中南大学有色金属熔炼与铸锭考试资料

有色金属熔炼与铸锭一、名词解释1、内生夹渣内生夹渣是金属加热及熔炼时，金属与炉气和其他物质相互作用生成的化合物，如氧化物、碳化物、氮化物和氢化物等。2、成分过冷如果固液熔融界面前沿溶质的富集而引起成分再分配，且与此同时界面前沿温度（T实）低于平衡液相线温度（TL），则这部分液体处于过冷状态。这一现象称为成分过冷。3、同时凝固当合金的结晶温度范围宽或铸锭断面的温度梯度小，凝固区宽，铸锭就会以同时凝固方式进行凝固。在靠近固相区前沿的液体中出现小晶体并不断增多，很快布满整个凝固区，此过程几乎是在整个凝固区同时进行的，故称为同时凝固，又称体积凝固。4、正极性操作使用真空自耗电极电弧炉熔炼时，以熔池为阳极，电极为阴极，称为正极性操作。5、溶解作用非金属夹杂物溶解于液态熔剂后，可随溶剂的浮沉而脱离金属熔体，这种作用称为溶解作用。6、变质处理向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的方法。7、熔体质量检验是指熔炼过程中或铸造前对金属熔体进行炉前质量检验，是保证得到高质量金属熔体及合格铸锭的重要工序，包括含气量测定和非金属夹杂物检测等。8、羽毛状晶目前只发现存在于铝合金连续铸锭中的一种异常晶粒组织，晶粒由许多羽毛状片晶组成，是一种变态柱状晶，多分布于铸锭周边处，宏观上成群分布，互相交错。9、全体溶剂法与上溶剂法和下溶剂法相比的一种除渣精炼方法，是用钟罩或多孔容器将熔剂加入到熔体内部，并随之充分搅拌，使熔剂均匀分布于整个熔池中去的方法。10、枝晶偏析在生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相中溶质来不及扩散均匀，枝晶内部先后结晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析。11、液态合金的充型能力液态合金充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成型件的能力。12、扩散脱氧将脱氧剂加在金属熔体表面或炉渣中，脱氧反应仅在炉渣/金属熔体界面上进行。溶于金属中的氧会不断地根据分配定律向界面扩散而脱氧，故称扩散脱氧二、金属熔炼时的熔损有哪几种，怎么减少熔损？金属熔损是指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。除①挥发、②氧化烧损外，还有：③熔融金属或金属氧化物与炉衬材料之间的化学作用，造成的损耗，④金属在熔炼时，熔融金属因静压力作用可能渗入炉衬缝隙，而导致高温区局部熔化，造成的损耗，⑤机械混入渣中的金属，以及扒渣、飞溅等造成的损耗。减少熔损：①选择合理炉型，②制定合理的规程、工艺和顺序，③正确选择覆盖剂或熔剂，④正确控制炉温，⑤正确控制炉气性质，一般以控制微氧化性气氛较好，⑥碎屑散料应制成捆或团使用，⑦利用脱氧剂使基体金属的氧化物还原，⑧采用真空熔炼或保护性气体熔炼，⑨加入少量的α1的表面活性元素……三、黄铜的熔铸技术特点？（1）锌易挥发熔损，特别是高锌黄铜，有脱氧和去气作用，故易于熔炼且不需用特殊精炼措施。（2）在铸造过程中易氧化生渣，造成表面夹渣，复杂黄铜则易生裂纹，要特别注意保护熔体。四、在熔炼合金时为什么要使用中间合金，怎么制备中间合金？使用中间合金的目的，是为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金元素，以便更准确地控制成分。制备方法有四种：①熔合法，②热还原法，③熔盐电解法，④粉末法。五、影响凝固传热的因素有哪些？它们是怎么影响凝固传热的？（1）金属性质。金属的导温系数α代表其导温能力的大小，α大，铸锭内部温度易于均匀，温度分布曲线就比较平坦，温度梯度小；反之，温度分布曲线就比较陡，温度梯度大。（2）锭模涂料性质。铸锭的凝固主要是因为模壁吸热而进行的，铸锭的凝固速度主要取决于锭模的冷却能力。涂料分为耐火性和挥发性两种。耐火涂料导热性差，增大铸锭/模壁界面的热阻，故降低铸锭的凝固速度，延长凝固时间。挥发涂料留在模壁上的残焦，可减少界面热阻，使传热性能有所改善。（3）浇注工艺。①浇注温度，对铸锭断面的温度分布影响不大，但是影响金属流动性、二次氧化、吸气、缩松、表面质量等。②浇注速度，提高浇注速度，带入模中的热量多，因此铸锭断面的温度梯度大，同时凝固速度增大。③冷却强度，冷却强度大，铸锭断面的温度梯度大，铸锭的凝固速度也大。六、浇注温度是怎样影响铸锭的组织的？①浇注温度高，将促进枝晶粗化；②浇注温度高会使表面等轴晶区变窄；③随着浇注温度提高，柱状晶区变宽，等轴晶变粗；④适当提高浇注温度，充分预热注管，有助于光亮晶的减少；⑤适当提高浇注温度，可减少游离化合物初晶的数目，有利于防止粗大化合物初晶的形成；⑥浇注温度高有利于形成羽毛状晶，反之则抑制羽毛状晶形成；⑦适当降低浇注温度，一定程度上能使晶粒细化；⑧浇注温度浇注速度过高、冷却速度过大，会增大铸锭的热裂倾向；⑨浇注温度会影响金属流动性、二次氧化、吸气、缩松、表面质量等。缩孔与缩松：在铸锭中部，头部晶界及枝晶间等地方常有些宏观和微观的收缩孔洞，通称缩孔。缩小而分散的缩孔称为缩松。中间合金：冶炼时为了加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的金属元素而将他们与母体金属制成合金而冶炼中间加入此合金称为中间合金。金属的吸气性：在加热和熔炼过程中，固态和液态金属都有一定的吸收H2,O2,N2等气体的能力这种性质叫金属的吸气性。变质机理：是指向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的一种方法。配料程序：首先据化学成分加工及使用性能，不确定就算成分。其次据原材料库存情况及化学成分合理选择炉料种类品味和配料比。最后根据铸锭规格尺寸及熔炉容量，计算每炉的所有炉料量进行过称及吊装。偏析:铸锭中化学成分不均匀的现象。铸造热应力：铸锭凝固过程中由于温度变化引起的应力。金属中的非金属夹渣物：金属中非金属化合物如氧化物氮化物硫化物以及硅酸盐等大都以独立相存在，统称为非金属夹渣物。比重差除渣精炼原理：当金属熔体在高温静置时，非金属夹渣物和金属比重不同，因而产生上浮下沉。过冷度：熔融金属平衡状态下的相变温度与实际相变温度的差值。纯金属的过冷度等于其熔点与实际结晶温度的差值，合金的过冷度等于其相图中液相线温度与实际结晶温度的差值。顺序凝固：纯金属和共晶合金的结晶温度范围等于零，他们在凝固过程中固相区和液相区，没有凝固区，铸锭已顺序方式进行凝固。金属的脱氧：向金属液中加入与氧亲和力比基本金属与氧亲和力大的物质。宏观偏析：在较大范围内的偏析称为宏观偏析。热裂：在凝固过程中产生的裂纹。变质剂：促进金属液生核或改变晶体生长过程的物质。成分过冷：如果界面前沿液体实际温度低于TL，则这部分液体处于过冷状态。正偏析：在顺序凝固条件下，溶质KL的合金，固/液界面处液相中的溶质含量会越来越高，因此越是后结晶的固相，溶质含量也越高。KL的合金越是后结晶的固相。溶质含量越低。配料和加料的基本原则？答：成分原则，质量原则，工艺原则，经济原则，物料平衡原则如何进行熔体质量炉前检查？答：主要评价熔体的精炼效果和非金属夹杂物的检验。影响金属凝固传热的因素？答：金属性质，锭模涂料性质，浇注工艺什么铸锭组织被称为具备正常的晶粒组织？答：表面细等轴晶区然后柱状晶区和中心等轴晶区为什么提高浇注温度有可能形成较大的等轴晶、较长的柱状晶？答：提高浇注温度，游离晶重熔的可能性增大，固有利于扩大柱状晶区，但浇注温度提高延长了形成稳定凝壳的时间，温度起伏大，固也有利于等轴晶的形成。所以随着浇注温度的提高，柱状晶区变宽，等轴晶变粗试分析铸锭中热裂与冷裂形成的原因，如何防止？答：热裂：液膜理论认为，铸锭收缩受阻，液膜在拉应力作用下被拉神，当拉应力或拉伸量足够大时，液膜破裂，形成晶间热裂纹。强度理论认为：合金在线收缩开始温度非平衡固相点的有效结晶温度范围，强度和塑形极低，故在铸造应力作用下易于热裂，裂纹形成功理论认为：裂纹形成功小，裂纹易形核，铸锭热裂倾向大。冷裂：铸锭冷却到温度极低的弹性状态时，因铸锭内外温差大，铸锭应力超过合金的强度极限而产生如何防止：合理控制合金成分，选择合适的工艺。变质处理。减少铸锭中的非金属夹渣有哪些主要方法？静置澄清法，浮选法，溶剂法，过滤法为什么圆锭形成中心裂纹的倾向大？答：浇注速度一定的情况下，铸锭拉出结晶器后，外层受二次水冷而强烈收缩，但此时内层温度高收缩量小，阻碍外层收缩产生拉应力，内层受压应力，一段时间后，外部温度低冷却速度小，中部温度高冷却速度大，收缩量大，内部受拉应力而易产生中心裂纹向金属体中吹入惰性气体，有什么精炼作用？为什么？如何提高其精炼效果？答：充入惰性气体会产生吸附作用。向金属熔体中导入惰性气体或加入的溶剂能产生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。溶剂的吸附能力取决于化学组成，当增大金属与溶剂间的界面张力，金属与夹渣间的界面张力，降低夹渣与溶剂间的界面张力会加速金属与夹渣的分离分析铸锭对金属熔体质量的要求？答：1.金属熔体中金属晶粒的细化度，防止出现异常粗大晶粒与羽毛状晶。出现表层粗晶粒会让铸锭表面产生条纹，出现悬浮晶会降低板材表面质量，出现粗大金属间化合物会降低铸锭的塑性，出现羽毛状晶会影响加工制品组织和性能的均匀性2.金属熔体中是否脱除溶解于金属熔体中的气体，对于提高金属熔体质量和保证获得合格铸锭溶解于合金中的氢是使铸锭产生气孔，疏松，板带材气泡及分层的主要原因，甚至使材料发生氢脆S和P在钢中的再分布系数K1试问这样的浓度不均匀分布是如何形成的？属何种偏析？答：因为过渡区凝固属于非稳定态，凝固即将结束时仅残余极少液体，界面上的溶质向液体中的扩散受到限制，致使界面上的液相成分显著提高，而在最后凝固的固相中产生严重的偏析属于带状偏析，带状偏析出现在定向凝固的铸锭中，其特征是偏析带平行于固相界面，沿着凝固方向周期性的出现。带状偏析的形成与固液界面溶质偏析形成的成分过冷有关简述成分过冷对晶体生长方式的影响？答：当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大，晶体由胞状晶变为柱状晶，柱状树枝晶和自由树枝晶，无成分过冷时，以平面方式或树枝晶方式生长铝合金中常用晶粒变质剂的种类?答：钛，鳞，纳减少金属熔体中气体含量主要有哪些方法？答：分压差脱气，化合脱气，电解脱气和预凝固脱气相同条件下，为什么不锈钢模比砂模更容易获得柱状晶？答：因为钢模比砂模冷却能力强，凝固开始时模壁上会迅速生长大量晶核，且晶粒相互连接而形成稳定凝壳所需要的时间较短，晶粒脱离模壁的过程较快结束，故卷入到铸锭中部的晶体数目较少，因而柱状晶较发达。铸锭热裂与冷裂的区别特点？答：在凝固过程中产生的裂纹成为热裂纹，凝固后冷却过程中产生的裂纹称为冷裂纹。两种裂纹各有其特征。热裂纹多沿晶界扩展，曲折而不规则，常出现分支，表面略成氧化色。冷裂纹常为穿晶裂纹，多呈直线扩展且比较有规则，裂纹表面较光滑造成铸锭枝晶偏析的原因？答：再生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相溶质来不及扩散均匀，枝晶内部先后结晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析如何实现脱气精炼？答：1.气体原子扩散至金属表面，然后脱离吸附状态而逸出2.以气泡形式从金属熔体中排除3.与加入金属中的元素形成化合物，以非金属夹渣物形式排除。具体有分压差脱气，化合脱气，电解脱气和预凝固脱气第一章金属熔炼特性金属的氧化性氧化热力学条件及判据在标准状态，氧化物标准生成自由焓变量ΔG0。Me（s,l)+O2(g)=MexOy(s,l)2lnln0OppRTKRTGΔG0不仅可以衡量标准状态下金属氧化物的趋势，而且可以衡量标准状态下氧化物的稳定性。某一金属氧化物的ΔG0越小或越负，则该元素与氧的亲和力就越大，氧化反应的趋势亦越大，该金属氧化物就越稳定。在熔炼温度范围内，所有金属的氧化反应在热力学上均为自动过程。在熔炼温度范围内，各元素发生氧化的大致顺序是：钙、镁、铝、硅、钒、锰、铬（氢、碳）、铁、钴、镍、铅、铜。金属Me可被炉气中的气氛直接氧化，也可被其他氧化剂（以MO表示）间接氧化。Me+MO=MeO+M研究表明，上式反应的热力学条件为：00MOMeOGG，即元素Me对氧的亲和力大于元素M对氧的亲和力。所以，位于T0G图下方的金属料可被位于上方的氧化物所氧化。它们相距的垂直距离越远，反应的趋势越大。氧化物