受影响。当生产批量小、铸件小、合金牌号不同时，对坩埚吊运、铝液温度调整等均带来麻烦，故不宜采用。其次，要有一套真空设备，熔炼、浇注、维修技术的要求都提高，因此只适用于批量生产同一牌号的重要铝铸件。2、超声波处理超声波处理的原理是向铝液中通入弹性波时，会在铝液内部生成“空穴”现象，破坏了铝液的连续性，形成无数显微空穴，氢原子便渗入这些空穴中，形核长大成气泡上浮，并带走氧化夹杂，达到净化的目的。此外，在超声波作用下，枝晶被振碎，促进枝晶增殖，有细化晶粒作用。当超声波发生器功率足够时，作用范围可达全部铝液，净化效果好。由于要配备超声波发生器
53、，消耗功率大，故不易在生产中获得推广。 三、净化效果检测方法1、炉前检测炉前检测是控制熔炼工艺，保证铸件质量的重要手段。尤其在采用大容量熔炉进行大批量生产时，更为重要。炉前检测的项目主要是含气量和氧化夹杂含量。目前检测的方法很多，应用较普遍的有下列几种:（1）含气量检测常压凝固试样常压凝固试样的尺寸通常为(40-50)mm(20-30)mm，铸型可用于砂型、耐火砖型、石墨型等。将铸型预热到200以上，浇入待测的铝液。凝固前用干净铁皮刮去表面氧化膜，观察凝固过程中试样表面形貌的变化。含气量多时，会有小气泡冒出。比较精炼前后凝固试样表面情况，有无小泡冒出，即可判断净化效果。一旦冒泡，说明净化效果差
54、，需重新精炼。 敲开试样断口，如出现白点，则是含气断口。白点有两种：一种呈圆点状，面积不大，彼此不相连，这就是点状针孔的孔穴，孔穴壁光滑，呈球形。另一种呈片状，面积较大，有时连成一片，看不出明显的孔穴，呈棉絮状，这是由网状针孔所形成。用显徽镜观察，可以看出白点的孔壁由(A1)枝晶所组成，固面呈白色。根据断口中有无白点及白点形态、多寡很容易判断净化效果。 常压凝固试样一般适用于Al-Si类合金，对于Al-Cu，Al-Mg类合金，由于熔化潜热低，凝固速度比Al-Si类合金快，气泡来不及冒出，不易判断；其次，它的灵敏度低，当铝液含气量低于0.5mL/(100g)时，不易看到气泡，当雨季下雨时，又会出
55、现反应过敏，净化效果好的铝液也会冒小气泡，易引起误判。减压凝固试样减压凝固检测装置的示意图见图13-21,将100g左右的铝液倒入小坩埚内，在0.65-6.5MPa压力下凝固，如不冒泡，表面不凸起，则说明含气量低，净化效果好；若试样表面凸起，冒1-2个泡，则净化效果欠佳，需重新精炼；如表面不断冒泡，则说明含气量很高，需采取有效的精炼手段，重新精炼。 减压凝固试样检测的缺点是只有定性的结果，难以量化；凝固条件如真空度、试样冷却速度等不同时，不易比较检测结果。减压凝固标准试样在设定的凝固条件下，铝液在标准形状的壳型中凝固，切去冒口，然后分别在空气、水中称重，然后按下式求得试样的密度s值越大，含气量
56、越低，净化效果越好。这种检测方法既可靠又能量化，为现代化的铸铝车间所乐用。 图13-22为标准形状的减压凝固试样的铸型。还有一些定量检测含气量的方法，如第一气泡法、Telegas法、气相色谱测氛仪等等，在铝材厂或科研单位应用较普遍，能获得定量的数据，但在铸铝车间很少采用，此处不再介绍。（2）氧化夹杂检测污染度测定法将圆柱形(30-50)mm(100-120)mm常压凝固试样热轧成厚20-30mm的圆饼，热轧时，氧化夹杂沿变形方向移动而被压扁，集中铺开在和压力垂直的平面上，面积扩大，然后沿变形方向打开断口，测得断口上氧化皮的面积，用污染度作为判断氧化夹杂含量的尺度，即 这种方法适用于铝型材工厂判
57、断第一类氧化夹杂的含量，但对第一二类氧化夹杂不易判断。Br-CH3OH(溴-甲醇)法第二类氧化夹杂太小，既不能采用污染度测定法，也不能采用金相磨片进行观察，只能用化学分析方法；溴-甲醇法，基本原理是在一定温度下，将试样溶解于溴-甲醇溶液中，除硅以外，铝及其它合金元素都能生成溴化物而溶解在甲醇中，然后将溶液过滤，分离出硅、Al2O3等不溶物，将其烘干，灰化，称重，扣除硅量和滤纸质量，即得氧化夹杂物的质量，所得数据是一、二类氧化夹杂物的总和。溴-甲醇法分析时间较长，有毒性，Al-Si类合金不适用，不能反映氧化夹杂物在试样中的分布状态。定量金相法将试样做成金相磨片，在显微镜下进行观察、分析，并按线分
58、析法进行定量测定，测定视场30-50个，放大200-400倍，在暗场下测定，Al2O3夹杂呈透明亮黄色，夹杂物体积百分数按下式计算（13-74） 式中V1一夹杂物体积百分数；L一试样检测视野上切割线的全长；L1通过夹杂物的随机切割线上线段的总长。 夹杂物总量的质量百分数按下式计算（13-75）式中G1夹杂物总量的质量百分数；1一夹杂物的密度，g/cm3；M试样密度，g/cm3。采用定量金相法要注意磨制金相磨片时防止氧化夹杂物剥落。熔剂洗涤法将试样置于熔融熔剂中熔化，充分搅拌，氧化夹杂物被熔剂溶解，温度保持在750-760，洗涤时间由试样质量相应确定。洗涤完后，将坩埚在炉内冷却至室温，洗涤后铝试
59、样将与熔剂自然分离，经清理后分别称重，按下式计算夹杂物相对总量G：（13-76） 式中G1、G2分别为洗涤前、后试样重，g。熔剂主要由NCl、KCl、NaF、Na3AlF6等按一定比例混制而成。2、成品检测（1）低倍组织检测在铸件不同部位切取试样，经表面精刨后用NaOH12%水溶液在室温下浸蚀3-5min，显出针孔，即可根据针孔大小、数量按国家有关标准进行评级。优点是灵敏度高，判断容易，能观察到直观的气孔和其它铸造缺陷、晶粒大小，缺点是要破坏零件，不能检验整批零件。通常在铸造工艺定型前的试制阶段时采用。（2）X光透照检验利用X光透过金属基体和铸造缺陷的能力不同，可以把铸件内部的缺陷记录到经X光
60、透照的底片上，进行分析、判断。此法不必破坏铸件，可以逐个检查大批量的铸件内的铸造缺陷。此法的缺点是不能看到直观的铸造缺陷，铸件厚度过大或结构复杂，安放底片有困难的部位不能采用，底片质量差时容易误判，要求检测人员有足够的技术水平和丰富的检测经验。 四、铝液内的氢在凝固过程中的迁移凝固过程中氢在合金内的迁移现象对气孔的形成和在铸件中的分布状态具有重要影响。在一般铸造条件下，铸件总带有糊状凝固的特点。凝固到某一时刻，剩余液态金属将与外界大气隔绝，由于氢在液态、固态铝中的分配系数很小，K=0.036/0.69=0.053，此时铝液中氢的浓度不断提高，继续凝固到终了，设氢在固、液二相内扩散均匀，则存在于
61、最后一份液相中氢的浓度可用下式表示（13-77）式中CL最后一份铝液中氢的浓度；C0铝液和大气隔绝时铝液中氢的浓度;k氢的分配系数;r铝液和大气隔绝时剩余铝液体积的当量半径;r最后一份铝液凝固时铝液体积的当量半径。凝固完毕时，r=0，式(13-77)变为CL=C0k-1(13-78) 设铝液和大气隔绝时，即枝晶臂相互接触，补缩通道被堵时，铸件体积的50%已经凝固，根据质量平衡，有下列关系(13-79)则式中mL铝液和大气隔绝时，铝液质量;mS铝液和大气隔绝时，已凝固的固态铝的质量;m一铸件质氢C0一开始凝固前铝液内氢的原始含量。因而式(13-78)可改写为(13-80)可见CL将比C0高1-2
62、个数量级。因此，即使浇注前铝液内的原始含氢量C0很低，由于氢不断自固态铝中扩散进入未凝固的铝液中，浓度不断提高，到最后一份铝液凝固前，氢的浓度足以在铸件中形成气孔。五、铝铸件中一次气孔形成机理根据Tiller-Charmers提供的模型，在非平衡结晶时，氮在液相中的浓度CL与结晶界面前距离x之间服从下列关系（13-81）式中CL液相中离结晶界面x处氢的浓度；Vk晶体生长速度；k分配系数；D氢在铝液中的扩散系数。 建立动态平衡时，氢在固相中的浓度达到C0，氢在结晶界面前沿铝液中的浓度高于氢的溶解度SL，将析出氢气，形成气泡，生成气泡的区域x可利用式(13-81)算出，见图13-23。设Cx=SL
63、，则可得（13-82）式中SL氢的溶解度，和合金成分，结晶所受压力、温度等有关。铸件中形成气孔的几率除和氢的过饱和区x的大小有关外，还和x在转变为固相之前存在的时间有关，从式(13-82)可得令（1-k）/k（13-83）又根据式(13-20)Sieverts平方根定律，SL=Ksp，p为结晶时外压，则式（13-83）又可改写为（13-84）越大，即允许气泡存在的时间越长，则形成气孔的几率越大。暂不考虑氧化夹杂对形成气孔的影响，从式（13-84）可知，随p、C0增大而增大，随Vk2、SL、p增大而减小，反之亦然。其中D、SL由合金成分决定。如铝、铜、铁、镁的值分别为17.86、1.86、0.6
64、7、0.45。因此铝铸件中形成气孔几率最大。C0、Vk、p由熔炼、铸造方法、铸造工艺决定，严格控制熔炼工艺，使C0很低，采用金属型在压力容器中凝固，如高压釜铸造，反压铸造，增大Vk、p，可以获得没有气孔的致密铸件。 六、铝合金熔炼小结前面讨论了铝液吸氢、脱氢的一般规律，氮与氧化夹杂之何相互依存的关系，介绍了常用的精炼工艺，分析了铝铸件形成一次气孔的条件，归纳起来，我们可峨把消除气孔，清除氧化夹杂，从而降低铝铸件废品率的各种工艺措施概括为“防”“排”“溶”三个字。 “防”就是严防水汽及各种含气脏物混入铝液中，发生式(13-13)等的有害反应，尽量降低式(13-84)中的C0。“排”就是通过精炼，
65、清除氧化夹杂和气体，记住“除渣是除气的基础”，降低C0。“溶”就是利用快速凝固，或加大凝固时的结晶压力，即提高Vk2、p，使铝液中的氢全部固溶于铝铸件内，不致形成气孔。安排、选择“防”“排“溶”三套工艺措施，应遵循“以防为主”的原则。 生产实践证明，最有效的精炼方法通常只能使铸件的针孔等级改善1-2级。但如不注意以防为主，会使铝液纯净度大大降低，采取最好的精炼工艺也难以彻底清除气体和氧化夹杂。“溶”的效果很明显，当采用金属型、石墨型、低压铸造、反压铸造、挤压铸造、压铸时，对铝液纯净度的要求可适当放宽。 正确运用“防”“排”“溶”三套工艺，严格遵循“以防为主”的原则，必须落实到具体的熔炼、铸造工
66、艺操作上，只有熔炼操作基本功过硬，才能全面、正确地贯彻这些原则。熔炼操作基本功包括：熔炼设备、熔炼工具的准备和精心处理，精炼剂、变质剂，覆盖剂的细心预熔、烘干，正确的搅拌、扒渣操作和小心浇注等等。第四节铝合金组织控制合金性能由合金的金相组织所决定，金相组织由合金成分、冷却速度、凝固时外加力场（如静压力、振动、电磁力）等所决定。通过调节、控制上述各个因素，能获得多种多样，符合技术条件要求的合金组织。变质处理是常用的组织控制手段，在合金成分、冷却速度、凝固时外加力场不变的条件下，在铝液中加入少量添加剂，使金相组织发生明显变化，获得理想的合金组织。 变质处理大致可分三类第一类：晶粒细化处理，主要用来
67、细化固溶体合金的。(Al)晶粒，Al-Cu类、Al-Mg类合金应用较普遍；第二类：共晶体变质，用来改变共晶体的组织，广泛应用于Al-Si共晶合金；第三类：改善杂质相的组织或消除易熔杂质相，如加铍、加锰等改变粗大的富铁相等。一、第一类变质处理1、(Al)晶粒细化处理常见的晶粒细化剂有钛、硼、锆及稀土金属等，以中间合金或盐类形式加入铝液中，当采用盐类形式时，与铝液发生下列反应 上述反应产物中的TiAl3，AlB2，TiB2，TiC,，B4C，ZrAl3等均起晶粒细化作用，反应式(13-88)，(13-89)中的碳来自C2Cl6精炼后的残留碳，或以碳粉形式直接加入铝液中。细化剂的加入温度取决于中间合
68、金的熔点成分；一般在800-950之间，使用盐类细化剂时要选择合适的温度并辅之以搅拌，务使反应完全，提高钛、硼、锆的收得率，又不致使合金液过热。2、初晶硅细化处理最早用的细化剂是赤磷，加入量为合金质量的0.1%-0.5%，赤磷虽有较好的细化作用，似由于燃点低，只有240，细化处理时，激烈燃烧。产生大量有毒的P2O5烟雾；污染环境，使铝液严重吸气；另外，赤磷不能加热干燥，储运也不安全，因此已逐渐被淘汰。含铜的活塞合金，常用磷铜变质，磷铜的成分为:磷8%-10%，余为铜，熔点720-800，低于变质温度，能很快溶入铝液中，磷的收得率高，加入量占合金质量的1%左右。为了防止磷铜表面氧化，加入铝液后生
69、成氧化夹杂，通常将磷铜破碎后当场使用。 由于磷铜中含铜量高达90%以上，对于不含铜或含铜量低的活塞合金只能采用含赤磷粉的多元变质剂，国内外介绍的种类很多，组成物有下列数种： （1）NaCl+KCl起缓冲剂作用及辅助精炼作用（2）C2Cl6能增加AlP的活性，提高细化初晶硅的效果，除起精炼作用外，还能生成TiC，细化(Al)晶粒。（3）K2TiF6+K2ZrF6细化(Al)晶粒的同时，起缓冲作用。（4）硫(S)在铝液中生成A12S3，熔点约1100，对初晶硅，(Al)晶粒均有细化作用。 有些含磷化合物也可以用作细化剂。（1）PNCl2因本身结构的不同，有白色小晶体和橡胶状两种，加入铝液后，反应很
70、快，在液面轻微燃烧，细化效果较好，熔渣不多。（2）NaPO380%+V2O510%+Al2O310%混合均匀后，经预熔，冷凝、粉碎后待用，加入量为合金质量的1%-2%，处理时覆盖在液面上，经10-15min后，即有细化效果。这种细化剂吸湿性小，操作简便。 影响细化效果的因素有：(1)最佳含磷量和许多工艺因素有关，如处理温度、浇注温度、合金成分、孕育时间等，应通过试验确定最佳含磷量的范围及其加入量。低于最佳值，则细化不足；过量时会产生“过变质”，使初晶硅粗化。(2)处理温度AlP的熔点高于1000，处理温度过低，AlP在铝液中凝聚成团，随温度下降逐渐失去细化作用，处理温度一般高于合金液相120-
71、150，已有正常的细化效果。处理温度过高。将增加气体和夹杂物含量。(3)浇注时间经细化处理的铝液在800-900高温下长期保温，细化效果会因AlP逐渐聚集而衰退，在浇注时间长的条件下，发现细化效果衰退后应用C2Cl6反复精炼，在精炼的同时打散聚集的AlP，重新获得细化效果。 细化处理前，裂纹源穿过板状初晶硅，然后沿基体扩张，导致断裂。一颗板状初晶硅被破断后，分布在断口的两半边，断口上可以看到粗大发亮的初晶硅片，因此断口呈蓝灰色，见图13-24a。细化处理后，初晶硅变为细小颗粒，裂纹穿过(Al)及硅初晶，因而初晶硅亮点较少，分布较均匀，断口颜色较浅，见图13-24b。为了提高判断的准确性，应将试
72、样模子控制在150-200范围内，以免因冷却速度不同，引起假象，影响判断的准确性。 细化处理只能细化初晶硅，不能同时细化共晶硅。近年来出现了能同时细化初晶硅和共晶硅的变质方法即双重变质，能进一步改善合金的力学性能，尤其是伸长率。对于含硅较低的过共晶铝硅合金，双重变质更显得重要。二、第二类变质处理：共晶硅变质1、变质剂成分的选择和制备在生产中应用最广泛的变质剂由钠盐和钾盐混合而成，变质剂种类紧多。常用的几种变质剂成分及特征列于表13-6中。 在变质剂的四种组成物中，只有NaF在变质温度下能与铝液反应分解出钠元素，起变质作用6NaF+AlNa3AlF6+3Na（13-91）NaCl的价格便宜，来源
73、广，和NaF相似也有钠离子Na+，但在变质温度下与铝液不能产生下列反应6NaCl+AlNa3AlCl6+3Na（13-92）因此不能起变质作用。Na3AlF6加入后，变质剂还有良好的精炼能力，称通用变质剂，适用重要的铝铸件。 在生产中可根据下列原则选择变质剂：（1）变质处理一般在精炼后进行，变质剂的熔点最好介于变质温度和浇注温度之间，变质处理时处于液态，有利于反应式（13-91）的完成，而在浇注时已变为很稠的熔渣，便于扒去，不致形成熔剂夹渣。（2）不同牌号的合金应采用不同的变质剂，如ZL102合金中不含镁，可采用熔点高的二元变质剂，不必考虑镁的烧损，故可提高变质温度，增加钠的收得率。对含镁的合
74、金应采用熔点较低的多元变质剂。对重要铸件则应采用通用变质剂。 工业用NaCl、KCl都含有结晶水，容易潮解，配制变质剂前必须进行脱水处理，破碎，过筛后才能使用。脱水方法有两种，一种是重熔，把按比例混好的变质剂放在坩埚中熔化直至不冒泡。不冒烟，经破碎、过筛后储存在密封干燥的容器中备用。重熔法的优点是能彻底去除结晶水，缺点是增加工时、燃料消耗，使用铁质坩埚重熔时会引起渗铁，因备组成物的熔耗不同，变质剂的成分配比波动，不稳定。 另一种是机械混合法，将NaF、NaCl、KCl等分别单独烘干、破碎、过筛，按一定比例混合后储存于密封、干燥的容器中备用，制备工艺较简便，生产中大多采用此法。但应注意，如果变质
75、剂撒在铝液表面发生强烈的劈拍声，甚至有变质颗粒飞溅，说明含有水分，脱水不彻底，应重新烘干。2、变质处理工艺要点变质处理工艺要点有四个，即温度、时间、用量及操作方法。（1）温度变质温度过高，增加铝液氧化、吸气，变质效果衰退快，合金易渗铁；温度过低，变质反应慢，钠的收得率低，浪费变质剂，变质效果差。在生产中，变质温度通常稍高于浇注温度，此外还应考虑变质效果、铝液冶金质量，经过试验来确定变质温度。（2）时间变质温度越高，铝液和变质剂反应速度越快，所需变质时间也越短，具体时间通过试验确定。当采用“压盐”或“切盐”法时，变质时间由两部分时间组成:覆盖时间一般为10-12min,“压盐”或“切盐”时间3-
76、5min。如变质温度高，变质剂结壳好，甚至己被熔化，则取时间的下限。采用“搅拌”法时，搅拌的时间就是变质的时间。由于变质剂完全混入铝液中，接触面积大，反应完全，因此时间可以进一步缩短。（3）用量前面提到，铝液中含有0.01%的钠，就能使Al-Si共晶合金完全变质，得到纤维状的共晶硅，则熔炼100kg的Al-Si共晶合金只需要0.018kgNaF中的钠。采用通用二号变质剂时，0.043kg就已足够，只占铝液质量的0.043%，不能覆盖全部液面。为了覆盖铝液并考虑到NaF不可能全部分解，加入量一般为1.0%-3%。对于硅含量低、坩埚的高径比大或金属型铸件可取下限，反之则取上限，但此时需防止过变质。
77、（4）操作方法精炼后，扒去氧化皮和熔渣，均匀地撒上一层粉状变质剂，并在规定的变质温度下保持足够的时间。和铝液接触的一层变质剂先发生反应，接着反应产物AlF3和下一层NaF反应（13-93）Na3A1F6的熔点高达992，在反应界面上将形成固化的Na3A1F6，阻止了铝液和NaF继续反应，因此，覆盖时间再长，也达不到正常变质的效果，必须把已结壳或熔化的变质剂压入铝液中，使铝液和NaF完全接触，按反应式(13-91)充分进行反应，得到正常的变质组织。采用“压盐”法时，用压瓢把变质剂压入液面下100-150mm处，经3-5min后，即可取样检验变质效果，变质效果良好。采用“切盐”法时，先把液面结壳的
78、变质剂切成碎块，然后把碎块用压瓢一起压入铝液中，经3-5min取徉检验变质效果，质量也很稳定。采用搅拌法时，一边撒变质剂，一边进行搅拌，直至出现变质效果为止。此法变质速度快，铝液净化效果好，但劳动强度大，镁的熔耗大，容易引起熔剂夹渣。为加速变质，缩短变质时问，可采用液态变质剂，先在专门熔化设备中化清变质剂，然后冲入铝液中，同时进行搅拌。变质时间可缩短到6-8min，缺点是要另配熔炉，消耗能源。3、其它变质方法（1）锶变质锶变质已获得工业上的应用，加入量为0.02%-0.06%，砂型铸造取上限，金属型铸造取下限。锶常以含3%-5%的Al-Sr中间合金形式加入，也有以SrF2+SrCl2混合盐的形
79、式加入。变质后不能用氯盐精炼，以免生成SrCl2,失去变质作用，只能通氩精炼。锶的沸点达1380，比钠的沸点高得多，不易烧损，砂型铸造的变质有效时间可达6-8h，故称为长效变质剂。锶极其活泼，在大气中即强烈氧化为白色粉末SrO，遇水即分解出氢，必须在煤油或石腊油中储存。使用前用丙酮清洗于净后立即投入铝液中。锶变质的缺点是铭中存在SrH，除氢不易，并易产生铸型反应，常在铸件中形成针孔。锶变质适用于浇注时间长的场合。（2）锑变质锑变质只适用于亚共晶合金，变质效果对冷却速度很敏感，故常用于金属型铸造，变质后共晶硅呈短杆状，需辅以热处理，使共晶硅进一步溶断、粒化，方能明显提高力学性能。锑的熔点为630
80、，密度6.67g/cm3，直接加入铝液中将生成熔点达110的AlSb，冻结在坩埚底，因此必须以Al-Sb中间合金的形式加入。锑的加人量为0.2%，Al-Sb中间合金以Sb4%-8%为宜。 经锑变质的铝液流动性好，充型能力强，能获得致密的铸件；锑不易烧损，经多次重熔后仍有相同的变质效果，称为“永久变质剂”，适用于需长时间浇注的场合。缺点有：和镁形成Mg3Sb2，使合金的强度下降，必须补加镁；不能和钠变质的回炉料混杂，否则变质作用互相抵消；另外。热处理后铸件表面有一薄层黑色SbO，影响美观。（3）稀土元素变质混合稀土混合稀土一般富铈，占40%以上，其余为La,Nd,Sm等，密度为7g/cm3左右，
81、容易氧化，可预制成含10%左右的Al-RE中间合金加入铝液，也可包在铝皮中经预热后直接加入铝液中，轻轻搅拌，使其逐渐熔清，不使沉底，形成冷冻块。加入量大于0.5%时。共晶硅开始细化，超过0.8%时，共晶硅成细片状，超过1.2%时，共晶硅反而粗化，故加入最为0.8%-0.12%。混合稀土的变质作用对冷速敏感，适用于金属型铸件，获得的组织属亚变组织，随后的热处理使共晶硅溶断、粒化，合金的力学性能明显提高。稀土化合物、稀土氟盐如CeF3与铝液产生下列反应（13-94）反应产物Ce即起变质作用。CeF3的加入量为0.2%-0.5%，变质温度730-750，加入量过大时将在晶界上出现粗大的Al-Si-F
82、e-Ce杂质化合物，恶化合金力学性能。 、碳酸稀土RE(CO3)3，与铝液产生下列反应：（13-95） 反应置换出的RE即起变质作用。RE(CO3)3的熔点为760左右，必须和助熔剂配合，熔点降至600-744，然后加入铝液。采用富镧碳酸稀土配合助熔剂对ZL102合金进行变质，加入量为0.4%-0.6%，合金中稀土残留量为0.2%-0.3%，能得到满意的变质组织。 稀土元素变质的优点一是长效，因为稀土元素的熔点高，和钠相比不易烧损；二是有微量稀土溶入(Al)中，起固溶强化作用；三是能捕获合金中的氢生成REmHn，减少针孔。缺点是不适用于缓慢冷却的铸件。变质后必须辅以固溶处理。（4）精炼-变质剂
83、国内数家单位开发了精炼-变质剂，在精炼的同时起变质作用，其组成物包含能变质的钠盐、锶盐、钡盐，产生惰性气体的硝酸盐、碳粉及有精炼作用的Na2SiF6、Na3AlF6外加NaCl，KCl等，与铝液反应产生Na、Sr、Ba、及N2等同时完成精炼、变质。N2上升时搅拌铝液，使变质元素分布均匀，缩短变质所需的孕育期，能节省工时，提高生产率。缺点是精炼促使Na、Sr加快衰退，只适用于一炉铝液只浇1-2个铸件，当要求长效变质时，只能使用钡盐，置换出钡，起变质作用，但得到的是亚变组织。4、变质效果检测（1）观察断口变质后即可在耐火砖制成的型腔中浇注50-60mm10-15mm。的工艺试样，变质不足时，断口晶
84、粒粗大，发亮的硅晶粒清晰可数，整个断口呈暗灰色。正常变质断口，晶粒极细，没有硅亮点。断口泛银白色，断口边缘出现发亮的剪切唇，宽度越大，变质效果越好，伸长率越高。过变质断口，晶粒粗，呈青灰色，显微镜观察磨片，有过变质带出现，见图13-25。 （2）花纹鉴别法同上述浇注工艺试样，变质前表面光亮，变质后表面由Na2O膜组成，分布着NaO膜破裂后形成的花纹，颜色发暗，花纹越粗，分枝越发达，变质越完全。此法鉴别迅速，简便，但不易区分亚变质或过变质。（3）热分析法变质前后测出合金热分析曲线，变质后共晶平台温度下降值为TE，TE与合金成分、冷却速度、变质元素种类、加入量及变质时间有关。当TE=4-5时，已变
85、质正常。此法需配备一台双笔记录仪。分辨率5mm/K，走纸速度20mm/s，有定量数据，效果可靠，见图13-26。 （4）电阻率法变质前共晶硅呈粗大板片状，隔断铝基体的通道，铝是良导体，硅是半导体，故合金的电阻大；变质后，共晶硅呈纤维状，增加铝基体的通道，合金的电阻变小；过变质时，出现过变质带，电阻又将回升。表13-7为ZL102合金变质效果与电阻率变化之间的关系。此法需配备一台高灵敏度的电阻仪，优点是有定量数据，缺点是温度影响电阻值，必须将试样冷却至室温时才能测定，试样只能空冷，不能水冷。以免影响组织，因而测定速度慢。第五节铝合金的炉料一、炉料组成炉料由新金属、中间合金、回炉料及重熔回炉料组成
86、。1、新金属国标中可查到新金属的牌号、等级、纯度及用途，是炉料的主要组成，纯度高，可用来稀释回炉料中带入的杂质含量。 2、中间合金为便于加入某些难熔合金元素，如铜、锰、硅等，或成分严格控制的元素如锑、锶、稀土等，需预先与纯铝制成中间合金。对中间合金的要求是：熔点和铝液温度接近，合金元素比例尽可能高，化学成分均匀，冶金质量好，易于破碎，配料称量等。熔制中间合金的方法有直接熔化法和铝热法。后者用合金元素的氧化物作原料，成本可降低，但熔炼温度高，夹杂物多，劳动条件差。3、回炉料回炉料可分三类第一类包括成分合格的报废铸件、浇冒口等，可直接使用；第二类包括小毛边、浇口杯中剩余金属、冲压车间的边角料等，需
87、经重熔成再生合金锭，方能使用；第三类包括熔渣、切屑、炉底残渣及化学成分不合格又无法调整的废金属，如含铁量过高，需经专业化的冶金厂重熔成再生合金锭。回炉料具有遗传性。遗传的内容有“纯度遗传”和“组织遗传”两种。纯度高、晶粒细的炉料遗传质量高，熔制的合金质量也会高，有时比等级较低的新金属熔制的合金质量更好。铝液中潜在的结晶核心，即具有近程排列的原子团存在，是组织遗传的原因，在恒定温度下经长期保温，甚至超声波处理后仍能保留组织遗传性，说明这些原子团是相当稳定的。 二、配料计算配料计算的任务是按照指定的合金牌号，计算出每一炉次的炉料组成及各种熔剂的用量。计算的依据是：新金属料、回炉料、中间合金的化学成
88、分和杂质含量，各元素的烧损率，每一炉次的投料量等。下面介绍计算方法。1、按投料量计算先计算包括烧损量在内的各元素的需要量，再计算各种中间合金的数量，最后计算应补加的新金属料及合格的回炉料质量。用这种算术计算方法简单易行，但算得的补加新金属料质量不可能是铝锭质量的整数倍，需切割铝锭，以满足要求。 2、按铝锭重量即新金属重量计算这种算法能以现有铝锭质量直接投料，不必切割铝锭，可节省工时，计算公式如下3、计算举例已知ZL106合金的目标成分为Si8%,Cu1.5%,Mn0.4%,Mg0.55%，中间合金成分别为Al-Si20%，Al-Cu48.8%，Al-Mn8%。 算得各种炉料组成的质量后，应再验
89、算一下杂质总量是否超标。 上述二种计算过程人工约需一小时，还容易出错，可编成程序利用计算机计算，从输入数据、运算到打印结束，只需要2min，其优点是除不用切割铝锭外，还能在短时间内算出几种方案供人选择。第六节铝合金典型熔炼工艺一、ZL104合金300kg以下熔化量在电阻坩埚炉中熔炼，先按牌号要求进行配料，算出炉料、熔剂数量，熔炼工具清理干净并预热。用新坩埚时，先空炉加热到600-700，呈暗红色，保持30-60min，烧去铁坩埚内壁的水分及可燃杂质，然后冷却至200左右，喷上涂料。如能熔化一次ZL104合金的回炉料或杂铝后再止式熔炼，则更为理想。对旧坩埚则应将内壁清理干净，用小锤轻敲，凭声音判
90、断有无裂缝出现。检查后，增坍加至200左右，喷涂料。常用涂料列于表13-8中。涂料由填充剂、粘结剂和适量水或酒精组成，使用涂料时要根据具体用途，选择合适的填充剂和稠度。常用的填充剂有白奎粉、滑石粉，氧化锌，石棉粉等。 白垩粉遇铝液将发生分解CaCO3CaO+CO2（13-99）故用NO1涂料喷涂的工具留取铝液时，起初有CO2气泡产生，但CaO仍能紧地粘附在工具或坩埚上，不易脱落。用氧化锌作填充剂时，与铝液发生反应3ZnO+2AlAl2O3+3Zn（13-100）反应结果，ZnO被还原，涂料容易剥落，但氧化锌有优点，当工具预热至350左右时，涂料由白色转为杏黄色，可以估计工具的温度，判断工具表两
91、是否尚吸附水汽；其次，氧化锌涂料不会分解出气态产物。 因此，常用NO1、NO2涂料喷涂熔炼工具，NO4、NO5涂料喷涂坩埚，NO6、NO7涂料喷涂金属型型腔或浇冒口，NO8涂料既不分解，也不会被还原，非常稳定，寿命长，不污染铝液，缺点是价格贵，只在重要场合使用。涂料的稠度由涂料层厚度决定，涂料层越厚，稠度要求越大。坩埚与高温铝液长时间接触，在浇注过程中无法补涂，因此熔炼前要徐得厚一些，涂料的稠度要大。金属型的浇冒口要求有良好的保温作用。故用NO7涂料，涂料层要厚，稠度要大。 熔炼工具的涂料层要薄，即使有剥落，也可以补涂。如涂得太厚，则受急冷急热时，涂料剥落后落入铝液中，成为夹渣。当锌作为合金中
92、的杂质且含量控制很严时，最好不用氧化锌作涂料。坩埚喷好涂料后，升温至500-600，呈暗红色时，开始装料。炉料预热温度为300-400。预热温度越高，熔化速度越快，但温度过高，会使炉料失去强度，装料不便。严禁把冷料直接加入铝液中，否则会使铝液飞溅甚至爆炸。 传统的加料次序是先加熔点较低的回炉料，Al-Si合金锭，再加熔点较高的铝锭，Al-Mn中间合金，待全部炉料熔清后，再加回炉料将温度降至680-700，加入镁锭，搅拌均匀后，即可进行精炼、变质，炉前质量检测合格后，浇注试棒，浇注铸件。近年来推荐直接加硅、加锰，具有一定的优点。加料次序改为先投铝锭，升温至700-730，把预热至600-700的
93、结晶硅或电解锰直接加入铝液中，同时吹氮精炼，搅拌铝液，加速结晶硅、电解锰的熔化。全部熔清后，用回炉料降温后加镁，搅拌均匀后即可进行变质。 二、ZL201合金熔炼ZL201合金的工艺要点是：严格控制化学成分和杂质含量，防止产生钛偏析、沉底。为此应使用纯度较高的铝锭，回炉料不能超过60%，配料时要掌握准确的各元素的熔耗率，并验算铁、硅含量。防止和消除钛偏析的工艺措施有:1、不允许使用成分不均匀，存在大片状TiAl3或冶金质量差的Al-Ti中间合金；配料时钛含量控制在0.15%-0.30%之间。2、熔炼时加强搅拌，尽量采用感应电炉熔炼。3、尽量缩短搅拌后到浇注铸件时的保温时间，不要超过20-30mi
94、n。ZL201合金对杂质铁、硅很敏感，最好用石墨坩埚，投料前要清理干净、预热。铜、锰、钛分别以Al-Cu，Al-Mn，Al-Ti中间合金形式加入，也可以用K2TiF6加入钛。为了获得成分准确、冶金质量高的合金，常用二次熔炼法，先熔制预制合金锭，第二次快速熔化，调整成分后即进行浇注。在熔炼工艺成熟，能准确控制合金成分，保证合金质量的条件下，可以省去预制合金锭。 三、ZL301合金ZL301合金熔炼工艺的要点是：因含镁量高，极易氧化，液面全部由MgO组成，对铝液没有保护作用，因此必须在以光卤石(MgCl240%-60%，KCl60%-40%)为主的熔剂覆盖下熔炼。微量的铁、硅、钠均明显降低合金的力
95、学性能，因此除加料时严格控制外，还不允许过热，熔炼温度不得超过700，以防渗铁，不能使用含钠离子的熔剂，以防渗钠，不允许投入粘有型砂的炉料，以防渗硅，不宜在不易控制炉温的焦炭炉中熔炼，也不宜在感应炉内熔炼，以防铝液剧烈翻滚，大量氧化、吸气。粘土坩埚中含有二氧化硅，和铝液长时间接触，会发生下列反应 引起渗硅，故最好使用铸钢坩埚。 加料次序为：先在暗红色的坩埚内撒入经预熔脱水的光卤石，然后加入预热的回炉料及铝锭，化清后加入Al-Ti中间合金，再在670-690时加入镁锭，经精炼合格后，撒入粉状CaF或Na2SiF6，起辅助精炼作用，稠化熔渣。浇注时把熔渣撇在一边，用茶壶包舀取铝液。对重要的铸件，常
96、进行二次熔炼。第一次精炼后的铝液浇入预制合金锭模时，须在裸露的液面上撒上硫磺粉50%+硼酸50%的混合物，以防止氧化，预制锭浇得要薄，以获得细晶粒组织。二次熔炼时要快速熔化，调整成分后低温浇注，能保证合金的力学性能。 为提高合金的力学性能，可用K2ZrF6进行变质，变质温度为780-800，加入量为1%，在此温度下保持10min左右，将K2ZrF6压入铝液，搅拌2-3min，此时在铝液内部发生下列反应 MgF2，KF、A1F3等有辅助精炼作用，ZrAl3是(Al)的异质核心，细化晶粒。锆还能夺取铝液中的氢，生成氢化钦ZrH，降低含氢量。 当液面开始泛金黄色，用工具推开液面后颜色发蓝时，说明反应
97、正常，再降温至680-700，补撒覆盖剂，压入镁块，以后的操作和常规工艺相同。四、废料、切削重熔先清理废料、切屑表面油污，除油燃烧时应缩短在500-640高温下的时间，使之快速熔化，铝液汇入熔池，防止氧化损失。除水汽时应在还原性护氛中烘烤，以免氧化。 废、碎料表面的氧化膜妨碍铝液滴的熔合，炉内应先加入熔剂，熔化后加人大块废料，待形成熔池后，再分批把废料压入熔池下，强烈搅拌，在搅拌和熔剂的作用下，废料表面氧化膜破裂，铝液相互熔合，待一批废料熔化后再加下一批。为了减少熔耗，熔炼温度不宜高于700，当熔渣积聚过多时，即可扒除，补加新熔剂，经精炼、炉前质量检测合格后，浇注成锭。 重熔合金锭一般含有较多的氧化夹杂。只适用于不重要的铸件，如在重熔的流程中用精炼熔剂作为过滤介质进行过滤，有效地除渣、除气，则可获得质量良好的重熔锭，可用作重要铸件的炉料。
