2）合金液纯净，氧化夹杂、气体、熔剂夹杂含量低。例如，对于ZL101等亚共晶Al-Si合金来说，在铝液温度高于780℃时，氧化量会显著增加。熔化、保温、浇注时间的长短对铝合金的氧化也有较大的影响。合金元素对铝液的氧化有较大的影响。而wSi超过4%，则又使合金液的氧化量增加，这是因为此时生成了SiO2。实验结果表明，不管三元还是多元铝合金，只要其中添加了Mg，Mg就会首先被氧化。铝合金中的气体并不来源于炉气组成中的氢。......
2023-06-22
铜合金熔炼过程中的氧化、吸气和夹杂问题
【摘要】：铜及其合金在熔炼时具有氧化性、挥发性、吸气性和吸杂性。铜合金的熔炼温度通常在1000℃以上，在这一温度下，CuO的分解压约为0.01Pa，远低于大气中氧的分解压21000Pa，因此在空气氛围中熔炼铜及其合金，将难以避免氧化。铜合金在熔炼过程中所存在的上述特点都会降低熔炼质量，应采取适当的措施尽量将损失降至最低。
铜及其合金在熔炼时具有氧化性、挥发性、吸气性和吸杂性。
1.氧化性
金属氧化性强弱是由氧化物生成自由能变化、分解压力或氧化物的生成焓决定的。氧化物生成自由能变化和分解压力越小，金属越容易氧化。铜合金的熔炼温度通常在1000℃以上，在这一温度下，CuO的分解压约为0.01Pa，远低于大气中氧的分解压21000Pa，因此在空气氛围中熔炼铜及其合金，将难以避免氧化。
反应生成的氧化亚铜（Cu2O）有以下三个特点：
1）在熔炼温度下不断溶入铜液，将O带入合金液，直到饱和溶解度为止，此时不再溶解，而以游离的Cu2O浮在铜液表面（Cu2O密度约为6g/cm3，轻于一般铜合金）。
2）O在固态纯铜中的溶解度极小，在O含量极微的情况下，和α铜形成共晶体、共晶点的O含量为0.39%。当溶有O的铜液凝固时，O又以（α+Cu2O）共晶体形式析出在α-Cu的晶界上。这种脆性Cu2O夹杂物使铜的塑性和导电性能显著降低，如果合金中含有H，则Cu2O和H在凝固阶段将大量析出，并在晶界处产生以下化学反应：
反应生成的氧化亚铜（Cu2O）有以下三个特点：
1）在熔炼温度下不断溶入铜液，将O带入合金液，直到饱和溶解度为止，此时不再溶解，而以游离的Cu2O浮在铜液表面（Cu2O密度约为6g/cm3，轻于一般铜合金）。
2）O在固态纯铜中的溶解度极小，在O含量极微的情况下，和α铜形成共晶体、共晶点的O含量为0.39%。当溶有O的铜液凝固时，O又以（α+Cu2O）共晶体形式析出在α-Cu的晶界上。这种脆性Cu2O夹杂物使铜的塑性和导电性能显著降低，如果合金中含有H，则Cu2O和H在凝固阶段将大量析出，并在晶界处产生以下化学反应：
反应生成的水蒸气促使铸件在凝固时膨胀、组织疏松、产生大量气孔和晶间显微裂纹，引起纯铜严重脆化（氢脆）。
3）与铜液中的大多数合金的氧化物相比，Cu2O的分解压要高得多，因此这些合金元素将与溶入铜液中的O发生反应生成氧化物，如Al2O3、SiO2、MnO、ZnO、SnO、PbO、P2O5。这些氧化物大多熔点很高，以固态悬浮弥散在铜液中，不易自行排出，以致在铸件中形成夹杂物而降低其力学性能和气密性。
2.吸气性
气体（主要是H2和O2）在铜合金熔体中的溶解度随温度的升高而增大，熔炼温度越高则铜液吸气量越大。因此，在保证铸件成形完整的前提下应当尽量降低熔炼温度，缩短浇注前的停留时间。研究表明，铜合金中的一些元素，如Ni、Fe、Mn等对H有很强的亲和力，这些元素的存在提高了合金的含气量。而一些与气体亲和力小的元素，如Al、Sn、Zn、Pb等对合金的含气量没有明显的影响。
（1）铜与H的作用
H在铜中的溶解度随温度升高而增大，凝固时H的溶解度降低，析出H2形成气孔。H含量不高时形成分散的细小针孔，而当H含量很高时，将形成集中的大气泡。
铜液中的H主要来自炉气中的游离氢（水蒸气分解）及碳氢化合物（煤气、重柴油挥发物）。碳氢化合物与铜液相遇很易分解成C及H，析出的H即溶入铜液。
铜液中加入不同元素，对H的溶解度有不同影响。某些合金元素如Sn、Al能减少H在铜中的溶解度，而Ni则增加溶解度。铜液中含P时，将与水蒸气发生反应，形成的H即溶入铜液中。所以P含量高的铜合金易增加H2气孔。含Zn的铜液虽会发生Zn与水蒸气的反应而析出H，但因Zn的蒸气压较大，含Zn化合物也汽化，使H在铜液中的溶解度显著降低。当合金中Zn含量较高时，能完全防止溶氢发生，因而避免了H2气孔的产生。
（2）铜与水蒸气的作用
水蒸气不能直接溶入铜液中，但在熔化状态下，水蒸气能与铜液发生如下反应：
反应生成的水蒸气促使铸件在凝固时膨胀、组织疏松、产生大量气孔和晶间显微裂纹，引起纯铜严重脆化（氢脆）。
3）与铜液中的大多数合金的氧化物相比，Cu2O的分解压要高得多，因此这些合金元素将与溶入铜液中的O发生反应生成氧化物，如Al2O3、SiO2、MnO、ZnO、SnO、PbO、P2O5。这些氧化物大多熔点很高，以固态悬浮弥散在铜液中，不易自行排出，以致在铸件中形成夹杂物而降低其力学性能和气密性。
2.吸气性
气体（主要是H2和O2）在铜合金熔体中的溶解度随温度的升高而增大，熔炼温度越高则铜液吸气量越大。因此，在保证铸件成形完整的前提下应当尽量降低熔炼温度，缩短浇注前的停留时间。研究表明，铜合金中的一些元素，如Ni、Fe、Mn等对H有很强的亲和力，这些元素的存在提高了合金的含气量。而一些与气体亲和力小的元素，如Al、Sn、Zn、Pb等对合金的含气量没有明显的影响。
（1）铜与H的作用
H在铜中的溶解度随温度升高而增大，凝固时H的溶解度降低，析出H2形成气孔。H含量不高时形成分散的细小针孔，而当H含量很高时，将形成集中的大气泡。
铜液中的H主要来自炉气中的游离氢（水蒸气分解）及碳氢化合物（煤气、重柴油挥发物）。碳氢化合物与铜液相遇很易分解成C及H，析出的H即溶入铜液。
铜液中加入不同元素，对H的溶解度有不同影响。某些合金元素如Sn、Al能减少H在铜中的溶解度，而Ni则增加溶解度。铜液中含P时，将与水蒸气发生反应，形成的H即溶入铜液中。所以P含量高的铜合金易增加H2气孔。含Zn的铜液虽会发生Zn与水蒸气的反应而析出H，但因Zn的蒸气压较大，含Zn化合物也汽化，使H在铜液中的溶解度显著降低。当合金中Zn含量较高时，能完全防止溶氢发生，因而避免了H2气孔的产生。
（2）铜与水蒸气的作用
水蒸气不能直接溶入铜液中，但在熔化状态下，水蒸气能与铜液发生如下反应：
反应生成的Cu2O溶入铜液，而H以原子态[H]溶入铜液。
3.吸杂性
在熔炼过程中，铜合金熔体直接与熔炼工具以及熔剂直接接触，因此很容易吸收夹杂。选择酸性炉衬熔炉熔炼各种铜合金，合金的Si含量增加；利用含S的煤气或者重柴油燃料熔炼铜合金，则会明显提高铜合金中S的含量；木炭和米糠在熔炼时常作为覆盖剂使用，它们会增加铜合金的C含量和P含量。而这些杂质的存在使得材料的化学成分变差，降低材料的使用性能。
铜合金在熔炼过程中所存在的上述特点都会降低熔炼质量，应采取适当的措施尽量将损失降至最低。
反应生成的Cu2O溶入铜液，而H以原子态[H]溶入铜液。
3.吸杂性
在熔炼过程中，铜合金熔体直接与熔炼工具以及熔剂直接接触，因此很容易吸收夹杂。选择酸性炉衬熔炉熔炼各种铜合金，合金的Si含量增加；利用含S的煤气或者重柴油燃料熔炼铜合金，则会明显提高铜合金中S的含量；木炭和米糠在熔炼时常作为覆盖剂使用，它们会增加铜合金的C含量和P含量。而这些杂质的存在使得材料的化学成分变差，降低材料的使用性能。
铜合金在熔炼过程中所存在的上述特点都会降低熔炼质量，应采取适当的措施尽量将损失降至最低。
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2023-06-22
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2023-06-22
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2023-06-22
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2023-06-22
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2023-06-24
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2023-06-22
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2023-06-22
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