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1、会计学1实验二实验二 铝合金的精炼变质处理铝合金的精炼变质处理一一 实验目的实验目的n n熟悉铝合金的精炼工艺精炼工艺特点，通过实践了解精炼处理对铝合金组织和性能的影响。n n学习铝合金变质处理变质处理工艺，了解变质处理对铝合金组织和性能的影响。第1页/共16页二二 基本知识简介基本知识简介n n熔炼过程中，熔体中存在熔炼过程中，熔体中存在熔炼过程中，熔体中存在熔炼过程中，熔体中存在气体、夹杂物及其他杂质气体、夹杂物及其他杂质气体、夹杂物及其他杂质气体、夹杂物及其他杂质等，影等，影等，影等，影响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等响
2、纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等响纯洁度，使铸锭产生气泡、气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外缺陷，对铸锭的加工性能及制品强度、塑性、抗蚀性和外观品质有显著影响。观品质有显著影响。观品质有显著影响。观品质有显著影响。n n氢含量通常在氢含量通常在氢含量通常在氢含量通常在0.150.2cm0.150.2cm3 3/100g(Al)/100g(Al)以下，一些特殊要求的以下，一些特殊要求的以下，一些特殊要求的以下，一些特殊要求的航空材料应在航空材
3、料应在航空材料应在航空材料应在0.1cm0.1cm3 3/100g(Al)/100g(Al)以下。以下。以下。以下。第2页/共16页铝合金中的气体铝合金中的气体n n能溶解于铝合金的气体主要能溶解于铝合金的气体主要是氢（其余是少量的是氢（其余是少量的CO等）；等）；n n 氢主要来自铝氢主要来自铝-水气反应，水气反应，在熔炼中由于该反应不可避在熔炼中由于该反应不可避免地将氢带入铝液。免地将氢带入铝液。第3页/共16页铝液中气体和氧化夹杂的来源铝液中气体和氧化夹杂的来源 n n氢气来源：氢气来源：氢气来源：氢气来源：潮湿、带油污的炉料、潮湿、带油污的炉料、AlAl2 2O O3 3表面吸附水汽及
4、氢，搅拌时带入铝液；表面吸附水汽及氢，搅拌时带入铝液；铝液表面吸附水。铝液表面吸附水。n n氧化夹杂来源：氧化夹杂来源：氧化夹杂来源：氧化夹杂来源：表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。表面氧化膜、空气、水汽等被搅入铝液中。第4页/共16页铝合金的精炼原理铝合金的精炼原理 式中H-溶于铝中氢的浓度；Ks-氢的溶解度系数；T-热力学温度；A、B-常数，对铝合金而言，不同的合金类和不同的成分，其数值各不相同。气体溶解度的Sieverts西华特定律应尽量降低铝液表面上的氢分压，为此可采用真空处理。向铝液中吹入惰性气体，以在其内形成氢分压起始为零的气泡来降低含氢量。第5页/共16页铝合金的组织铝合金的
5、组织n n常温下，常温下，常温下，常温下，Al-SiAl-Si 二元系仅形成二元系仅形成二元系仅形成二元系仅形成 和和和和 相。相。相。相。通常把共晶中的通常把共晶中的通常把共晶中的通常把共晶中的 相称为共晶硅，相称为共晶硅，相称为共晶硅，相称为共晶硅，在在在在铸态下，铸态下，铸态下，铸态下，未经变质处理的未经变质处理的未经变质处理的未经变质处理的共晶硅共晶硅共晶硅共晶硅呈粗呈粗呈粗呈粗大的片状。大的片状。大的片状。大的片状。共晶和过共晶合金组织中共晶和过共晶合金组织中共晶和过共晶合金组织中共晶和过共晶合金组织中的的的的 相称为初晶硅。相称为初晶硅。相称为初晶硅。相称为初晶硅。铸态下未经变质铸
6、态下未经变质铸态下未经变质铸态下未经变质处理的处理的处理的处理的初晶硅初晶硅初晶硅初晶硅呈粗大的块状和板状呈粗大的块状和板状呈粗大的块状和板状呈粗大的块状和板状。粗大的粗大的粗大的粗大的 相很脆，相很脆，相很脆，相很脆，若不经变质处理，若不经变质处理，若不经变质处理，若不经变质处理，含含含含 相多的铝硅合金不能在工业上得相多的铝硅合金不能在工业上得相多的铝硅合金不能在工业上得相多的铝硅合金不能在工业上得到实际应用。到实际应用。到实际应用。到实际应用。第6页/共16页铸态组织铸态组织当当Wsi12.6时时 (Al)(+)共晶体共晶体 当当Wsi12.6时时 (Si)+(+)共晶体共晶体第7页/共
7、16页硅相在自发非控制生长条件下会长硅相在自发非控制生长条件下会长成片状成片状第8页/共16页共晶硅的变质处理共晶硅的变质处理n n概念概念概念概念 所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，共晶体中的合金的结晶组织，共晶体中的合金的结晶组织，共晶体中的合金的结晶组织，共晶体中的硅相由原来的粗大硅相由原来
8、的粗大硅相由原来的粗大硅相由原来的粗大片状变为细小纤维状片状变为细小纤维状片状变为细小纤维状片状变为细小纤维状，从而改善机械性能。，从而改善机械性能。，从而改善机械性能。，从而改善机械性能。n n方法方法方法方法 生产上常在合金液中加入生产上常在合金液中加入生产上常在合金液中加入生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混氟化纳与氯盐的混氟化纳与氯盐的混氟化纳与氯盐的混合物合物合物合物来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也来进行变质处理，加入微量的纯钠、锶等也有同样效果。有同样效果。有同样效果。有同样效果。第9页/共16页过
9、共晶铝硅合金中初生硅的变质过共晶铝硅合金中初生硅的变质变质前初生硅晶体长成粗大厚板片状用磷变质处理能细化初生硅Al-Si过共晶合金（含22Si）铸态组织（金属型）第10页/共16页初生硅的变质初生硅的变质一类是赤磷或含赤磷的混合变质剂；另一类是含磷的中间合金（Cu-P）。变质剂分类变质剂分类形成AlP作为初生硅结晶的异质核心，使初生硅细化。磷变质机制磷变质机制第11页/共16页亚共晶铝合金中初生亚共晶铝合金中初生相的细化相的细化变质方法变质方法变质方法变质方法在纯铝和铝合金中加入少量在纯铝和铝合金中加入少量在纯铝和铝合金中加入少量在纯铝和铝合金中加入少量TiTi、ZrZr、B B等元素。等元素
10、。等元素。等元素。变质机理变质机理变质机理变质机理 形成高熔点的固相质点（形成高熔点的固相质点（形成高熔点的固相质点（形成高熔点的固相质点（AlAl3 3TiTi、AlAl3 3ZrZr和和和和TiBTiB2 2等），具有与纯等），具有与纯等），具有与纯等），具有与纯AlAl相同相同相同相同的晶格类型和相近的晶格参数，可的晶格类型和相近的晶格参数，可的晶格类型和相近的晶格参数，可的晶格类型和相近的晶格参数，可作为其结晶的异质核心。作为其结晶的异质核心。作为其结晶的异质核心。作为其结晶的异质核心。第12页/共16页三三 实验流程实验流程n n得到不同条件下的铸件（变质前得到不同条件下的铸件（变质
11、前和变质后）和变质后）n n锯切成小的金相试样块锯切成小的金相试样块n n粗磨、细磨、抛光、浸蚀粗磨、细磨、抛光、浸蚀n n金相观察金相观察n n撰写实验报告撰写实验报告第13页/共16页四四 注意事项注意事项n n所有用的模具、工具必须烘干所有用的模具、工具必须烘干n n所用的覆盖剂、精炼剂要烘干所用的覆盖剂、精炼剂要烘干n n千万勿用手直接接触熔炼工具、模具，先千万勿用手直接接触熔炼工具、模具，先试探，再操作。试探，再操作。第14页/共16页五五 实验报告实验报告n n根据熔体净化处理的基本原理，根据熔体净化处理的基本原理，讨论有哪些熔体净化方法。讨论有哪些熔体净化方法。n n给出本组实验中观察到合金变给出本组实验中观察到合金变质前后的金相组织，试讨论质前后的金相组织，试讨论Al-Sr中间合金变质中间合金变质Al-Si合金合金的机理。的机理。第15页/共16页