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第四章__铸铜合金的熔炼 第四章 铸铜合金的熔炼 第一节　概　述 对铜合金液的质量要求 1必须严格控制合金的化学成分 2铜合金液要求纯净 3严格控制熔炼温度和浇注温度熔炼时间应尽量缩短 4防止合金的偏析 第二节　铜合金的氧化及脱氧 一铜合金的氧化特性 　　铜在熔炼的高温下很容易被空气中的氧氧化在铜液表面进行下列的氧化反应　　反应后生成氧化亚铜Cu2O氧化亚铜具有二个特点 一氧化亚铜能溶解于铜液中 氧化亚铜在铜液表面生成后能不断溶解于铜液中随着温度的下降氧化亚铜和α相在1066℃时形成α＋Cu2O共晶体共晶体α＋Cu2O分布在α晶粒边界处 　　析出的Cu2O对纯铜及锡青铜铅青铜等具有很大的危害性它比其它氧化物如Al2O3SiO2SnO2等对机械性能的破坏作用更大如果合金中含有氢则Cu2O的危害性就更大这是因为Cu2O与氢在凝固阶段同时大量析出并在晶界处迅速产生化学反应 　　反应生成水蒸汽在凝固过程中水蒸汽的压力随着晶间压力的增大而增加一方面导致凝固时铸件上涨组织疏松气孔大量产生另一方面导致晶粒间大量显微裂纹产生晶粒间结合力大大降低从而使纯铜变得很脆由于Cu2O存在并与氢反应而引起纯铜严重脆化的现象又称为氢脆 二氧化亚铜具有很高的分解压力 　　Cu2O的分解压力很高能很快地将铜合金液中的合金元素氧化而本身被还原如　　生成的氧化物悬浮弥散在铜液中危害性较大 二铜合金的脱氧 一脱氧的基本原理及脱氧剂的选用 1脱氧的基本原理 所谓脱氧就是使溶解在金属液中的氧化物还原的过程 铜合金的脱氧就是使铜液中的氧化亚铜还原的过程加入一种与氧亲和力比铜与氧亲和力更大的元素将氧化亚铜中的铜还原出来生成的脱氧产物上浮至液面而被排除的过程称为脱氧加入铜合金液中能使其中氧化亚铜还原的物质称为脱氧剂 2脱氧剂的选用 对铜合金脱氧剂提出以下要求 1脱氧剂的氧化物分解压力应小于氧化亚铜其氧化物分解压力值与Cu2O分解压力值相差愈大脱氧反应进行得愈完全愈迅速 2加入的脱氧剂应对铜合金性能无害加入的脱氧剂除了大部分与Cu2O互相作用进行脱氧而消耗外会有微量残留在铜液中 3脱氧剂的反应产物应不溶解于合金液易于凝聚上浮而被除去 4脱氧剂要价格便宜来源广 3脱氧的几种方法 根据脱氧剂的不同性能铜合金脱氧的方法有三种 1沉淀脱氧加入的脱氧剂能溶解于铜合金液中使脱氧反应在整个溶池内进行这种脱氧速度快脱氧彻底 2扩散脱氧有些脱氧剂不溶解于铜合金液中脱氧反应仅在铜合金液界面上进行由于Cu2O需不断向界面扩散才能脱氧故称为扩散脱氧 3沸腾脱氧所使用的脱氧剂能与氧作用产生不溶解于铜液的CO气体由于CO气体产生后能立即很快上升因此引进合金液激烈翻腾故称为沸腾脱氧 二磷脱氧的原理及工艺 1磷脱氧的原理 　当磷铜加入铜液后脱氧反应即在整个精密仪器池内进行其脱氧反应如下 　第一阶段磷蒸汽磷沸点为280℃立即与铜液中Cu2O作用 　反应生成的P2O5沸点为347℃在铜液中呈气态故生成后立即以气泡形式上升一部分P2O5气泡逸至液面外另一部分P2O5气泡在上升过程中继续与铜液中的Cu2O起反应 　　反应第二阶段　　当Cu2O含量较高磷蒸汽逸出较缓慢时磷也可直接与Cu2O作用生成偏磷酸铜CuPO3　　生成的CuPO3熔点低比重小在铜液中呈球状液体很易聚集和上浮 2磷铜脱氧工艺要点 1磷加入量的确定 如磷的加入量过多则铜合金液中残余含磷量过高会促使铜合金液与铸型中水蒸汽起反应 反应生成的氢很快溶解在铜合金液中因而增加了铸件的针孔度这种现象又称为铸型反应 砂型铸造时加入003004的磷金属型铸造时加入005006的磷不仅能较完全脱氧而铸型反应也很弱采用氧化法熔炼的锡青铜中磷的加入量可比其它铜合金高一些当锡青铜采用金属型铸造时可加到00701的磷 2磷铜加入工艺 磷铜常分二次加入第一次是纯铜熔化后铜液温度时加入磷铜总量的23其主要目的是把纯铜中的Cu2O还原然后再加其它合金元素避免这些元素被纯铜中的Cu2O氧化从而减少了元素氧化烧损和氧化夹杂物的含量第二次是在浇注前加入剩余的13磷铜起辅助脱氧和精炼的作用 第三节　铜合金的吸气及除气精炼 　　熔炼铜合金时炉气中的气体有氢氧氮一氮化碳二氧化碳二氧化硫水蒸汽等这些气体有的能使合金氧化如氧水蒸汽等有的氢氧二氧化硫能溶解在铜液中使合金产生气孔 一气体在铜合金中溶解的特性 溶解在铜合金中的气体有氢氧二氧化硫等几种溶解于铜合金液中的〔H〕和〔O〕凝固时析出结合成水蒸汽分子形成汽泡所以水蒸汽和氢是铜合金形成气孔的主要原因 1氢 铜在10845℃液态时氢的分压　达011大气压时就足够产生氢气泡的条件如何气泡来不及逸出即成为铜合金中的氢气孔所以铜合金要贯彻快速熔炼的原则 2水蒸汽 铜液