1、一百零八噸銅鐘n.鑄造青銅免田賦鼎編鐘越王勾踐劍銅合金螺旋漿鑄造高爐風口鑄造銅鐘鑄造錫青銅蝸輪 合金熔化及爐外精煉 銅合金熔煉 材冶學院:張國志第三章.銅合金熔煉n 像其它所有合金一樣，合金液的質量直接影響鑄件的質量，基本要求也相同：成分；溫度；純凈(氣體；氧化；夾渣)。另外，銅合金要防止偏析。因為銅合金的合金元素比重偏差很大，熔點差別大，有些元素不相溶，易產生偏析。n 銅合金容易氧化，吸氣，需要進行脫氧和除氣雙重處理。4-1.銅合金的氧化和脫氧n一.銅的氧化特性nCu在高溫下氧化,在銅液的表面進行:n 4Cu+O2=2Cu2On形成氧化亞銅，其特點為:n(1) . Cu2O可溶于銅液中nCu

2、2O生成后可溶于銅液中，溫度下降后，在1066，+ Cu2O形成共晶體， 相為銅中含H的固溶體，共晶體（ + Cu2O）分布在相的晶粒邊界上。nCu2O對銅及合金的性能影響很大，是在凝固時形成的，在晶界上形成低熔點共晶體，引起熱裂（熱脆）。如果銅液中含有H，隨溫度降低，同時析出，發生反應：n Cu2O+H2=2Cu+H2O （水蒸汽）。n形成水蒸汽，產生氣孔，組織疏松，形成晶間裂紋，產生脆化。n (2) Cu2O的分解壓高nCu2O的分解壓比其它金屬氧化物的分解壓高,小于(Ag2O; CuO; Fe2O3).當含有Cu2O的銅液加入其它合金元素時,易使合金元素氧化,使Cu2O還原,n 3Cu2

3、O+2Al=Al2O3+6Cun 2Cu2O+Si=SiO2+4Cun在銅液中形成彌散的氧化夾雜物,失去合金元素的作用.因此,銅合金熔煉必須脫氧處理,使Cu2O還原.n二.銅合金脫氧n (1)脫氧原理n脫氧就是使溶解于金屬液中的氧化物還原,銅合金的脫氧就是在銅液中加入與氧親和力更大的元素,使氧化銅還原.加入的元素就稱為脫氧劑.形成的氧化物分解壓低于Cu2O,而且生成的氧化物容易上浮,去除.(2)對脫氧劑的要求n.脫氧劑對氧的親和力大于銅對氧的親和力,脫氧劑的氧化物分解壓低于Cu2O的分解壓，或者說，脫氧劑的氧化物比Cu2O更穩定。n.脫氧劑對銅合金的性能無不良影響,因為加入的脫氧劑總會在銅液中

4、殘留一部分,Sb;As;Si影響錫青銅的性能,雖然能脫氧,但不能作為脫氧劑.n.脫氧劑的氧化物不能溶于合金液中,應易于凝聚,上浮而去除.n.脫氧劑的價格便宜,來源廣.n(3) 脫氧方法n(1)沉淀脫氧:加入的脫氧劑溶于Cu液中,脫氧在整個溶池中進行,脫氧速度快,但脫氧產物必須不溶于合金液中,易清除,否則夾雜物增多,P脫氧就是沉淀脫氧,效果好,但要求不含P的銅合金就不能用P脫氧.(2)擴散脫氧:n脫氧劑不溶于合金液中,脫氧反應在合金表面上進行,溶池中的Cu2O向界面擴散,進行脫氧反應,脫氧速度取決于擴散速度,時間長,但不影響合金成分,:用CaC2;Mg3B2n 5Cu2O+CaC2=CaO+2C

5、O2+10Cun 6Cu2O+Mg3B2=3MgO+B2O3+12Cun(3)沸騰脫氧:n脫氧劑產生不溶于合金液的氣體,CO,很快上浮.類似于鋁合金的浮游法精煉.合金液激烈翻騰-沸騰脫氧.用青木,重油,適合于大量生產,如反射爐熔煉,把濕的青木插入銅液中,產生還原氣體-青木還原.n Cu2O+C=CO+2Cun生產中使用最多的是沉淀脫氧,脫氧劑用P,以P-Cu中間合金的形式加入,(含P：814%);稀土脫氧:810%Ren 5Cu2O+2P=P2O5+10Cun 6Cu2O+2P=2CuPO3 +10CunCu2O+P2O5 =2CuPO3 +10Cu 偏磷酸銅,熔點低,比重小,集聚上浮.n常用

6、P含量:0.030.06%,加入過多時,銅液中殘留P多,澆注時與水蒸氣反應,形成氣孔.n 2P+5H2O=P2O5+10Hn砂型鑄造,P可以控制低一些,金屬型鑄造,P可以高一些.n薄壁件可適當增加P,提高充型性能.n 用P脫氧的缺點:P降低銅的導電性能,導熱性能,電工器材不能用P脫氧.可用Li、Ca、Re脫氧.n銅熔煉一般先熔化銅,電解銅板,11501200 ,先加入三分之二的P-Cu中間合金脫氧,然后加合金元素,減少合金氧化,在澆注前再加入三分之一的P-Cu中間.n 普通黃銅, Cu-Zn合金和鋁青銅可不進行加磷脫氧,因為Zn和鋁本身有脫氧作用.P加入量與殘留O量的關系nP量越多,氧含量越低

7、6-2.銅合金的吸氣及爐外精煉.n一.H的溶解n銅中除了溶有Cu2O外,還溶有H,凝固時,結合成水蒸氣分子,形成氣泡,在鑄件中形成氣孔.H2在銅中的溶解度很大,溫度越高,溶入越多,以原子狀態溶入.n 1/2 H2 H 溶解度與溫度和壓力有關,n H=KP H2n K-與溫度有關的平衡常數.n溶解的H主要來自水蒸氣,應嚴格控制潮濕的爐料,燃料,工具,熔劑等帶入水分,含Ni的銅合金易吸氣,n此外,SO2; CO2; Co等也有少量溶解.合金元素對銅吸氣量的影響二.除氣精煉n為了防止出現氣孔缺陷，銅液要進行精煉處理。(refining).主要采用的除氣方法：氧化法、吹氮法、氯化鋅除氣、沸騰法。n(1

8、),氧化法：根據化學反應平衡原理:n 2H+O=H2O K= H2O / H2.On 在一定的溫度下,K和PH2一定時,則H.O=常數.氧濃度高時,則H的溶解度降低,為了除H,可以先設法增加銅中氧量,排除H,然后再脫氧。n增加氧含量可形成氧化性氣分,或加氧化劑,在銅液中加MnO2 。高錳酸鉀,(K MnO4),CuO等,除氣之后,再加P-Cu脫氧。這種方法只適合于純銅和Cu-Pb合金,當合金中含有易氧化的合金元素時,不能用這種方法.否則合金元素燒損多,如Cu-Al合金。銅液中的H2-O平衡(2)吹氮法n向銅液中吹N2氣,形成氣泡,因為N2氣泡中的H的分壓低,向氣泡內擴散,隨N2氣泡一起排除.n

9、(3)氯化鋅除氣. n用于含鋁青銅，ZnCl與Al反應形成AlCl3 ，形成氣泡。n(4)沸騰除氣n對于含Zn黃銅，在較高溫度下， Zn氣化，形成Zn氣泡。Zn含量低時，沸點升高，可在后期提高溫度,然后降溫冷卻。n(5)真空除氣.n 降低外壓，氣體析出。n使用較多的是氧化法除氣，黃銅用沸騰法。4-3銅合金的熔劑n 銅合金熔煉時，為了防止合金溶體中的元素氧化，蒸發和吸氣，需要用覆蓋劑，為了除去氮化物，要用精煉劑。n(1).覆蓋劑；銅合金常用的覆蓋劑有: 木炭、玻璃、硼砂、蘇達n.木炭,覆蓋在合金的表面,產生CO氣體, 形成還原性氣膜，防止銅合金氧化，同時有輔助脫氧作用，有一定的保溫作用。使用時要

10、高溫（10001050）焙燒，防止吸H和水蒸氣。銅中不溶解C。 含Ni的銅合金不能用木炭覆蓋，含Ni后吸收CO氣體，增加含氣量，氣孔增加。也可用廢電極和草木灰代替木炭，效果較好。（稻殼）n.玻璃：復合硅酸鹽（Na2O.CaO.6SiO2 ),熔點900 1200），不與銅合金反應，覆蓋性好。但粘度大，熔點高，可加如一些堿性氧化物， NaCO3 ； NaB4O4 （硼砂）等，降低熔點。(2)精煉劑.n目的是除去氧化夾雜，時當銅合金熔體中含有Al2O3；SiO2 ；SnO2時，不易還原，在銅合金中形成夾雜物，一般呈酸性和中性，可以用堿性熔劑去除。酸性渣與堿性熔劑反應，形成低熔點的渣，比重小，上浮,集中去除。n常用的精煉劑： NaCO3 ；