实验一 铝合金的熔炼工艺
实验一铝合金的熔炼工艺
一实验目的
掌握铝合金熔化的基本原理，并应用在熔化的实践中。熔炼是使金属合金化的一种方法，它是采用加热的方式改变金属物态，使基体金属和合金化组元按要求的配比熔制成成分均匀的熔体，并使其满足内部纯洁度，铸造温度和其他特定条件的一种工艺过程。
熔体的质量对铝材的加工性能和最终使用性能产生决定性的影响，如果熔体质量先天不足，将给制品的使用带来潜在的危险。因此，熔炼又是对加工制品的质量起支配作用的一道关键工序。而铸造是一种使液态金属冷凝成型的方法，它是将符合铸造的液态金属通过一系列浇注工具浇入到具有一定形状的铸模（结晶器）中，使液态金属在重力场或外力场（如电磁力、离心力、振动惯性力、压力等）的作用下充满铸模型腔，冷却并凝固成具有铸模型腔形状的铸锭或铸件的工艺过程。
二实验内容
铝铜合金的熔炼工艺流程见图1
图1 铝铜合金的熔炼工艺流程图
1.合金表面处理
将铝合金表面用稀酸+水处理，清楚表皮的油污和氧化膜，必要时用砂纸打磨。清除完后擦干，以备实验。
2.坩埚涂覆
坩埚及浇注工具的涂料见表1。
表1 坩埚和工具用涂料
采用70~80℃水温熔化氧化锌，搅拌均匀后用刷子均匀涂到预热的坩埚表面。浇注温度为
700~750℃，将70~80%的铝及分批将剩余配方组份加入熔炉，并充分搅拌，至全部熔化。
三实验要求
严格控制熔化工艺参数和规程
1. 熔炼温度
熔炼温度愈高，合金化程度愈完全，但熔体氧化吸氢倾向愈大，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。通常，铝合金的熔炼温度都控制在合金液相线温度以上50～100℃的范围内。从图1的Al-Cu相图可知，Al-5%Cu的液相线温度大致为660～670℃，因此，它的熔炼温度应定在710（720）℃～760（770）℃之间。浇注温度为730℃左右。
图1 铝铜二元状态图
2．熔炼时间
熔炼时间是指从装炉升温开始到熔体出炉为止，炉料以固态和液态形式停留于熔炉中的总时间。熔炼时间越长，则熔炉生产率越低，炉料氧化吸气程度愈严重，铸锭形成粗晶组织和裂纹的倾向性愈大。精炼后的熔体，在炉中停留愈久，则熔体重新污染，成分发生变化，变形处理失效的可能性愈大。因此，作为一条总的原则，在保证完成一系列的工艺操作所必需的时间的前提下，应尽量缩短熔炼时间。
3．合金化元素的加入方式
与铝相比，铜的比重大，熔点虽高（1083℃），但在铝中的溶解度大，溶解热也很大，无需将预热即可溶解，因此，可以以纯金属板的形式在主要炉料熔化后直接加入熔体中，亦可与纯铝一同加入。
4．要注意覆盖
众所周知，铝在高温熔融状态，极易形成Al2O3氧化膜，因此要对铝熔体进行保护。就铝铜合金而言，所用的覆盖剂为：40%KCl+40%NaCl+20%冰晶石（Na3AlF6）的粉状物。它的比重约为2.3g/cm3，熔点约670℃，这种覆盖剂不仅能防止熔体氧化和吸氢，同时还具有排氢效果。这是因为它的熔点比熔体温度低，比重比熔体小，还具有良好的润湿性能，在熔体表面能够形成一层连续的液体覆盖膜，将熔体和炉料隔开，且具有一定的精炼能力，因而，这种覆盖剂具有良好的覆盖、分离、精炼等的综合工艺性能。加入量一般为熔体质量的2～5%。
5. 要注意扒渣
当炉料全部熔化后，在熔体表面会形成一层有溶剂、金属氧化物和其它非金属夹杂物所组成的熔渣。在进行浇注之前，必须将这层渣除掉。其目的是：
（1），防止熔体夹渣；
（2），减少熔体吸气机会（因为熔渣是水蒸气的良好载体）；
（3），加强传热。扒渣时，工具要干净，要预热；操作要平稳不起波浪。
6．金属模要上涂料并加热到300℃左右
四实验装置
1．熔炼炉
2．必要的工具（扒渣棒、抱钳等）
3．铝块
4．铜板
5．天平
6．铁坩埚
7.其它化学试剂
五实验步骤
1．备料：按照Al-5%Cu的质量百分比，用天平称好炉料（按每炉1kg计算）；
2．装料：将铝块和铜板同时加入中频感应炉的坩埚中，然后加入覆盖剂；
3．升温：注意调整电流、电压及功率因子（cos ）；
4．测温：控制在710-770℃之间，用红外测温仪进行；
5．调温：主要是为浇注作准备，熔体温度太低，流动性不佳，不易充满模子，而熔体温度太高，易氧化和形成粗大晶粒；
6．浇注：将熔体倒入预先准备的模子中，待完全凝固后，再脱模。
六．思考题
1.涂料、覆盖剂分别在熔炼过程中起什么作用？
2.简述熔炼的工艺流程。
实验二铝合金金相试样的制备及组织观察
一、实验目的
⒈了解铸造过程对铝合金的组织特征的影响；
⒉熟悉试样的制备过程；
二、实验内容
1. 铝合金铸造金相组织的观察；
2. 实验报告撰写。
三、实验步骤
1. 制样
每一位同学根据名单选取相应工艺的样品，根据《光学技术实验平台》中对于金相样品制备的学习，按照金相样品制备的一般要求进行。磨光过程经历200、400、600、800等四种牌号的水砂纸，然后抛光、腐蚀。
由于铝合金比较软，在样品制备过程中相应地请注意样品与砂纸之间接触时的黏着感，掌握控制样品平衡的技巧。最初向下用力不要过大，有经验后再逐步加大接触的力度。800号砂纸磨光时，在基本完成前，可以水流加大、用力减轻，近似于漂浮在砂纸上，这样，可以减少砂粒嵌入的机会，减轻样品表面内部损伤层的厚度。同时，样品上应当保持一个方向的划痕。
在整个制备过程中，样品的『倒角』一定要始终保持，特别是抛光阶段。
为了保证样品在磨光过程中尽量不出现歪斜，请按照下面示意的实线磨削方向进行磨光操作，避免沿虚线示意的方向进行。
铸锭、固溶处理样品的磨光方向
制样的要点：
A 缩短在砂纸上停留的时间（包括全过程及每次接触）
B 挡水盘距离盘面1cm，请节约用水
C 样品抛光前必须在粗砂纸上修出倒角
D 抛光膏的使用原则是微量、多次；注水少量、恰当
E 抛光时，用力避免过大，应当适中，可以任意方向抛光
腐蚀剂采用HF1.0%、HCl1.5%、HNO32.5%、水95%的混合试剂；腐蚀时间为5分钟左右。注意安全！为了保证腐蚀效果，样品避免放置在腐蚀液中长时间不动，应当每隔20~30秒钟移动、按动（在脱脂棉上），以保证金属面所接触腐蚀液的效力。
样品腐蚀后，经教师检查无误，观察金相组织。
2. 组织观察
图1-2为铸造的正常金相组织图片，为了分析方便，同一样品采集有不同放大倍数的图片：
图1 铸造组织50×图2 铸造组织500×
3. 结果分析
观察图片，分析铸造组织的特点及原因（注意放大倍数的影响）；
四、思考题
1.写出自己制备样品的简要生产工艺过程；
2.根据金相试样的组织特点，分析样品的质量。