10：铝合金熔炼实验有色金属冶金学复习课程
10：铝合金熔炼实验有色金属冶金学
铝合金熔炼实验
参考：铝合金熔炼与制备，广东科技出版社，罗启全，2003
小注：以形变铝合金7055为例
一实验目的和意义
在铝合金生产中，熔炼是一个非常关键过程，它直接影响最终产品的质量。通过本次实验，要求达到以下目的：
1．掌握铝合金配料、熔炼过程；
2．了解铝合金熔炼中精炼的必要性和原理；
3．了解铸造铝合金熔炼中变质的必要性和原理；
二实验原理及方法
铝合金的熔炼与铸造多数都在敞开的大气中进行，熔融铝液直接与空气接触，铝容易氧化成氧化铝夹杂存在于铝液中。此外高温铝液会和H2O（来自空气或工具、原料中的吸附水）发生反应，生成[H]溶解在铝中。这些气体和杂质会对铝合金内部及其表面质量、物理性能、力学性能、铸造工艺性能等产生很大的影响。和炉气中的N2、CO、H2O、CO2、H2等气体接触，造成铝合金吸气；此外，固态时吸气少，随着温度的升高，溶解度缓慢增加，当达到金属或合金的熔点时，溶解度突然急剧增加，当金属或合金熔化后再升温，则溶解速度更快，这是因为熔融金属或合金与大气发生非常活泼的化学反应。
铝合金熔炼过程要按照目标合金需求加入合金元素。对于形变铝合金，比如7055，需要加入Cu、Zn、Mg等；合金主要成分为：Al-8.5%Zn-2.4%Cu-
2.2%Mg。选用原料是纯Zn、纯Cu、Al-48%Mg中间合金。操作顺序：
●烘烤原料：将配好的纯Zn、纯Cu、Al-48%Mg中间合金在烘箱中烘烤到
200~300℃，充分去除水分；
●熔化纯铝：在电阻炉中熔化纯铝，过热到710~720℃。
●添加铜锌：先加Cu，靠自重（密度8.9g/cm3）沉入铝液底部，然后加入Zn,
为防止Zn的剧烈氧化，要直接压入熔体内部。通过搅拌促进合金溶解。
●熔体精炼：熔体温度710~720℃时加入精炼剂对熔体进行精炼处理，加入量
占铝液质量的0.2~0.5%，通过压入和搅拌促进精炼过程。静置5-10min后
清渣。
●加Mg：为防止Mg的挥发，要在浇注前约690-700℃加入AlMg中间合
金，搅拌促进合金溶解。
●浇注：升温到720℃，将熔体浇入预热过的金属模具或石墨模具。铝合金制
备完成。
附注：对于铸造铝合金，比如A356，需要加入Si、Mg等；合金主要成分为：Al-7%Si-0.4Mg。在浇注前要进行变质处理，即在720℃左右加入 1.5-2.5%的变质剂，覆盖10min，结块后压入搅拌3-5min，总时间为15-18min，最后通过清渣剂去除。如果不经过变质，会在组织中出现长针状的Si相；采用Na盐变质后，会改变Si相形貌和尺寸。
三设备和材料：
设备：熔铝炉（或感应炉）
工具：电子天平（配料用）、石墨坩埚、搅拌棒、石墨钟罩、坩埚钳
原料：纯铝纯铜、纯锌、AlMg中间合金、精炼剂、清渣剂
其他非金属材料
[1]涂料：保护坩埚、工具和模具不被合金液粘结，防止其成分渗入或污染铝
液。选择用石墨粉，将其和水玻璃混合。在熔炼工具的表面喷涂0.5-1mm
厚，然后烘烤才可以使用。
[2]精炼剂：使用氯盐与铝液反应生成AlCl3气体，吸附悬浮的氢气泡和氧化物
夹杂。
a)氯盐精炼剂：ZnCl2（熔点365℃，沸点732℃）
2Al+ZnCl2＝3Zn+2AlCl3（沸点183℃）
AlCl3+2/3H2＝Al+3HCl
加入量为铝液质量的0.1-0.2％，精炼温度700-720℃
b)还有C2Cl6适用于铝硅合金和铝铜合金，是铸造铝合金厂应用最多的精
炼剂.
c)
使用中会有刺激性味道。
[3]变质剂：使得共晶硅变质：由针状、板片状变成多面生长，消除初晶硅三
元变质剂：NaCl 62％，KCl 13％，NaF 25％熔点606℃，
6NaF+Al＝Na3AlF6+3Na
其他的有：稀土
变质处理温度范围750℃
[4]浇注：Al-8.5%Zn-2.2%Mg-2.4%Cu-0.2%Z注温度范围710~720 ℃
四实验操作步骤
7055合金的熔炼温度控制在720℃~740℃范围内。
●熔铝：以纯铝作为熔炼基体，在30kW的井式电炉中熔化全部铝，并在740℃时恒温；
●加Cu、Zn：然后加入预热到200~300℃的结晶Cu、Zn、Al-Zr（Zr含量3%）中间合金。因金属块密度大，靠自重下沉。因为Zn容易挥发，所以加入时要压到底部；
●精炼清渣：静置1~2min，用炉料总重量0.4%的精炼剂(主要成分C 2Cl6)一次性地用钟罩压入熔体中，静置时间3~5min，在熔体液面上均匀撒上粉状清渣剂，以促使多余精炼渣与熔体分离，扒渣、
●加Mg：降温到680~700℃，用钟罩将预热到200~300℃的Al-Mg合金（Mg含量50%）压入熔池中心，并缓慢回转移动。
●浇注：取出烘烤后的模具，当熔体温度在710-720℃时，扒渣出炉，快速浇注。四实验记录和数据整理
1.记录7055合金的成分配比：
资料：
2.通过流程图记录铝合金熔炼过程；
铝合金熔炼的流程：
准备金属炉料——准备非金属材料——选择并准备熔炼、保温炉及工具（坩国钳、坩埚、搅拌棒）——装炉及熔化——精炼合金液——脱氧或扒渣——变质处理、细化晶粒——静质保温——浇注（温度一般720℃）
要求划出带框的流程图
流程图示例
3.记录铸态7055合金组织和结晶相形貌。