有色金属熔铸实验指导书.doc

熔铸实验指导书 张丽娜 铝－铜中间合金的配置 一、实验目的 在有色金属加工生产中，熔炼与铸锭是一个重要的生产环节，它虽然不出最后产品，但在很大程度上控制着大部分加工产品的质量。因此，通过本环节的专业技能训练，掌握如何运用理论知识，指导生产实践，从而达到培养自己分析问题和解决问题的能力。 有色金属熔炼与铸锭技能训练主要学习有色金属及其合金压力加工用锭坯的熔铸。 二、实验原理 熔化状态的金属进行冷却时，当温度降到 Tm （熔点）时并不立即开始结晶，而是当降到 Tm 以下的某一温度后结晶才开始，这一现象称为过冷。熔点 Tm 与开始结晶的温度 Tm 之差 Δ T 称为过冷度。过冷现象表明，金属结晶必须有一定的过冷度，只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。 结晶由两个基本过程所组成，即过冷液体产生细小的结晶核心（形核）以及这些核心的成长（长大）。其中，形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。 将铸锭沿纵向或横向剖开，经过磨制和腐蚀，把内部组织显示出来，从而可用肉眼或低倍放大镜观察其内部组织，如晶粒大小、形状及分布等。这种组织称为铸锭的粗视组织。 图a 细晶粒区形成示意图 图b 柱状晶粒形成示意图 图c 中心等轴晶粒形成示意图 第一晶区是铸锭的外壳层，由细小等轴晶粒（枝晶）组成。把液体金属浇铸入铸型，结晶刚开始时，由于铸型温度较低，形成较大的过冷度，同时模壁与金属产生磨擦及液体金属的激烈骚动，于是靠近型壁大量形核，还由于型壁不是光滑的镜面，晶粒长大时，各枝晶主轴很快彼此相互接触，使晶粒不能继续长大，所以晶粒的尺寸不大，既形成细晶粒区。图a表示在液体金属和铸型边界上结晶开始的情形。等轴晶粒的第一晶区较薄，因此对铸锭的性能没有重要的影响。 第二晶区是柱状晶区。液态金属与铸型接触处的型壁剧烈的过冷是在液体金属和铸型的分界面上生成很多小晶粒的原因，其中过冷与经过铸型猛烈的传热有关，随着外壳层的形成，铸型变热，对液态金属的冷却作用减缓。这时只有处于结晶前沿的一层液态金属才是过冷的。这个区域可以进行结晶，但一般不会产生新的晶核，而是以外壳层内壁上原有晶粒为基础进行长大。同时，由于散热是沿着垂直于模壁的方向进行，而结晶时每个晶粒的成长又受到四周正在成长的晶体的限制，因而结晶只能沿着垂直于模壁的方向由外向里生长，结果形成彼此平行的柱状晶区图b。 柱状晶区各晶粒朝中心液体生长时，由于其他方向的长大都受到阻碍，使树枝晶得不到充分的发展，树枝的分枝很少。因此结晶后的显微缩孔少，组织较致密。但是由于柱状晶较粗大，因而较脆并且方向一致，引起热加工困难。 第三晶区是铸锭的中心部分，随着柱状晶的发展，模壁温度进一步升高，散热愈来愈慢，而成长着的柱状晶前沿的温度又由于结晶潜热的放出而有所升高。这样整个截面的温度逐渐变为均匀。当剩余液态金属都过冷到熔点以下时，就会在整个残留的液态金属中同时出现晶核而进行结晶。在铸锭中心散热已无方向性，形成的晶核向四周各个方向自由生长，从而形成许多位向不同的等轴晶粒。在这种情况下由于冷却较慢，过冷度不大，形成的晶核也不会很多，所以铸锭的中心区就形成了比较粗大的等轴晶粒区。如图c所示。 等轴晶与柱状晶相比，因各枝晶彼此嵌入，结合得比较强固，铸锭易于进行压力加工，铸件性能不显方向性。其缺点是因树枝晶较发达，分枝较多，显微缩孔增多，使结晶后的组织不够致密，重要工件在进行锻压时应设法将中心压实。 三、实验用设备材料 四、实验内容与步骤 确定熔铸工艺：加铝入坩埚 升温熔化（720℃） 加入紫铜 搅拌 保温 调温 浇铸成型 5、观察铸锭宏观组织 五、实验要求 1、原料要求：所有炉料要求干净、清洁、无泥沙等异物，表面无油污、水分，否则需清洗，干燥后再入炉。 2、配料操作要求：根据合金的成分范围和性能要求，合理确定配料的计算成分；用旧料回路配料时，应补足熔损合金元素的补偿量。 3、熔炼操作要求： （1）加料时先加各种小块炉料，升温熔化，将炉料熔化成液体再投入大块回炉料。 （2）加入带油、水的炉料，待油、水挥发干净了再关炉门。 （3）当炉料华平后，再加入中间合金的炉料，并加强搅拌，以加速炉料熔化，防止金属局部过热和成分均匀。 （4）投入细化剂进行变质处理时要搅拌均匀。及时将精炼后浮在表面的炉渣扒净。 （5）精炼后的铝液不准再搅动、破坏液面状况，不得加入新料。 （6）调整精炼后的铝液温度到浇铸温度，紧闭炉门，静置15－20分钟后，准备浇铸。 （7）浇铸完了要及时清理干净炉内残渣及氧化物。 4、浇铸操作要求