金屬熔煉與鑄錠總結(jié)

有色金屬：重，輕，貴，稀有

鋁合金：變形（熱處理不能強(qiáng)化，熱處理可強(qiáng)化），鑄造變形鋁合金：（防銹，硬，超硬，鍛造）單相固溶體，塑性好，適于加工成形室溫下純鎂密度：1.738g/cm3

純銅外觀呈紫紅色，又稱紫銅，晶格結(jié)構(gòu)為面心立方，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，僅次于

銀而居第二位

以鋅為主要合金元素的銅合金稱為黃銅

工業(yè)上將除Zn、Ni以外的其他合金元素為主要添加元素的銅合金統(tǒng)稱為青銅(Q)白銅：Ni-Cu合金

鈦合金：?jiǎn)蜗喙倘荏w鈦合金：?jiǎn)蜗喙倘荏w

鈦合金：固溶體和固溶體兩相組成

熔鑄的基本任務(wù)：獲得化學(xué)成分均勻的金屬；配制所有的各種合金；精煉獲得質(zhì)量?jī)?yōu)異的金

屬；鑄成適于壓力加工的形狀和尺寸的鑄錠；控制鑄錠的結(jié)晶組織、形態(tài)及分布；重熔回收各種廢料

熔鑄的基本要求：化成成分必須符合規(guī)定；鑄錠內(nèi)部無(wú)氣孔、裂紋等組織缺陷；鑄錠表面光

潔；鑄錠內(nèi)部化學(xué)成分無(wú)偏析現(xiàn)象；鑄錠結(jié)晶組織細(xì)密均勻；鑄錠的形狀規(guī)整、尺寸符合要求

每根鑄棒將頭部的100mm，尾部的200mm切掉金屬熔煉的過(guò)程中傳熱的主要方式是對(duì)流和輻射

L熔化潛熱，KJ/kg熱效率E=W理/W實(shí)*100%

擴(kuò)散：是物質(zhì)從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域移動(dòng)的過(guò)程；高濃度---低濃度J=-D(dc/dt)J為

擴(kuò)散通量

質(zhì)量傳輸：物質(zhì)從體系的某一部分遷移到另一部分的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱傳質(zhì)遷移形式：擴(kuò)散傳質(zhì)，對(duì)流傳質(zhì)（單相，相跡），相間傳質(zhì)

對(duì)流傳質(zhì)：在流體中，由于流體中宏觀流動(dòng)引起物質(zhì)從一處遷移到另一處的現(xiàn)象擴(kuò)散和對(duì)流都是在均一相中傳質(zhì)

當(dāng)金屬被加熱到熔點(diǎn)時(shí)，便開(kāi)始有固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變利用蒸發(fā)可以用來(lái)提純金屬

影響金屬蒸發(fā)的因素：金屬蒸汽壓；溫度；壓力；合金元素等蒸汽壓：在某一溫度達(dá)到平衡時(shí)，氣相中金屬的蒸發(fā)分壓蒸汽壓高，蒸發(fā)熱小，沸點(diǎn)低的金屬易揮發(fā)

金屬氧化熱力學(xué)主要研究金屬氧化趨勢(shì)，各合金元素的氧化順序及氧化程度和生成氧化物的穩(wěn)定性

被稱為標(biāo)準(zhǔn)自由能變化

金屬氧化機(jī)理：固體金屬的氧化先在表面進(jìn)行；氧由氣相通過(guò)邊界層向氧-氧化膜界面擴(kuò)散

（外擴(kuò)散）；氧通過(guò)固體氧化膜向氧化膜-金屬界面擴(kuò)散（內(nèi)擴(kuò)散）；在金屬-氧化膜界面上，氧和金屬發(fā)生界面化學(xué)反應(yīng)，于此同時(shí)金屬晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘傺趸�膜晶�?/p>

氧化物的致密度：氧化物的分子體積與形成氧化物得金屬原子體積之比上升則越致密，易存在內(nèi)應(yīng)力，破裂金屬的氧化不僅依靠氧在氧化膜中的擴(kuò)散，還存在著金屬正離子向氣相氧化膜界面擴(kuò)散和氧負(fù)離子向金屬氧氣膜界面的擴(kuò)散金屬氧化的動(dòng)力方程（氧化反應(yīng)的速度）x----氧化膜厚度；t-----時(shí)間

影響氧化過(guò)程的因素：金屬和氧化物的性質(zhì)；熔煉溫度；爐氣性質(zhì)等氧化燒損：熔煉過(guò)程中金屬因氧化而造成的損失

降低氧化燒損的方法：選擇合理爐型；采用合理的加料順序和爐料處理工藝；采用覆蓋劑；

正確控制爐溫；正確控制爐氣性質(zhì)；合理的操作方法；加入少量a>1的表面活性元素溶解度：在一定溫度和壓力條件下，金屬吸收氣體的飽和濃度影響氣體的溶解度因素：壓力；溫度；合金元素

分壓差脫原理：利用氣體分壓對(duì)熔體中氣體溶解度影響的原理，控制氣相中氫的分壓，造成

與熔體中溶解氣體濃度平衡的氫分壓和實(shí)際氣體的氫分壓間存在很大的分壓差，這樣就產(chǎn)生較大的脫氣驅(qū)動(dòng)力，使氫很快排除

澄清除渣原理：一般金屬氧化物與金屬本身之間密度總是有差異的，如果這種差異較大，再

加上氧化物的顆粒也較大，在一定過(guò)熱條件下，金屬的懸混氧化物渣可以和金屬分離，這種分離作用也叫澄清作用

吸附除渣原理：吸附凈化主要利用精煉劑的表面作用，當(dāng)氣體精煉劑或溶劑精煉劑在熔體中

與氧化物夾雜相遇時(shí)，雜質(zhì)被精煉劑吸附在表面上，從而改變了雜質(zhì)顆粒的物理性質(zhì)，隨精煉劑一起被除去

熔體的特征：惰性氣體吹洗：向熔體中不斷吹入惰性氣泡，在氣泡上浮過(guò)程中將氧化夾雜物和氫帶出液面

的精煉方法叫惰性氣體精煉

氧化物的生成熱越大，分解壓越小，則與氧的親和力越強(qiáng)；氧化過(guò)程完全由反應(yīng)界面所控制氧化物Cu2O對(duì)金屬的性能影響很大

爐料：配制成品合金時(shí)，為引進(jìn)基體金屬和合金化元素所采用的一切原料新金屬指由礦石直接冶煉出的一次工業(yè)純金屬?gòu)U料：又稱回料或舊料

使用中間合金的目的：為了便于加入某些熔點(diǎn)較高且不易溶解或氧化、揮發(fā)的合金元素，防

止金屬過(guò)熱，縮短熔煉時(shí)間，降低金屬燒損，能獲得成分均勻、準(zhǔn)確的合金

中間合金：將某些單質(zhì)做成合金，使其便于加入到合金中解決燒損、高熔點(diǎn)金屬不易熔入等

問(wèn)題，同時(shí)對(duì)原材料影響不大的特種合金

配料：根據(jù)合金本身的工藝性能和該合金加工制品技術(shù)條件的要求，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

所規(guī)定的化學(xué)成分范圍內(nèi)，確定合金的配料標(biāo)準(zhǔn)、爐料組成和配料比，并計(jì)算出每爐的全部爐料量，進(jìn)行爐料的過(guò)秤和準(zhǔn)備的工藝過(guò)程成分調(diào)整：爐前快速分析，根據(jù)結(jié)果對(duì)熔體成分進(jìn)行調(diào)整

補(bǔ)料沖淡時(shí)：注意爐料選擇；補(bǔ)料沖淡量應(yīng)盡可能少；計(jì)算時(shí)要準(zhǔn)確液體金屬的對(duì)流是一種動(dòng)量傳輸過(guò)程：澆注時(shí)流體沖擊引起的動(dòng)量對(duì)流；金屬液內(nèi)溫度和濃

度不均勻引起的自然對(duì)流；電磁場(chǎng)或機(jī)械攪拌及振動(dòng)引起的強(qiáng)制對(duì)流

（中間）凝固：固相區(qū)，凝固區(qū)，液相區(qū)

兩相區(qū)較窄時(shí)，呈現(xiàn)強(qiáng)烈大的逐層凝固特點(diǎn)（順序凝固）影響凝固方式的因素：結(jié)晶溫度間隔和鑄件斷面溫度梯度非均質(zhì)形核的影響因素：形核溫度；形核時(shí)間；形核基底的數(shù)量；接觸角0；形核基底的形狀

促進(jìn)形核：細(xì)化晶粒；抑制形核：獲得非晶態(tài)材料；選擇形核原子尺度《2時(shí)，凝固界面表現(xiàn)為粗糙界面，》5時(shí)，界面為光滑界面金屬是粗糙界面，連續(xù)生長(zhǎng)界面局部平衡假設(shè)：當(dāng)凝固界面上的溫度為已知時(shí)，就可以根據(jù)平衡相圖來(lái)確定界面兩側(cè)在

非常薄的有限體積內(nèi)的液相成分和固相成分

非平衡凝固的溶質(zhì)再分配：在非平衡凝固過(guò)程中，鑄件的液相固相成分發(fā)生偏離正溫度梯度（）負(fù)溫度梯度（）

成分過(guò)冷：溶質(zhì)再分配時(shí)，實(shí)際結(jié)晶溫度《理論溫度的現(xiàn)象成分過(guò)冷判據(jù)：

成分過(guò)冷對(duì)組織的影響：1、G很大R很小時(shí)，無(wú)成分過(guò)冷，晶體平面狀生長(zhǎng)。2、

成分過(guò)冷弱，晶體胞狀生長(zhǎng)。3、值進(jìn)一步減小時(shí)，柱狀枝晶生長(zhǎng)。4、成分過(guò)冷極大值時(shí)，等軸晶生長(zhǎng)

鑄件典型組織：表面細(xì)等軸晶區(qū)+柱狀晶區(qū)+中心等軸晶區(qū)

等軸晶的晶粒細(xì)化途徑：添加晶粒細(xì)化劑；添加阻止生長(zhǎng)劑以降低晶核的長(zhǎng)大速度；采用機(jī)

械攪拌、電磁攪拌、鑄型振動(dòng)等力學(xué)方法，促使支晶折斷、破碎；提高冷卻速率使液態(tài)金屬獲得大過(guò)冷度；去除液相中的異質(zhì)晶核，抑制低過(guò)冷度下的形核

微觀偏析：枝晶偏析，晶界偏析五種缺陷：

枝晶偏析：由于鑄件冷凝較快，因此兩相中溶質(zhì)來(lái)不及擴(kuò)散晶界偏析：因素同于枝晶偏析，但不能通過(guò)退火來(lái)消除

宏觀偏析：液體流動(dòng)導(dǎo)致溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在宏觀尺度上的分布不均勻，形成宏觀偏析帶狀偏析出現(xiàn)在定向凝固的鑄錠中，偏析帶平行于固液界面，并沿著凝固方向周期性地出現(xiàn)

帶狀偏析形成機(jī)理：當(dāng)金屬液中溶質(zhì)的擴(kuò)散速度小于凝固速度時(shí)……重力偏析：互不相容的兩液相或固相兩相的比重不同而產(chǎn)生的偏析縮孔：順序凝固；縮松：體積凝固

產(chǎn)生縮孔和縮松的最直接原因：金屬凝固時(shí)發(fā)生的凝固體收縮產(chǎn)生裂紋最直接原因：鑄造應(yīng)力的破壞作用鑄造應(yīng)力：熱應(yīng)力；相變應(yīng)力；機(jī)械應(yīng)力氣孔：

非金屬夾雜物：1、內(nèi)在的非金屬夾雜物，由金屬液內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)生；2、外來(lái)的非金屬夾雜物。都以獨(dú)立相存在電阻爐的加熱原理：以電為熱源，通過(guò)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在爐內(nèi)對(duì)金屬進(jìn)行加熱。

電阻爐和火焰比，熱效率高，可達(dá)50－80，熱工制度容易控制，勞動(dòng)條件好，爐體壽命長(zhǎng)，適用于要求較嚴(yán)的工件的加熱，但耗電費(fèi)用高

感應(yīng)加熱原理：以電磁感應(yīng)定律和焦耳楞次定律為依據(jù)，如果用導(dǎo)體繞成一個(gè)線圈，并在

線圈中通入交變電流，則在線圈內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的交變磁場(chǎng)，也即大小和方向都隨時(shí)間改變的交變磁通量

真空電弧爐熔煉技術(shù)：在真空條件下，通過(guò)低電壓、強(qiáng)電流來(lái)形成電弧熔煉金屬或合金，并

產(chǎn)生鑄錠的過(guò)程

電子束爐熔煉：電子束爐利用真空下受熱陰極表面發(fā)射的電子流，在高壓電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)聚焦、偏轉(zhuǎn)使高速電子流準(zhǔn)確地射向陰極，把高速電子的功能轉(zhuǎn)變成熱能被陽(yáng)極吸收，使陽(yáng)極金屬熔化

等離子爐熔煉：

4個(gè)成型類(lèi)型：液態(tài)；固態(tài)；粉末；連接

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