铜及铜合金熔炼时所用的熔剂及其消耗

[大][中][小] 2013-05-15 11:09
 3.熔剂及其消耗
    铜及铜合金熔炼时所用的熔剂,按其使用目的不同,可分为覆盖翔、精炼剂、氧化剂、脱氧剂及晶粒细化剂。
    (1)覆盖剂覆盖剂的主要作用是使合金液与炉气隔绝,防止合金元素氧化、蒸发,防止熔体吸气和散热过多。覆盖剂应具有适当的粘度和表面张力,密度应比合金液小,易于上浮,能形成与合金液分离的保护层,还要求覆盖剂有较低的熔点,化学性能稳定。常用的覆盖剂有木炭和玻璃两种。
    木炭是铜和铜合金应用最普遍的覆盖剂,具有防止合金元素氧化。脱氧和保温作用。但对高镍含量的铜合金,特别是白铜不应使用木炭,因为在高温下碳能溶于镍中,凝固时呈石墨片状析出,有损于合金性能。
    玻璃性能稳定,与铜合金不发生化学反应,不吸收空气和炉气中的水分和气体,有良好的覆盖作用,但因熔点较高(1000~l l00℃),粘度又大,故不宜单独使用。通常都是在玻璃中添加一些碱性物质,如苏打、石灰石以及硼砂、氟石或冰晶石等,形成熔点低和流动性好的复盐,以利于合金液与熔渣分离,从而降低金属的损耗。
    (2)精炼剂铜合金在熔炼过程中会不可避免地产生一些酸性或中性氧化物,如Al:0,(铝青铜、铝黄铜)、Sn0:(锡青铜、铅锡青铜)、Si0:(硅青铜、硅黄铜)、Crz0。(铬青铜)、Mn0:(高锰铝青铜、锰黄铜)等。这些氧化物用脱氧方法难以还原,而较为有效的方法是在铜合金液中加入碱性熔剂,其作用后产生低熔点复盐,再扩散上浮至液面,凝集成渣后排出。
    精炼剂的种类有很多,一般由碱和碱土金属或碳酸盐的混合物组成。其中,最常用的熔剂成分有冰晶石、苏打、碳酸钙、食盐、氟化钠、氟石、硼砂、氧化钙以及氟硅酸钠等。
    (3)氧化剂  氧化剂也可以被认为是一种精炼剂,主要作用是增加合金液中的含氧量,以达到除氢的目的。
    对于吸氢性较强的纯铜、锡青铜、锡磷青铜和铅青铜等合金,在熔化时或因炉内气氛难以控制为氧化性,或因炉料潮湿、带锈等,宜采用氧化剂。
    氧化剂通常是由氧化物和造渣剂组成的。对于氧化剂的要求是:在熔炼温度下能分解或溶入铜液中,并且容易被氢原子还原;组成氧化物的金属元素在进入合金液后对合金性能不产生有害影响;造渣剂应易于吸附反应生成物和排除反应生成的水蒸气。
    (4)脱氧剂铜和铜合金在氧化气氛中熔炼时,或者为了除氢而添加氧化剂时,会使铜合金液中的氧浓度显著增高,并以Cu:O的形式溶入铜液中。Cu:O能引起“氢脆”并显著降低合金的力学性能,因此,必须对铜液进行脱氧处理。
    脱氧处理即添加一种或几种比铜与氧的亲和力更大的元素将Cu,O中的cu还原出来,并使所生成的脱氧产物上浮而被排出。
    金属元素与氧的亲和力的大小顺序(由大至小)如下:Ca、Be、M9、Li、Al、V、Ti、Na、Si、B、Mn、Zr、Zn、P、Sn、Fe、Ni、Sb、As、Pb、Cu。
    从理论上说,在cu之前的金属元素都可以作为铜的脱氧剂,但考虑到脱氧产物的性质和元素自身特点,实际上能作为铜脱氧剂的元素是有限的,主要有P、Mn、M9、Li、Be、Si。
    (5)晶粒细化剂晶粒细化是改善铜和铜合金铸件性能的重要手段,常用的方法是添加晶粒细化剂。另外还有机械振动、超声波振动、压力结晶以及快速冷却等。 晶粒细化剂的选择应满足以下基本要求:
  ·  1)有与合金成分组元最好是与合金主要成分形成化合物的能力,并通过包晶反应形成大量的化合物质点。
    2)加入的晶核或形成的化合物质点的熔点应高于合金的熔点。
    3)在合金结晶之前能以游离分散的质点形式均匀地分布在熔体中。
    4)加入量要少或者不影响合金的成分。
    大多数铸造黄铜和铝青铜中含有一定数量的具有细化晶粒作用的铁。铁在铜中的溶解度很小,大部分以.y.Fe树枝晶(在纯铜中)或以富铁化合物(在特殊黄铜中)或以K相(铝青铜中的CuFeAl化合物)形式析出,成为结晶核心而使合金细化。
    为了进一步改进和提高铸造铜及铜合金(特别是不含Fe的铜合金)的力学性能、耐磨性和耐蚀性能,可以进行晶粒细化处理。
    在熔炼过程中,各种添加剂的添加顺序和用量为:覆盖剂通常先加入炉内,或在加电解铜后加入,加人量约为炉料重量的0.5%~2%,足以覆盖整个熔池液面;氧化剂也先加入炉内,加入量约为炉料重量的1%-2%;精炼剂在合金全部熔化后加入,加入量约为炉料重量的0.2%一l%,当炉料含杂质量较高时,加入量适当增加。
 

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