5~15 <10 25~30 ~0 ~0 5～10 40~60 30~50 合金元素收得率

氧化法熔炼 只适用于碱性炉炼钢：氧化法熔炼碳钢和低合金钢；氧化熔炼不锈钢。 2.5.3 超高功率交流电弧炉和直流电弧炉（简读）

1．超高功率交流电弧炉 功率交流电弧炉炼钢的特点；超高功率电弧炉的技术难点及相应的措施

2.直流电弧炉 直流电弧炉的优点；直流电弧炉设备概要；直流电弧炉的操作特点 3.偏心底出钢方式 传统出钢方式的特点

偏心底出钢方式及其优点：炉体倾转角度小；钢液液流短；无渣出钢；可实现留钢留渣操作。

2.5.4 炉外精炼（简读）

1.概述

真空炉外精炼：真空液流脱气；真空搅拌脱气；真空加热精炼；

非真空炉外精炼：专用精炼炉中非真空精炼；用常规钢包的非真空精炼。

2.比较适用于铸钢行业的精炼方法：钢包吹氩精炼；真空氧脱碳精炼（VOD法）；氩氧脱碳精炼（AOD法）；钢包炉精炼（LF法）；喷射粒状精练剂精炼。

思考题：

1. 为什么钢液氧化时气泡都自炉底产生？

2. 怎样由氧化物的标准生成自由能来分析炼钢过程中的各种反应？

3*.碱性电弧炉炼钢过程中，氧化期的主要任务是什么？做好氧化精炼作业的要点在那些方面？

4*.碱性电弧炉炼钢过程中，还原期的主要任务是什么？做好还原精炼作业的要点在那些方面？

5*.炼钢作业终了时，如何掌握出钢的条件？

6*.碱性电弧炉有哪几种快速炼钢的方式？其适用条件如何？

7. 碱性电弧炉炼钢时，装炉料的正常超装量是20％，过量超装会带来什么问题？ 8*.请分析感应电炉坩锅熔炼与用电频率的关系。

9. 怎样认识感应电炉筑炉用耐火材料粒度级配的重要性？

10*.怎样根据感应电炉坩锅内温度分布的特点掌握装料的要点？ 11*.请归纳感应电炉用不氧化法炼钢时的操作要点。 12. 请归纳感应电炉用氧化法炼钢时的操作要点。 13. 请分析超高功率交流电弧炉的主要特点。 14. 请分析直流电弧炉的主要特点。

15. 各种炉外精炼工艺的基本目标是什么？ 16. 请分析氩氧脱碳精炼的基本过程及其作用。 17. 请分析钢包炉精炼的基本过程及其作用。 18. 喷射粒状精练剂的方法有哪几种？

19. 你对于你所在单位今后提高铸钢冶金质量的措施有何设想？

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第三门课程：

有色合金及其熔炼（教材《非铁合金及其熔炼》）

3.1 铸造铝合金

培训提纲

3.1.1铸造铝合金的分类及其特点

铸造用的铝合金主要是由Al－Si、Al－Cu、Al－Mg和Al-Zn四个二元基本合金系以及在此基础上，再添加少量其他元素形成的多元合金系组成的。

1.Al-Si合金系（Si） 该系合金具有良好的铸造性能，铝中添加硅后，能明显提高铝液的流动性和铸造充填性能；减少收缩和热裂倾向。含有较多硅的合金热膨胀系数小、耐磨性能优良。含有少量的Mg、Cu等合金元素组成的多元Al-Si合金通过热处理有明显析出强化的效果，适用于多种铸造方法。现在铸造铝铸件大多数都是采用该系合金，它是铸造铝合金中牌号最多，应用最广泛的一类合金。

2.Al－Cu合金系（≥4％Cu） 该系合金添加的Cu起固溶强化和析出强化的作用，所以合金具有较高的强度和耐热性能；但密度大，耐蚀性能和铸造性能较差，易产生热裂，常用于制造较高温下（<300℃）工作的高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。

3.Al-Mg合金系（≥5％Mg） 该系合金具有优异的耐蚀性、强度高、密度小、切削及抛光性能也较好；但其铸造性能差，耐热性的、合金液易氧化，熔炼和铸造工艺较复杂。主要用于制造在大气和海水中工作的耐腐蚀性高且承受一定冲击载荷、形状较简单的零件，如船舶配件和机器壳体等。

4.Al-Zn合金系（Zn 5～13％） 该系合金是研究应用最早的铸造铝合金，其主要特点是价格较低，制备工艺简单，不需要热处理就能得到较高的强度；但合金密度大、铸造性能和耐蚀性能较差，高温性能低。主要用于制造压铸仪表壳体类零件、模具和模板等。 3.1.2 铸造铝合金的组织

1.Al-Si合金的铸态组织

铝硅合金室温下组织为α（Al）和β（Si）两相组成。α（Al）相的性能和纯铝相似，β（Si）相的成分与纯硅相似。未变质时，Al-Si合金中的β相呈针片状或粗大块状导致铝合金力学性能不高，因Al-Si系合金一般需进行变质处理。其组织分别为：

亚共晶组织：α（初生Al）+共晶体（α+β）； 亚共晶组织：共晶体（α+β）；

过共晶组织：β（初生Si）+共晶体（α+β）。

Al-Si合金中目前应用最多的是Al-Si-Mg合金，如ZL101合金（Si 6.5％～7.5、Mg0.25％～0.45％，余为Al），合金中添加少量Mg铸态组织中形成强化相Mg2Si，经固溶处理和时效后可以使合金弥散强化，大大提高其力学性能。

ZL102合金（Si10~13%，余为Al）为常用的一种Al－Si二元合金，具有共晶组织，虽有优良的铸造性能，但力学性能不高，只适用压铸、挤压铸造等快速冷却的铸造方法，

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对于砂型、石膏型铸造等冷却慢的铸造方法，必须进行变质处理，以细化共晶体中的Si相。该二元Al-Si合金一般不进行任何强化热处理，因为虽然硅在α（Al）固溶体中的溶解度从共晶温度降至室温时变化很大，但硅的沉淀和集聚速度很快，热处理后强化效果不大。生产上也常把ZL102合金作为中间合金来配制其它铝合金。

2.Al-Cu二元合金的组织 ZL203合金（Cu4.0％～5.0％，余Al），虽然按Al-Cu二元平衡结晶应属固溶体型合金，但因铸造时冷却较快，属不平衡条件下凝固，其平衡相图发生了变化，使该合金变成亚共晶型合金，铸态组织中除初生α（Al）外，还有较多的α（Al）+Al2Cu共晶组织。其中Al2Cu相通过热处理（固溶处理）时溶入α（Al）固溶体中形成过饱和α（Al）固溶体，在其后的时效处理时又呈大量弥散相析出，使力学性能大大提高。 3.1.3 铝合金铸件的热处理

1.热处理的目的

由于铸件在非平衡条件下凝固，铸态时的显微组织、合金元素和杂质元素往往分布不均匀，此外，铸件从较高的铸造温度或固溶处理温度冷却的过程，由于铸件各部分冷却速度不同，会形成残余应力，这些都会导致铸件力学性能、抗腐蚀性能的下降，也影响其可靠性。所以为了提高铸件的力学性能、消除铸造应力、增强耐蚀性能、改善加工性能和获得尺寸的稳定性，一般需要进行相应的热处理。热处理工艺主要可分为退火、固溶处理、时效处理和循环处理四类。

2.固溶处理

将铸件加热到接近于固相线温度（530℃左右），并保持足够长的时间后快速冷却，以获得成分均一的过饱和α（Al）固溶体，致使合金力学性能（特别是塑性）提高，耐蚀性能改善。

在固溶处理过程中：①将沉淀强化的合金元素溶解；②未溶解成分的球状化；③微观组织和成分均匀化。影响固溶处理效果的主要因素：①固溶处理温度；②保温时间；③冷却速度。

3.时效处理

经固溶处理得到的过饱和固溶体和固溶体在室温下长时间放置或加热到某一较低温度并保持一定时间，它将发生分解转变，从α（Al）基体中析出或形成溶质富集的亚稳定区过渡相（共格或半共格），此过程若在室温下进行称自然时效，若加热到某一温度下进行称人工时效。时效可以显著提高合金的硬度和强度（称为时效硬化或时效强化），它是强化铝合金的重要工艺手段。

4.热处理常见缺陷及其防止

·力学性能不合格 如退火状态塑性偏低，固溶处理状态或时效后强度和塑性都不合格，铸件不同部位力学性能不同（如厚大部分硬度偏低等），其产生的原因主要是热处理工艺参数不正确或操作方面存在问题，如固溶处理时，固溶温度偏低、保温时间不足、装炉时零件过多淬火转移时间过长或淬火水温过高等均会导致合金强化元素不能充分溶入α（Al）中，直接影响力学性能的提高。

·过烧 热处理由于炉温控制有误，致使炉温过高或保温时间过长，使合金晶界或枝晶间低熔点共晶体熔化，形成多角形或球状复熔物。此外，由于铸件在炉内加热不均匀或

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过快，致使铸件表面局部熔化并产生结瘤，造成力学性能特别是伸长率大大下降。

使用可靠、准确的控温仪表；对壁厚不匀、形状复杂或大型铸件应缓慢升温或分段加热；采用空气强制循环式电炉；严格炉料管理，防止形成低熔点共晶体的杂质元素超标等措施有利于防止过烧缺陷的产生。

·变形和裂纹 其原因主要是加热速度太快，淬火时冷却太激烈或铸件壁厚差太大、装炉方法不当或下水方向不对等，使铸件内部产生较大的内应力造成的。适当降低炉内的升温或采用分段加热；适当提高淬火介质温度或更换冷却介质；选择合理的下水方向或采用专用夹具；铸件厚壁部位涂敷涂料或在薄壁处包覆隔热材料等措施可防止该缺陷的产生。

·表面腐蚀 由于铸件从盐浴槽中取出未清洗干净，致使铸件表面，特别是在疏松、缩孔处出现与铝铸件表面不同色泽的斑纹。控制硝盐中氯化物含量（<0.5％），无酸、碱混入以及洗干净可以防止该缺陷的产生 3.1.4 铸造铝合金的熔炼特点

铝合金熔炼的主要任务是能即时为后续生产部门提供符合下列要求的铝液：①化学成分均匀且符合用户要求（主成分、微量成分）；②铝液洁净，气体和夹杂物含量少；③熔体处理（晶粒细化、变质）效果良好，温度适宜。

1.铝合金液的吸气 · 铝液中气体的来源

通常铝合金熔炼在大气中进行，在所有的炉气成分中，只有氢能大量溶解与铝液中，存在于铝合金中的气体，氢占85％以上。在高温下，铝液与水汽的反应

313Al（液）?H2O＝AlO?H2(气） 23（气）（固）222反应生成γ-Al2O3和H2，前者成为铝液的夹杂，后者为分子态氢，经离解成原子态氢，

并在反应界面上建立起大的氢分压，使氢在铝液中的溶解量迅速大量增加。

· 铝液的吸氢特性

气体在金属中的溶解度主要受到压力和温度的影响，当温度一定时，氢对铝液中的溶解度与气体分压力的平方根成正比：S?KPH。与其它金属（Mg、Cu、Ni）相比，Al在熔炼过程中有较大的吸气倾向。当Al在固态时，氢的溶解度很小，当温度达到熔点时，氢的溶解度急剧增加，而达到熔点时的液态所溶解的氢气要比熔点时的固态多十八倍；此后的氢气的溶解度随温度的继续升高而增加很快。

· 气孔的形成

在铝液凝固冷却过程中，氢原子、氢分子和化合物态氢元素分别以不同形式析出：氢原子扩散至铝液表面，然后脱离吸附状态（蒸发）；氢分子以气泡形式从铝液排除；化合物态氢以非金属夹杂物形式排除。气泡从铝液中上浮析出时，其中一部分未能上浮至液面逸出，则留在铝液内使铸件产生气孔。

在铝液凝固过程中，通常只有在氢含量大于氢溶解度的过饱和区域，才会析出气泡，进而产生气孔。要形成气泡，须先形成气核，由于金属液表面张力的影响，金属液中气核难以自发形成，而铝液中总含有的Al2O3等非金属夹杂物（<20μm）可作为氢气泡的形核基底，有利于氢气泡的形成。气泡核心生成之后，随着铝液温度的下降，过饱和的氢原子

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