铜合金铸件铸造技术 第2版 课件 情境2 铜合金铸件石膏型铸造

情境二、铜合金铸件石膏型铸造

—叶轮铸件石膏型铸造工艺分析叶轮铸件石膏型铸造工艺分析二、分组讨论一、任务布置三、陈述结果四、确定方案铜合金铸件铸造技术课程组一、任务布置

铜合金叶轮模型图

完成铜合金叶轮铸件的生产

铜合金铸件铸造技术课程组

铸件材料:ZCuSn10Zn2形状描述：饼状，结构简单尺寸要求：粗糙度3.2Ra生产批量：单件小批量铜合金铸件铸造技术课程组选择合理的熔炼方法。选择合适的石膏型铸造方法。铜合金叶轮铸件铜合金铸件铸造技术课程组按工艺分类石膏型分类拔模石膏型熔模石膏型

使用石膏代替砂型铸造中的型砂，通过采用液态石膏灌浆后硬化复制产品形状形成型腔的一种工艺过程。模样可以是木材、石膏、金属或者环氧树脂制成，生产的铸件具有尺寸精度稍低，形状不能太复杂，但表面粗糙度小的工艺特点。

将熔模组装，并固定在专供灌浆用的砂箱平板上，在真空下把石膏浆料灌入，待浆料凝结后经干燥即可脱除熔模，再经烘干、焙烧成为石膏型，在真空下浇注获得铸件。熔模石膏型铸造生产线相对复杂，初期投资高，适合于大批量生产。铜合金铸件铸造技术课程组熔炼炉分类及特点类型特点用途电炉电阻炉坩埚路铝合金、镁合金、低熔点轴承合金反射炉感应炉有心工频感应炉铜、铝、锌及其合金无心工频感应炉铜、铝、镁及其合金中频感应炉真空感应炉铁、镍基高温合金电弧炉真空电弧炉铁、镍基高温合金真空电弧凝壳炉钛、锆及其合金燃料炉（固、液、气体）坩埚炉固定式、可倾式铜、铝、镁及其合金反射炉固定式、可倾式铜、铝合金有色合金熔炼炉的分类和选用

铜合金铸件铸造技术课程组熔炼炉特点熔炉型式大量熔化熔体质量温度控制熔化速度熔化费坩埚炉燃烧型△◎○△△电阻型△◎◎△△反射炉燃烧型◎△△◎◎电阻型△◎◎△△感应炉◎△◎◎×注：◎—优；○—一般；△—差；×—特差。铜合金铸件铸造技术课程组1热能来源2合金种类3质量要求4铸件条件5操作条件6劳动条件如何选择合适的熔炼炉？？综合考虑合理选用铜合金铸件铸造技术课程组二、分组讨论

1.分组情况（1）将整班分成4个小组；（2）采用“抽扑克”的方法进行分组。游戏规则：每人限抽取一张扑克牌，同种花形为一组。第一组

第二组

第三组

第四组

2.讨论时间30分钟铜合金铸件铸造技术课程组

3.各组将讨论结果以卡片形式展示

铜合金叶轮铸件石膏型铸造

石膏型铸造方法选择

拔模石膏型

原因分析：合适（）

不合适（）

熔模石膏型

合适（）不合适（）

熔炼方法选择坩埚炉原因分析：合适炉型（）

反射炉合适炉型（）

感应炉合适炉型（）

铜合金铸件铸造技术课程组

三、陈述结果

1.派一名代表进行陈述；

2.表述条理清晰，语言流利；

3.陈述时间不超过10分钟；

4.要求给出讨论依据。

铜合金铸件铸造技术课程组

四、确定方案

1.各组交流，优化方案（1）针对陈述结果，发表意见，对不同意见陈述其理由；（2）经各组交流反馈，优化方案。2.总结评价（1）对方案进行评价，确定最佳方案；（2）对学生表现进行评价总结。铜合金铸件铸造技术课程组小组石膏型铸造方法熔炼方法选择第一组第二组第三组第四组各组选择结果铜合金铸件铸造技术课程组ThankYou!铜合金铸件铸造技术课程组情境二：铜合金铸件石膏型铸造——石膏型铸造工艺铜合金铸件铸造技术课程组一、情境介绍二、石膏型铸造概述三、石膏浆料性能要求四、石膏五、填料六、添加剂石膏型铸造工艺七、石膏型造型工艺过程铜合金铸件铸造技术课程组铜合金铸件铸造技术主情境3：熔模铸造主情境2：离心铸造主情境1：石膏型铸造子情境6：硅溶胶型壳熔模铸造子情境5：水玻璃型壳熔模铸造子情境4：铜合金卧式离心铸造子情境2：铜合金铸件石膏型铸造子情境3：铜合金铸件立式离心铸造子情境7：铜合金铸件复合型壳熔模铸造设计与制作子情境1：铜合金铸件铸造方法选择一、情境介绍铜合金铸件铸造技术课程组石膏型铸造工艺是一种特种铸造工艺，它是将金属熔液浇注到以石膏为基料制成的铸型内，金属冷却后，经清理即可获得金属零件或模具的一种工艺。二、石膏型铸造1.定义铜合金铸件铸造技术课程组零件图↓铸件工艺图↓模型制作↓配制浆料→灌注↓硬化、干燥↓脱模、焙烧↓合金熔炼→浇注↓清理↓热处理↓检验入库拔模石膏型铸造工艺过程零件图↓铸件工艺图↓压型设计和制造↓压制、组装蜡模←模料制备↓配制石膏浆料→真空灌注↓硬化、干燥↓脱模、焙烧↓真空浇注↓清理↓热处理↓检验入库熔模石膏型铸造工艺过程2.分类铜合金铸件铸造技术课程组简单运用理论研发技术推广技术改进技术改进石膏型铸造在泡沫金属制备、铸件的快速铸造成型等方面仍作为一种重要的研究方法来进行研究

3000~3500年前，人类就用石膏作为牙科、金银首饰制品、文物复制品及青铜、易熔合金制品的铸造模具或模型

20世纪30年代，美国Antioch学院的Morris、Bean夫妇发现Antioch石膏的发泡结构石膏型铸造技术的研究开发和应用从美国迅速扩展到加、日、德及苏联等国

零部件日益趋向整体化、薄壁化、大型化、形状复杂化、精细化，美、日等国在20世纪60年代开发了石膏型精密铸造石膏型熔模精密铸造工艺是20世纪70年代发展起来的一种新技术，是石膏型精密铸造和熔模铸造相结合的产物。3.石膏型发展历史铜合金铸件铸造技术课程组石膏型铸造生产艺术品铜合金铸件铸造技术课程组熔模石膏型铸造壳体铜合金铸件铸造技术课程组石膏型铸造泡沫金属球铜合金铸件铸造技术课程组由于石膏型的膨胀系数和线量变化率都很低，裂纹倾向小，因而可以铸造出变形量很小、尺寸精度高、无余量或少余量的精铸件。通过制造大型、复杂、整体熔模，为铸造其它加工手段很难成形或无法成形的复杂铸件开辟了一条又快又好又省的捷径。利用石膏浆料的流动性和复印能力，制得内部致密、表面光洁并有一定强度和透气性的不同尺寸的复杂型腔的铸型。石膏型导热性很小，合金液冷却缓慢，能够很好的充型，可以用较低的浇注温度铸造出用形状复杂、薄壁、大型、整体铸件。采用细化合金晶粒和压力结晶的工艺，克服石膏型铸件结晶粗大、缩孔、疏松等缺陷，细化晶粒，提高铸件的力学性能和气密性能。由于铸件在石膏型中冷却凝固缓慢，加上顺序凝固或同时凝固的浇注工艺及其后的热处理工艺，使铸件的组织均匀，机械性能好、强度高。4.技术特点铜合金铸件铸造技术课程组5.适宜金属和合金铝、锡等低熔点金属及合金，锌及其合金，铝及其合金，铜合金、金、银，镁合金通过选择加入耐火度高的填料，使不少石膏型混合料配方还可铸造不锈钢等材质的铸件，为石膏型开拓了铸造金属合金品种的范围。铜合金铸件铸造技术课程组国外石膏型铸造的几种铝合金的化学成分（％）铜合金铸件铸造技术课程组流动性凝结时间强度线膨胀率抗热裂性石膏浆料性能三、石膏浆料性能要求铜合金铸件铸造技术课程组天然石膏为CaSO4•2H2O，又称二水石膏。二水石膏有五种形态和七种变体，其变化如下。四、石膏铜合金铸件铸造技术课程组半水石膏有α型、β型两种，均是CaSO4的半水化合物，因而化学组成完全相同，晶胞尺寸也很相近，在微观结构上没有本质区别。半水石膏的化学组成和结构特征铜合金铸件铸造技术课程组

α型、β型半水石膏的化学成分相同，微观结构无本质区别，但它们的宏观性能却有很大区别。α型和β型半水石膏的性能对比铜合金铸件铸造技术课程组可以看出α型半水石膏和β型半水石膏的晶体结构基本相同，但α型半水石膏晶粒微宽，呈粗大短柱状，结晶良好，晶粒尺寸分布范围较窄，而β型半水石膏晶体细小，因多孔，表面不规则似海绵状，结晶较差，晶粒尺寸分布范围较宽。α－半水石膏（×1000）β－半水石膏（×2500）半水石膏水化后的SEM图象铜合金铸件铸造技术课程组结晶形态对半水石膏硬化体性能的影响铜合金铸件铸造技术课程组与β型半水石膏相比，α型半水石膏晶粒微宽，粗大，密度较大，总比表面积较小，在配成标准稠度（相同流动度）的石膏浆料时，α型半水石膏的水固比相对较小，且浆料凝固后制成石膏型强度较高，因此，在石膏型铸造时我们选用α型半水石膏。铜合金铸件铸造技术课程组五、填料由于收缩过大，裂纹倾向严重，强度急剧降低，单纯使用α型半水石膏并不能进行石膏型铸造，因此在石膏粉料中必须加入适当的填料，配制成符合石膏型精密铸造综合性能要求的石膏混合料，以减小石膏型的线收缩和裂纹倾向，使其具有良好的室温和高温强度。因石膏的热传导率很小，铸件在凝固时易出现晶粒粗大、疏松等缺陷，也可以加入热传导率大的填料以改善石膏型的导热能力。铜合金铸件铸造技术课程组填料性能膨胀性熔点和耐火度强度热裂倾向流动性稳定性1.填料的性能要求铜合金铸件铸造技术课程组SiO2－Al2O3系填料氧化锆粉锆英石粉填料的种类AB耐火粘土D氧化镁尖晶石镁橄榄石C

主要有石英粉（SiO2）、石英玻璃粉、玻璃纤维、高岭土粉、硅线石粉、铝矾土粉等，特点是价格便宜、来源广泛，还可明显降低石膏型的热收缩和裂纹倾向。特点：蓄热系数大、耐火度高，熔点2690℃，纯锆英石在＜1540℃很稳定，不会发生相变，适合作为生产高熔点合金和要求尺寸精度、表面光洁度高的铸件的石膏型填料。特点：熔点高、密度大，属中性材料，常温和高温下的化学性质稳定，导热性也好。有利于提高耐火度，降低热收缩和裂纹倾向，防止铸件产生缩孔、粘砂，获得好的表面质量，特别适合高熔点合金铸件石膏型的填料。

SiO2、Al2O3、MgO、CaO等氧化物经人工加工的混合料。特点：熔点比较高，线膨胀系数较小，来源广，成本低。但由于各地加工的耐火粘土中的氧化物种类、含量、纯度不同，因此其密度、熔点等性能各异。2.填料的种类铜合金铸件铸造技术课程组要得到质量较高的精密铸件，石膏型必须有较高的湿强度、焙烧强度及高温强度，这样才能在整个工艺过程中承受各种外力作用而不发生变形及破裂。石膏混合料中加入填料，显著减少了石膏型的收缩和裂纹倾向，但也使石膏型的强度略有降低，因此必须使用一些合适的添加剂来增强石膏型的强度。1.增强剂六、添加剂铜合金铸件铸造技术课程组石膏的凝结、硬化时间取决于原料的性质及制备方法；半水石膏的储存时间与条件；混合料和水的温度：搅拌条件等各种因素。当石膏浆料的凝结速度不符合工艺要求时，需要加入添加剂加以调节。调节凝结速度的添加剂可分为促凝剂和缓凝剂两种。促凝剂能加速石膏浆料的凝结过程；缓凝剂能减缓石膏浆料的凝结过程。搅拌石膏用的水中或在石膏中添加某些有机物或无机物，就能改变半水石膏的水化反应动力学参数，从而改变半水石膏的溶解速度，达到加速或延缓石膏浆料凝结时间的目的。2.调凝剂铜合金铸件铸造技术课程组一些能显著改变石膏胶凝膨胀和随后干燥收缩性能的物质，用量较少，如硫酸钾、氯化钡、氧化钙、水泥、石棉等。它们都可使石膏的胶凝膨胀量降低。制备石膏浆时用水量的增加和加入水温度的升高都可降低石膏的胶凝膨胀率。一般希望把石膏型型腔尺寸变化控制在±5%的范围内。3.改性剂铜合金铸件铸造技术课程组为提高石膏型的透气性，可在石膏浆中加长纤维滑石（石膏型需在800℃保温数小时）、木素粉（石膏型加热时碳化缩小或气化）。也可在石膏浆中加酒石酸、金属镁粉、碳酸钙等，它们能在石膏型成形过程中产生气体，形成气泡，使石膏型的透气性提高。硅藻土也可提高石膏型的透气性。压蒸石膏型和发泡石膏型也是一种提高石膏型透气性的措施。4.透气剂铜合金铸件铸造技术课程组石膏的热导率很低，只有0.22W/(m·K)，会降低铸件的力学性能。为改善石膏型的导热性，可在石膏中加入铁粉。当石膏型的质量组成为石膏95%+铁粉5%时，其热导率可提高1倍多，达0.46W/(m·K)。石膏型中混合硅砂，也可提高其热导率。5.提高铸型导热性的材料铜合金铸件铸造技术课程组6.发泡剂和消泡剂

在石膏浆料中加入表面活性剂，如烷基磺酸钠，可使石膏浆内充满气泡，浆料体积增大50%～150%，改善石膏型的透气性，但铸型强度降低。为增强铸型强度、消除气泡的削弱作用，可在浆料中放消泡剂正辛醇。铜合金铸件铸造技术课程组7.水杂质含量配制石膏浆料用水中含有的会改变石膏型胶凝膨胀的效果，降低铸型强度，因此配制用水应注意水中的盐离子含量。温度配制石膏浆料用水温度的高低影响石膏型胶凝固化时间的长短。水温过高会导致流动时间缩短，影响石膏流动性。水固比加水量越大，石膏浆料流动性越好，但此时强度越低，应综合考虑石膏浆料的流动性和强度来选择水固比。铜合金铸件铸造技术课程组改性剂发泡剂消泡剂缓凝剂促凝剂增强剂导热材料透气剂石膏及填料显著改变石膏胶凝膨胀和随后干燥收缩性能改变石膏胶凝速度增加石膏型铸型强度改善石膏型的透气性改善石膏型的导热性增加或降低气泡量铜合金铸件铸造技术课程组配料选择浆料配制灌浆脱模干燥焙烧根据铸件的工艺条件和要求选择合适的石膏型铸型材料根据所选择的石膏型材料来配制石膏型浆料灌入石膏浆料制备石膏型，凝固后取出模样，获得铸型将制备好的铸型在热气炉中干燥和灼烧，获得强度较高的无水石膏型，为浇注做准备七、石膏型造型工艺过程铜合金铸件铸造技术课程组石膏型浆料的选择是依据实际生产产品的工艺特点和技术要求确定的。并通过添加或改变配方中某种成分的含量进行性能微调。1.石膏配料选择铜合金铸件铸造技术课程组（1）非发泡浆料配制非发泡浆料时，用石膏浆料搅拌桶上、下直径比为3：2，搅拌用螺旋桨的位置如该图所示。螺旋桨的使用转速为200～500r/min。先把能溶于水的配料溶于水中，如有耐火纤维也可一起加入，并搅匀，倒入搅拌桶中，将混匀的干料倒入水中，静置浸湿约30s。而后用螺旋桨搅拌，持续3～5min，直至浆料无沉淀和气泡呈奶油状为止。也可将浆料桶放入真空室中，进行真空搅拌，使气泡从浆中溢出，真空度为4～6kPa。石膏浆料搅拌桶2.石膏浆料的配制铜合金铸件铸造技术课程组（2）发泡石膏浆料配制发泡浆料是主要采用橡胶圆盘搅拌器，搅拌含有发泡剂的石膏浆。为吸入空气，搅拌器放置于下图中a位置，圆盘转速为2000r/min，持续约1min。而后为破破碎浆料中气泡，应把圆盘浸入浆料中（图b位置）搅拌,其转速为1000r/min。最终气泡增量达70％以上，气泡尺寸约为0.25mm。发泡石膏浆的搅拌a)吸入空气b)打碎气泡橡胶圆盘搅拌器铜合金铸件铸造技术课程组3.灌浆和脱模（1）模样准备在模样和模板表面涂抹分型剂。如型框为活脱式的，在型框内表面上也应涂抹分型剂。金属、环氧树脂和木制模样的分型剂为石蜡或硬脂酸的煤油溶液；石膏模样的分型剂为肥皂水；石膏型之间的分型剂为凡士林、润滑脂；硅橡胶模样的分型剂为矿物油。石蜡、硬脂酸的煤油溶液是把石蜡或硬脂酸切成小块，放入温度为60～80℃，质量与它们相等或更多的煤油中溶解，冷却后使用。灌浆前将模样和型框放在模板或假型上。如制熔模石膏型，则应将模组表面清洗干净，并固定在置于底盘上的砂箱中。铜合金铸件铸造技术课程组（2）灌浆将浆料平稳地倒入型框的底部，防止冲击模样或熔模，防止裹气。可用毛笔轻轻刷抹模样或熔模表面防止型腔工作表面出现气泡。灌浆时轻轻振动底板或底盘，改善充型效果。对于精度要求较高的铸件可以在真空条件下灌浆，在真空室内搅拌完的浆料直接浇流入置于真空室中的型框或砂箱中。灌浆室中的真空度为3～5kPa。（3）脱模拔模石膏型可以通过吹入压缩空气和手工脱模法进行。铜合金铸件铸造技术课程组常压下灌浆示意图1模板2型框3石膏浆料4模样5搅拌桶12345铜合金铸件铸造技术课程组真空灌浆示意图铜合金铸件铸造技术课程组4.干燥和焙烧目的：获得强度较高的无水石膏型。工艺：缓慢升温，拔模石膏型加热温度200~300℃；熔模石膏型700℃烧去残留模料。要点：加热开始温度要低，升温速度缓慢，防止受热不匀而开裂；升温降温过程连续，不可间断，防止急冷急热；严格控制石膏型的最高焙烧温度，焙烧温度过高一方面影响加工效率，另一方面影响石膏型的铸型强度；保温时间得当，确保铸型焙烧完全；炉气对流好，氧化性气氛，确保干燥和焙烧过程中的蒸汽快速排出和残留模料完全氧化；铜合金铸件铸造技术课程组熔模石膏型焙烧曲线例图铜合金铸件铸造技术课程组ThankYou!铜合金铸件铸造技术课程组情境二：铜合金铸件石膏型铸造——铜合金熔炼设备

铜合金铸件铸造技术课程组铜合金熔炼设备1熔炼炉的种类、特点2熔炼炉的基本要求11主要炉型特点3铜合金铸件铸造技术课程组1.熔炼炉的基本要求

铜合金熔炼过程中元素容易氧化和合金容易吸气。为获得烧损小、含气量低、夹杂物少和化学成分均匀优质的合金液，对其熔炼炉的要求是：

1）有利于金属炉料快速熔化升温，缩短熔炼时间，减少元素烧损和吸气，合金液纯净；

2）能耗低、热效率和生产效率高，坩埚、炉衬寿命长；3）操作简单，炉温便于调整和控制，工作环境好。铜合金铸件铸造技术课程组2.熔炼炉的种类、特点类型特点用途电炉电阻炉坩埚路铝合金、镁合金、低熔点轴承合金反射炉感应炉有心工频感应炉铜、铝、锌及其合金无心工频感应炉铜、铝、镁及其合金中频感应炉真空感应炉铁、镍基高温合金电弧炉真空电弧炉铁、镍基高温合金真空电弧凝壳炉钛、锆及其合金燃料炉（固、液、气体）坩埚炉固定式、可倾式铜、铝、镁及其合金反射炉固定式、可倾式铜、铝合金有色合金熔炼炉的分类和选用

铜合金铸件铸造技术课程组熔炼炉特点熔炉型式大量熔化熔体质量温度控制熔化速度熔化费坩埚炉燃烧型△◎○△△电阻型△◎◎△△反射炉燃烧型◎△△◎◎电阻型△◎◎△△感应炉◎△◎◎×注：◎—优；○—一般；△—差；×—特差。铜合金铸件铸造技术课程组

每种熔炉在结构和熔炼工艺等方面各有特点，在不同条件下使用。因此，在选用熔炼炉时，必须从热能来源、合金种类、质量要求、铸件的大小、批量、产量、操作条件和劳动条件等方面综合考虑、合理选用，要因地制宜。

铜合金熔炼中应用最广泛的应属有芯（无芯）感应炉和反射炉。如何选择合适的熔炼炉？？铜合金铸件铸造技术课程组3.主要炉型特点燃烧型反射炉燃烧型坩埚炉电阻式反射炉电阻式坩埚炉感应炉铜合金熔炼用炉电弧炉竖式炉铜合金铸件铸造技术课程组3.主要炉型特点3.1燃烧型反射炉

用途：可用来熔炼纯铜和铜合金，炉膛温度可达到1600～1700℃，容量为几百千克到几十吨，最大可达120t。多用于紫铜的熔炼。

原理：这种炉子燃烧室和熔炼室在一起，由喷嘴雾化后的油粒与空气边混合边燃烧，高温火焰顺着向下倾斜的炉顶运动，在前墙转弯后掠过熔池，从开设在后墙下部的三排烟口流入烟道从炉内排出。金属的加热和熔化主要是靠被加热到高温的炉顶、炉墙的辐射传热，以及火焰流动中的辐射和对流传热来加热和熔化炉料。

铜合金铸件铸造技术课程组

结构：分为固定式和回转式（可顷式）回转式10吨反射炉1－喷嘴；2－烟道；3－流口；4－装料口铜合金铸件铸造技术课程组固定式40吨反射炉铜合金铸件铸造技术课程组

优点：

膛容积大，可熔化大块炉料，炉子容量大，生产率高，经修补，可熔炼300炉次左右，泛使用在铸件重、产量大的铸铜车间。

缺点：生产劳动强度大，炉气带走的热量多，炉体的蓄热损失也大。加之熔池受热积大，火焰反射炉的热效率低，烟尘容易污染环境。采用机械下料和搅拌器，可减轻劳动强度；采用高压富氧喷嘴和附设一套换热装置，可提高生产率和热效率。铜合金铸件铸造技术课程组3.2燃烧型坩埚炉

（1）固体燃料炉

结构：以焦炭为原料，炉子的炉膛直径为坩埚直径的2倍左右，坩埚置于高于炉栅20mm左右的底焦层上或填砖上，周围填满焦炭。生产率为100kg／h左右。

优点：结构简单，投资小，适应性强，是中小型车间常用的铜、铜合金熔炼设备。

缺点：火焰直接与合金液面接触，温度不易控制，产量小，质量不易保证，劳动条件差。鼓风焦炭坩埚炉1－炉盖；2－炉道；3－坩埚；4－填砖；5－炉栅；6－风管铜合金铸件铸造技术课程组（2）液体、气体燃料炉

用途：铜与铜合金及中间合金均可以熔炼，在中小车间很适用。

优点：与固体燃料坩埚炉相比，这种炉子由于燃料与空气混合均匀，燃烧速度快而稳定，熔化速度快，符合快速熔炼的要求，炉温可以控制，合金液质量较高，劳动条件好。缺点：这类炉子炉温控制不如电炉方便，要求有较熟练的操作水平。铜合金铸件铸造技术课程组固定式柴油坩埚化铜炉，容量100kg。喷嘴将风、油混合物以切线方向喷入炉中，火焰自下而上旋绕坩埚运动。炉膛下部直径较大，使有足够的空间和时间使燃料得以充分燃烧，放出热量。炉口直径缩小，以增加气流速度，提高传热效果。这种炉子浇铸时需要有坩埚的起吊设备。固定式柴油化铜炉1－吊环；2－炉盖；3－炉身；4－炉壳；5－油管；6－低压喷嘴；7－风管；8－填料铜合金铸件铸造技术课程组倾斜式柴油坩埚炉，容量150kg。这种熔炉通过回转手轮、涡轮、蜗杆等旋转机构，使支承在支架上的炉体在90℃范围内倾转倒出铜液，缩短了辅助时间，节省了起吊设备，改善了劳动条件。每炉熔炼时间40～50min(第一炉容量时间较长)，每班产量可达1t左右，生产效率高。倾斜式柴油化铜1－炉盖；2－炉壳；3－耐火砖；4－石棉板；5－石墨坩埚；6－石棉粉填料；7－起盖手轮；8－轴承座；9－高压喷嘴；10－支架；11－回转手论；12－蜗杆；13－涡轮铜合金铸件铸造技术课程组3.3电阻式反射炉电阻式反射炉1－出液口；2－加料口；3－发热体

原理：利用安装在炉顶型砖内的电阻产生的热量，通过辐射传热来加热和熔化炉料的。这种炉多作为保温炉用。炉膛温度1200℃左右。

优点：温度易于控制，熔体含气量低，熔体质量好。

缺点：加热速度慢，熔炼时间长，电阻易被熔剂和炉气烟尘腐蚀，使用寿命短，单位能耗大。铜合金铸件铸造技术课程组3.4电阻式坩埚炉用途：电阻坩埚炉是利用电流通过电热体发热加热熔化合金，炉子容量一般为100～500kg，大炉子容量可达1500kg。电热体有金属(镍铬合金或铁铬铝合金)和非金属(碳化硅)两种，是广泛用来熔化铜合金的炉子。

优点：炉气为中性，铜液不会强烈氧化，炉温便于控制，操作技术容易掌握，劳动条件好。缺点：

这种炉子最大的缺点是熔炼时间长，熔炼500～600kg铜液，第一炉需要5～5．6h，耗电较大，生产率低。由于铜液在高温下长时间停留，会引起吸气等不良后果。铜合金铸件铸造技术课程组因为坩埚和炉体倾转会造成电阻丝的移动、变形甚至断裂等，降低电阻丝使用寿命，所以一般做成固定式的。在生产规模不大的中、小型车间，铜合金的熔化、精炼及变质处理在同一坩埚炉内进行，当生产规模较大时，常常采用双联法。固定式坩埚电阻炉常用来进行精炼、变质处理及保温。固定式坩埚电阻炉1－坩埚；2－坩埚托板；3－耐热铸铁板；4－石棉板；5－电阻丝托砖；6－电阻；7－炉壳；8－耐火砖丝铜合金铸件铸造技术课程组3.5竖式炉用途：竖式炉是20世纪80年代中期由国外引进的新技术，与冲天炉相似，主要用于熔炼铜。

原理：炉料由炉顶侧门装入，与由下而上的炉气接触，被加热升温熔化。在炉顶上部侧面设置下料炉口，由上部连续加入炉料，火焰由下部向上运动，对下部炉料进行快速加热，热量由下向上逐步预热上部的炉料，以加速炉料的熔化。炉膛下部周围配置20多个可控高速喷嘴(燃烧器)，以天然气或液化气(煤气)为燃料。由喷嘴喷出的高温火焰，直接喷射到经充分预热的炉料(电解铜板与回炉料)上，熔化率高。排出的炉气由炉顶导入换热器，可以预热燃气和空气。铜合金铸件铸造技术课程组结构：竖式炉的构造简单，是一个高6m左右的圆筒形炉，炉膛直径比电解铜板的对角线稍大些(直径约1770mm)，炉膛内壁用碳化硅砖砌筑。竖炉结构示意1－烟罩；2－坩埚托板；3－耐热铸铁板；4－石棉板；5－电阻丝托砖；6－电阻；7－炉壳；8－耐火砖丝铜合金铸件铸造技术课程组优点：可连续快速熔化和供给过热铜液，可随时快速开停炉，熔化率高，设备简单，占地面积小，炉衬寿命长，操作方便，但要严格控制空气过剩量。现已研制出自动调控空气一燃气混合比的喷嘴，可实现既完全燃烧又不氧化铜，这也是竖式炉成功熔炼紫铜的关键。

缺点：竖式炉具有连续、高速熔化和过热熔体但无精炼作业，须配备保温炉进行精炼熔体和合金化，然后再连铸连轧。要注意的是开炉熔炼时要防止炉内炉料搭桥(相互黏结)。铜合金铸件铸造技术课程组3.6电弧炉用途：

用来熔炼铜合金。原理：金属的加热是靠水平安置在炉内两根石墨电极间产生的电弧和炉壁的辐射传热，炉子可以沿水平轴回转，当金属熔化后，来回转动炉体以搅拌合金液，使成分、温度均匀，并消除炉衬的局部过热，炉子容量多在500kg。

优点：结构比较简单，熔化速度快，生产率很高。

缺点：炉温不均匀，合金氧化烧损及吸气较大，有强烈的弧光和噪声、劳动条件不够好。

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结构：炉子结构是在圆筒形的炉膛上开有工作门作加料和出铜液之用。单相电弧炉1－炉壳；2－工作门；3－电极；4－炉衬；5－滚轮；6－倾转机构；铜合金铸件铸造技术课程组3.7感应电炉感应电炉的熔炼原理感应电炉的分类常用感应电炉结构特点感应电炉坩埚组成铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理一、电磁感应原理1820年丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，在物理学界引起了强烈的反响。人们长期认为电与磁是两种性质不同的东西，彼此没有关系．由于奥斯特的发现，人们看到了电与磁之间存在着某种联系。在形成“磁能生电”的研究课题后，英国物理学家faraday，从

1822年至1831年的十年中，法拉弟为了完成“磁能生电”的设想，做了无数次实验。1831年11月24日faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的解释理论，向英国皇家学会提出了他的研究报告。法拉弟发现了他为之奋斗10年的电磁感应现象。其内容为，当电路围绕的区域内存在交变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。

铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理1.电磁感应现象利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象。电磁感应现象和电磁感应定律的发现揭示了电和磁相互之间存在着紧密依存的关系。电磁感应现象和电磁感应定律广泛应用于发电机、电动机、变压器、感应加热等方面。例如：利用电磁感应原理传输电能和电信号的器件，具有变压、变流和变阻抗的作用的变压器、铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理2.电流的热效应（焦耳——楞次定律）电流通过某段导体（或用电设备）时所产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正比。Q=0.24I2Rt式中Q——热量（J）；I——电流（A）；R——电阻（Ω）；t——通电时间（s）电流能使导体发热的现象，叫做电流的热效应。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理楞次（HeinrichFriedrichEmileLenz1804～1865）俄国物理学家。主要贡献在电磁学方面。1831年，法拉第发现电磁感应现象后，楞次对电磁感应现象进行了深入的研究。1833年他发现感生电动势阻止产生这一感应的磁铁或线圈的运动，此结论于1839年发表，后称为楞次定律，该定律表明电磁现象也同样遵守能量守恒和转化定律。1842年他与焦耳分别发现了电流通过导体时的热效应规律，即电流在一定时间内通过导体时所放出的热量，与导体电阻成正比，与通过导体的电流的平方成正比，被称为焦耳—楞次定律。他还研究并定量地比较了不同金属的电阻率及电阻率与温度间的关系。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理利用高频电压或电流加热通常有两种方法：⑴电介质加热：利用高频电压加热（比如微波炉加热），需要加热的介质处于交变的电场中，介质中的极分子或者离子就会随着电场做同频的旋转或振动，从而产生热量，达到加热效果。⑵利用高频电流加热（比如密封包装、点焊）。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理3.感应加热的原理：将高频电流通入加热线圈，由此在线圈内产生极性瞬间变化的强磁场，将金属等被加热物放置在线圈内，磁场就会贯穿整个被加热物，在被加热物内部与加热电流相反的方向产生很大的涡电流，由于被加热物内的电阻产生焦耳热，使被加热物自身的温度迅速上升，这就是感应加热的原理。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理

增大电流和提高频率都可以增加发热效果，使加热对象快速升温。所以感应电源通常需要输出高频大电流。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理二、电磁感应加热的特征1、加热温度高——非接触式加热。2、加热效率高——节能。3、加热速度快——被加热物的表面氧化少。4、加热温度容易控制——产品质量稳定、省能。5、可以局部加热——产品质量好，节能。6、容易实现自动控制——省力。7、作业环境好——热、噪声和灰尘小。（冲天炉、电弧炉）铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理8、作业占地少——生产效率高。9、能加热形状复杂的工件——适用面广。10、工件容易加热均匀——产品质量好。（如表面热处理、高频加热等）11、可在相对稳定的温度下自动运转——即使无熟练技能，也可安全生产加工。12、绿色环保——不产生有害物质。13、被加热物体，是金属材质。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理三、电磁感应加热在工业领域中的应用1、热处理行业——各种金属的局部或整体淬火、退火、回火、热透。2、热成型行业——整体锻打、局部锻打、热镦、热扎。3、焊接行业——各种金属制品钎焊、各种刀具刀片、锯片矩齿的焊接，钢管、铜管焊接，同种异种金属焊接。4、金属熔炼——金、银、铜、铁、铝等金属的真空熔炼、铸造成型及蒸发镀膜。5、其它方面——半导体单晶生长、热配合、瓶口热封、牙膏皮热封、粉末涂装、金属植入塑料等。日常生活中应用：电磁炉、微波炉；可能还会有更多的新产品用于日常生活中。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理四、感应电炉的工作原理1、感应加热的条件

交流电；被加热的物体必须是金属材料。★★铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理

2．感应电炉加热中的三种交流效应交流电在导体上的分布是不均匀的，它受集肤效应、邻近效应、圆环效应的影响。

★集肤（表面）效应交变电流通过导体时，沿导体截面上的电流密度不是均匀分布的，最大电流密度出现在导体的表面层，越向中心越小且以指数函数向心部衰减。电流透入深度δ=5030[ρ/μf]1/2其中：ρ—导体材料电阻率（Ωcm）μ—导体材料相对磁导率f—电流频率（Hz）；如频率50Hz时，δ=83mm，当频率500Hz时，电流透入深度减为26mm。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理★邻近效应：当两条通有交流电的导体靠近时，在相互影响下，两导体中的电流要作重新分布，这种现象称为邻近效应。即载有反向电流的两条导体靠近时，电流趋向于导体内侧；载有同向电流的两条导体靠近时，电流趋向于导体外侧。导体间的距离越近，邻近效应越显著。★圆环效应：当交流电通过螺线管（或环状线圈）时，则电流趋向于导体内侧。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉的熔炼原理中频感应加热就是以上三种效应的综合应用，感应线圈本身表现为圆环效应，炉体表现为表面效应，两者之间是邻近效应。铜合金铸件铸造技术课程组一、感应电炉的分类（在铸造领域内）1、按感应电炉的结构特点分三种沟槽式——有芯感应熔炼炉，沟槽式又分为立式和卧式；

主要用于非铁合金熔炼和铸铁铸钢的保温；坩埚式——无芯感应熔炼炉，可以按频率分三种；

主要用于铸铁铸钢和高温合金的熔炼；真空感应熔炼炉；感应电炉的分类铜合金铸件铸造技术课程组2、坩埚式按电源的频率分三种：高频：2×105～3×105

Hz，其容量在10～100KG；中频：60～10000Hz（常用150～

4000Hz），容量50～1000KG（常用100、250、500、750KG）；工频：50Hz，容量在100KG～10t。感应电炉的分类铜合金铸件铸造技术课程组3、按感应电炉炉衬的性质分三种：酸性:（硅砂筑制）炉衬感应电炉（多用于铸铁、碳钢熔炼）；中性:(高铝料，Al2O3>95％)，各种合金都可以熔炼；碱性:（镁砂筑制）炉衬的感应电炉（用于高锰钢、高合金钢熔炼）；感应电炉的分类铜合金铸件铸造技术课程组4、按用途可分为三种熔化炉、保温炉、浇注炉等；5、按工艺目的可分为熔炼炉、加热炉、热处理设备和焊接设备等；感应电炉的分类铜合金铸件铸造技术课程组一、沟槽式感应炉

1.原理及结构常用感应电炉结构特点沟槽式感应炉的初级绕组(感应圈)内装有铁芯，以减少漏磁，提高功率因数，二级绕组是充满金属液的熔沟。当感应圈内通过交流电时，熔沟内液体金属中产生感应电动势，产生焦耳热，加热炉料。铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点沟槽式感应炉工作原理及结构1－炉底；2－炉底石；3－熔沟；4－铁芯；5－感应器；6－炉衬；7－炉壳；8－熔体沟槽式感应炉又属于有芯感应炉，按炉型分为立式和卧式两种铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点卧式有芯感应熔炼炉结构图1－渣口盖；2－装料孔；3－出液嘴；4－可拆卸加热单元；5－回转支座卧式炉具有结构简单、能够向两个方向有较大幅度的转动、拆换感应线圈方便等优点。铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点1.是沟槽部分的耐火材料不容易检查和修补；2.不生产时也需要通电保温；3.适用于单一品种和大批量金属的连续熔炼和保温；4.熔沟内总保持注满金属液，不能任意停炉；5.不宜经常改变熔炼金属的品种。优点缺点1.加热速度快，电效率、热效率和功率因数比坩埚式的高；2.金属烧损少，熔炼成本低；3.设备投资少（为无心炉的1/2~1/3）；4.操作方便。2.优缺点铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点3.技术性能5t工频有芯感应电炉技术性能铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点工频有芯感应电炉技术规格铜合金铸件铸造技术课程组二、坩埚式感应炉

1.原理常用感应电炉结构特点

坩埚式感应炉是将坩埚放置在感应圈之中，当感应圈内通过交流电时，在坩埚内的炉料中产生感应电动势，继而产生焦耳热将炉料熔化。铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点坩埚式感应炉的功率因数和热效率较低，但能熔炼高熔点金属，适用于非连续作业，它在冶炼少量优质钢和合金方面占有重要地位。

无芯炉的命名是相对有心炉而言，其金属液盛于一坩埚中，故又名坩埚炉。此种炉型主要用于特种钢、铸铁、有色金属及其合金的熔炼和保温。

2.用途铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点坩埚式感应炉结构示意图1－炉盖；2－坩埚；3－炉架；4－冷却水管；5－磁轭；6－感应器；7－倾动机；8－支承架；9－电缆

3.结构铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点1.电、热效率远比有心炉低；2.无心炉由于表面温度低；3.不利于要求高温造渣工艺的熔炼。优点缺点1.熔炼温度高、杂质污染少；2.合金成分均匀、劳动条件好；3.起炉和改换金属品种比较容易，使用较灵活。4.优缺点铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点无芯炉有高频、中频和工频之分。5.分类ClicktoaddTitle1高频无心炉1ClicktoaddTitle2中频无心炉2ClicktoaddTitle1工频无心炉3铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点（1）高频无心炉

高频无芯炉容量一般在50kg以下，适用于实验室和小规模生产中供熔炼特种钢和特种合金之用。高频无芯感应电炉示意图铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点（2）中频无心炉中频坩埚式感应炉的容量和功率都比高频炉大。适用于钢铁及有色金属的熔炼和保温。与工频相比其优点是功率密度大，起熔方便，不需要三相平衡装置，在同等生产率条件下，炉体尺寸小。由于它可以倒空，更便于变换金属品种，所以使用时比工频炉灵活方便。其特点是炉衬形状简单、筑炉方便，容易检查和修补炉衬，可随开随停。中频熔炼炉溶液对坩埚冲刷轻些，对炉衬有利。铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点中频无芯感应炉结构示意图1－炉架；2－轭铁；3－感应圈；4－绝缘材料；5－炉衬；6－耐火砖；7－冷却水管；8－槽钢底座铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点（3）工频无心炉

工频无心炉是几种无心炉中出现最晚而发展最迅速的。主要用于铸铁和有色金属的熔炼，特别是高强度铸铁和合金铸铁的熔炼以及铸铁溶液的升温、保温和成分调整等；另外也用于铜、铝等有色金属及其合金的熔炼。炉子容量小采用工频的不经济的，以铸铁为例，容量小于750kg时电效率就显著下降。由于电磁搅拌力大，熔炼钢时炉衬寿命较短，因此不宜炼钢。铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点工频无芯感应炉结构示意图1－轭铁；2－炉口砖；3－护板；4－坩埚模；5－炉盖；6－感应器；7－绝缘层；8－绝热层；9－坩埚；10－炉底；11－炉底板；12－紧固螺丝；13－可桡汇流排；14－冷却水系统铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点工频无芯感应炉炼铜技术性能铜合金铸件铸造技术课程组三、真空感应电炉

1.原理常用感应电炉结构特点

真空感应炉的结构和性能真空感应电炉是一种无芯感应熔炼炉，其工作原理与中频无铁芯感应电炉相同，感应加热元件是安装在转轴上的螺旋形管式感应器铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点ZG－0.01型真空感应炉ZG－0.5型真空感应炉2.结构真空感应电炉的结构有立式和卧式两种铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点真空中频感应熔炼炉结构图1－机械泵；2－油增压泵；3－油扩散泵；4－阀门；5－加料箱；6－固定炉体；7－感应电炉的坩埚；8－轨道；9－可动炉体；10－观察孔；11－捣碎机；12－测温装置铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点3.技术性能真空感应电炉技术性能铜合金铸件铸造技术课程组常用感应电炉结构特点优点1.净化效果好，能把氢、氧、氨等大部分气体除掉，使熔炼金属的含气量低；2.合金元素的氧化损失小，所制得的金属或合金熔体中氧化物夹杂少；3.提高了金属及合金材料的性能4.特点铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉坩埚组成1.组成

★绝缘层：绝缘布、云母片；

★绝热层：石棉板、（漏炉报警装置）石棉布；

★耐火层：坩埚耐火材料，分为酸性（石英砂）、碱性（镁砂）、中性（氧化铝）；

★漏炉报警装置：通常大容量的感应炉装有报警装置，一是防止发生不安全事故；二是有助于判断炉衬的使用情况，以延长炉龄；铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉坩埚组成铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉坩埚组成2.坩埚制作制作坩埚时，耐火材料的粒度配比必须合适，以达到最高致密度。实验室用感应炉可用预成型和预烧结的坩埚，大型感应炉都用整体捣打成型的坩埚。捣打成型有湿法、干法两种，都是先打成坩埚底，再在底部放置打坩埚壁的钢模（铸铁、石墨、钢板；可以取出，也可以随炉熔化），逐层捣打侧壁。根据材料和黏接剂（硼酸、水玻璃等）的不同，采用不同烧结制度来烘干、烧结打成的坩埚。冶炼第一炉时要缓慢加热，以免出现裂纹。此法成本较低。铜合金铸件铸造技术课程组感应电炉坩埚组成

打结的炉衬质量：主要是以致密性和均匀性来衡量，而要获得致密、均匀的炉衬必须依靠筑炉工人精心操作、筑炉工具级来完成。

烧结好的耐火炉衬：表面可得良好釉面，由烧结层、半烧结层—过渡层、松散层—未烧结层组成。铜合金铸件铸造技术课程组课后任务：

通过网络、书籍等方法了解铜合金熔炼的其他熔炼炉及特点

?铜合金铸件铸造技术课程组ThankYou!铜合金铸件铸造技术课程组情境二：铜合金铸件石膏型铸造——铜合金熔炼工艺

铜合金铸件铸造技术课程组铜合金熔炼工艺1熔炼过程特点2熔炼工艺流程11铜合金的精炼3铜合金配料计算4铜合金铸件铸造技术课程组1.熔炼工艺流程炉料准备装炉熔化除气精炼调整成分除渣浇铸铜合金熔炼工艺流程准备工具准备设备脱氧调整温度铜合金铸件铸造技术课程组2.熔炼过程特性吸杂性氧化性吸气性挥发性铜合金的熔炼特性铜合金铸件铸造技术课程组

(1)氧化性众所周知，判断金属氧化性的依据是氧化物生成自由能变化△fGo，分解压力PO2或氧化物的生成焓△fHo，通常△fGo和PO2值越小，元素越易于氧化。在熔炼温度下(1000℃时)CuO的分解压PO2为1.01×10-2Pa，远远小于大气中氧的分解压2.1×

104Pa，因此，在大气中熔炼铜和铜合金时，其氧化是不可避免的。铜合金铸件铸造技术课程组

(2)吸气性在铜熔体中，气体的溶解度随着温度的升高而增大。因此，在熔炼过程中，熔炼温度越高，铜液的吸气量越大。故此，在满足精炼效果及浇铸温度的前提下，应注意防止熔体过热及高温长时保温。实验结果表明，在多元素铜合金熔炼中，与气体有较大亲和力的合金元素通常会使合金中气体的溶解度增大，如镍、铂、锰、铁能增加氢在铜中的溶解度。而与气体亲和力小的则相反，如锡、铝、锌、铅、镉和磷。铜合金铸件铸造技术课程组(3)挥发性通常衡量金属挥发性的依据是蒸气压、蒸气热或沸点。一般而言，在相同条件下，蒸气压高的金属易挥发；蒸气热小、沸点低的金属易挥发。金属的温度越高，其蒸气压越大，越易挥发。铜的沸点为2846K，蒸发热为303.5kJ／moI，在1357K时的蒸气压为4.12×101Pa，1901K时，蒸气压为1.42Pa，都小于大气压，故铜在熔炼时易于挥发，温度越高，挥发越快。

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(4)吸杂性铜与铜合金在熔炼过程中都不可避免地从周围介质中吸收杂质。例如，在酸性炉衬的熔炉内熔炼铝青铜、铝白铜或含铝、镍的铜合金时，会使合金中的硅含量增加；又如在含有硫的煤气或重油燃料的气氛中熔炼铜时，就可能使铜中增硫。再如，用木炭作为某些白铜熔炼的覆盖剂，在高温下会使白铜熔体增碳；在米糠或麦麸覆盖下熔炼铜及铜合金时，熔体中的磷含量也会增加。铜合金铸件铸造技术课程组

除气和脱氧精炼1氧化精炼2除渣精炼3变质处理43.铜合金的精炼铜合金铸件铸造技术课程组3.1除气和脱氧精炼（1）除气气体来源由燃料燃烧时产生的炉气是铜合金中气体的主要来源；

炉料和熔剂的表面带有水分，有的含有吸附水分，有的本身带有结晶水、油污、乳液残渍，也是气体的来源；

耐火材料中所含水分也能促使金属吸气；

操作工具预热不彻底也会带入气体。★★★★N2、O2、H2O、CO2、CO、H2、C2、H2等

铜合金铸件铸造技术课程组气体影响燃料和水汽分解引入，冷却后析出产生气泡金属液SO2COCO2氢气水汽不溶于金属液，高温下分解成氢气和氧气，将金属液氧化，残余氧气和氢气降温后以水汽形式析出，产生气泡。降温时析出产生气孔，只对镍铜合金有影响生成Cu2S，沿晶界析出，产生热脆性，同时生成Cu2O。铜合金铸件铸造技术课程组④氧气铜开始迅速吸收空气中的氧，但随着氧化亚铜在铜中的溶解量的增加，金属继续吸氧的速度减慢。铜合金液易被氧化和吸氧，结晶时析出而形成气孔，有时也产生微裂纹，严重影响铜合金材料的性能和质量。⑤氢氢能很好地溶解于铜中。氢在铜合金液中的溶解度比在固体铜中要大得多。被氢饱和的铜合金液结晶时，氢从铜中析出，因而产生多孔的锭坯(铸件)。试验表明，在1100～2000℃时，氢对铜合金铸件产生多孔性的影响。

气体影响铜合金铸件铸造技术课程组氢对被氧化的铜的还原作用比一氧化碳的还原作用强烈得多。氢在铜中的溶解度由于氧的存在而降低。从气体析出及其危害性来看，最重要的是在凝固温度范围内，气体的相对溶解度变化越大，则铸锭(铸件)越易产生气孔。气体影响铜合金元素对氢溶解度的影响铜合金铸件铸造技术课程组除气目的脱除溶解于铜合金熔体中的气体。由于铜合金吸气，主要是指吸氢气，因此，除气精炼主要指从铜合金熔体中去除氢气。铜合金铸件铸造技术课程组①气体原子扩散至铜液表面，脱离吸附而逸出；②以气泡形式排除；③与加入熔体中的元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排除。除气途径铜合金铸件铸造技术课程组

(1)氧化法除气①在弱氧化性气氛下熔化所有的铜合金熔炼时都先将铜熔化，然后再加入其他合金元素。熔铜时，一般都应保持炉气为弱氧化性气氛，以降低铜中的含氢量，弱氧化性的气氛特征是火焰光亮而无烟，炉中的含氧量为0．3％～0．5％。②在氧化性气氛下熔化熔电解铜(阴极铜)或铜和镍时，宜用氧化性气氛其特征是火焰呈强烈白光，并有淡绿色透明焰冠。

除气方法铜合金铸件铸造技术课程组③加入氧化熔剂炉料情况复杂，在氧化性气氛下熔化不足以达到除气目的时，可采用加入氧化剂除气。即将占有炉料1％左右的MnO2或CuO连同熔剂材料随炉料加入炉中，在炉料熔化过程中使铜合金液的含氧量提高。必须指出，采用氧化除气法的铜合金最后必须经脱氧处理。氧化除气方法只适用于紫铜和铜一锡、铜一铅等铜合金；如果合金中含有铝、锰、硅等活性元素，若用此法处理铜液时，只能使合金元素剧烈氧化，增加氧化夹杂，而不能除氢。除气方法铜合金铸件铸造技术课程组

(2)吹氮除气氮气经脱湿处理后，用石墨或耐热钢管导入，用多孔吹头效果更好。氮气压力为20～30kPa，流量20～25L／min每吨铜合金耗氮180～200L。吹氮时应保持铜合金液面微微波动，但不得有飞溅现象。此法适用于各种铜合金，可在熔炼后期出炉前进行。除气方法铜合金铸件铸造技术课程组

(3)熔剂除气

熔剂除气是利用熔盐的热分解或与金属进行置换反应产生不溶于熔体的挥发性气泡而将气体除去。除气精炼时，一般是将干燥的熔剂用带孔罩压入熔液中。为了提高除气效果，也可采用干燥氮气将粉状熔剂吹入熔液中。熔剂除气精炼的同时还可去渣。

①zncl2除气此法适用于含铝的铜合金(铝青铜)。氯化锌加入前必须加热到熔点以上，脱除结晶水，凝固后成玻璃状。加入量为铜合金液的0.15％～0.25％。

②白铜常用萤石、硼砂、碳酸钙等除气。

除气方法铜合金铸件铸造技术课程组

(4)沸腾除气熔炼黄铜时，由于Zn的蒸发而使铜合金液沸腾，有除气作用。含zn量大于30％的高锌黄铜，沸腾除气效果良好，不必采用其他除气措施：含zn量小于30％的黄铜，在通常温度下不会沸腾，应在熔炼后期将铜合金液加热到1200～1300℃，使zn沸腾，然后再降温；含Zn量低于20％的黄铜，不能利用沸腾除气。除气方法铜合金铸件铸造技术课程组

铜在熔炼的高温下，极易被空气中的氧所氧化。在铜液表面反应生成的氧化亚铜具有两个特点。

(1)氧化亚铜能溶解于铜液中

氧化亚铜在铜液表面生成后，将不断溶解于铜液中。随着温度下降，氧化亚铜和a相在1066℃时形成a+Cu20共晶体，a相是铜中溶有微量氢的固溶体，共晶体(a+Cu2O)分布在a晶粒边界处。由于Cu2O在凝固阶段析出，以低熔点的共晶体分布在晶界，从而使纯铜产生脆性。如果铜合金中含有氢气，则Cu2O和氢在凝固阶段同时大量析出，并在晶界产生化学反应：

Cu20+H2==2Cu+H20(g)↑氧化特性（2）脱氧铜合金铸件铸造技术课程组反应生成水蒸气，在凝固过程中水蒸气的压力随着晶界压力的增大而增加。一方面导致凝固时铸件膨胀，组织疏松，产生大量的气孔；另一方面导致晶粒间产生大量的微裂纹，使之结合力大为降低，从而使纯铜变脆。同样，含有Cu20的纯铜若在还原性气氛中进行热处理时，还原气氛中的氢能渗入铜中与Cu20作用，同样会使之产生脆性。这种由于Cu20存在并与氢气反应而引起纯铜严重脆化的现象又称为“氢脆”。可见，析出的Cu20对纯铜及铜合金有很大的危害性，而且它比其他氧化物(如Al203、Si02、Sn02等)对铜合金的力学性能的破坏作用更大。氧化特性铜合金铸件铸造技术课程组

(2)氧化亚铜具有很高的分解压力高温时，铜的氧化速度显著提高。同时Cu2O的分解压较高，它比Al、Mg、Si、Mn等元素的氧化物分解压力要高得多。在纯铜熔化过程中，铜液被氧化，铜液中溶解有大量的Cu2O，如果在除去Cu2O之前加入合金元素，由于Cu2O的分解压高，因此，能很快地将铜合金液中的合金元素氧化，而本身还原，如：

3Cu2O+2Al——A12O3+6Cu

或2Cu2O+Si—SiO2+4Cu生成的氧化物悬浮弥散在铜液中，危害性很大。氧化特性铜合金铸件铸造技术课程组金属氧化物的分解压力－温度曲线铜合金铸件铸造技术课程组又称青木脱氧，利用新鲜树干燃烧不完全生成CO上浮时和氧化亚铜反应生成铜和二氧化碳，进行脱氧脱氧方法沉淀脱氧扩散脱氧沸腾脱氧脱氧方法脱氧剂可溶解于铜液中脱氧速度快、脱氧彻底，例如磷铜脱氧法脱氧剂不溶于铜液中，覆盖在铜液表面，脱氧只能靠氧化亚铜扩散到表面进行，脱氧速度慢，但对铜液成分无影响铜合金铸件铸造技术课程组3.2氧化精炼概念

在熔炼过程中用氧化法除去金属中少量有害杂质元素的方法称为氧化精炼。氧化精炼属于火法精炼，是除去某些杂质的经济、有效的方法。铜合金铸件铸造技术课程组

采用氧化精炼的必要条件是杂质与氧的亲和力大于基体金属与氧的亲和力。同时还应具备如下条件：①基体金属的氧化物能溶解于自身熔体中，并能氧化杂质元素，且易还原；②杂质在金属中的溶解度小，其氧化物不溶于金属熔体中，并且密度小，易与后者分离；③基体金属氧化物可用其他元素还原。必要条件铜合金铸件铸造技术课程组这种氧化精炼的方法只适用于铜、镍和铁等。紫铜是可用氧化精炼法除去杂质元素的典型金属。氧化精炼过程通常分为杂质的氧化和基体金属氧化物的还原两个阶段。氧化过程可向合金液内通入压缩空气或富气空气(反射炉精炼)或采用氧化熔剂，这时，基体金属首先氧化，通过溶于金属中的金属氧化物再将杂质氧化。被精炼金属的氧化物浓度越高，金属中杂质的浓度就越小，精炼效果就越好。氧化精炼后，金属中含有大量的氧，必须进行脱氧使金属氧化物还原成金属。氧化精炼方法铜合金铸件铸造技术课程组3.3除渣精炼炉渣来源在熔炼过程中产生的炉渣主要是氧化渣。氧化渣的来源：金属在熔炼过程中的氧化而生成的渣和炉料带进来的夹杂物；炉气中的灰尘、炉衬和工具带入的夹杂物等。★★铜合金铸件铸造技术课程组除渣精炼方法

(1)静置澄清法静置澄清过程一般是让熔融金属在精炼温度下，保持一段时间，使氧化物及熔渣上浮或下沉而除去。氧化渣的沉浮速度或静置时间主要取决于氧化渣的颗粒大小、与金属的相对密度和金属的黏度。在熔炼过程中，熔融金属中的固体氧化物，往往分布于整个熔池内，且非常细小分散，故单纯采用静置澄清法除渣效果不理想。一般是在一定的过热温度下，用熔剂搅拌结渣，然后静置除渣。

此法适用于熔融金属和夹杂物之间密度差较大且夹杂物颗粒尺寸适中的金属。铜合金铸件铸造技术课程组除渣精炼方法

(2)浮选除渣法将气体(如氮气)通入熔池底部呈气泡上升，则在上升过程中将遇到的、许多悬浮的、氧化物带至表面。当气泡升到表面破裂时，氧化物留在表层而被除去。含铝的铜合金可采用氯盐除去氧化铝。例如精炼铝青铜时，加入0.05％ZnCl2除去氧化铝的效果非常显著。氯盐大多是吸水的，使用氯盐除渣时，必须经脱水处理。铜合金铸件铸造技术课程组除渣精炼方法

(3)熔剂除渣法熔剂除渣是通过吸附、溶解、化合造渣等作用而实现的。根据氧化物夹渣的密度小于、大于或等于金属液，可分别采用上熔剂法、下熔剂法或在整个金属熔体内用熔剂处理法。

铜合金一般密度较大，主要采用上熔剂法。铜合金铸件铸造技术课程组3.4变质处理作用

变质处理是金属或合金在熔铸过程中，广泛用作改善材料性能、提高产品质量的重要手段。铜合金铸件铸造技术课程组变质处理方法加入变质剂机械振动超声波振动快速冷却

最常使用的是在熔融金属中加入变质剂元素，搅拌均匀，并保持适当时间后浇铸。变质剂可根据其熔点和化学性质，酌情加入炉内熔池或浇包内。铜合金铸件铸造技术课程组变质剂的作用

①细化晶粒；②使合金中高熔点化合物的粗大晶粒改变形状，并均匀分布；③使晶界上的链状低熔点化合物减少并球化，或形成细粒高熔点化合物；④提高高温塑性。铜合金铸件铸造技术课程组HPb－1铸锭变质前后的底倍组织铜合金铸件铸造技术课程组变质处理过程常用的变质剂处理实例铜合金铸件铸造技术课程组配料计算注意要点1铜合金熔炼各元素的烧损2配料计算步骤3配料计算实例44.铜合金配料计算铜合金铸件铸造技术课程组4.1配料计算注意要点①确定合金各组元的配料比及易耗组元的补偿量。②在保证合金的主要成分及杂质含量合乎国家标准的前提下，尽可能少用新金属，或选用低品位的新金属，以扩大回炉料的使用量。一般新旧料比在4：6至6：4范围内。尽可能用本牌号的废料。对于杂质允许含量较高且无特殊要求的合金，可选用较多的废料，甚至100％的废料。③在保证合金质量的前提下，对合金中的贵金属尽可能按标准的下限含量配料。④为保证某些制品的特殊要求，在国家标准范围内可适当调整某些元素的含量，即制定生产中实际控制的内部标准。铜合金铸件铸造技术课程组4.2铜合金熔炼各元素的烧损挥发损失主要取决于金属的蒸气压；此外，与其浓度和氧化膜性质、熔炼温度和时间、炉气性质和压力、熔炼设备和炉膛面积等因素也有关。金属的挥发金属的蒸气压－温度曲线铜合金铸件铸造技术课程组

熔炼过程中，金属因氧化而造成的损失称为氧化烧损。金属的氧化烧损，在很大程度上取决于金属氧化的热力学和动力学