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一、实验目的

学会综合应用已学的相关课程知识，解决实际问题。达到理论知识的复习、巩固、验证与

应用及动手能力的培养和工程经验的积累的目的。本实验旨在培养考察材料专业本科学生对专

业知识、专业技能的掌握和运用，通过ZL109的熔炼、热处理工艺，以及热处理之后对材料性

能、组织成分的检测等材料制备整个流程的设计实验，要求学生设计实验方案、进行实验过程

操作、对实验制备得到的试样进行性能检测和成分分析。

二、实验材料及设备

ZL109铝锭铝块、变质剂、精炼剂、铸模、坩埚、箱式炉、井式炉、烘干器、水浴箱、五

金配套工具、拉伸试验机、硬度仪、金相显微镜、吹风机、数码相机、计算机、金相砂纸、氢

氟酸等。

三、实验方案设计

3.1熔炼铸造准备

合金代号：ZL109

合金牌号：ZAlSi12Cu1Mg1Ni1

表3.1ZL109化学成分及允许杂质含量

SiCuMgNiFeZnAl

11.0-13.0%0.5-1.5%0.8-1.3%0.8-1.5%≤0.7%≤0.2%其余

铝Al：余量注：杂质总和（金属型铸造）≤1.2

3.2制定工艺卡片

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图3.2Al-Si合金相图

根据合金相图来制定金属熔炼、浇铸、铸造及热处理工艺卡片（见附录）

3.3性能测试样加工图：

实验基本流程：金属熔炼→浇注成型→热处理→组织成分、力学性能检测

四、实验步骤

4.1铸造铝合金的铸锭成型方法

4.1.1铸造铝合金熔炼方法

技术要点：纯铝在坩埚内熔化后，铝液温度达到690℃-720℃时加入纯硅，当铝硅液温度

达到700℃-730℃（由于熔点相差很大，溶解的很慢，需要较大的过热才能完全溶解）加入10Kg

的NaNO、13Kg的BaCl、10Kg的NaF、13Kg的NaAlF、21Kg的KTiF、6Kg的KBF、13Kg的NaCl、

10Kg的C粉配制成的精炼变质细化剂，用侵盐勺压入铝液面下，距坩埚底100-150mm。该铸造

合金熔炼方法可达到精炼、变质、细化一步完成，操作时间缩短，减少合金熔炼增铁，提高铝

合金质量，并能减少对环境的污染。

本次实验在实际操作过程中，考虑到实验经费、金属原料循环利用等因素，往届学生修习

本课程时已经制备好的ZL109铝锭铝块重新回炉熔炼。

4.1.2铸造铝合金熔炼方法步骤：

（1）将适于熔炼铝硅合金的熔炼炉清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料；准备熔炼

操作用各种工具，清理干净，预热至200-300℃，喷刷涂料，并烘烤去除水份；

（2）将预先配制好的精炼变质细化剂按处理铝硅液量的需要称量好，放入烘干箱，在

200-300℃下烘烤数分钟，备用；

（3）装炉熔化：先将回炉料装入熔炼炉，再按设定铝硅配比加入纯铝和纯硅；熔化后搅

拌均匀，再加入所需中间合金，待化清后搅拌均匀；

（4）精炼、变质、细化综合处理，并按需要调整好铝液的化学成份；

（5）调温至已知工艺要求温度时，出炉浇注，其特征在于：所述的装炉熔化步骤中，当

铝熔化后，铝液温度达到690-720℃时加入纯硅；所述的精炼、变质、细化综合处理，是当铝

液温度达到700-730℃时进行精炼、变质、细化综合处理，打净炉中铝液表面的浮渣，加入烘

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烤好的精炼变质细化剂，将其撒在铝液表面，用侵盐勺压入，使其与坩埚底部保持100-150mm

距离，来回上下运动，直到液面不再冒泡，处理时间为15-25分钟，精炼变质细化剂加入量按

重量百分比计为铝硅液的1.8-2.8%。

4.1.3注意事项：

（1）熔炼时，熔剂需均匀撒入，待纯铝全部熔化后再加入中间合金和其他金属，并压入

铝液内，不准露出液面。

（2）炉料熔化过程中，不得搅拌金属。炉料全部融化后可以充分搅拌，使成分均匀。

（3）铝合金熔体温度控制在720℃-760℃。

（4）炉料全部熔化后，在熔炼温度范围内扒渣，扒渣尽量彻底干净，少带金属。

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