合金熔化与精炼5

1、一百零八吨铜钟n.铸造青铜免田赋鼎编钟越王勾践剑铜合金螺旋浆铸造高炉风口铸造铜钟铸造锡青铜蜗轮 合金熔化及炉外精炼 铜合金熔炼 材冶学院:张国志第三章.铜合金熔炼n 像其它所有合金一样，合金液的质量直接影响铸件的质量，基本要求也相同：成分；温度；纯净(气体；氧化；夹渣)。另外，铜合金要防止偏析。因为铜合金的合金元素比重偏差很大，熔点差别大，有些元素不相溶，易产生偏析。n 铜合金容易氧化，吸气，需要进行脱氧和除气双重处理。4-1.铜合金的氧化和脱氧n一.铜的氧化特性nCu在高温下氧化,在铜液的表面进行:n 4Cu+O2=2Cu2On形成氧化亚铜，其特点为:n(1) . Cu2O可溶于铜液中nCu

2、2O生成后可溶于铜液中，温度下降后，在1066，+ Cu2O形成共晶体， 相为铜中含H的固溶体，共晶体（ + Cu2O）分布在相的晶粒边界上。nCu2O对铜及合金的性能影响很大，是在凝固时形成的，在晶界上形成低熔点共晶体，引起热裂（热脆）。如果铜液中含有H，随温度降低，同时析出，发生反应：n Cu2O+H2=2Cu+H2O （水蒸汽）。n形成水蒸汽，产生气孔，组织疏松，形成晶间裂纹，产生脆化。n (2) Cu2O的分解压高nCu2O的分解压比其它金属氧化物的分解压高,小于(Ag2O; CuO; Fe2O3).当含有Cu2O的铜液加入其它合金元素时,易使合金元素氧化,使Cu2O还原,n 3Cu2

3、O+2Al=Al2O3+6Cun 2Cu2O+Si=SiO2+4Cun在铜液中形成弥散的氧化夹杂物,失去合金元素的作用.因此,铜合金熔炼必须脱氧处理,使Cu2O还原.n二.铜合金脱氧n (1)脱氧原理n脱氧就是使溶解于金属液中的氧化物还原,铜合金的脱氧就是在铜液中加入与氧亲和力更大的元素,使氧化铜还原.加入的元素就称为脱氧剂.形成的氧化物分解压低于Cu2O,而且生成的氧化物容易上浮,去除.(2)对脱氧剂的要求n.脱氧剂对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力,脱氧剂的氧化物分解压低于Cu2O的分解压，或者说，脱氧剂的氧化物比Cu2O更稳定。n.脱氧剂对铜合金的性能无不良影响,因为加入的脱氧剂总会在铜液中

4、残留一部分,Sb;As;Si影响锡青铜的性能,虽然能脱氧,但不能作为脱氧剂.n.脱氧剂的氧化物不能溶于合金液中,应易于凝聚,上浮而去除.n.脱氧剂的价格便宜,来源广.n(3) 脱氧方法n(1)沉淀脱氧:加入的脱氧剂溶于Cu液中,脱氧在整个溶池中进行,脱氧速度快,但脱氧产物必须不溶于合金液中,易清除,否则夹杂物增多,P脱氧就是沉淀脱氧,效果好,但要求不含P的铜合金就不能用P脱氧.(2)扩散脱氧:n脱氧剂不溶于合金液中,脱氧反应在合金表面上进行,溶池中的Cu2O向界面扩散,进行脱氧反应,脱氧速度取决于扩散速度,时间长,但不影响合金成分,:用CaC2;Mg3B2n 5Cu2O+CaC2=CaO+2C

5、O2+10Cun 6Cu2O+Mg3B2=3MgO+B2O3+12Cun(3)沸腾脱氧:n脱氧剂产生不溶于合金液的气体,CO,很快上浮.类似于铝合金的浮游法精炼.合金液激烈翻腾-沸腾脱氧.用青木,重油,适合于大量生产,如反射炉熔炼,把湿的青木插入铜液中,产生还原气体-青木还原.n Cu2O+C=CO+2Cun生产中使用最多的是沉淀脱氧,脱氧剂用P,以P-Cu中间合金的形式加入,(含P：814%);稀土脱氧:810%Ren 5Cu2O+2P=P2O5+10Cun 6Cu2O+2P=2CuPO3 +10CunCu2O+P2O5 =2CuPO3 +10Cu 偏磷酸铜,熔点低,比重小,集聚上浮.n常用

6、P含量:0.030.06%,加入过多时,铜液中残留P多,浇注时与水蒸气反应,形成气孔.n 2P+5H2O=P2O5+10Hn砂型铸造,P可以控制低一些,金属型铸造,P可以高一些.n薄壁件可适当增加P,提高充型性能.n 用P脱氧的缺点:P降低铜的导电性能,导热性能,电工器材不能用P脱氧.可用Li、Ca、Re脱氧.n铜熔炼一般先熔化铜,电解铜板,11501200 ,先加入三分之二的P-Cu中间合金脱氧,然后加合金元素,减少合金氧化,在浇注前再加入三分之一的P-Cu中间.n 普通黄铜, Cu-Zn合金和铝青铜可不进行加磷脱氧,因为Zn和铝本身有脱氧作用.P加入量与残留O量的关系nP量越多,氧含量越低

7、6-2.铜合金的吸气及炉外精炼.n一.H的溶解n铜中除了溶有Cu2O外,还溶有H,凝固时,结合成水蒸气分子,形成气泡,在铸件中形成气孔.H2在铜中的溶解度很大,温度越高,溶入越多,以原子状态溶入.n 1/2 H2 H 溶解度与温度和压力有关,n H=KP H2n K-与温度有关的平衡常数.n溶解的H主要来自水蒸气,应严格控制潮湿的炉料,燃料,工具,熔剂等带入水分,含Ni的铜合金易吸气,n此外,SO2; CO2; Co等也有少量溶解.合金元素对铜吸气量的影响二.除气精炼n为了防止出现气孔缺陷，铜液要进行精炼处理。(refining).主要采用的除气方法：氧化法、吹氮法、氯化锌除气、沸腾法。n(1

8、),氧化法：根据化学反应平衡原理:n 2H+O=H2O K= H2O / H2.On 在一定的温度下,K和PH2一定时,则H.O=常数.氧浓度高时,则H的溶解度降低,为了除H,可以先设法增加铜中氧量,排除H,然后再脱氧。n增加氧含量可形成氧化性气分,或加氧化剂,在铜液中加MnO2 。高锰酸钾,(K MnO4),CuO等,除气之后,再加P-Cu脱氧。这种方法只适合于纯铜和Cu-Pb合金,当合金中含有易氧化的合金元素时,不能用这种方法.否则合金元素烧损多,如Cu-Al合金。铜液中的H2-O平衡(2)吹氮法n向铜液中吹N2气,形成气泡,因为N2气泡中的H的分压低,向气泡内扩散,随N2气泡一起排除.n

9、(3)氯化锌除气. n用于含铝青铜，ZnCl与Al反应形成AlCl3 ，形成气泡。n(4)沸腾除气n对于含Zn黄铜，在较高温度下， Zn气化，形成Zn气泡。Zn含量低时，沸点升高，可在后期提高温度,然后降温冷却。n(5)真空除气.n 降低外压，气体析出。n使用较多的是氧化法除气，黄铜用沸腾法。4-3铜合金的熔剂n 铜合金熔炼时，为了防止合金溶体中的元素氧化，蒸发和吸气，需要用覆盖剂，为了除去氮化物，要用精炼剂。n(1).覆盖剂；铜合金常用的覆盖剂有: 木炭、玻璃、硼砂、苏达n.木炭,覆盖在合金的表面,产生CO气体, 形成还原性气膜，防止铜合金氧化，同时有辅助脱氧作用，有一定的保温作用。使用时要

10、高温（10001050）焙烧，防止吸H和水蒸气。铜中不溶解C。 含Ni的铜合金不能用木炭覆盖，含Ni后吸收CO气体，增加含气量，气孔增加。也可用废电极和草木灰代替木炭，效果较好。（稻壳）n.玻璃：复合硅酸盐（Na2O.CaO.6SiO2 ),熔点900 1200），不与铜合金反应，覆盖性好。但粘度大，熔点高，可加如一些碱性氧化物， NaCO3 ； NaB4O4 （硼砂）等，降低熔点。(2)精炼剂.n目的是除去氧化夹杂，时当铜合金熔体中含有Al2O3；SiO2 ；SnO2时，不易还原，在铜合金中形成夹杂物，一般呈酸性和中性，可以用碱性熔剂去除。酸性渣与碱性熔剂反应，形成低熔点的渣，比重小，上浮,集中去除。n常用的精炼剂： NaCO3 ；