佳木斯大学铸造专业最后一科考试

铸造合金及熔炼1、 铝合金二元相图特征：各种点（铸造铝合金，变形铝合金）-分类p262 铸造铝合金的熔炼，浇注温度低，融化潜热大，流动性好，特别适合金属型铸造、压铸、挤压铸造，获得尺寸精度高、表面光洁、内在质量好的薄壁、复杂铸件。（采用砂型铸造，石膏型等冷却慢的铸造方法，必须进行变质处理，细化共晶硅，已获得足够的力学性能） Al-Si二元相图共晶成分在Si 12.6%处，由于结晶硅带入微量的磷即使少量的AlP就足以使Si9%的亚共晶合金中出现初晶硅，并使共晶硅成粗大的板片状。 随着硅量的增加，结晶温度区间变小，共晶体增加，流动性随之提高， 硅的收缩率很小，合金的线收缩率也随之下降，热烈倾向减小，硅的结晶潜热大，直至Si20%处，流动性仍然比共晶成分的合金高。含Si16%18%处有流动性的峰值。 随着硅量的增加，磨损量、腐蚀量、线膨胀系数、密度、电导率均直线下降 为了获得性能优良的性能，铝硅类合金的含硅量一般为7%12%2、 Al-Si二元合金的代表是ZL102合金，Si10%13%余为铝，金相组织为a（Al）+共晶体（a+b）以及少量的初晶硅。特点如下：1、热处理强化效果小，里学习能不高，一般只进行退火消除内应力。2、铸造性能优良，结晶区间小，硅的结晶潜热大，流动性好。集中缩孔倾向大，硅降低氢在铝液凝固后的溶解度，如精炼不当会产生针孔。3、耐磨性，抗蚀性，耐热性好， Al-Si二元合金具有软相铝和硬相硅，是典型的耐磨组织，耐磨性好，铝和共晶硅的电子电位相差不大，表面一层Al2O3，组织致密，对基体有保护作用，因此耐蚀性好，ZL102合金的共晶温度为557C,高于其余铸铝合金，温度升高时没有强化相溶解或聚集现象，因此耐热性好。4、必须进行变质处理来提高力学性能。综上所述，ZL102合金适用于压铸件或要求耐蚀、耐磨，承受中小载荷的薄壁、复杂铸件如各种仪表的框架、壳体、基座等。3、 稀土变质：稀土的加入量和含硅量、冷却速度有关，在0.2%1.0%变动，含硅量高，冷却速度慢，取下限，反之取上限，加入量过大，晶粒反而粗大。适用于Al-Si共晶合金，过共晶Al-Si合金中同时加入稀土和磷，能同时细化初晶硅和共晶硅，称为“双重变质”在铝硅合金中加入稀土，在固液界面处形成阻碍长大的富集膜，引起成分过冷，在枝晶根部产生缩颈而脱落成游离晶，增加晶核，细化晶粒，增加晶粒总面积，从而减轻了铜、镁的境界偏析程度，稀土还和铝液中的铁形成稳定的化合物，沉于坩埚底部，从而净化铝液。（Al-Si合金的变质处理是针对初生a-Al、共晶铝合金（团）、初生Si）4、 ZL101：ZAlSi7Mg合金的代号为ZL101，成分：Si6%8%，Mg0.2%0.4%，其余为铝，铸态组织由树枝a（Al）固溶体，共晶体（a+Si）所组成，境界上有微量的Mg2Si变质后针状共晶硅变为点状。温度升高时，Mg2Si开始聚集，脱溶成块，力学性能下降，故其工作温度不宜超过150C。5、 ZAlSi9Mg 合金：ZAlSi9Mg合金的代号为ZL104，成分为Si8.0%10.5%，Mg0.17%0.3%，Mn0.2%0.5%，余为铝，铸态组织由a（Al）树枝晶及（a+Si）共晶体组成。力学性能高，锰除了起到固溶强化作用外，还能改变针管状富铁相的形态，形成骨架状的AlFeMnSi相，改善性能。铸造性能优良，充型能力强，线收缩率小，无热裂、缩松倾向，抗蚀能力、切削加工性能及焊接性能较好，可以铸造承受重大载荷、形状复杂的铸件。有集中缩孔倾向。ZL104合金的使用条件是185C以下条件。6、 Al-Si-Cu系合金的代表为ZAlSi7Cu4，代号为ZL107，显微组织与ZL101相似，经变质后，塑性提高，强度提高，经固溶处理+人工时效的合金，其性能进一步提高，切削性能优于ZL101，但抗蚀性能因Cu的加入有所下降，可铸造受重载荷、形状复杂的工件，使用条件为250C以下。7、 ZAlSi5Cu1Mg合金代号为ZL105，铸态组织为a（Al）+（a+Si）+（a+Si+CuAl2）+微量W，铸态是就有较好的力学性能。硅含量不高，不需进行变质，因而熔铸工艺不复杂，常用作金属型铸造承受中等载荷、形状不复杂的中、小型零件。8、 ZAlSi9Cu2Mg合金的代号为ZL111，铸态组织与ZL105相仿，但共晶体量大，需进行变质。铸造性能优良，可用作承受重大载荷、形状复杂的大、中型重要的铸件。9、 ZAlSi12Cu2Mg合金的代号为ZL108.有两种变质方法，传统方法是用钠盐处理，能提高室温力学性能，但会降低高温力学性能。二是，加磷细化处理或磷、钠综合处理，加磷细化后，初晶硅细化，共晶硅仍为板片状，室温下塑性差，但在活塞工作温度下为350450C下，合金有足够的伸长率。由于不含钠，其高温性能更加。加磷处理还能提高活塞的体积稳定性。10、 在ZL108的基础上再加Ni0.8%1.5%，就是代号为ZL109的合金ZAlSi5Cu1Mg1Ni1，由于有富Ni的热强相Al6Cu3Ni等，高温性能更好，但价格高，因此只用作重要呃活塞。过共晶合金的活塞含硅量高达17%26%，热膨胀系数很低，加入铜镁能形成CuAl2、Mg2Si强化合金，多则脆。 加Ni能提高热稳定性，我国稀土较多，得到的性能也很优良。11、 初晶硅细化原理：初晶硅加磷细化,结晶硅由焦炭还原二氧化硅而获得，焦炭中的磷便进入了结晶硅中，磷常以AlP的形式存在，由于AlP的晶型与硅相同，可以作为硅的非自发结晶核心，在亚共晶合金中也常析出初晶硅，3Na+AlPNa3P+Al 钠被消耗，变质失效，因此AlP是有害杂质，在过共晶合金中AlP的数量不足，称为少数初晶硅的非自发核心，发展成为大块的初晶硅，恶化力学性能，需要加磷在铝液中形成大量的AlP，细化初晶硅并均匀分布在基体上，成为理想的耐磨组织。含Si17%的过共晶Al-Si合金初生硅的尺寸随含磷量的增加而细化，过共晶铝合金的主要缺点是切削加工困难，道具极易磨损，加工表面粗糙。解决的途径是使用镶嵌金刚石的道具，或是在合金中加入少量的铅和铋。12、 铝硅类合金中常见的杂质是铁，其他的还有锡、铅、钙等。铁在合金中形成硬而脆、呈粗大片状的化合物，冷却速度越小，组织越粗大，消弱铝基体，使合金变脆，破坏铝铸件的表面氧化膜的连续性，降低合金的耐蚀性，不能进行表面阳极处理。铁的来源为炉料、坩埚、及熔炼工具。防止渗铁的有效途径为控制炉料中的含铁量，采用等级较高的铝锭，在坩埚、工件上涂覆涂料。磷：.锡、钙、钙。13、 铝铜类合金的优点是室温、高温力学性能都高，切削性能良好，加工表面光洁，富铜相耐热，熔炼工艺简单，缺点是固溶体型合金的铸造性能差，富铜相与a（Al）基体之间的电子位差值大，抗蚀性能差，密度较大。14、 Al-Cu二元合金ZAlCu10的代号为ZL202熔炼工艺简单，有一定的共晶体，铸造性能尚可，但不能固溶强化，铸态使用，故力学性能不高，常用来制作装饰性的小零件。15、 Al-Cu二元合金另一个牌号为ZAlCu4，代号为ZL203，a（AL)存在严重的偏析，熔炼工艺简单，经固溶处理、人工时效处理后，力学性能大幅提高，a（AL)晶内偏析消除，但铸造性能差，用作形状简单的承受中等载荷在较高温度下工作的中、小型零件。16、 在ZL203的基础上再加一些锰，即使重要的耐热高强度铸铝ZAlCu5Mn，代号为ZL201，Mn量最好控制在1.0%以下。17、 耐热铝合金的耐热性有a（Al）的化学成分、第二相性质、形状和分布等因素决定，a（Al）化学成分越复杂，组织结构越稳定，第二相的热稳定性越高，晶粒越细，沿晶分布相组成的弥散程度越高，则越能阻滞a（Al）在高温下的变形，因而耐热性能良好。18、 ZAlMg10的代号为ZL301，比强度高，抗蚀性高，铸造性能尚好，常用作在潮湿的空气或是海水中工作的承受冲击载荷的零件，如发动机的机匣、飞机起落架零件、船用舷窗等。ZL301的切削性能良好，工件表面光洁程度高，“光亮铝合金”可用作装饰零件。19、 Al-Mg-Si系合金牌号为ZAlMg5Si1，代号为ZL303，在350C以下工作时，几乎保持了室温的力学性能。ZL303在潮湿的空气或是海水中有很好的耐蚀性，耐热性较好，可用作承受中等载荷的船舶用、航空用构件及内燃机机车的零件。20、 铝镁锌三元合金的牌号为ZA1Mg8Zn1，代号为ZL305,工作条件不宜超过100C。在海水中承受重大载荷的零件，如鱼雷壳体、潜水服等。21、 Al-Zn-Si-Mg系合金的牌号为ZAlZn11Si7，代号为ZL401，含锌的“矽铝明”锌全部溶于a（Al）中，因此铸态组织与ZL101相同，由a（Al）+共晶体a（Al）+Si组成，合金有“自动淬火”效应，铸件凝固时锌即过饱和溶入a（Al）中，室温下开始自然时效过程，b（Zn）呈弥散析出，能强化合金。经过加钠盐变质处理，自然时效30天后，性能大幅提高。不必进行固溶处理是其特点，铸造工艺性能和ZL101相似，但抗蚀性能较低，密度较大，常用作在185C以下工作的承受中等载荷的零件，如模具、模板及某些设备的支架等。22、 Al-Zn-Mg系合金的牌号为ZAlZn6Mg，代号为ZL402，有缩松倾向，切削性良好，表面光洁，经人工时效后，尺寸稳定，可用作精密仪表零件，高温时过饱和的a（Al）容易分解，形成较高的内应力，促进晶间腐蚀，工作温度不得超过100C。23、 a（Al）初晶的细化：晶粒越细，枝晶间距越小，屈服强度越高。细晶还能改善补缩性能，有助于消除缩松、缩孔，防止冷隔，细化有害杂质相等。因此细化处理是固溶体型合金常用的强化工艺。细化原理：（百度一下）1、包晶生长理论，2、TiC核心理论，3、晶粒增值理论，凝固结晶前沿严重成分过冷，初晶产生缩颈，易自动脱落、游离、增值.4、硼的细化理论，引起本身不稳定，网纹表面.5、钛抑制a（Al）晶粒生长理论，6、硼、钛叠加作用加强。7、细化现象衰退原因TiAl3聚集长大，高温下静止TiAl3陆续溶解，细化衰退。 晶粒细化中毒，加钛、硼的铝液中如果含有或是加入含有锆铬锰等元素，将导致失去细化效果。24、 铝合金铸造性能 铸造性能是一个综合概念 其中对铸件质量影响最大的是流动性和收缩率 硅的熔化潜热大 是铝硅类合金的主要合金元素 且含量在共晶成分附近 因此 铝硅类合金的流动性最好 铜镁锌的熔化潜热都比硅小 且铝铜类 铝镁类铝锌类 合金的成分都远离各自的共晶点 因此流动性都不如铝硅类合金 当合金元素含量相同时合金元素的体收缩率越大 则合金的体收缩率越大铸件中缩孔缩松的体积也越大 同理当合金元素含量相同时 他们的线膨胀系数越大 则合金的线膨胀系数越大线收缩率相应地也越大 铸件越容易产生裂纹 变形 挠曲等缺陷 25、 第十三章 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 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 溶剂夹杂含量低 3 需要变质处理的合金液变质良好 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 除气的目的 常用的溶剂分为 Nacl NaF KCL Na3ALF6 Na2SiF6 CaF2 过滤法 两种 非活性过滤剂 活性过滤剂 网状过滤法 填充床过滤法 铝合金熔炼小结 防 就是严防水汽及各种含气赃物混入铝液中 发生有害反应尽量降低 排 通过精炼 清除氧化夹杂和气体 记住 除渣是除气的基础 溶 就是利用快速凝固 或加大凝固时的结晶压力即提高V2/k 根号下P 使铝液中的氢全部固溶于铝铸件内 不致形成气孔 镁合金在航空航天汽车机械建筑业上得到广泛应用 镁合金的氢化处理 把镁合金放在氢气气氛中加热 这种脆性的网状结构将破断成细点数量也减少这是因为在氢气中加热时 氢扩散到镁合金基体中 并与Mg-RE-Zn化合物发生反应 稀土元素和氢的亲和力很高生成稀土氢化物呈黑色小颗粒 而化合物中的锌与氢不发生反应被置换出来溶入镁基体中 经此处理既改善了合金的晶界结构 又提高了锌在镁中的固溶度从而显著地提高了合金的力学性能。 氢化处理的缺点是氢在镁中扩散很慢 厚壁铸剑所需的保温时间较长 并需要专门的渗氢设备26、 铝合金的热处理目的：1提高铝铸件的综合力学性能2消除偏析和针状组织3改善组织和性能4稳定铝铸件的组织和尺寸5消除铸造应力27、人工时效T1对有自动淬火效应的合金如ZL401等，常采用T1，使过饱和相沉淀，提高合金力学性能。固溶处理T4;加热至固相线附近使强化相溶入aAL中，淬入冷却介质中获得过饱和的aAL固溶体，提高合金强度和塑性，对铝镁合金是最终热处理工序对于需进行人工时效，进一步提高合金抗拉强度的合金，是热处理前的合金铸造淬火：将刚凝固的的高温铸件自铸型中取出后直接 淬入低温介质中，以取得固溶处理的部分效果。用于金属型铸造的活塞，能缩短生产周期，今生能耗，降低成本，具有可观的经济价值一：铜的冶炼“1火法通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。2一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。湿法冶炼过程为:CuSO4+Fe=FeSO4+Cu 二：缓冷塑性是铝青铜特有的缺陷，在缓慢冷却的条件下共析分解师的产物r2相呈网状在a相晶上析出，形成隔离轻体联结的脆性硬壳，是合金发脆，这就是“缓冷脆性”也称自动退火脆性，三：铍青铜在碰撞但是不会发生火花，适用于制作防爆工具四：CuMn基阻高阻尼合金是用于低噪音推进器，潜水艇。五：铸造黄铜是以锌为主加元素的铜合金，结晶温度范围小，宠幸能力强，锌的非典低，有自动除气的做用，力学性能比锡青铜高的多，缺点是脱锌腐蚀，在海水中腐蚀比较严重，六：CuZn二元合金力学性能锌低于32%时是a单相组织，a相师以铜为基的固溶体，面心立方，苏醒好，当锌当量增加时，强度塑性均提高，铸造黄铜基本上都是a+b两相组织，可根据不同需要选择不同的a/b值确定最佳含锌量，需要高塑性是取最大值，需要高强度选最小值七：Cu-Zn铸造性能：:结晶温度范围很小，液相线随含锌量的增加很快的降低，流动性好，锌本身就是脱氧剂，银次不用脱氧，熔铸工艺比较简单，适用于金属型铸造和压铸可获得致密的铸件。黄铜的收缩率大，容易生成集中缩孔，按顺序凝固原则设计较大的冒口和冷铁相配合。八：提高铸造黄铜性能的途径：1合金化，加入铝锰硅铅镍等合金元素，固溶强化a和b相，课提高力学性能，抗腐蚀性和切削性能。2细化晶粒，加入铁或硼钒钛等元素，细化晶粒提高力学性能。3提高合金纯度，严格公职杂质硫等含量；当杂质超标时可加入钙锂等，使分布在晶界上的低熔点相转变位高熔点相。九：锌当量 十：锌当量是各元素对黄铜的影响转化为锌对黄铜影响的值，当量系数：为1%某合金元素对组织的影响与其锌当量的比值。锌当量系数是统计所得，只适用于合金含量不大于2%-5%。含量过大是就不准确。十一：铜合金的脱氧：加入那些与氧的亲和力比铜的亲和力大的元素。将氧化亚铜中得铜还原出来，生成物能自动浮到铜液表面而被除去。脱氧方法有：1沉淀脱氧；脱氧剂溶于铜液中，脱氧反应在整个熔池内进行优点是脱氧快，彻底，缺点是脱氧产物不易清除。2扩散脱氧;脱氧剂不溶于铜液，覆盖在表面，脱氧在仅在表面进行借助氧化亚铜不断扩散才能不断脱氧，缺点是速度慢，优点是产物易除。3沸腾脱氧，又称青木脱氧，将新鲜的树枝插入铜液中，产生大量的CO还原氧化亚铜，产物二氧化碳呈气泡上浮，起精炼作用。十二：铜液的除气。1氧化除气先使铜液氧化增氧，彻底除氢，然后进行脱氧，脱氧后浇注从而完成除氧，除氢。沸腾法除氢，在熔炼后期快速加热至沸点，是铜液短期沸腾后，在加入炉料，快速降温。十三铜合金的熔炼工艺自己撕书十四：工业锌合金：砂型或金属型铸造合金-耐磨合金 压铸合金-仪表合金 新型高铝，高强，耐磨锌合金第十七章锌的密度7.133g/cm3，熔点420，沸点922，具有闪锌晶格，无同素异构体，纯锌的强度、塑性较差，活泼金属易被腐蚀。纯锌为基体加入铝、铜、镁组成一系列的锌合金。锌合金的优点：一定的强度，足够的硬度，熔点低，流动性好，广泛用作压铸合