铝合金的精炼方法有哪些

在纯铝中加入一些金属或非金属元素所熔制的铝合金是一种新型的合金材料，由于其比重小，比强度高，具有良好的综合性能，因此被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器具制造等方面。随着国民经济的发展以及经济一体化进程的推进，其生产量和耗用量大有超过钢铁之势。加强对铝合金材料性能的研究，保证铝合金铸件具有优良品质，既是我们每一个科技工作者义不容辞的责任，也是同我们的日常生活息息相关的头等大事。本文结合作者铝合金铸件生产实践经验谈谈铝合金铸件气孔与预防问题。

1．气孔类别

由于铝合金具有严重的氧化和吸气倾向，熔炼过程中又直接与炉气或外界大气相接触，因此，如熔炼过程中控制稍许不当，铝合金就很容易吸收气体而形成气孔，最常见的是针孔。针孔（gas porosity/pin-hole），通常是指铸件中小于1mm的析出性气孔，多呈圆形，不均匀分布在铸件整个断面上，特别是在铸件的厚大断面和冷却速度较小的部位。根据铝合金析出性气孔的分布和形状特征，针孔又可以分为三类①，即：

(1) 点状针孔：在低倍组织中针孔呈圆点状，针孔轮廓清晰且互不连续，能数出每平方厘米面积上针孔的数目，并能测得出其直径。这种针孔容易与缩孔、缩松等予以区别开来。

(2) 网状针孔： 在低倍组织中针孔密集相连成网状，有少数较大的孔洞，不便清查单位面积上针孔的数目，也难以测出针孔的直径大小。

(3) 综合性气孔：它是点状针孔和网状针孔的中间型，从低倍组织上看，大针孔较多，但不是圆点状，而呈多角形。

铝合金生产实践证明，铝合金因吸气而形成气孔的主要气体成分是氢气，并且其出现无一定的规律可循，往往是一个炉次的全部或多数铸件均存在有针孔现象；材料也不例外，各种成分的铝合金都容易产生针孔。

2． 针孔的形成

铝合金在熔炼和浇注时，能吸收大量的氢气，冷却时则因溶解度的下降而不断析出。有的资料介绍②，铝合金中溶解的较多的氢，其溶解度随合金液温度的升高而增大，随温度的下降而减少，由液态转变成固态时，氢在铝合金中的溶解度下降19倍。（氢在纯铝中的溶解度与温度的关系见图1③）。因此铝合金液在冷却的凝固过程中，氢的某一时刻，氢的含量超过了其溶解度即以气泡的形式析出。因过饱和的氢析出而形成的氢气泡，来不及上浮排出的，就在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即平常我们所说的针孔（gas porosity）。在氢气泡形成前达到的过饱和度是氢气泡形核的数目的函数，而氧化物和其他夹杂物则在起气泡核心的作用。

在一般生产条件下，特别是在厚大的砂型铸件中很难避免针孔的产生。在相对湿度大的气氛中溶炼和浇注铝合金，铸件中的针孔尤其严重。这就是我们在生产中常常有人纳闷干燥的季节总比多雨潮湿的时节铝合金铸件针孔缺陷少些的原因。

一般说来，对铝合金而言，如果结晶温度范围较大，则产生网状针孔的机率也就大得多③。这是因为在一般铸造生产条件下，铸件具有宽的凝固温度范围，使铝合金容易形成发达的树枝状结晶。在凝固后期，树枝状结晶间隙部分的残留铝液可能相互隔绝，分别存在于近似封闭的小小空间之中，由于它们受到外界大气压力和合金液体的静压作用较小，当残留铝液进一步冷却收缩时能形成一定程度的真空（即补缩通道被阻塞），从而使合金中过饱和的氢气析出而形成针孔。

3． 形成气孔的氢气的来源与析出

铝合金中气孔的产生，是由于铝合金吸气而形成的，但气体分子状态的气体一般不能溶解于合金液中，只有当气体分子分解为活性原子时，才有可能溶解。合金液中气体能溶解的数量多少，不仅与分子是否容易分解为活性原子有关，还直接与气体原子类别有关。在铝合金熔炼过程中，通常接触的炉气有：氢气、氧气、水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等，这些气体主要是由燃料燃烧后产生的，而耐火材料、金属炉料及熔剂、与气体接触的工具等也可以带入一定量的气体，如新砌的炉衬、炉子的耐火材料、坩埚等，通常需要使用几天或几周的时间，其化学结合的氢才能充分从粘结剂中释放出来。一般而言，炉气成分是由燃料种类以及空气量来决定的。普通焦炭坩埚炉，炉气成分主要为二氧化碳、二氧化硫和氮气；煤气、重油坩埚炉主要为水蒸气、氮气；而对目前大多数熔炼厂家使用的电炉熔炼来说，炉气成分主要是氢气。因此，采用不同的熔炼炉熔炼时，铝合金的吸气量和产生气孔的程度是不同的。

铝合金生产实践证明，氢是唯一能大量溶解于铝或铝合金中的气体，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。在铸件凝固过程中由于氢的析出而产生的孔隙，不仅减少了铸件的实际截面积而且是裂纹源。惰性气体不能溶于铝或铝合金，其他气体一般与铝或铝合金反应形成铝的化合物，如Al2O3、AlCl3、AlN、Al4C3等等。由图1可知，氢在液态铝或铝合金中的溶液解度很大，而几乎不溶解于固态铝（在室温条件下，其溶解度约在0.003﹪以下）。

在铝合金熔炼时，周围空气中的氢气含量并不多，氢的最通常的来源是铝和水蒸气的反应，而水蒸气主要来源于炉气中的水分、设备及工具吸附的水分、一些材料的结晶水与铝锈Al(OH)2分解出来的水分等，其反应式如下：

3H2O(水蒸气)+2Al=Al2O3+6[H](1)

含镁铝合金由于还发生下列反应，更容易吸收氢：

H2O(水蒸气)+ Mg=MgO+2[H](2)

另外，金属炉料或回炉料带入的油污、有机物、盐类熔剂等与铝液反应也能生成氢：

4mAl+3CmHn=mAl4C3+3n[H] (3)

镁、钠、锂可以改变铝的表面的氧化膜，使活性氢原子容易进入；金属氟和铍则能在铝的表面形成更致密的氧化膜，降低氢向铝液或铝合金中扩散的速度，对铝合金起到保护作用。形成氢化物的元素，如钙、钛、锂、铯等金属均能强烈地扩大氢在铝液中的溶解度。不同温度下活性氢原子在铝液或铝合金中的溶解度见表1。

4．气孔对铝合金铸件性能的影响

针孔对铝合金性能的影响主要表现在能使铸件组织致密度降低，力学性能下降。为此，在铝合金铸件生产实践中，加强对气孔等级对力学性能的影响研究，通过控制针孔等级来保证铝合金铸件品质是非常重要的。针孔等级评定，低倍检验按GB10851-89进行，当有争议时按表2规定执行；X射线照相按GB11346-89铝合金铸件针孔分级标准执行，该标准选用目前工业生产中常用的两种合金ZL101（Al-Si-Mg系）和ZL201（Al-Cu-Mn系）, 并在T4状态测定бb和σ5的试验结果表明（ZL101T4、ZL201ST4各种针孔试样的力学性能分别见表3、表4）：铸件力学性能与针孔等级之间是线性相关关系，随着针孔等级级别增加，力学性能逐步下降；针孔等级每增加一级，力学性бb下降3%左右，σ5下降 5%左右。对铝合金铸件切取性能试样要求，铸件允许存在的针孔级别详见GB9438-8

这里应当指出的是，由于铸件壁厚效应的影响，即使针孔严重程度相同，壁厚大的部位力学性能下降，壁厚小的则较高。由于铸件的力学性能取决于多种因素，不仅与针孔等级有关，还与合金的化学成分的波动、铸 件的凝固速度、热处理效果、其他缺陷的存在因素有关，所以同一级别的针孔试样，力学性能将在一个相当大的范围内波动。

5． 铝合金铸件针孔形成的主要因素

综上所述，针孔是铝合金铸件中容易出现的且对铸件品质造成一定影响的一种铸造缺陷，氢是造成针孔的主要原因（有的资料介绍，铝液中所溶解的气体中80%-90%是氢），而氢的主要来源是水蒸气分解所产生的。因此，铝合金在熔炼过程中造成水蒸气产生的原因，也就是直接影响针孔形成的主要因素。影响针孔形成的主要因素有：

5.1 原材料、辅助材料的影响

在铝合金熔炼浇注过程中，所使用的原材料、辅助材料、一些材料中的结晶水和铝锈AL（OH）2分解会产生水分，造型材料中有多种有机和无机辅料带有的水分，铸型材料中的辅料、涂料等因为预热不良含有的水分等等，在铝合金熔炼浇注时，会因水蒸气的分解而产生大量的气体，这些气体都有可能导致铸件产生气孔。涂料中粘结剂，虽然可以增加涂层厚度，但也相应增大了发气量。

5.2 熔炼设备及工具的影响

不同熔炼设备熔化铝合金时，铝合金的吸气量和形成气孔的程度是不同的。新坩埚及有锈蚀、污物的旧坩埚，使用前应吹砂或用其他方法清除干净，并加热至700℃-800℃，保温2h-4 h，以去除坩埚所吸附的水分和其它化学物质，否则会因含有水分而在熔炼浇注时产生水蒸气而导致形成气孔。新砌的炉子，通常也需要使用几天或几周的时间进行烘炉干燥处理，否则耐火材料中含有的水分及化学结合的氢就无法释放而导致熔炼时形成气孔。

熔炼用的工具如浇包、除气用的钟罩等，使用前应将表面残余的金属、氧化皮等污物清除干净；铝镁合金使用的工具，使用前则要求放在光卤石等熔剂中洗涤干净。然后涂上防护涂料并进行预热烘干。如果预热不良，表面吸咐的水分，会在熔炼浇注过程因加热形成水蒸气而产生大量的气体，导致铸件针孔的形成。

5.3 气候的影响

一般情况下，周围空气中的氢气含量并不多，但空气中如果相对湿度大，则会增加合金液中气体的溶解度，形成季节性气孔，如在雨季，由于空气湿度大，铝合金熔炼时针孔产生的现象就严重些。当然，空气湿度大时，铝合金锭 、熔炼设备、工具等也会因空气潮湿而增加表面水分的吸附量，因此更应注意采取有力预热烘干防护措施，以减少气孔的产生。

5.4 熔化操作的影响

铝合金熔炼时，由于氢气溶解到铝液中需要一个过程，因此加强熔炼过程的控制，对控制铝合金吸气量是大有文章可做的。生产实践表明，铝液吸氢是在表面进行的，它不仅与铝液表面的分压有关，还与合金熔炼温度、熔炼时间等有较大的关系。合金熔化温度越高，熔化时间和熔化后铝液保持时间越长，氢在铝液中扩散就越充分，铝液吸氢量就越大，出现针孔的几率就越大。有人曾做试验，铝液存放时间越长，铝合金内含气量近似成比例增加。因此，我们在大量生产条件下，为了减少铝合金熔炼时吸收氢气，一定要严格执行铝合金熔炼工艺规程，一般铝合金熔化后保持时间不能超过3h-5h，铝合金熔化温度也不能过高，一般控制在760℃以下，最高初始熔炼温度不应超过920℃。

5.5 砂型铸造铸型的影响

铸型含水量高，铝合金中含氢量就越高。有人用同炉合金浇入不同含水量的铸型，经测定合金中氢气含量有很大区别③：铸型含水量为5%时，铸型中含氢量为1.5ml/100g；铸型含水量为6%时，铸型中含氢量为2.5ml/100g；铸型含水量为8%时，铸型中含氢量为3.0ml/100g。因此砂型铸造铝合金时，最好采用干燥或表面干燥型，如用湿型，含水量应控制在6%以下。这是因为湿型铸造时，由于水分的汽化温度低，当加热到铝液熔化温度时，砂型中会产生大量的气体，随着压力增大，体积发生膨胀，压力大的气体就会进入型腔或型腔中的铝液，导致侵入性气孔的形成。

5.6 金属型铸造型腔的影响

由于金属型铸造没有退让性和无透气性等特点，金属型在充填和浇注过程中，型 腔内的气体一方面随着铝液金属的充填被压缩；另一方面又被迅速强烈加热，引起压力升高，结果造成充型反压力，阻碍铝液金属充填型腔，当压力超过一定极限时，气体就可能冲破金属液流束的表层，通过内浇口向外逸出，破坏金属液连续流动，并造成强烈氧化，在气体穿越金属液时，如果受到初晶或凝固层的阻挡，便会留在金属液中形成气孔。当带有砂型的金属型铸造时，液体金属在充填过程中，砂型受到粘结剂分解以及涂料未烘干或金属型预热不充分的影响，都会增加型腔内的气体量，当型腔内的气体不能充分排出时，气体便滞留于铸件形成气孔，而部分残留气体则富集于铸型壁与金属液之间形成“气阻”，这些气阻则使铸件出现浇不足或冷隔缺陷。

6．预防铝合金铸件针孔形成的主要措施<

由以上分析可知，铝合金铸件容易产生针孔缺陷。它与铝合金本身特性有关系，也与一系列的外界因素有关。为了避免或减少铝合金在熔炼时产生针孔，保证铝合金铸件具有优良品质，可针对性地采取适当的预防措施予以预防。

6.1 认真做好熔炼浇注时的准备工作

6.1.1 严格按工艺规程要求，正确处理好炉料。炉料使用前应用吹砂或其它方法去除炉料表面的锈迹、泥沙等污物，并进行炉料预热，预热温度：350℃-450℃，保持3h以上，严防带入水分和油污等。按QJ169-75要求的I类铸件，只允许使用一级回炉料，Ⅱ、Ⅲ类铸件允许使用二级回炉料，但Ⅱ类铸件回炉料的总量不允许超过70%，三级回炉料不允许用于基本产品的生产。

6.1.2 坩埚、锭模、熔炼工具，使用前应将表面油污、脏物等清除干净。并预热至120℃-250℃，涂以防护涂料。

6.1.3 新坩埚、新砌炉子、有锈蚀的旧坩埚，使用前应用吹砂其他方法将表面清除干净，并进行烘炉处理。一般应加热至700℃-800℃，保温2h-4h，以去除坩埚所吸附的水分及其它化学物质。

6.1.4 已经涂料的坩埚 、锭模、熔炼工具使用前，均须预热，坩埚应预热至暗红色（500℃-600℃）；熔炼工具应预热至200℃-400℃，保持2h以上（除使用感应炉熔炼合金时，坩埚可不预热外。）

6.2 严格执行工艺规程，力求做到快速熔炼

铝合金在熔炼时，要力求做到快速熔炼，缩短高温下停留的时间。Al-Mg合金和其它铝合金熔化后保持时间过长时，需要用熔剂覆盖铝合金液面，以防止铝合金吸气，一旦在生产过程中出现异常，要及时与现场技术人员取得联系，采取果断措施予以处理。根据QJ1182-87标准，每一炉合金从开始熔化到浇注完毕的时间，砂型铸造不得超过4h；金属型铸造不得超过6h；压铸不得超过8h；合金最高温度一般不超过760℃，坩埚底部涂料厚度不得小于60mm。

6.3 加强潮湿季节预防措施

在雨季或空气潮湿时节铸造铝合金，我们更应加注意采取预防去气防护措施，对熔炼用具、锭模、坩埚、炉料等都要严格按规范进行预热处理，以防带入过多的水分和油污等，引起各类针孔的产生。

6.4 精炼去气，去除铝合金中的气体<

一般情况下，所谓“去气”（又叫“除气”）就是去除合金中的气体，“精炼”就是指去除合金中的夹杂物。因铝合金熔炼时，除气和精炼两个工序多合并在一起进行，故在生产实践中习惯将这两个工序称为精炼。由于铝合金中的气体主要是氢气，去气也就是主要去除氢气。目前去气的主要办法是在铝合金中通过精炼除气剂制造大量的气体（气泡中的气体可能是铝液内部经化学反应产生的，也可能性是经由部分精炼除气剂加入直接带入的），利用分压原理，让溶解于铝液中的氢原子向气泡扩散（此时气泡的分压为零），由于气泡比重轻，当气泡上浮到铝液表面时，气泡破裂，氢气逸入大气之中，最终达到去除氢气的目的。

目前，为了消除铝合金铸件针孔，最常用的办法是在熔化过程中用氯盐和氯化物除气，用氯气、氮气除气，用真空除气，用超声波除气，过滤除气等方法。，常用精炼除气剂的用途见表5。采用氯盐和氯化物除气剂除气时，要用钟罩将除气剂压入坩埚底部100mm，沿坩埚直径1/3处（距坩埚内壁）的圆周匀速移动。为了不使铝液大量喷溅，除气剂可分批加入，除气结束除渣，并按表6规定的时间进行静置。

6.5 增加气体在合金中的溶解度

采用快速或高压下凝固的方法，提高气体在铝合金中的溶解度，促进气体来不及或不能析出，从而达到消除针孔的目的。具体方法限于篇幅，在此不做过多阐述。

6.6 采用工艺方法进行除气

通常情况下，砂型铸造也可以采用静置、多扎出气孔和加大冒口等方法进行去气。这里仅以金属型铸造去气预防措施为例做一简易介绍。由于金属型铸造具有无透气性特点，在设计金属型时就必须有排气预防措施，其生产中常用的排气方式有：

（1）利用分型面或型腔零件的组合面的间隙进行排气：因为金属型零件在组合时，总会有间隙，一般分型间隙在0.08mm-0.15mm之间，活动零件间隙在0.1mm-0.2mm之间，利用这些间隙可用来排气，但不允许为了排气而过分扩大间隙，造成金属液阻塞，从而使铸件上毛刺增加，降低铸件尺寸精度。

（2）开排气槽：即在分型面或型腔零件的组合面上，芯座与顶杆表面上做排气槽，这样既能排气，又能蓄气，阻止液体金属流入，故在金属型铸造和金属型低压铸造时被广泛采用。

（3）设排气孔：排气孔一般开设在金属型的最高处，或金属型内可能产生“气阻”的地方。

（4）设计排气塞：排气塞是金属型常用的排气设施。在一平面上需要设制数个排气塞时，可用一个排气环来代替，将它设计在型腔的“气阻”处，或型腔的大平面上，以便排气畅通。如在铸件肥厚部分设计排气塞，排气塞可用导热性好的铜制作，同时还可以起到加强铸件冷却的作用。排气塞安装的位置和数量，常在金属型修正时确定。在金属型小批量生产时，为简化排气塞的制作，常在需要设置排气塞的地方，钻ф5-10毫米的小孔，孔内塞以水玻璃砂，也可以起到排气塞的作用。

7.预防铝合金铸件气孔形成应遵循的工艺原则

以上分析了铝合金铸件气孔形成的主要因素，并针对性地论述了一系列相应的预防措施，目的就是要在铸件中防止生成气孔和夹杂，获得优良品质的铸件。从铸造工艺角度综合分析，预防气孔的生成，消除气孔和氧化夹杂，我们可以用“防”、“排”、“溶”三字工艺原则来概括。

“防”：就是要防止水分及各种污物进入坩埚或熔炉中。

“排”：就是要排除铝液中的氧化夹杂和氢气，因为只有有效去除悬浮在铝液中的弥散状的夹杂物（主要是Al2O3），才能防止铝液增氢，消除去氢障碍，从而获得纯净的铝液，浇出合格的铸件。“渣既尽，气必除”说的就是这个意思。

“溶”：就是要使铝液中的氢在凝固时能部分地或者全部地固溶在合金组织中，不致在铸件中形成气孔。

因此，在铝合金熔炼安排和选择“防”、“排”、“溶”三套工艺措施时，我们必须遵循“以防为主，以排为辅”的工艺原则，但最佳的熔炼或重熔方法，着眼点应仍放在“防”字上。

当然，铝合金熔炼或重熔时，贯彻“以防为主，以排队为辅”的原则，正确实施“防”、“排”、“溶”三套工艺措施，还必须具有过硬的熔炼操作基本功，熔炼操作基本功包括：精炼设备、熔炉炼工具的准备和处理，溶剂、变质剂的预制，精炼、变质除渣的技巧，搅拌操作的技巧和合理浇注等等，我们只有具备了过硬的操作基本功，才能真正有效地预防铝合金铸件气孔的形成。

不论你的精炼剂是块状还是粉状

，数量根据你的铝液多少决定

，前期准备好钟罩，刷过涂料并烘烤过，将精炼剂丢在铝液里，然后用钟罩下压精炼剂至离坩埚底部10公分，开始均匀搅动，一般有时是在铝液不冒泡时停止，有时是在15分钟后停止，取出钟罩，用撇渣勺取出铝液上面的浮渣，干净后均匀抛洒覆盖剂，静止15分钟后可以开始浇铸

变质处理

1.钠变质处理

(1)金属钠变质 直接将金属钠加入铝液中，将使共晶硅变质。国内钠的加入量为0.1%(质量分数)左右，将其压入靠近坩埚底部， 1 ~ 2min反应完毕。因钠的沸点低、活泼，处理时将引起铝液沸腾和飞溅。钠极易与水反应，生成氧化钠和[H]，造成不良影响。钠的密度小，容易产生密度偏析，结果坩埚的上部铝液中钠量过多，造成过变质现象而下部的铝液，因钠量过低而变质不足，因此，要注意搅拌。目前该工艺应用较少。

(2)钠盐变质 目前在生产中应用广泛的钠变质剂是含氟化物的钠盐和钾盐，起变质作用的主要是NaF。

钠变质处理过程中，要注意防止过变质组织的出现，否则会对性能产生不利影响。出现过变质组织是钠在局部区域含量过高所致。其主要原因是:没有采取细化初晶α的处理，变质剂易分解，且处理温度偏高或变质元素在铝液中产生偏析，从而使初晶α相集聚，于是造成初晶α间隙中钠含量过高，致使过变质带出现。

如果变质温度低，则反应速度慢，变质反应时间长。一般操作为:撒上变质剂，覆盖10~15min后，搅拌2min；或覆盖10~15min后，将已结壳的变质剂压入铝液内2~3min。其变质效果可维持30~4Omin。

钠盐变质的缺点为:加入量较大，能耗大，变质反应时间较长，对坩埚有一定的腐蚀作用。

近年来发展了双色质块。它分为上下两层，以颜色区分，上层熔点高，在铝液保温停留时，以一定速度向铝液提供钠，使之不衰退下层熔点低，反应速度快，使铝液在15min之内达到变质。这样，可维持变质时间2~3h，加入的质量分数为1.2% -1.3%，可满足低压铸造和金属型小件铸造的工艺要求。

(3)无毒变质剂 为了减少公害，应尽量少用或不用氟盐做变质剂。国内相继出现了几种无毒变质剂，其中一种是在750℃时发生反应而生成钠，使合金液变质：

Na2C03 = Na20 + CO2

Na20 + Mg = MgO + 2Na

CO2 + 2Mg = 2MgO + C

Na2C03 + 3Mg = 3MgO + 2Na + C

无毒变质剂是否对铝液有氧化作用，有待深入研究。

2.锶变质处理

近十年来，锶变质剂获得了广泛应用，似具有取代钠变质剂的趋势。

锶变质剂与钠盐变质剂具有同等效果。但锶变质具有以下主要优点:氧化少，易于加入和控制，过变质问题少锶不易挥发，故可延长变质的有效时间处理方便，无蒸气析出变质剂易于保存处理后，合金流动性好，对铸件壁厚的敏感性小。

由于锶的密度比铝液大，故呈悬浮状态沉淀，与铝液接触时间长，利用率可达60%~90%。通常较为合理的含量是0.01%~0.02%(质量分数)。若质量分数超过0.03%，则在共晶区内以初晶析出Al4SrSi4若质量分数超过0.08%，则对伸长率影响很大。锶吸收氢气倾向大，处理后应脱气。因与氯气的反应激烈，所以应选用氮气除氢。为了变质处理更有效，必须有一定的保持时间，这取决于中间合金中的Al4Sr的含量。日本开发了一种含Sr90%、Al10%(质量分数)的Ohromasco新型中间合金，用于生产效果极好。经锶变质剂处理后的铝合金，在重熔处理后，变质效果不会有明显的损失，可以获得永久性变质处理的效果。

Faderal.Mogul公司用锶做变质剂，每月生产24000只活塞。采用容量27t的熔炼炉熔化的铝液经过和含氮87%、含氯13%(体积分数)的混合气体，在容量为900kg的浇包中脱气，然后转入保温炉，加入Al-Si-Sr(质量分数

为14%Si，10%Sr)中间合金，在676℃加入时，流动性提高17%，而在665℃加入时，流动性可提高32.5%。因此，锶变质可降低铝液浇注温度。

俄罗斯使用长效变质剂处理AJI4合金液，其中以Al-Sr中间合金的方式最合理、方便，变质效果最好，主要表现为提高了铸件力学性能，延长了有效变质时间。工艺如下:经氮气精炼后在720 ~ 740℃用钟罩压入，Al-Sr中间合金块度5 ~ 15mm，加入含Sr30%(质量分数)的Al-Sr中间合金，经20 ~ 25min浇注，铝液保持6h，每隔1h取样一次。Al-Sr30%中间合金加入量为金属液质量的0.05%~ 0.07%，Al-Sr54%的中间合金加入量以0.06% ~0.08%最佳。铸件经T6处理，抗拉强度250 ~ 280MPa伸长率4% ~6%硬度70 ~ 90HBS。

国内的生产经验表明，加入ωSr=0.02% ~ 0.03%可获得良好的变质效果。生产上多用Al-Sr(ωSr=10%)或Al-Si-Sr(ωSr=10%)合金形式加入。变质温度为720 ~ 730℃。

锶是长效变质剂，变质有效时间达6-8h，重熔后仍有变质效果，无过变质现象。变质后，铝液流动性有所下降，故浇注温度要适当提高。锶变质的铝液针孔倾向较大，当铝液中存在氯、氟和磷时，与锶起反应，使变质作用消失，故不能用氯盐和氟盐精炼，不能用含磷的回炉料。

3.稀土变质处理

加入0.03% - 0.05%(质量分数)的La、Eu、Ce或混合稀土金属，可使Al-Si合金的共晶硅变质，其变质寿命较长。生产中多以混合稀土合金的中间合金形式加入，加入量为0.2%-0.3%(质量分数)，这些合金同时兼有净化铝液作用。变质和精炼需要30~40min的孕育期。可以将稀土变质剂同炉料一起投入。变质温度720~740℃。使用回炉料时，要考虑其中的稀土含量。稀土变质剂对坩埚无腐蚀作用，能改善铝液的流动性。

4.锑变质处理

向合金中加入ωSb=0.1% ~0.5%的锑，使共晶硅细化，习惯上称为锑变质。变质温度720 ~ 740℃，变质处理存在约15 ~ 20min的孕育期，生产上多以Al-Sb(ωSb=5%~8%)合金加入。

锑是长效变质剂，变质寿命约100h，重熔后，仍有变质效果，对坩埚无腐蚀作用，铝液氧化吸气倾向小，不影响铝液的流动性。

应注意防止密度偏析。此外，钠能中和锑的变质作用:

Sh+3Na=Na3Sb

所以不能将钠与锑复合使用。

锑变质对冷却速度敏感，冷却速度快时，变质效果显著，故锑变质适用于金属型铸造。

除上述几种元素外，钡、铋等也有变质作用，这里不作叙述。

变质机理

变质的机理是多年来国内外学者致力研究的一个理论问题。深入了解变质过程中硅相的生长方式以及变质处理如何使这种生长方式得以改变，对于发展变质处理技术，无疑具有重要的作用。早期的变质处理理论常常是根据变质处理过程的一些现象来分析和臆断，难免与真实不符或片面。近年来由于晶体学理论的发展和电子显微镜等近代实验技术的应用，才有可能建立科学的变质理论。

1.早期的变质机理学说

早期的学说认为变质是由于Na增大合金结晶过冷度的作用。在通常的Al-Si合金中常含有微量的P，在未经变质前以AlP化合物形式存在。这种化合物的晶格结构与硅相同，都属于金刚石型，且晶格常数也相近(AlP的晶格常数为0.545μm，而Si为0.542μm，两者的失配度仅为0.5%)，因而两者之间存在有共格关系。Si原子在铝液中又有很高的扩散速度，因而在共晶结晶过程中，Si即以AlP为晶核而在其上迅速长大。加Na变质后发生AlP + 3Na→Al + Na3P，生成的Na3P则与Si的晶格不同。因而变质处理的作用是消除了铝液中固有的晶核，从而使合金过冷至更低的温度才开始以均质形核为特征的结晶过程。在大的结晶过冷条件下形成大量的Si的均质晶核，因而使共晶硅细化。结晶过冷学说是从形核的角度来阐述变质的效果，但不能说明变质处理前后硅的共晶晶体形状发生的根本变化。

吸附薄膜学说认为，Na的变质作用是在Si的晶体表面形成一层对Si晶体生长起阻碍作用的Na的吸附薄膜。Na是表面活性元素，当铝液中生成Si晶体后，Na原子即富集在Si晶体与铝液的界面上，形成正吸附。由于表面活性元素的吸附有选择性，使得Si在不同的生长方向受到不同程度的抑制，在Si晶体的主要生长方向受到Na吸附薄膜的阻碍作用比其他方向更大，因而使得共晶硅成长为颗粒状。吸附薄膜学说虽比结晶过冷学说前进了一步，但仍未能正确阐明硅晶体的生长机制以及Na变质对于生长机制的影响。近年来，用深腐蚀方法显示铝硅合金中共晶硅的空间形状，并用扫描电子显微镜进行观察发现，在Na变质的铝硅合金的金相磨面上观察到的大量细小的共晶硅颗粒原来是带有很多细小晶枝的硅晶体的剖面，而不是单独的细小晶粒，因此这一学说也未能反映真实的情况。

2.近期的变质机理学说

近年来国内外有两种具有代表性的变质机理学说，即孪晶凹谷(TPRE)机制学说和界面台阶机制学说。

(1)孪晶凹谷机制学说 孪晶凹谷机制学说的要点如下:

1)硅的晶体结构特性与孪晶凹谷生长机制。硅的晶体属于金刚石立方型晶体结构(如下图)。由于晶体结构的特性使得晶体的生长是各向异性的，其中生长最慢的方向是垂直于最密排的(111)晶面的，即沿[111]晶向，而沿较不密排晶面的[211]系列的晶向则生长得较快。而且在硅晶体生长中易于沿(111)晶面长成孪晶，并且在孪晶的结晶前沿形成141°的凹谷。此凹谷处有较低的能位，容易接钠铝液中的Si原子或由Si原子构成的四面体，这样就更加速了沿[211]晶向的生长速度，从而促使硅晶体长成片状，可能是单片，也可能是出于同一结晶核心而以辐射状向四周伸展的一组硅片。但无论是单片或组片，硅片的面是与晶体的(111)晶面平行的。

a) 硅四面体(剖面线所示面为(111)晶面) b) 金刚石立方晶体中的多层孪晶

然而硅晶体的片状生长并不是一成不变的，在生长过程中会产生分枝和改变生长方向。分枝经常是产生70.5°的方向改变，形成的枝晶仍保持沿[211]晶向的择优生长趋势。至于产生分枝的驱动力则是由于当硅晶体以辐射状向外生长时，硅晶体生长端之间的距离不断增加，造成原子扩散距离变长，而分枝则使其缩短，从而有利于晶体的生长。至于晶体不断改变生长方向则是由于重复产生晶体分枝的结果。

硅晶体产生分枝和改变生长方向的倾向与合金的结晶过冷度及硅晶体生长的孪晶凹谷生长机制是否受到抑制有关。在结晶过冷度极小和孪晶凹谷机制不受阻碍时，硅晶体将一直向前伸展而不产生分枝或变更生长方向反之则会产生分枝或变更方向，由此就产生两种变质方法，即激冷变质和微量元素变质。用Na或Sr对铝硅合金的变质，即属于微量元素变质。

2)Na的变质作用。用Na进行变质处理后，铝液中含有大量Na原子。由于Na原子的选择性吸附，使硅晶体生长前端的孪晶凹谷处富集有Na的原子，从而降低了硅原子或硅原子四面体长上去的速度，因而使孪晶凹谷生长机制受到抑制。当这种机制被有效地抑制时，硅晶体的生长方向即改变晶向。这样就使得硅晶体由片状变为圆断面的纤维状。孪晶凹谷生长机制的抑制，也促进了硅晶体的分枝，因而Na变质使共晶硅由片状变成高度分枝的、弯曲而具有圆断面的纤维状。

硅晶体生长机制的改变导致了AI-Si共晶体生长方式的变化。在未经变质条件下，硅与铝的共晶结晶属于小晶面/非小晶面共生方式。作为小晶面相的硅具有比铝快得多的生长速率，因而固-液界面是不平滑的，硅晶体总是有一段超前距离。在这种生长条件下，共晶体的形态由主导相硅相所决定。经过Na变质后，由于生长机制的改变，硅晶体的生长速率比在未变质条件下大为降低，国-液界面是平滑的，硅相的超前量为零，硅相由小平面型生长变为非小平面型生长。硅相与铝相伴同生长的结果形成互相协调的共晶组织。

3)激冷变质与微量元素变质的复合作用。采用激冷变质，即通过加大冷却速率，增大硅晶体生长前沿处的过冷度，也能收到一定的变质效果。激冷变质的作用在于改变共晶两相的扩散速率，因而使铝相生长速率的降低程度比硅相小。同时硅相的小晶面结晶倾向随过冷度的增加而减小，因而当达到一定的临界转变温度时，能形成纤维状生长方式。增大结晶过冷度也有利于促进密集分枝。微量元素变质与激冷变质具有复合的作用。如经过同样变质处理的铝液，在薄壁铸件上产生的变质效果比厚壁铸件大。又如金属型铸造时，辅之以Na变质，可使纤维状硅晶体进一步细化，而使合金的力学性能得到进一步的提高。

(2)界面台阶机制学说 界面台阶机制学说的要点如下:

1)界面台阶生长源。这种理论根据试验研究结果指出，在未经变质的铝硅合金中，生长中的硅晶体表面上只是偶然地存在有孪晶，其密度极小。而在晶体生长前沿上，存在很多固有的界面台阶。这些台阶提供了适于接钠铝液中硅原子或硅原子八面体的场所，从而使硅晶体择优生长成为板片状。当通过激冷变质时，可供共晶硅细化，并促进密集分枝，使之呈纤维状生长。由于过冷度增大，硅晶体生长的各向异性受到抑制，因而晶体的横断面近似于圆形。尽管如此，硅晶体的生长机制并未因激冷而发生根本的变化，仍是以界面台阶作为生长源。

2)Na的变质作用。当将铝硅合金用Na(或Sr等)变质剂进行变质处理后，硅晶体的生长动力学发生了根本的变化。其一是Na原子吸附于硅晶体生长前沿的界面台阶处，"毒化"了界面台阶生长源，使之不能再起接钠硅原子的作用其二是由于Na变质处理的作用，在硅晶体表面上产生了高密度的孪晶(称为诱发孪晶)，而由孪晶凹谷代替界面台阶来接纳硅原子，从而构成硅晶体的生长源，即TPRE机制在硅晶体生长过程中起统治作用。

这种理论将诱发孪晶的产生归因于吸附Na原子使相邻晶面上Si原子的排列发生变化。Na原子吸附在硅晶体生长前沿处的密排，由于与Si原子在尺寸上的差别，使得该层原子的排列发生变化，从而在与其相垂直酌面上形成孪晶。根据理论计算，当尺寸因数即r变质剂/rSi = 1.648时，最适于形成孪晶。实际上，尺寸因数与这一理论值相接近的元素(Na为1.58)均有诱发孪晶的条件。

3)变质处理条件下硅晶体的结构。变质处理后，硅晶体按照孪晶凹谷机制生长的结构中，晶体主干沿[100]晶向生长，而分枝则沿[211]晶向(多数情况下有四个对称的晶枝在空间中互成90°)生长。这种理论认为，变质处理并不使硅的小晶面生长方式有所改变。同时，硅晶体的生长仍保留其各向异性的特征，表现在硅晶体(包括主干和晶枝)的横断面仍为片状。

上面介绍的关于共晶硅生长的两种机制理论-孪晶凹谷生长机制和界面台阶生长机制都有大量试验研究作为依据，具有可信性。但两种理论中有一些方面是不一致的，因而关于这一理论问题，还有必要作进一步的研究。

变质效果检验

1.断口检验

用砂型或金属型浇注φ20mm的圆棒，凝固冷却后击断，观察其断口。如果断口呈银白色，晶粒细小，呈丝绒状，无硅相的小亮点，则表明变质良好若断口呈暗灰色，晶粒粗大，有明显的硅相亮点，则表明变质不足，需要再次变质。

2.热分析法

根据各变质元素对AI-Si合金凝固特性的影响不同，可以通过热分析曲线加以判别。

(1)钠和锶的变质检验 钠变质铝液的冷却曲线特点是:①共晶平台的温度比未变质要低8℃左右②典型的共晶平台表现为两个阶段，先是伪平台(pseudo-shelf)，而后转为真正的平台，约565℃。锶变质的过冷度约4℃。

(2)锑变质的检验 锑变质引起冷却曲线的过冷度较小，约2 ~ 3℃，处于一般热电偶的误差范围之内，因此影响了测报率。可用凝固时间作为锑变质程度的判据。对一定成分的合金和在一定的凝固条件下，存在着一个临界的凝固时间，若共晶凝固时间<临界的凝固时间，则变质否则变质不良或不变质。

也可以采用铸造工艺方法进行除气也是可以的。通常情况下，砂型铸造也可以采用静置、多扎出气孔和加大冒口等方法进行去气。在设计金属型时就必须有排气预防措施：

1.利用分型面或型腔零件组合面的间隙进行排气。

2.开排气槽，即在分型面或型腔零件的组合面上，以及芯座与顶杆表面上做排气槽，这样既能排气，又能蓄气。

3.设排气孔。排气孔一般开设在金属型的最高处，或金属型内可能产生气阻的地方。

4.设置排气塞。排气塞是金属型常用的排气设施，在一平面上需要设置数个排气塞时，可用一个排气环来代替，将它设计在型腔的,气阻-处!或型腔的大平面上，以便排气畅通。

首先，对废铝进行分类和分级堆放，如纯铝、变形铝合金、铸造铝合金和混合材等。对于废铝制品，应将废铝制品拆开，将与铝材料相连接的钢和其他有色金属零件取出，然后通过清洗、破碎、磁选、干燥等工序加工成废铝制品。埃塞斯。废铝液化分离是今后回收金属铝的发展方向。

它将废铝的预处理与重熔结合起来，不仅缩短了工艺流程，而且最大限度地避免了空气污染，大大提高了净金属的回收率。该装置有一个过滤器，允许气体颗粒通过。在液化层中，铝在底部沉淀。附着在废铝上的油漆等有机物质在450℃或更高温度下分解成气体、焦油和固体碳。

然后通过分离器内的氧化装置完全燃烧。垃圾经转鼓搅拌，与筒仓内溶液混合，砂、砾石等杂质分离进入砂、砾石分离区。废物的溶解通过回收推进器进行并返回液化筒仓。

根据废铝的制备、质量和再生产品的技术要求，选择并计算各种材料的用量。硅和镁的燃速比其它合金元素的燃速大。各种合金元素的燃速应事先通过试验确定。废铝的物理规格和表面清洁度将直接影响再生产品的质量和金属产量。

此外，20%的活性成分将以最高水平进入炉渣。可回收利用的变形铝合金废料可生产变形铝合金3003、3105、3004、3005、5050种，其中以3105合金为主。为保证合金的化学成分满足工艺要求和压力加工工艺要求，必要时应加入一些原铝锭。

回收的铝合金废料中只有一小部分被回收成变形铝合金，其中约1/4被回收到炼钢脱氧剂中，大部分用于铸造回收铝合金。只有一小部分废铝被再生成变形的铝合金。美国、日本等国家广泛使用的a380和adcl0压铸铝合金，基本上都是从废铝中回收的。再生铝的主要设备通常是一种特殊的带燃料或气体的静态炉。

扩展资料

铝和铝合金的塑性加工，应保证产品达到稳定，一致的所需尺寸精度，力学性能和良好的表面质量。还要注意防止机械损伤和腐蚀，控制晶粒度和组织结构，这些质量要求主要靠生产工艺及设备来保证。铝及其合金一般具有较好的塑性，易于塑性加工。硬铝的相组分较复杂。

存在低熔相和金属间化合物等脆性组织，它的塑性加工具有一些特点：如进行均匀化处理消除坯锭冷却时产生的内应力和晶内偏析；坯锭表面要进行铣削加工，去掉低熔相产生的表面偏析物。

参考资料来源：

百度百科-铝加工

针孔的解决，应从防止铝合金熔液吸气和加强铝熔液除气来入手。

预防铝合金铸件针孔形成的主要措施

由以上分析可知，

铝熔液很容易吸收氢气，

极少量的水蒸汽就可以轻易毁掉整炉

的铝液，因此首先要防吸气。铝合金铸件容易产生针孔缺陷，这既与铝合金本身特性

有关系，也与一系列的外界因素有关。为避免或减少铝合金在熔炼时产生针孔，保证

铝合金铸件具有优良品质，可针对性地采取适当的预防措施。

(1)

明确“精料、精工”原则，对炉料和熔炼设备和工具进行预处理。炉料使用

前应先用吹砂或其他方法去除表面的锈迹、泥沙等污物，并进行炉料预热，预热温度

为

350-

450℃，并保持

3h

以上，严防带入水分和油污等。

坩埚、锭模和熔炼工具，使用前应将表面油污、脏物等清除干净，并预热至

120

—250℃，涂刷防护涂料。

新坩埚、

新砌炉子及有锈蚀的旧坩埚，

使用前应用吹砂或其他方法将表面清除干

净，并进行烘炉处理，一般应加热至

700-

800℃，并保温

2-4h

，以去除坩埚所吸附的

水分及其他化学物质。熔炼工具应预热至

200-

400℃，保持

2h

以上。

(2)

铝合金在熔炼时，要力求做到快速熔炼，缩短高温下停留时间。

A1

—

Mg

合金

和其他铝合金熔化后保持时间过长时，需要用熔剂覆盖铝合金液面，以防止吸气，一

旦在生产过程中出现异常，

要及时与现场技术人员取得联系，

采取果断措施予以处理。

每一炉合金从开始熔化到浇注完毕的时间，

砂型铸造不得超过

4h

，

金属型铸造不得超

过

6h

，

压铸不得超过

8h

，

合金最高温度一般不超过

760t

，

坩埚底部涂料厚度需≥60mm。

(3)

加强在潮湿季节熔炼的预防措施。在雨季或空气潮湿季节铸造铝合金，更应

注意采取去气防护措施，对熔炼用具、锭模、坩埚和炉料等都要严格按规范进行预热

处理，以防带人过多的水分和油污而引起各类针孔的产生。

(4)

采取必要的精炼工艺，去除铝合金中的气体。一般情况下，所谓“去气”就

是去除合金中的气体，“精炼”是指去除合金中的夹杂物。因铝合金熔炼时，除气和

精炼两个工序多合在一起进行，

故在生产实践中习惯将这两个工序称为精炼。

由于铝

合金中的气体主要是氢气，

去气也就是去除氢气。

目前去气的主要方法是通过在铝合

金中加入精炼除气剂来制造大量的气体

(

气泡中的气体可能是铝液内部经化学反应产

生的，也可能是由部分精炼除气剂直接带入的

)

，利用分压原理，让溶解于铝液中的

氢原子向气泡扩散

(

此时气泡的分压为零

)

，

由于气泡密度轻，

当气泡上浮到铝液表面

时，气泡破裂，氢气逸入大气中，最终达到去除氢气的目的。

目前，

为了消除铝合金铸件针孔，

最常用的办法是在熔化过程中加入氯盐和氯化

物除气。采用氯盐和氯化物除气剂除气时，要用钟罩将除气剂压入距坩埚底部

100mm

处，

沿坩埚直径

1

／

3(

距坩埚内壁

)

的圆周匀速移动。

为防止铝液大量喷溅，

除气剂可

分批加入，除气结束除渣，并按规定的时间进行静置。

(5)

采用铸造工艺方法进行除气。通常情况下，砂型铸造也可以采用静置、多扎

出气孔和加大冒口等方法进行去气。

在设计金属型时就必须有排气预防措施：

①利用

分型面或型腔零件组合面的间隙进行排气。

②开排气槽。

即在分型面或型腔零件的组

合面上，以及芯座与顶杆表面上做排气槽，这样既能排气，又能蓄气。③设排气孔。

排气孔一般开设在金属型的最高处，

或金属型内可能产生“气阻”的地方。

④设置排

气塞。排气塞是金属型常用的排气设施。在一平面上需要设置数个排气塞时，可用一

个排气环来代替，

将它设计在型腔的“气阻”处，

或型腔的大平面上，

以便排气畅通。