銅合金鑄件鑄造缺陷及防止對策課件

銅合金鑄件鑄造缺陷及防止對策

清華大學 曾大本1編輯ppt1、銅合金鑄件缺陷及其主要原因2、藝術鑄造銅合金的冶金特性3、銅合金的熔煉原理及工藝2編輯ppt銅合金鑄造缺陷的大分類表13編輯ppt銅合金鑄造缺陷的大分類（續(xù)）表1續(xù)4編輯ppt鑄造缺陷和熔化、澆注、凝固的基本性質表25編輯ppt氣孔、針孔缺陷示意圖氣孔：a、b、c針孔：d、eabcde圖16編輯ppt縮孔、縮松缺陷示意圖

外縮孔 內縮孔 縮松圖27編輯ppt銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因

表38編輯ppt銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因（續(xù)）表3續(xù)9編輯ppt銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因（續(xù)）表3續(xù)10編輯ppt2、藝術鑄造銅合金的冶金特性藝術鑄造銅合金的獨特要求：①合金應滿足藝術鑄品的使用要求 ——耐蝕性、色澤、聲學特性和機械性能②合金應滿足各種工藝要求 ——鑄造成形性能、可焊接性能、可打磨加工性能和表面著色性能11編輯ppt2.1青銅錫青銅——歷史悠久的一種藝術鑄造合金無錫青銅——近代發(fā)展起來的新型青銅12編輯ppt2.1.1錫青銅（1）錫青銅的組織和性能鑄態(tài)：α固溶體和（α+δ）共析體α相——錫溶于純銅中的置換型固溶體，塑性良好δ相——以金屬間化合物（Cu31Sn8）為基的固溶體，硬而脆耐磨性好（δ相硬質點鑲嵌于軟基體中）耐蝕性高（在蒸汽、海水和堿溶液中）13編輯ppt銅—錫二元相圖圖314編輯ppt含錫量對青銅機械性能的影響含錫量對青銅機械性能的影響圖415編輯ppt

錫青銅的結晶溫度范圍很寬，凝固速度較慢時，容易形成縮松，這是導致錫青銅鑄件滲漏的主要原因。進行均勻化退火后，α枝晶消失，能防止鑄件滲漏。但是分布均勻的顯微縮松能儲存潤滑油，對于耐磨零件是有利的。 錫青銅呈糊狀凝固，枝晶發(fā)達，很快就在鑄件內形成晶體骨架，開始了線收縮，此時凝固層較薄，高溫強度又低，因此鑄件容易發(fā)生熱裂。16編輯ppt

反偏析是錫青銅鑄件中常見的缺陷，鑄件表面會滲出灰白色顆粒狀的富錫分泌物，俗稱“冒錫汗”?！板a汗”中富集δ相，造成鑄件內外成分不均勻，降低合金力學性能，而且使組織更加疏松，引起滲漏，同時，表面富集堅硬的δ相，惡化切削加工性能，加工后的表面會出現灰白色斑點，影響表面質量。反偏析層一般有5mm左右，嚴重時可深入表皮下25～30mm。凝固速度越慢，反偏析越嚴重。17編輯ppt

出現反偏析的原因是錫青銅的結晶溫度范圍寬，枝晶發(fā)達，低熔點的富錫δ相被包圍在α枝晶間隙中，此時氫的溶解度因溫度下降而急劇降低，呈氣泡形成析出，產生背壓，把富錫熔體推向枝晶間隙中心。而在凝固后期，鑄件從內到外仍存在著大量的顯微通道，在氫氣泡形成的背壓和固態(tài)收縮力內外夾攻下，迫使富錫溶體沿α枝晶間的顯微通道向鑄件表面滲出，堆積在鑄件表面。18編輯ppt

防止反偏析的工藝措施有：放置冷鐵，提高冷卻速度，出現層狀凝固。調整化學成分，如加入鋅，縮小結晶溫度范圍。采取有效的精煉除氣措施，減少合金中的含氣量。19編輯ppt錫青銅中合金元素的作用① 鋅 錫青銅中加入鋅可縮小錫青銅的結晶溫度范圍，提高合金的流動性，減小產生縮松的傾向。且熔煉時鋅的蒸汽壓較高，所形成鋅蒸汽可防止銅和錫元素氧化，凈化合金，降低產生氣孔的傾向。鋅對錫青銅的組織和性能的影響與錫相似，但加2%鋅只相當1%錫的作用。而鋅的價格只有錫的1/5，故用鋅代錫還可降低成本。鋅含量超過5%，易使紋飾不清晰，易受腐蝕，難以生成文雅的綠色外膜?，F代室外藝術鑄件常選用含鋅的錫青銅，俗稱炮銅。20編輯ppt錫青銅中合金元素的作用② 鉛 鉛的硬度很低，在錫青銅中以質點狀分布，提高合金的耐磨性能，也給青銅的加工帶來方便。同時鉛的熔點低，提高了錫青銅的流動性。凝固時鉛富集在枝晶間的孔隙中，減少縮松，防止?jié)B漏，一般鉛含量在5%左右防滲漏效果最好。青銅中鉛比重較大，過量的鉛會引起重力偏析，所以含鉛錫青銅澆注前須注意攪拌，采用水冷或金屬型來加快冷卻，防止偏析。21編輯ppt錫青銅中合金元素的作用 Cu-Sn-Pb系合金在室溫狀態(tài)下金相與顏色以及合金成分與強度、延伸率的關系。圖5Cu-Sn-Pb系合金在室溫狀態(tài)下金相與顏色的關系圖6Cu-Sn-Pb系合金的抗拉強度σb/（kg·mm-1）圖7Cu-Sn-Pb系合金的延伸率22編輯ppt錫青銅中合金元素的作用③ 鎳 青銅中鎳無限地溶于α固溶體內，促使α樹枝狀晶體發(fā)達，因而加入微量的鎳可以減輕錫鉛的偏析。加入1%～2%的鎳，便能使晶粒細化，提高機械性能、耐腐蝕性能和熱穩(wěn)定性，改善青銅的鑄造性能。較多的鎳會使青銅顏色變白。④ 鐵 鐵的主要作用與鎳相似，可以細化晶粒，提高強度，改善著色性能。但含量必須控制在5%以下，否則使青銅發(fā)脆，同時降低耐腐蝕性能。23編輯ppt錫青銅中合金元素的作用⑤ 鋁 在錫青銅中鋁是有害雜質，它使著色困難。只要含鋁0.5%，表面便從暗紅色轉為金黃色，進而成銀白色。但在無錫鋁青銅中，鋁能提高強度、耐腐蝕性和鑄造性能。⑥ 磷 在錫青銅中必須加0.03%～0.06%的磷來脫氧，以改善鑄造性能，過量易產生脆性相Cu3P，且降低著色效果。⑦ 硅 青銅中加入硅，便會使其機械性能及鑄造性能惡化，但能增加耐腐蝕性能，硅使表面呈暗赤色到茶色，有時呈葡萄色，因表面覆有一層很致密的SiO2膜，使著色困難。24編輯ppt藝術鑄造用的錫青銅表425編輯ppt（1）鑄造響銅是一種錫青銅或硅青銅，含錫量一般較高，由圖4可知，這種錫青銅具有高的強度和低的塑性。表5為部分響銅的化學成分。 響銅的鑄造性能很好，可澆出各種精巧藝術品，但是含錫量過高易碎，并且硬度高，加工也困難。2.1.2響銅和鏡銅26編輯ppt部分響銅的化學成分表527編輯ppt

（2）銅鏡問世于玻璃鏡之前，人們以錫青銅經研磨拋光后制成燧（聚光鏡，取火用）和鑒（鏡子）。表6為部分戰(zhàn)國、漢、唐銅鏡的化學成分。由圖5、圖7可見，銅鏡的含錫量很高，故色白，硬而脆，磨拋后鏡面既白且亮，反光性能好，利于映像，但易碎。唐以后，銅鏡中錫量漸少，鋅量增多，顏色變黃，映像效果變差。表6部分戰(zhàn)國、漢、唐銅鏡的化學成分28編輯ppt2.1.3鋁青銅鋁青銅是含8%～12%Al的銅鋁合金，色澤金黃，大氣中變色緩慢，也可作為藝術鑄件用銅。圖8Cu-Al二元相圖29編輯ppt

α相為鋁溶于銅的固溶體；β相是以電子化合物Cu3Al為基的固溶體，強度高，塑性好；γ2相是以電子化合物Cu32Al19為基的固溶體，性硬而脆。因此，合金中γ2相含量過多會使合金變脆。在緩慢冷卻條件下，β相發(fā)生共析轉變 形成的γ2相使合金變脆——稱“緩冷脆性”。 快冷時，β相來不及共析轉變，合金組織為α+β相，強度高，塑性好。所以，鑄件可在750℃左右空冷或水冷，以防緩冷脆性。加入合金元素，如Mn、Ni等可抑制緩冷脆性。30編輯ppt

鋁青銅是工業(yè)中最常用的一種無錫青銅，其強度、塑性、化學穩(wěn)定性及致密性均由于錫青銅，且鋁青銅中不含錫，成本也較低，可用來代替錫青銅澆注藝術鑄品。但鋁青銅熔煉澆注時極易氧化吸氣，且收縮大，鑄件易產生氣孔、縮孔，表面夾渣和裂紋。31編輯ppt2.2黃銅黃銅有普通黃銅和特殊黃銅之分，普通黃銅為銅鋅二元合金，若加入少量其他元素就構成特殊黃銅。黃銅由于色澤金黃而誘人喜愛，是一種主要的藝術鑄造合金材料。著名的武當山金殿、宣德爐等明代藝術鑄件就是用黃銅鑄造的。32編輯ppt2.2.1普通黃銅鋅在黃銅中作用主要是提高強度，改善鑄造性能。圖9Cu-Zn二元相圖33編輯ppt 常用的二元黃銅平衡狀態(tài)組織有三種： 含鋅量小于38%時為單相α——小黃銅含鋅量為38%～47%時為α+β——α+β黃銅為47%～50%時為單相β——β黃銅 普通黃銅的耐蝕性和加工性能等不夠好，然而含8%～20%Zn的黃銅色澤金黃，為α單相組織，拋光后經大氣腐蝕，會顯出金黃色的斑塊，因此在鑄造藝術品中應用較多。2.2.1普通黃銅34編輯ppt 在銅鋅合金的基礎上加入錳、鋁、硅、鐵、錫、鉛、鎳等合金元素，就構成了三元或多元銅合金。加入少量合金元素后，黃銅的機械性能、鑄造性能和耐腐蝕性能都能得到顯著的提高。特殊黃銅的組織和普通黃銅相似，主要組成仍然是β和α相。2.2.1特殊黃銅35編輯ppt2.2.1特殊黃銅 加入合金元素對組織的影響反映在二元相圖上，主要是使相區(qū)分界線的位置移動了，改變了組織中β和α兩相的組成比例。因此可把合金元素對黃銅組織性能的影響，折算成鋅的影響，稱為“鋅當量”。

表8各合金元素的鋅當量36編輯ppt合金元素的作用：（1）鐵黃銅中加入鐵的加入量一般為1%～3%。它可細化晶粒，提高強度和硬度，增加耐腐蝕性，但超過這個數值，則使合金發(fā)脆，降低塑性和耐腐蝕性。2.2.1特殊黃銅37編輯ppt（2）錳

錳能提高黃銅的強度和硬度，同時增加抗腐蝕性能，且不降低塑性。 Cu-Zn-Mn系合金的顏色逐漸由紅變黃，由黃變白（圖10）。當含鋅量為30%時，只要加入10%的錳就可使合金變?yōu)轭愃奇嚢足~所具有的美麗銀白色。 若含63.5%Cu、24.5%Zn、12%Mn，則具有良好的機械性能、工藝性能和耐腐蝕性。這兩種合金可取代鎳白銅鑄造藝術鑄件。黃銅中加入錳還具有阻止“脫鋅”的作用。

2.2.1特殊黃銅圖10Cu-Zn-Mn系合金顏色38編輯ppt（3）鋁

少量的鋁就能強烈地提高黃銅的強度，但降低塑性。鋁能提高抗腐蝕性能，提高合金的流動性，澆出的鑄件表面質量較好。（4）硅

少量的硅能顯著提高黃銅的強度和硬度，但也顯著降低塑性。硅也能提高黃銅的抗腐蝕和鑄造性能。（5）鉛

鉛主要用來改善黃銅的切削加工性能。（6）錫

錫主要用來提高黃銅的強度和抗海水腐蝕，故加錫的黃銅又稱海軍炮銅。錫的加入量一般控制在1%以下。（7）鎳

鎳用來細化組織，提高沖擊韌性和耐腐蝕性。2.2.1特殊黃銅39編輯ppt藝術鑄造用黃銅表940編輯ppt 白銅主要為Cu-Ni-Zn合金，鎳賦予銀白色澤，并提高耐腐蝕性及硬度，但以30%為限，若過多，熔化時吸氣大。鋅改善鑄造性能，不利于耐蝕性。錫與鎳能形成（Cu·Ni）3Sn(即θ)相，起明顯的強化作用。白銅中還可加入≤5%鉛，改善加工性能，壁厚時，取下限。2.3白銅41編輯ppt 白銅的色澤與合金成分有關，如圖11所示。銅中增加鎳或鋅就成為白色，其中鎳含量對白銅色澤的影響要比鋅強。 白銅呈美麗溫和的銀白色。有良好的延展性和耐腐蝕性，含20%Ni的白銅常用于鑄招牌，含15%～20%Ni的白銅多用于日常用品。圖11鎳和鋅含量對白銅色澤的影響1-帶黃色 2-黃色3-白色4-銀白色 5-鎳色 6-白色42編輯ppt美國用于藝術鑄造的白銅表1043編輯ppt

白銅在液態(tài)時急劇吸氣。熔化時溶液表面須覆蓋木炭。先把銅與鎳作成50%Cu+50%Ni的中間合金，待銅鎳中間合金和電解銅熔化后經脫氧再加入鋅，熔化后再用磷銅進行二次脫氧，磷的加入量為0.03%。白銅鑄件凝固過程中容易開裂，澆注時易產生二次氧化，須特別注意。44編輯ppt 在銅中加入鈹（Be），就可大為提高銅合金的機械性能，增強耐磨性，且成形性及復印性極佳，使鑄件可復印出清晰細致的紋飾。 鑄造鈹銅合金含0.45%～2.75%Be，Be含量越高，鑄造性能越好，使合金具有金黃色色澤，但成本也越高。低含量的鈹，合金呈淡紅色或金黃色。鈹銅合金價格高，熔煉時鈹蒸氣有毒，應加強吸排措施。2.4鈹銅合金45編輯ppt美國鑄造鈹銅合金表1146編輯ppt 銅合金鑄件的常見缺陷如力學性能不合格、氣孔、夾渣、滲漏、偏析等，主要原因是熔煉工藝控制不當。銅合金熔煉工藝的要點有：1) 嚴格控制合金的化學成分，準確配料。2) 凈化合金液，防止銅液氧化、吸氣。3) 高溫熔煉，快速熔化，低溫澆注。3、銅合金的熔煉原理及工藝47編輯ppt3.1銅合金的氧化和脫氧3.1.1銅合金的氧化特性

銅合金熔化后，在高溫下容易被爐氣中的氧所氧化，在液面上進行下列氧化反應 4Cu+O2=2Cu2O 反應產物氧化亞銅Cu2O的密度6g/cm3，熔點1235℃。當溫度低于熔點時是固態(tài)，呈黑色，η=1.71＞1，覆蓋膜是致密的，對銅液有保護作用，溫度高于Cu2O的熔點時，呈液態(tài)，對銅液失去保護作用。48編輯pptCu2O溶于銅液中，隨溫度的下降，Cu2O與α相在1066℃時形成α＋Cu2O共晶體。α相是銅中溶有氧0.0010%～0.0036%的固溶體，共晶點的含氧量為0.39%，凝固時，先形成α相，降至共晶溫度時，共晶體在α相晶粒連接處析出，分布在α相晶界上。純銅、錫青銅、鉛青銅等脫氧不徹底時，組織中出現α＋Cu2O共晶體。由于熔點低，會引起熱脆，如吸入氫氣，則發(fā)生下列反應

Cu2O+H2=2Cu+H2O(3)凝固后在鑄件中生成氣孔。含有Cu2O的銅鑄件不能在還原性的爐氛中進行熱處理，否則氫將滲入α相的晶界，按反應式（3）生成水汽，其壓力隨晶間壓力的增大而增加，會導致晶界顯微裂紋的產生。49編輯ppt Cu2O有很高的分解壓力。由圖13可見（見下頁），Cu2O的分解壓力Po2比合金元素鋁、鎂、硅、錳的氧化物分解壓力高的多，熔煉時，如果在脫氧消除Cu2O之前加入這些合金元素，將發(fā)生下列反應

3Cu2O+2Al→Al2O3+6Cu（4）

2Cu2O+Si→SiO2+4Cu （5） 彌散狀反應產物Al2O3、SiO2將懸浮在銅液中，很難清除，會在鑄件中形成夾雜，惡化力學性能，因此熔煉純銅、錫青銅、鉛青銅等必須徹底脫氧，清除Cu2O后再加入合金元素。50編輯ppt某些合金氧化物的分解壓Po2與溫度的關系圖13某些合金氧化物的分解壓Po2與溫度的關系51編輯ppt3.1.2銅合金的脫氧（一）脫氧基本原理Cu2O的分解壓力高，能溶于銅液中，因此往銅液中加入那些與氧的親和力比銅與氧的親和力大的元素，通過如同式（4）、（5）這類反應就可將Cu2O中的銅還原出來，生成物能自動上浮至銅液表面而被除去，完成脫氧過程，加入的元素即稱為脫氧劑。52編輯ppt（二）脫氧方法 （1）沉淀脫氧 （2）擴散脫氧 （3）沸騰脫氧3.1.2銅合金的脫氧53編輯ppt 除電工材料用的純銅外，磷是應用最廣泛的脫氧劑。磷銅加入銅液后，即在整個溶池內進行脫氧反應。脫氧第一階段，磷蒸氣與銅液中的Cu2O作用

5Cu2O+2P=P2O5+10Cu（12） 反應產物P2O5的沸點為347℃，在銅液中以氣泡形式上浮，上浮過程中繼續(xù)與Cu2O反應，進入脫氧第二階段

Cu2O+P2O5=2CuPO3（13）

Cu2O可以清除殆盡。當Cu2O含量較高，磷蒸氣逸出較慢時，磷也可能直接與Cu2O反應

6Cu2O+2P=2CuPO3+10Cu （14） 偏磷酸銅CuPO3的熔點低，密度比銅小，容易上浮至液面而被除去。3.1.3磷銅脫氧54編輯ppt 圖14為ZCuSn10脫氧時磷的加入量與銅液中殘余含氧量之間的關系曲線。由圖中可見，原始含氧量為0.02%時，加入微量磷，含氧量就急劇降低，加磷0.02%后，含氧量已降至0.003%以下，因而生產中磷的加入量一般控制在0.03%～0.06%范圍內。3.1.3磷銅脫氧圖14磷加入量與ZCuSn10中殘余含氧量的關系55編輯ppt 加入磷量過多，則銅液中殘留磷量過高，促使銅液與鑄型中的水分反應

2P+5H2O=P2O5+5H2（15） 反應產物H2滲入銅鑄件中，形成皮下氣孔。因此，砂型鑄造時殘余含磷量應控制在0.005%～0.001%范圍內，金屬型鑄造可適當放寬。3.1.3磷銅脫氧56編輯ppt 銅液中沒有殘余磷同樣有害，此時銅液中必然殘留氧，凝固時與極微量氫相遇就會反應生成水汽，在鑄件中留下氣孔。 磷明顯降低銅液的表面張力，因而能提高流動性，對充型有利，故對薄壁小鑄件可適當增加磷的加入量，防止?jié)膊坏健?.1.3磷銅脫氧57編輯ppt

熔銅爐的爐氣中有：

H2、O2、N2、H2O、CO、CO2、SO2等 其中 O2、H2O使銅氧化 H2、O2、SO2等能溶入銅液中3.2銅液的吸氣、除氣58編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性表13爐氣中各組分與銅液之間的作用59編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（1）氫 氫的壓力為0.1MPa時，氫在銅中的溶解度與溫度的關系曲線見圖15，表14為有關數據。由圖15、表14可知，氫在銅液中的溶解度很大并隨溫度的升高急劇升高；冷卻時溶解度下降，呈氣泡形式析出，凝固后在鑄件中形成氣孔。表14氫在銅中溶解度與溫度的關系圖15氫在銅中溶解度與溫度的關系60編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性 銅液中的氫除了直接來自燃料、爐料外，主要時由水汽分解所產生的，由燃料、爐料、熔劑及熔煉工具帶入銅液中的水汽，遇到鋁、硅、錳、鋅等活潑元素時，這些元素被氧化，水被分解，產生氫并溶入銅液中。61編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（2）水汽水汽不能直接溶于銅液中，但在高溫條件下，能產生下列反應：式中K—平衡常數，和溫度有關；[H]—氫在銅液中的溶解度，%；[O]—氧在銅液中的溶解度，%；PH2O—爐氣中水汽的分壓，kPa。最后得（19）（20）（21）62編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（3）CO、CO2 CO、CO2均不溶于銅液中。CO能使Cu2O還原；CO2使銅液中的鋁、硅、錳、鋅氧化，生成這些元素的氧化物如Al2O3、SiO2等，但能隨CO2氣泡一起上浮而被除去，因此對銅液質量影響不大。63編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性 在含鎳的銅合金中，CO、CO2與鎳產生下列反應：

4Ni+CO=Ni3C+NiO(23)Ni+CO2=NiO+CO(24) Ni3C、NiO均能溶解在銅液中，溶解度隨溫度下降而降低，NiO、Ni3C重新析出，促使反應向左進行，在凝固后期產生CO、CO2在鑄件中成為氣孔。64編輯ppt3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（4）SO2 SO2能溶解于銅液中，并與銅產生下列反應

SO2+6Cu-=2Cu2O+Cu2S (25) 凝固時Cu2S沿晶體析出，產生熱脆性，成為有害的雜質，如同時有殘余Cu2O，反應方向向左，產生SO2，在鑄件中形成氣孔，因此不宜使用含硫量高的燃料。65編輯ppt3.2.2銅液的除氣（一）氧化法除氫 這種方法除氫的原理是利用式（21）的關系，當熔煉溫度，爐膛壓力不變，爐氣中水汽濃度一定時，式（19）中的K，PH2O可作為常數，則[H]2[O]也為一常數，可作出圖17所示的銅液中K=[H]2[O]關系曲線。圖17銅溶液中K=[H]2[O]關系曲線1-1350℃2-1250℃3-1150℃66編輯ppt 銅液增氧方法有兩種。一種是控制爐氣為氧化性，提高爐氣中氧的分壓，增加銅液中氧的濃度。具體工藝措施是增加鼓風量以提高爐膛內氧的分壓，對自然通風的焦炭爐可適當增加煙囪高度，加強通風，增強供氧；對于油爐應控制風量、油量、使燃油充分燃燒并有剩余氧。另一種為加入氧化性熔劑，使銅液增氧。67編輯ppt 采用氧化性溶劑增氧，效果比較明顯。常用的氧化性熔劑是一些高溫下分解的高價氧化物，如MnO2、KMnO4、CuO等，熔劑裝在坩鍋底部，與爐料同時加熱，高溫下熔劑被分解，析出氧溶入銅液中，本身被還原為低價氧化物，具體反應如下反應產物Cu2O脫氧后被除去，K2O、MnO不溶于銅液中，進入爐渣中被扒去。熔煉有油污的廢雜銅，化清后含氫量高，尤宜采用此法。

(26)(27)(28)68編輯ppt（二）沸騰法除氫

鋅的沸點只有907℃，黃銅可采用沸騰法除氫。黃銅的蒸氣壓隨鋅量增大、溫度上升而增高，見表15從表中可知，鋅高于35%的黃銅沸點低于1130℃，黃銅的熔煉溫度為1150～1200℃，銅液已經沸騰，大量鋅蒸氣逸出，氣體、夾雜也隨之帶去，從而凈化銅液，不需其它措施就能獲得優(yōu)質的銅液。表15黃銅含鋅量與沸騰溫度的關系69編輯ppt3.3銅合金的熔劑和脫氧劑3.3.1覆蓋熔劑 （一）木炭 木炭曾是熔煉銅合金應用最普通的覆蓋劑，主要作用是防氧化、脫氧和保溫，但由于木炭是疏松多孔的物質，表面活性大，能強烈吸附水汽，因此使用前必須在1000～1050℃高溫下焙燒，除去吸附的水汽。70編輯ppt3.3.1覆蓋熔劑(二)玻璃 不宜用木炭覆蓋時，可使用玻璃。玻璃是一種復合硅酸鹽，分子式為Na2O·CaO·6SiO2，熔點在900～1200℃之間，化學性能穩(wěn)定，不與銅合金中任何元素發(fā)生化學反應，也不吸收爐氣中的水汽，故同時具有氧化和保溫作用。但由于熔點高，粘度大，扒渣較困難，熔渣和銅液相混，會增大熔耗，應加入Na2CO3、CaO、Na2B4O7等堿性物質和玻璃形成低熔點的復合硅酸鹽，提高流動性，以便于清除。71編輯ppt3.3.1覆蓋熔劑(二)玻璃1）玻璃50%+Na2CO3，溫度高于1100℃時，形成流動性好的CaSiO3·5Na2SiO3，適用于熔點高的鋁青銅、含鎳的錫青銅等。2）碎玻璃37%+Na2B4O763%，熔點較低，兼有覆蓋和精煉作用，適用于硅青銅。3）Na4SiO490%+NaCl10%或CaF210%，適用于黃銅。72編輯ppt3.3.2精煉熔劑（一）清除Al2O3 可用Na2CO3、CaF2、Na3AlF6，化學反應如下

Al2O3+Na2CO3=Na2Al2O4+CO2 (29) Na2Al2O4的熔點低，密度比銅液小，上浮至液面，成為熔渣，CO2呈氣泡上浮，有精煉作用。

Al2O3+3CaF2=2AlF3+3CaO (30) AlF3呈氣泡逸出液面，CaO與復式硅酸鹽Na2O6·CaO·SiO2/900~1200℃形成低熔點復鹽進入熔渣中。

2Al2O3+2Na3AlF6=4AlF3+Na3Al2O4+2Na2O (31) Na2Al2O4、Na2O進入熔渣中，Na3AlF6還能溶解Al2O3，清除Al2O3的效果最好，對鋁青銅有良好的精煉作用。73編輯ppt3.3.2精煉熔劑（二）清除SiO2

可用Na2CO3清除SiO2

SiO2+2Na2CO3=Na4SiO4+2CO2 (32) 生成的Na4SiO4成為熔渣被除去。

（三）清除SnO2

清除SnO2可用Na2CO3、Na2B4O7、CaO、B2O3，精煉反應如下

SnO2+Na2CO3=Na2SnO3+CO2 (33)SnO2+2Na2CO3+B2O3=Na2B2O4·Na2SnO3+2CO2 (34) SnO2+2CaO+Na2B4O7=2CaB2O4·Na2SnO3 (35) 反應產物Na2SnO3及其復鹽，熔點比銅液低，密度比銅液小，容易上浮至銅液表面層，形成熔渣而被除去。74編輯ppt鑄造銅合金常用精煉劑表1675編輯ppt鑄造銅合金常用氧化性熔劑表17鑄造銅合金常用氧化性熔劑（質量分數，%）76編輯ppt3.4銅合金液質量控制化學成分的檢測及控制含氣量檢測方法斷口檢查爐前彎曲試驗77編輯ppt圖18常壓凝固試驗用的鑄型圖19含氣量試樣不同的收縮情況a）合格b）由氣體不合格c）有大量氣體、不合格abc78編輯ppt圖20銅合金現場測氫儀簡圖1-中間罐 2-儀器罩3-真空泵4-過濾罐5-控制閥6-真空表7-壓力室（包括蓋、觀察孔）8-工具箱9-控制開關10-放水閥圖21減壓值對銅液試樣表面的影響a）減壓過大b）減壓適中c）減壓過小79編輯ppt圖22銅合金爐前彎曲試驗a）彎曲試樣b）澆注試樣的金屬型c）試驗裝置80編輯ppt3.5銅合金熔煉工藝3.5.1銅合金熔煉一般原則各類銅合金熔煉工藝不盡相同。但均應遵循下列原則：1）所有金屬爐料表面必須清理干凈，預熱，熔劑應焙燒或預熔，徹底去除水分。更換合金牌號時，特別要注意的是，鋁青銅、鋁黃銅，硅黃銅用過的坩堝、爐襯不可熔煉錫青銅、鉛青銅、鎳白銅。2）銅合金液易氧化、吸氣，應遵守“快速熔煉，及時澆注”的原則，不使銅液在爐內停留時間過長。3）控制爐氛為中性，對錫青銅、鉛青銅可在弱氧化性爐氛中熔煉。4）加料次序甚為重要，應服從“快速熔化”“防止氧化、吸氣”的原則，具體次序根據爐料組成，熔煉設備特性等靈活運用。5）熔煉溫度與銅液質量密切相關，應嚴格控制，符合工藝要求。6）及時、準確執(zhí)行爐前質量檢驗。81編輯ppt回爐料牌號判斷方法表1982編輯ppt銅合金的火焰分類法圖23銅合金火焰鑒別裝置示意圖83編輯ppt銅合金的火焰分類法表2084編輯ppt3.5.3中間合金的采用 由于鑄造銅合金的熔煉工藝特點，除選用新金屬材料和回爐料外，常常將高熔點的合金元素（如Fe、Mn、Cr、Ni、Zr等）和易氧化的合金元素（如Be、Mg、P等）預先配制成二元或三元中間合金作為爐料采用，以降低熔化溫度、縮短熔煉時間、減少合金元素的燒損。85編輯ppt中間合金的熔煉工藝表21