有色金属熔炼与铸锭—培训课件.ppt

铝锂合金主要 应用领域 火箭 卫星 导弹 舰船 飞机 目前，美、俄、英、法等国的铝锂合金熔炼与铸造技术已完全过关，其轧制、挤压、锻造等加工生产技术已达到常规铝合金的水平 。国外铝锂合金牌号多（30余种）、品种较齐全，但仍在不断研究开发新的合金，研发方向主要是高强高韧和各向同性铝锂合金 。 我国通过七五、八五、九五、十五攻关四个五年计划项目，已建成了6吨级铝锂合金半连续熔铸生产线，国产铝锂合金已成功应用于DF-X导弹壳体和新型Su-X战机。但主要是仿制美、俄的2091、1420、2090、 2195和 2197等牌号合金。 中南大学材料学院拥有目前国内高校唯一长期系统从事铝锂合金研究的科研群体。从“七五”开始率先在国内开展铝锂合金研究，到“十五“期间，连续四个“五年计划”，分别承担国家计委、国防科工委和总装备部下达的铝锂合金研究国家攻关任务，参与国家从俄罗斯引进6吨级铝锂合金熔铸专用机组的技术与设备引进工作。和西南铝加工厂、航天703所、三院三部以及航空621所等单位紧密合作，先后研制成功2091，2090，2195，1420等高性能铝锂合金，并达到工业化生产规格，这些材料已成功地用于我国“921工程” ，“11＃工程” ，“DF×××” ，“JB2”等国防重点型号工程中，为军工科研和国防建设作出了重大贡献。 近20年来，在铝锂合金基础研究方面，采用先进的微观观测手段和计算机模拟技术，在原子集团和纳米数量级考察了铝锂合金中多种合金元素原子之间的相互作用，系统研究了微量元素在铝锂合金中的作用机理，建立了完整的铝锂合金合金化理论体系，为铝锂合金的成分设计和新型铝锂合金开发提供了理论依据。 到目前为止，铝锂合金研究已取得部省级鉴定成果4项，获省级科技进步二等奖1项、三等奖3项，在Acta.Mater，Scripta.Mater，Mater.Sci.Forum等国内外知名刊物上发表论文80余篇，绝大部分文章被SCI和EI收录。 铝锂合金熔炼与铸造的特点 铝锂合金本身纯度要求和锂的加入使其熔炼设备和熔炼技术与常规铝合金相比有不同的特点。 实验室常用刚玉坩埚或石墨坩埚。刚玉坩埚不耐急冷急热，使用寿命短；石墨坩埚高温易氧化，且与锂发生反应生成Li2C2 。 目前，国外普遍采用的成熟工艺是采用感应坩埚炉熔化，再真空精炼和静置。但各国都未公开其炉衬材料。Li3N、 LiOH、 LiCl对炉衬有很强的腐蚀作用。早期有报道说采用纯铁、纯钛、310不锈钢等做坩埚和熔炼工具。现在从俄罗斯生产铝锂合金的工厂来看，主要采用多种成分的耐火材料加涂层的方式，一直在开发延长使用寿命的涂层材料。 铝锂合金熔炼工艺的特点 熔炼铝锂合金一般是采用熔剂保护、惰性气体保护或真空熔炼。 ●溶剂常用碱金属的氯化物、氟化物（如氯化锂、氟化锂）。 溶剂保护操作方便，但成本高，还会引起溶剂夹渣，溶剂和熔体产物的夹渣（如在镁含量较高的铝锂合金铸锭中，可发现有区域偏析—X光光谱分析证明发亮区域中镁含量降低，因熔体中的镁与溶剂反应生成了氯化镁） ●氩气保护熔炼和真空熔炼设备都比较复杂，适合自动化或半自动化操作，现代化大生产中，无溶剂保护生产工艺是采用氩气保护和真空熔炼相结合，解决了溶剂保护带来的不利影响。 ●铝锂合金熔炼的另一个特点是具有较高的气体过饱和倾向，氢含量比一般铝合金高一个数量级，因而要求采用较高纯度的炉料和辅助材料且预先烘干再投料；溶剂最好随配随用。 ●大生产中铝锂合金在熔炼过程中要尽量少用工具搅拌或不用工具搅拌，以免污染合金。 如工频感应坩埚炉熔炼就是靠电磁感应搅拌熔体，反射电阻炉熔炼可在熔池下面安装电磁搅拌器进行搅拌，也可采用高纯氩气精炼并使用气动泵搅拌。 ●实验室通常采用六氯乙烷出气精炼，选用低钠炉料和低钠溶剂来保证合金质量。 铝锂合金铸造工艺特点 工业生产铝锂合金一般不能采用直接水冷铸造法。当锂含量超过1.5wt%时，用常规的直接水冷铸造法将会发生强烈的爆炸，但其爆炸的原因机理未研究清楚。因而现在铝锂合金铸造一般采用包铝铸造（恺撒法）、固体颗粒冷却铸造、乙二醇冷却铸造（阿尔考法）等。 浇温高：金属流动性好，二次氧化严重，吸气增加，缩孔多 浇速快：对于水冷模，温度梯度增大，凝固速度快； 对于无水冷模，温度梯度下降，凝固速度慢。 冷却强度（单位时间内导走的热量）大：传热速度快，温度梯 度大，凝固速度大。 无水冷模取决于模壁吸热能力；连续铸锭取决于水压或用水量（一次冷却15~20%，二次冷却关键：二次冷却快，液穴浅平，铸锭组织致密）。 凝固区及凝固方式 凝固区：（固相区/凝固区/