第二讲有色金属压力加工

熔炼原理和熔炼炉•一、目的•二、有色金属料的熔化•三、熔体的氧化、烧损及保护•四、有色金属及合金熔体的精炼及净化•五、熔炼炉静置炉•静置炉是用于接收熔炼炉中熔炼好的熔体•作用：精炼、静置、调整熔体温度、保护熔体•要求：水蒸气要少、保温好、控制准确、可以升温、熔体温差小、容量适应、结构简单、操作方便。•常用的是电阻反射炉做静置炉。炉子准备与操作•1.准备：自然干燥、烘炉、洗炉和清炉。•2.制定烘炉制度的原则及烘炉时注意问题。两个参数：烘炉时间长短和升温速度原则：(1)结构复杂的炉子烘炉时间宜长，升温速度宜坦。（2）有相转变并伴有随体积急剧变化和含有结晶水的耐火砖，升温速度宜侵，保温时间宜长。(3)干砌的炉子，升温速度可快一些；湿砌的炉子及自然干燥时间不充分的炉子，应延长低温烘炉时间，并降低低温阶段的升温速度。(4)对于生产高质量熔体的炉子，其烘炉保温时间宜长一些。•烘炉时应注意以下几点：按制定的烘炉曲线升温，尽可能不要使温升有显著的波动，特别不应使温度上升过急；烘炉过程中应尽量做到使炉体各部分均匀受热，防止局部过热。•3.洗炉：清除炉渣和金属以及非金属夹杂方法：洗炉前先将上熔次炉料彻底放干，并将炉温升至规定的温度后彻底清炉；洗炉料采用原锭，也可采用一号溶剂，静置炉用熔炼炉的洗炉料洗炉；洗炉料用量不少于炉子容量的35％一40％；洗炉过程中，每隔半小时将熔体彻底搅拌一次，搅拌次数不能少于三次，洗炉料要彻底放干4.清炉熔炼工艺•（一）、熔炼方法•（二）、熔炼工艺过程•（三）、炉料及组成•（四）、熔体的精炼工艺•（五）、熔体的静置•（六）、炉前化学成份分析熔炼方法•分批熔炼法（质量高的成品）•半分批熔炼法（减少烧损、减少夹杂物、炉温波动小，增加炉子寿命）•半连续熔炼法（留多出少，烧损少，速度快）•连续熔炼法（仅适用于纯吕熔炼）熔炼工艺过程•过程：装炉→熔化→扒渣→加合金元素→搅拌→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→转炉→精炼及静置→铸造。•1、装炉•2、熔化•3、熔化过程中应注意的问题装炉顺序熔点高的金属↓中间合金↓大块废料及原铝锭↓易烧损金属熔化1、熔化时氧化膜强度变弱，所以应及时覆盖2、煤气炉熔炼时用微氧化性气氛，以防止氧化3、熔化过程中为防止熔体过热，应及时搅拌熔化过程中应注意的问题(1)要控制熔炼温度。(2)要控制熔炼时间。(3)要注意合金化元素的加人方式。(4)要注意覆盖。(5)要认真扒渣。(6)要及时充分的搅拌。炉料及组成•确定炉料组成及配料比的基本原则：成分原则质量原则工艺原则经济原则物料平衡原则熔体的精炼工艺1、精炼温度：熔炼炉中与熔炼温度范围一致；静置炉下限——铸造温度的上限上限——铸造温度的上限+15℃2、要求：(1)熔剂在使用前应进行干燥，烘干温度应在200一300℃，干燥时间不少于4h(2)熔剂粒度为50—80mm：(3)用N2-Cl2混合气体精炼时，其气泡应当细小，熔体翻腾不应过大；(4)精炼时应在熔体下层进行，同时不应存在死角，以保证羽绒体有更大的接触面积。熔体的静置•熔体的静置也是一种净化方法。静置就是利用熔体与夹杂物之间的密度差，使夹杂物沉降而达到净化。需要的静置时间与熔体的粘度、密度及夹杂物的形状等有关。颗粒愈细，则上浮或下沉的速度就愈慢；颗粒成球状，则下沉的速度较大，呈片状则上浮容易。•合金熔体质量评价：一般的原则是：熔体化学成分符合工厂内部标准或有关国家标淮，熔体温度在工艺规程规定的范围内，含包量、含渣量越少，变质处理效果越明显，则熔体质量越好。•炉前选取化学成分快速分析应注意：1、试样规格应符合技术要求；2、试样必须在所有合金成分加完且熔体充分搅拌以后选取；3、试祥应具有代表性；4、试样应无渣、气孔、疏松和偏析等缺陷；5、生产高镁铝合金时，所取试样应禁止用水直接冷却，以避免水中的钙离子和镁离子混入，影响分析结果的正确性。本章完第二章铸锭及锭坯处理•一、铸锭的结晶•二、铸造方法及选择•三、连续铸造生产工艺•四、设备与操作•五、铸锭缺陷铸锭的结晶•1、过程：用连续铸造法或金属模浇铸法生产有色金属及合金铸锭时，铸锭的结晶过程是从铸锭表面向中心，由底部向上部逐渐扩展的。•2、液穴：被结晶前沿和铸锭敞露液面所包围的液体金属部分，称为液穴。在外界相同条件下，液穴深度取决于合金本性．对于同一种合金，液穴深度与铸造速度成正比，与铸锭直径的平方成正比。•3、结晶速度结晶速度是指由液态金属转变成固态金属的快慢程度。加大冷却方法可提高结晶速度，但是过强烈的冷却是不可以无限地提高铸锭的结晶速度的•4、结晶前沿的过冷•过冷：铸锭中晶体的成核和长大连度不仅和导热有关，而且与结晶前沿的过冷有关。熔体冷却到平衡液相线温度以下而尚未结晶时称为过冷•过冷度：平衡液相线温度(即理论温度)与实际开始结晶温度的差值。•晶粒成核和长大速度与过冷度关系如图2-1•结晶方式：顺序结晶、近似顺序结晶和体积顺序结晶。•影响因素：合金成分、铸锭冷却条件、液体金属导入的条件和铸锭形状铸造方法•铸造概念：简单说就是液态金属在一定方法和条件下充满铸模型腔，冷却凝固得到铸锭或铸件的过程。•以铝合金为例:不连续和连续铸锭法。不连续铸锭法：锭模铸造（铸铁模、水冷模）、沉浸铸造连续铸造法：静模铸造、动模铸造连续铸造的优缺点•优点：质量高、成品率高、生产率高•缺点：(1)铸锭受到强烈冷却产生很大的内应力，提高了大断面铸锭的裂纹倾向性。(2)铸锭的快速结晶使某些难熔元素(锰、镊、高、铁、钻等)加剧了晶内偏析的倾向，并导致变形制品的某些特殊缺陷的产生和加剧。(3)机械设备比较复杂，初投资大。(4)要求熟练的铸造技术。连续铸造生产工艺（1）.类型：连续铸轧、连铸-连轧、水平连铸以上三种类型中，以连续铸轧法的应用最为广泛，特别是在铝、铜合金的板带箔材生产上应用最多。连铸-连轧法以其生产能力大，合金品种多的优势也在逐步得到推广。（2）工艺参数选择的影响因素：冷却速度、铸造速度、铸造温度、结晶器的有效高度熔体转注方式铸造开头结尾的条件弄清工艺参数及铸锭质量的关系与其变化规律，是选择铸造工艺参数的基本依据。铸轧设备•1、常用立式半连续铸造机类型:链带传动铸造机钢丝绳传动铸造机丝杠铸造机液压传动铸造机辊式铸造机我国主要采用钢丝绳传动铸造机钢丝绳传动铸造机①结构：机架、传动装置、平台、升降机构、盖板、供排水系统、铸造参数指示装置及操作台等。②使用时应注意的问题水平连续铸造机①结构：机架、传动系统、引锭系统、锯切装置及排水系统②使用时应注意的问题连续铸轧设备铸锭缺陷•1、裂纹•2、非金属夹杂物及氧化膜•3、金属组织缺陷•4、表面缺陷和几何缺陷裂纹种类：热裂纹和冷裂纹热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。冷裂纹总是发生在冷却过程中承受拉应力的部位，特别是拉应力集中的部位。常见裂纹及采取的措施•1.中心裂纹（图2-4），消除措施：提高铸锭在高温和低温时的可塑性，把液穴底部提高到水冷带以上，提高结晶梢高度及结晶梢的金属水平；为使内应力均匀分布，应使水冷均匀并采用漏斗使金属液流均匀对称的流向铸锭周边，漏斗直径不许太大或太小；铸造过程的开始和结尾要正确操作。•2.表面裂纹（图2-5），措施：提高铸造速度；降低结晶掳有效高度；水冷均匀；使用锥度较小的结晶槽。•3.环状裂纹（图2-6），措施：(1)提高铸锭的高温可塑性，应按要求控制化学成分和杂质含量，特别是易溶杂质(如在高镁合金中的钠)的含量；(2)防止熔体过热和熔体停留时问过长，消除柱状品(3)改变液穴形状，或者降低结晶格中金属水平；使内应力均匀分布，应正确安装结晶榴，使水冷却均匀(4)保证金属均匀进入(如漏斗放在结晶槽中心不倾斜)(5)在停止供给液体后，不要立即停车，等结晶槽内金属水平位于水冷带上面60一70mm时再停止下降。•4.横向裂纹（图2-7），措施：按工艺要求控制化学成分和杂质含量，提高铸锭室温可塑性；适当提高铸造速度；防止表而冷隔、夹渣；均匀冷却，合理分配液流。•5.底部裂纹（图2-8），措施：(1)充分预热工具，铸造开始时，彻底打净结晶槽中熔体表面的浮渣。(2)采用纯铝铺底的合金，铺底铝的温度最好不高于720℃，不低于690℃，铺底铝的厚度应该保证其端头厚度不少于20mm。(3)对于不要求铺底的合金，铸造开始时应避免金属水平上升过快过高，防止悬挂。(4)保证水冷均匀。•6.侧面裂纹（图2-8）措施：提高铸造速度本章完