熔炼和铸造学习.pptx

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1、第三章熔炼与铸造第1页/共26页一、基本原理熔炼和铸造的定义：熔炼的含义：就是将各种胚锭通过加温重熔的方法，实现由固态向液态转变的同时，进行合金化的过程。在熔炼的过程中，将实现净化除杂的目的。铸造的含义：将符合铸锭要求的金属熔体通过转注工具浇入到具有一定形状的铸模中，使熔体在重力场或外力场的作用下充满模腔，冷却并凝固成型的工艺过程。它不仅要实现外部定型，而且还要实现对内部的微观组织结构的调控。二、铝及其合金的熔炼1、熔炼的传热过程铝的熔点虽然很低（660），但由于熔化潜热（395.56kJ/kg）、固态热容（1.1386kJ/kg.）和液态热容（1.046kJ/kg.）都较高，而铝的黑度是铜铁

2、的1/4，所以铝熔炼耗能大，很难实现理想的热效率。第2页/共26页热的传递方式有三种，传导、对流和辐射。要提高金属的受热量，一方面提高炉温，这对炉体和熔体都不利，另一方面铝的黑度小，故提高辐射传热也是有限的，因此只能着眼于增大对流的传热系数（c）,它与气流速度的关系：c=5.3+3.6v kJ/(m2 h.)V5m/s时 可见提高燃烧的气流速度是有效的。2、合金元素的溶解和蒸发熔炼温度下（700）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）：Ti：0.66，Mo：1.38（760），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4，通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶转变的

3、，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小，蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸发，在熔炼过程中损失较大。第3页/共26页3、熔炼的吸气过程 铝氧反应金属以熔融态或半熔融态暴露于炉气中并与之相互作用时间越长，往往造成金属大量吸气，氧化和形成其它非金属夹杂，其反应分为：吸附、界面反应和熔解（扩散）。Al+O2=Al2O3铝和氧的亲和力很大，高温下强烈氧化生成Al2O3。生成的氧化铝是十分稳定的固态物质，形成致密的氧化膜，连续覆盖于铝

4、的表面，可防止铝的进一步氧化，但过多的Al2O3将成为产生铝锭夹渣的主要原因。温度较低时，生成-Al2O3，此种氧化物密度为3470kg/m3、致密度高，厚度较大，一般厚度10nm，800时可以达到20nm，金属离子难于通过氧化膜。所以铝在大气中700时熔炼24H时，800熔炼8H，如果不破坏原来的氧化膜，熔体不会继续氧化。如果熔体温度达到900时，-Al2O3转变成稳定的六面体晶体-Al2O3，密度为39504100kg/m3，该转变使体积缩小13%，使氧化膜产生收缩裂纹，其连续性遭到破坏，氧化加剧进行。第4页/共26页-Al2O3的外表面是疏松的，存在直径为（50100）10-10m的小孔

5、，易吸附水汽，熔炼温度下-Al2O3表面含有1%2%的水，并且只有完全转变成-Al2O3才完全脱水。所以在熔炼过程中把这样的氧化膜搅入熔体中，水会与铝熔体反应生成H2，所以在熔炼过程中，不要轻易破坏熔体表面的氧化膜。铝液中加入碱金属及碱土金属时，因为其表面活性大，且与氧的亲和力大，附集于表面优先氧化，改变了氧化膜的性质，形成多空孔疏松的氧化膜，使铝液氧化无法控制。如铝熔体中镁含量大于1.5%时，表面膜已全由多孔疏松的氧化镁构成。此时加入少量的Be(0.030.07%Be),可提高氧化膜的致密度，因铍为活性物质，原子体积小，扩散快，渗透入MgO膜的疏松孔洞中，形成致密的BeO阻止进一步氧化。氧化

6、膜的作用可如下：a防止熔体的进一步氧化b防止易挥发性合金元素的挥发c防止熔体与水蒸气反应使熔体吸氢但是在排气时氧化膜也会妨碍H2的排出。第5页/共26页 铝水气反应低于250时，铝和空气中的水蒸气接触发生下列反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2Al(OH)3是一种白色粉末，没有防氧化的作用且易吸潮，称为“铝锈”。高于400时，发生如下反应：2Al+3H2OAl2O3+6H生成的游离态的H，极易熔解于铝液中，它是铝吸氢的主要途径。高温下Al(OH)3在炉内分解成H2O，又与Al反应生成H，所以，铝锭和废料长期露天放置，是造成熔体含氢多的主要原因。H极易溶解于铝中，是因为此反应中产生的

7、氢原子的分压力远比氢分子离解时的分压力大。扩散的过程，就是气体原子从浓度较高的金属表面向浓度较低的金属内部运动的过程，使浓度差趋于平衡。727时正常情况下大气中的水分压保持在1333.2Pa，在金属与气体反应界面处，氢的平衡分压可达到0.90*1010Mpa，此时氢在熔体中的含量可达到3.24*105cm3/100gAl。气体在熔体中的存在形式：以气体夹杂或气泡形态；以固态化合物形式存在；以液态或固态溶液，即以原子或离子形态分布于金属原子间或晶格中。第6页/共26页在熔炼过程中，气泡、固态化合物和吸附在金属表面的气体，在金属中以独立的相存在，所以容易被除去。而溶于金属中构成均匀固熔体的气体就较

8、难于除去。熔体吸气可分成：吸附、离解和扩散三个阶段吸附阶段：（物理吸附）由于金属表面原子受力不均，处于不平衡状态，而形成一个力场，气体分子碰到该金属表面时，受力场作用被吸附在金属表面（温度较低、压力较大，有利于物理吸附），吸附的气体层仍处于稳定的分子状态，故不能被金属吸收。离解阶段：（化学吸附）一些气体（H2、O2、N2、H2O气、CO2）等与金属原子之间有一定的亲和力，使它们在金属表面离解为原子，然后以原子状态吸附在金属表面，这种吸附称为化学吸附。惰性气体与金属原子之间没有亲和力，只能进行物理吸附，而没有化学吸附。铝熔体中的氢不是来源于空气中的H2，而是来源于H2O气。试验证明：在纯净的H2

9、下熔炼，同样可以获得没有气孔、组织致密的铸态。因为分子态H2不熔于铝，只有原子态的H才熔于铝中。第7页/共26页化学吸附能力取决于气体原子与金属原子之间的亲和力，其吸附速度，因温度上升而加快，至一定温度达到最大值，进一步升温反而减小。化学吸附不是化学过程，不产生新相，但能促进化学反应，化学吸附与气体溶解于金属中也有不同，前者的浓度比该气体的熔解浓度大的多。扩散阶段：浓度差越大，气体压力越高，温度越高，扩散速度愈快。扩散过程就是气体原子从浓度较高的金属表面向气体浓度较低的金属内部运动的过程，使浓度差趋于平衡。在金属中的氢是以离子和原子两种状态存在。铝中的非金属夹杂金属中的非金属化合物若以较大颗粒

10、独立相存在于金属中并对金属及制品产生影响，这些化合物被称为非金属夹杂物。在铝中存在的非金属夹杂有：氧化物是合金在熔解和转注过程中，铝与炉气中的氧或水气作用生成的MgO、Al2O3、SiO2、Al2O3MgO（尖晶石）残余的细化剂Al-Ti-B中间合金的粗大Ti-B粒子。在熔体净化时产生的氯化物（主要是MgCl2）及氮化物和碳化物。耐火砖碎片，脱落的流槽和工具上的保护涂料。最多是MgO、Al2O3、Al2MgO4，形态以薄片为主。第8页/共26页三、熔体的净化过程有色金属及其合金熔体在熔炼过程中存在气体、各种非金属夹杂物等，影响金属的纯洁度，往往会使铸锭产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷，影响铸锭

11、的加工性能及制品的强度、塑性、抗蚀性、阳极氧化性和外观质量。所谓的净化，即是利用物理化学原理和相应的工艺措施，除掉液态金属中的气体、夹杂和有害元素以便获得纯净金属熔体的工艺方法。熔体净化包括传统的炉内精炼和后来发展的炉外净化过程。一般来说，铝熔体含氢量应控制在0.150.20ml/100g.Al以下，对于一些特殊要求的应控制在0.10ml/100g.Al以下。氢气在熔体中的熔解量与温度的关系如下：温度/3004005006006607007508008509001000熔解量ml/100gAl固态液态0.0010.0050.0110.0240.0340.650.861.151.562.012.

12、413.9第9页/共26页3.1熔炼的脱气原理3.1.1利用分压差脱气原理利用气体分压对其溶解度的影响的原理，控制体系中氢的分压，造成熔体中气体与外界的气体存在很大的分压差，这样就产生较大的脱气驱动力，使氢气很快排除。如向熔体中通入纯净的惰性气体，或将熔体置于真空中，因为惰性气泡和真空中氢的分压为0，而熔体中氢的分压PH20,在熔体与惰性气泡和熔体与真空之间，存在较大的分压差，这样熔体中的氢就会很快向气泡或真空中扩散，进入气泡或真空中，复合成分子状态排出。通氮气时的温度最好控制在710720，以免高温下氮和铝液反应生成氮化铝。镁和氮易生成氮化镁，因此铝-镁合金不宜使用氮气精炼。3.1.2预凝固

13、脱气原理气体在铝熔体中的溶解度随温度的降低而减小，特别是在熔点温度时变化最大。让熔体缓慢冷却直到凝固，使熔体中的大部分气体自行扩散排出。然后再快速重熔，即可获得气体含量较低的熔体。熔体在急速冷却的情况下，凝固速度很快，以致气体来不及析出，气体以过饱和固熔状态熔于固体内，也可以避免气泡的产生。第10页/共26页3.1.3振动脱气原理金属熔体在振动状态下，液体分子在极高频率的振动下发生移位运动，造成一部分分子与另一部分分子之间运动不和谐，所以在液体内部产生无数显微空穴即所谓的“空化”作用。这些空穴都是真空的，金属中气体很容易扩散到这些空穴中去，结合成分子状态,形成气泡而上升逸出。3.1.4真空脱气

14、原理真空脱气又分为静态真空和动态真空两种方法。静态真空是在炉体密封的情况下将其抽成真空，熔体中的氢聚合成氢气向真空中散逸，静态真空必须除去溶体表面的氧化膜，氢气才能顺利通过表面逸出。静态真空表面脱气快，但深层脱气不理想，所以可以对熔体施加电磁搅拌，提高深层脱气速度。动态真空是通过虹吸的方法从一个炉子往另一个已经抽成一定真空（1.3*103Pa）炉子喷射（喷射速度115.T/min）熔体，熔体形成细小的液滴，这样熔体与真空的接触面积增大并且不受氧化膜的阻碍，气体得以迅速析出。与此同时钠被蒸发烧掉，氧化夹杂聚集在熔体表面。处理后的熔体中的气体含量低于0.12ml/100gAl。氧含量低于6ppm，

15、钠含量也可降低2ppm。第11页/共26页3.2熔炼的除渣原理3.2.1澄清除渣原理利用金属氧化物与金属本身之间的密度差异，在一定的过热（减小粘度）条件下，熔体中的悬混氧化物渣可以和金属分离。3.2.2吸附除渣原理吸附净化，是指进化介质（惰性气体和熔剂）在熔体中和氧化物夹渣相遇时，夹杂被净化介质吸附在表面，改变其物理性质，随净化介质一起与金属熔体分离开而被除去。3.2.3熔解除渣原理多数铝合金除渣剂中都含有一定的冰晶石（Na3AlF6）,冰晶石的化学分子结构和某些性质与氧化铝（Al2O3）相似，它们在一定温度下相互熔解，改变了氧化铝的比重、大小和形态，使氧化铝易于从铝液中分离。3.2.4过滤除

16、渣原理熔体在经过过滤介质时，受到介质的机械阻挡作用、摩擦作用及布朗扩散作用、范德华吸附力和静电力等，使杂质沉积和堵滞于过滤介质中而使熔体净化。第12页/共26页铝及铝合金净化处理可分为吸附净化和非吸附净化。具体包括：炉内处理：a惰性气体吹洗法b活性气体吹洗法c混合气体吹洗法d气体溶剂混合吹洗法e静态真空处理f动态真空处理其中：e、f为非吸附净化常用的溶剂中都含有C2Cl6。C2Cl6为白色晶体，密度为2091kg/m3。C2Cl6与铝熔体反应生成C2Cl4和Cl2。其分别和铝熔体继续反应生成AlCl3、HCl等。C2Cl6的升华温度为185.5，C2Cl4的沸点为121，不熔于铝。工业通用的溶

17、剂是各种碱金属的氯盐和氟盐的混合物。他的净化作用主要是通过其吸附和熔解氧化夹杂的能力。氯化钾和氯化钠盐等的混合物，对氧化铝有极强的润湿和吸附能力。氧化铝特别是悬混于熔体中氧化铝碎片，被具有凝聚性和润湿性的溶剂吸附包围后，便改变了氧化物的性质、密度及形态，通过上浮很快被除去。加入少量的氟盐（NaF、Na3AlF6、CaF2）增加熔融金属与杂质之间的表面张力，提高了溶剂的分离性，防止产生溶剂夹杂。第13页/共26页气体溶剂混合法中的惰性气体常含有一定量的氧和水分，这种气体吹洗熔体，在吹入的气泡表面会形成很薄但很致密的氧化膜，往往覆盖全部气泡表面阻碍从熔体中析出的氢进入气泡。如在氩气中含氧为12%（

18、体积）时，其净化效果趋于零。在净化气体中加入少量熔剂后，夹带熔剂的气泡进入熔体后，粉状熔剂熔化，以熔体溶剂膜的形式包裹气泡表面，熔剂膜将气泡表面的氧化膜溶解，吸附，使其瓦解。这时氢从熔体中经溶剂膜扩散进入到气泡中，要比经过氧化膜的速度快的多，同时也防止了熔体与净化气体中的水分直接接触。有实验显示：往装有10Kg熔体的坩埚中分别用气体溶剂混合吹洗法和高氮吹洗净化的结果比较：净化前含氢量为：0.41cm3/100gAl；用高纯氮吹洗后含氢量为0.29cm3/100gAl，用氮-熔剂吹洗后含氢量为0.06cm3/100gAl。不仅如此，由于溶剂膜提高了气泡表面活性，加强了吸附除杂的能力，除杂效果也显

19、著提高。第14页/共26页炉外连续处理（InLine处理）从熔炼炉放出的熔体在铸造成型之前进行的连续净化处理，也称为熔体的在线处理或联机处理。因炉内处理不仅除渣效果不良，而且熔体转注过程中又有二次污染。炉外连续处理的方法有：玻璃丝布过滤法、陶瓷管过滤法、泡沫陶瓷过滤法、SNIF在线处理法、ALPUR法、MINT法、GBF法。下面简要介绍一下：陶瓷管过滤法：使用外径100mm，内径60mm长度500900mm的刚玉微孔陶瓷（氧化铝和低硅玻璃结合）过滤。日本使用的是碳化硅和氮化硅结合材料。铝液从陶瓷过滤管外表面向管内渗透流出，当熔体通过陶瓷管壁大小不等曲折的微孔时，熔体中的杂质被阻滞、沉降以及受介

20、质表面对杂质产生的吸附和范得华力作用，将熔体中的杂质颗粒除掉。过滤精度为：20目陶瓷管能滤除5m的夹杂颗粒，16目的可滤除810m的杂质颗粒。陶瓷管的寿命：一般通过量可达到300600t.SNIF法：净化气体经旋转喷咀喷出后，被高速旋转的叶轮打碎成无数细小气泡均匀分布于熔体中，扩大了气液接触面积。微小气泡在熔体中旋转上升，有效延长了气泡在熔体中的停留时间。同时旋转喷咀的强烈搅拌作用在气液两相间加速气液介面的更新，改善了传质条件，强化了扩散过程，使小气泡能充分发挥其净化作用。第15页/共26页ALPUR法：在设计上除了考虑打散气泡外，还利用搅动熔体产生离心力，使熔体进入喷咀内与水平喷出的气体均匀

21、混合形成气-液流喷出。增加了接触面积和接触时间。GBF法：采用特殊设计旋转喷咀，高速（700r/min）旋转，产生直径14mm的超细气泡均匀分布于整个熔体中，获得良好的除气除渣效果。但用气量却很少，只相当于其它净化喷咀耗气量的1/21/3。其净化室采用SiC-Si3N4材料，具有不粘铝、耐磨性、耐腐蚀、耐磨损的优点。处理室上部有阻尼装置，处理时液面平稳，氧化损失小，渣量少。第16页/共26页4.1液体金属流动与凝固传热4.1.1液体金属的流动4.1.1.1液体金属的对流液体金属的对流可分为三种：浇注时流柱冲击引起的动量对流；金属液内温度和浓度不均匀引起的自然对流；电磁场或机械搅拌及振动引起的强

22、制对流。动量对流强烈时，易卷入大量气体，增加金属的二次氧化，不利于夹渣的上浮。4.1.1.2枝晶间液体金属的流动铸锭凝固时，在凝固区（固液两相共存区）内，枝晶间的液体金属仍能流动，其驱动力为液体体收缩、凝固体收缩，枝晶间相通的液体静压力及析出的气体压力等。4.1.1.3对流对结晶过程的影响金属的对流能引起金属液冲刷模壁和固液界面，造成温度起伏，导致枝晶脱落和游离，促进成分均匀化和传热。影响铸锭的结晶过程和及其组织的形成。四、铝合金的结晶原理及其铸造成型第17页/共26页对流造成的温度起伏，可以促使枝晶熔断。在对流的作用下，熔断的枝晶将脱离模壁或凝壳，并被卷入铸锭中部的液体内，如它们来不及完全重

23、熔，则残留部分可作为晶核长大成等轴晶。对流的冲刷作用也可以促进枝晶脱落。因为铸锭在凝固过程中，由于溶质的偏析，枝晶根部产生缩颈，此处在对流的冲刷作用下容易断开，从而出现枝晶的游离过程。晶体的游离有利于金属液内部晶核的增殖，因而有利于等轴晶的形成。4.1.2铸锭的凝固传热铸锭在结晶器内的一次冷却，仅导出总热量的1520%，其余热量主要由二次冷却来导出。一次冷却的作用是使铸锭成型，并且有足够厚的凝壳，能抵抗金属液的静压力，铸锭与结晶器之间的摩擦力和凝固收缩力，使铸锭不致变形或开裂。二次冷却的作用是保证热量主要沿轴向导出，促进轴向凝固，使液穴浅平，以获得致密的铸锭组织。二次冷却强度越大，液穴越浅平，

24、越有利于轴向凝固，铸锭组织越致密。第18页/共26页4.2铸锭晶粒组织及其细化4.2.1铸锭正常晶粒组织铸锭的晶粒组织常由三个区域组成：表面细等轴晶区（又称激冷晶区），柱状晶区和中心等轴晶区。表面细等轴晶区的形成：当过热金属浇入铸模时，与模壁接触的一层液体受到强烈的激冷，产生极大的过冷，并由于模壁的形核的作用，因而在模壁附近的过冷液体中大量生核，并同时生长成枝状细等轴晶。液体的金属对流对表面细等轴晶区的形成有着决定性的影响。浇注时流柱引起的动量对流，液体内外温差引起的热对流，以及由对流引起的温度起伏，均可促使模壁上形成的晶粒脱落和游离，增加凝固区内的晶核数目，因而形成了表面的细等轴晶区。但是，

25、如果无对流，即使有强烈的激冷，也不一定形成表面细等轴晶区。因为激冷而无对流，模壁上迅速形成稳定的凝壳，晶粒难于脱离模壁，无晶核增殖作用，故不形成表面细等轴晶区。表面细等轴区的宽窄与浇注工艺、模温及模壁的导热能力、合金成分等因素有关。如浇温高、显热的散失使模温迅速升高，形成稳定的晶核数目相应减少，脱离模壁的晶粒少或易于被完全重溶，因而表面等轴晶区窄。但当模壁激冷作用过强时，细等轴晶区也变窄甚至消失。合金中元素含量较高时，晶粒或枝晶根部易形成缩颈而游离，细等轴晶区就变宽。第19页/共26页柱状晶区的形成：在表面细等轴晶区内，生长方向与散热方向平行的晶粒优先长大，而与散热方向不平行的晶粒则被压抑。这

26、种竞争的生长的结果，使愈往铸锭内部的晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并相互接触而形成柱状晶区。柱状晶区是在单向导热及顺序凝固的条件下形成的。此时固/液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易于被完全熔化。凡能阻止晶体脱离模壁和在固/液界面前沿形核的因素，均有利于扩大柱状晶区。如模壁导热性好，激冷作用强，易形成稳定的凝壳，则柱状晶发达。合金化程度低，溶质偏析系数小，成分过冷弱，晶粒或枝晶根部不易形成缩颈而被熔断，也较容易获得柱状晶。提高浇温，游离晶重熔的可能性增大，故有利于扩大柱状晶区。但浇温提高延长了形成稳定凝壳的时间，温度起伏大，故也有利于等轴晶区的形成。所以，随浇注温度的

27、提高，柱状晶区变宽，等轴晶粗大。合金凝固时，由于溶质偏析产生成分过冷，促使晶体根部缩颈脱落，使固/液界面前沿晶核增殖，不利于获得柱状晶，故随合金含量提高，柱状晶区变窄。但是，合金凝固时，如在固/液界面前沿能始终保持较大的温度梯度，则柱状晶区可延伸至铸锭中心，直至与对面延伸过来的柱状晶相遇时为止。柱状晶组织对铸锭性能影响很大，在柱状晶区交接处，往往存在着低熔点共晶组织和夹杂物、气孔和疏松等，可能出现晶间裂纹，是铸锭脆弱的地方。铸锭承受热加工时，易于沿此处开裂。第20页/共26页中心等轴晶区的形成：凝固初期在模壁附近形成的晶体，由于其比重大于或小于液体比重，也会产生对流，晶体被卷入铸锭中心，然后长

28、大成等轴晶。枝晶长大过程中，在其周围会形成溶质偏析层，因而抑制枝晶生长；由于此偏析层很薄，枝晶一旦穿透该偏析层，就会迅速生长变粗，在偏析层内流下缩颈。这种带缩颈的枝晶，在对流的作用下易被熔断，其碎块游离至铸锭中心，在温度较低的情况下，长成为中心等轴晶。形成中心等轴晶区的主要原因是由于溶质偏析产生成分过冷，阻碍了晶体迅速形成稳定的凝壳，并使晶粒或枝晶根部形成缩颈，在对流的作用下，根部带缩颈的晶粒或枝晶脱离模壁或凝壳，游离到铸锭中心起晶核增殖作用所致。4.2.2晶粒细化技术增大冷却强度加强金属液流动变质处理（Modification）a、变质剂的非均质晶核作用：作为非均质晶核，要求变质剂或其与基体

29、金属反应产物BnMm与细化相有界面共格性，二者点阵错配度5%。b、变质剂的偏析和吸附作用：促进晶体游离和晶核增殖；降低界面能，促进生核；阻碍晶体生长。第21页/共26页4.3等水平热顶铸造等水平热顶铸造是在结晶器上部使用热帽和保温套，使处于这部分的熔体不经过结晶器壁导热，稳定在液相线温度以上，熔体将不发生结晶过程，这有利于降低熔体的浇铸温度，减少熔体的含气量，改善铸态组织。在结晶器中衬有高纯石墨套，对结晶器起定型和定径的作用。并对成型中铸锭表面起着良好的润滑作用。结晶器大大缩短了有效的结晶区间，使液穴更加平坦，使铸锭的同一截面上金属冷却温度更加均匀，从而使铸锭的外层偏析层更薄。挤压过程中偏析层

30、可以留在压余中，不会流到型材表面，改善了阳极氧化后型材的表面质量。另外，由于冷却强度大，过冷度高，形核容易，整个横截面形成细小均匀的等轴晶粒。亚晶粒尺寸更加细小，从而细化了第二相（Mg2Si及AlFeSi）,有利于均匀化或挤压前加热加速第二相的熔解和转变（片状球状）。同时用一个统一分流盘将各个热顶结晶器连接起来，使个结晶器都与分流盘中的金属液面处于同一水平高度，并受其控制，整个熔体转注过程全为同一水平，构成一个大液面，不存在任何落差，且在保温密闭下进行。第22页/共26页热顶铸造的特点：液穴中的熔体只有少量经结晶器导热而强烈的受到二次水直接冷却，加上有效结晶区短，消除了由于铸锭冷收缩而与结晶器

31、间形成空气隙的不良作用，低熔点共晶体不会由于气隙区铸锭凝壳温度回升而被再次熔化渗出表面，产生偏析浮出物及表面的各种缺陷。由于一次和二次冷却衔接紧密，因此用不大的水压就可以得到较大的冷却速度，铸造速度有所提高。由于结晶器的上部保温性能良好，所以熔体温度可比传统DC法低10左右。晶粒结构细小均匀，成分偏析较小，强度和延伸率都有所提高。第23页/共26页4.4铝棒的均质处理铝合金熔体在非平衡条件下凝固时，首先结晶的固相和随后析出的固相成分就来不及扩散均匀，使结晶组织形成晶内及晶界偏析，由于枝晶网胞间及晶界上非平衡相较脆，加工性能不良，所以需实行均质处理措施。非平衡结晶使晶粒间存在铸造应力，引起成分不

32、均。这种状态在热力学上不稳定，有加热提高原子热扩散能力，转化成平衡状态。均匀化退火，主要的组织变化是枝晶偏析消除，非平衡相溶解和过饱和过度元素相沉淀，溶质浓度均匀化，过均匀化退火时，不熔的过剩相也发生聚集球化。保温慢冷时，高温下熔入固熔体的溶质，将按溶解度随温降而减小的规律，在晶粒内部较均匀地沉淀析出。通常采用的均质温度为0.90.95Tm，其中Tm表示非平衡固相线温度。有时，在低于非平衡固相线温度进行均匀化退火难以达到组织均匀的目的，即使能达到也往往需要极长的保温时间，因此实现在非平衡固相线温度以上但在平衡固相线温度以下的退火工艺，称为高温均匀化退火。高温均匀化退火时，非平衡共晶在开始阶段熔

33、化，但保温相当长时间后，液相消失，溶质元素进入固熔体中，在原来生成液相的部位（晶间及枝晶网胞间）留下显微孔穴，若铸锭氢含量不超过一定值或不产生晶间氧化，则这些显微缺陷可以修复。第24页/共26页工厂现行均质处理系统：使用铝棒加热炉代替。其存在的不足：粗大的Mg2Si晶体在温度不够高，时间不够长的加热条件下，不会充分固熔，难达到足够大的过饱和固熔体，时效强化作用不强；不熔于（Al）基体的粗大（FeMn）3Si2Al15会使挤压加工性能恶化；成分及组织的不均匀性将在过程中一直保留。如6063在560保持4h以上，Mg2Si和（Al）基体形成的共晶熔点是595，若达到此温度，将产生过烧现象。在挤压时

34、，由于各种情况导致的局部温升可达60，因此铝棒加热不能超过520；再者，为了连续作业，铝棒在炉内的保温时间不可能太长。6063均质温度550-570，时间为48小时。然后在强制的风冷的情况下迅速冷却到100以下，成为过饱和度很大的固熔体。在随后的挤压前加热时虽然有若干Mg2Si强化相析出，但不再是原生的粗大晶体，在由于塑性变热和外摩擦热而升高的出模温度又重熔到（Al）基体中，并在挤压后的风淬条件下成为过饱和很大的固熔体。经过随后的时效处理，Mg2Si强化相呈高度弥散的析出，使晶格发生强烈的歪扭（晶格畸变），对滑移变形具有很大的阻力（位错能），强化作用十分明显。不熔于（Al）基体的粗大而形状不规则的（FeMn）3Si2Al15相在均质炉内球化，挤压过程顺利进行，获得良好的表面质量。铸锭组织与成分的不均匀性亦由于原子在高温长时间的作用下扩散均匀，挤型产品最终性能均匀稳定。第25页/共26页感谢观看！感谢观看！第26页/共26页