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上篇 铝及铝合金熔炼与铸造1

1 铝及铝合金1

1.1 概述1

1.2铝的一般特性1

1.3铝合金的主要分类及牌号命名3

1.3.1 主要分类3

1.3.2合金牌号命名5

1.4主要变形铝合金的特性及合金元素在铝合金中的作用7

1.4.1 1×××系（纯铝）7

1.4.2 2×××系（铝-铜系合金）9

1.4.3 3×××系（铝-锰系合金）12

1.4.4 4×××系（铝-硅系合金）13

1.4.5 5×××系（铝-镁系合金）14

1.4.6 6×××系（铝-镁-硅系合金）15

1.4.7 7×××系（铝-锌系合金）17

1.5变形铝合金制品对锭坯的要求18

1.5.1 对化学成分的要求19

1.5.2对冶金质量的要求19

1.5.3 对铸锭组织的要求19

1.5.4对铸锭几何尺寸和表面质量要求19

1.6现代铝合金熔铸技术的发展趋势19

1.6.1 熔铸设备20

1.6.2 晶粒细化20

1.6.3熔体净化和检测20

1.6.4铸造技术22

复习思考题22

2 熔炼炉23

2.1铝合金熔炼炉和静置炉的基本要求23

2.2熔炼炉的分类及对炉衬材料的基本要求23

2.2.1 熔炼炉的分类23

2.2.2对熔炼炉炉衬材料的基本要求24

2.3火焰反射炉26

2.3.1 火焰反射炉工作原理26

2.3.2 火焰式固定矩形熔铝炉26

2.3.3 火焰式固定圆形熔铝炉27

2.3.4倾动式熔铝炉27

2.3.5双膛双向熔铝炉28

2.3.6竖式熔铝炉28

2.4电阻式反射炉29

2.5用于反射式熔化炉和静置保温炉的几种装置30

2.5.1 蓄热式预热装置（蓄热式烧嘴）30

2.5.2 炉底电磁搅拌装置31

2.6电感应炉31

2.6.1 感应加热原理31

2.6.2 电感应炉的用途32

2.6.3 感应熔炼炉类型32

2.7铝及铝合金生产线熔炼设备的现状和发展34

2.7.1 熔炼炉34

2.7.2保温（静置）炉35

复习思考题36

3 中间合金的制备技术37

3.1使用中间合金的目的37

3.2对中间合金的要求37

3.3常用中间合金成分和性质38

3.4中间合金的熔制技术38

3.4.1 铝-钛38

3.4.2 铝-镍39

3.4.3 铝-铬39

3.4.4 铝-硅40

3.4.5 铝-铁40

3.4.6 铝-铜40

3.4.7 铝-锰40

3.5 中间合金的熔铸工艺与设备41

复习思考题41

4 原材料的管理和使用及其配料计算42

4.1纯金属的管理、使用和验收42

4.2废料的保管、交付和验收43

4.3配料计算43

4.3.1 炉料选择44

4.3.2 配料44

复习思考题47

5 铝合金的熔炼48

5.1 概述48

5.1.1 熔炼目的48

5.1.2 熔炼特点48

5.1.3 熔炼方法49

5.2熔炼过程中的物理化学作用50

5.2.1 炉内气氛50

5.2.2 液态金属与气体的相互作用50

5.2.3 影响气体含量的因素54

5.2.4 熔融金属与炉衬的相互作用55

5.3熔炼工艺流程及操作工艺56

5.3.1 熔炼炉的准备56

5.3.2熔炼工艺流程和操作59

5.3.3 熔炼时温度控制和火焰控制61

5.4化学成分调整63

5.4.1 成分调整63

5.4.2 1×××系铝合金的成分控制66

5.4.3 2×××系铝合金的成分控制66

5.4.4 3×××系铝合金的成分控制66

5.4.5 4×××系铝合金的成分控制66

5.4.6 5×××系铝合金的成分控制67

5.4.7 6×××系铝合金的成分控制67

5.4.8 7×××系铝合金的成分控制67

5.5主要铝合金的熔炼特点67

5.5.1 1×××系铝合金的熔炼67

5.5.2 2×××系铝合金的熔炼67

5.5.3 3×××系铝合金的熔炼67

5.5.4 4×××系铝合金的熔炼68

5.5.5 5×××系铝合金的熔炼68

5.5.6 6×××系铝合金的熔炼69

5.5.7 7×××系铝合金的熔炼69

5.6铝合金废料复化69

5.6.1 废料复化前的预处理69

5.6.2废料的复化69

5.6.3 复化锭的标识、保管和使用70

复习思考题70

6 铝合金的熔体净化71

6.1 概述71

6.2铝及铝合金熔体净化原理71

6.2.1 脱气原理71

6.2.2 除渣原理72

6.3炉内净化处理74

6.3.1 吸附净化75

6.3.2非吸附净化81

6.4炉外在线净化处理82

6.4.1 在线除气83

6.4.2熔体过滤87

6.4.3 除气＋过滤89

6.5熔体净化技术的发展趋势89

6.5.1 炉内处理的发展趋势89

6.5.2 炉外在线净化技术的发展90

复习思考题91

7 铸造工具及设备92

7.1铸造工具的设计与制造92

7.1.1 铸造工具设计与制造的原则92

7.1.2铸造工具的设计93

7.1.3铸造工具的制造101

7.2铸造机103

7.2.1 铸造机的用途103

7.2.2铸造机的分类103

7.2.3 直接水冷（DC）式铸造机103

复习思考题107

8 铝及铝合金的铸造108

8.1概述108

8.1.1 锭模铸造108

8.1.2连续及半连续铸造109

8.2 铸锭的结晶和组织109

8.2.1 结晶过程的热交换109

8.2.2铸锭结晶110

8.2.3结晶过程113

8.2.4铸锭的典型组织114

8.2.5 铸锭组织特征114

8.3晶粒细化115

8.3.1控制过冷度116

8.3.2动态晶粒细化116

8.3.3 变质处理116

8.4铸造工艺对铸锭质量的影响120

8.4.1 冷却速度对铸锭质量的影响120

8.4.2铸造速度对铸锭质量的影响121

8.4.3铸造温度对铸锭质量的影响122

8.4.4 结晶器高度对铸锭质量的影响122

8.5铸造工艺流程与操作技术123

8.5.1 工艺流程123

8.5.2操作技术123

8.6铝及铝合金扁铸锭铸造126

8.6.1 纵向压延扁铸锭的铸造126

8.6.2横向压延扁铸锭的铸造128

8.7铝及铝合金圆铸锭铸造130

8.7.1 圆铸锭铸造的基本操作130

8.7.2 小直径圆铸锭的铸造工艺特点131

8.7.3 大直径圆铸锭的铸造工艺特点131

8.7.4锻件用铸锭的铸造工艺特点132

8.7.5铸造工艺参数132

8.8铝及铝合金空心圆铸锭铸造133

8.8.1 工艺特点133

8.8.2铸造与操作工艺133

8.8.3铸造工艺参数134

8.9铸造技术的发展趋势135

8.9.1 热顶铸造135

8.9.2 同水平多模铸造137

8.9.3 电磁结晶器铸造137

复习思考题139

9 铝及铝合金铸锭均匀化与加工140

9.1铸锭均匀化退火140

9.1.1 均匀化退火的目的140

9.1.2均匀化退火对铸锭组织与性能的影响140

9.1.3 均匀化退火温度及时间140

9.1.4 常见均匀化制度142

9.1.5 均匀化退火炉143

9.2铸锭的机械加工146

9.2.1 锯切146

9.2.2 表面加工149

复习思考题151

10 铝合金铸锭的质量检验及缺陷分析152

10.1常规检查方法152

10.1.1 圆铸锭的质量检查152

10.1.2扁铸锭的质量检查153

10.2先进检测方法153

10.3铝合金铸锭内部缺陷分析154

10.3.1 偏析与偏析瘤154

10.3.2 缩孔156

10.3.3 疏松与气孔156

10.3.4夹杂与氧化膜159

10.3.5 白亮点161

10.3.6 白斑161

10.3.7 光亮晶粒162

10.3.8 羽毛状晶163

10.3.9粗大晶粒164

10.3.10 晶层分裂165

10.3.11 粗大金属化合物166

10.3.12 过烧168

10.3.13 枞树组织169

10.4铝合金表面及外形缺陷分析170

10.4.1 裂纹170

10.4.2 冷隔173

10.4.3拉裂和拉痕174

10.4.4 弯曲174

10.4.5 偏心175

10.4.6尺寸不符175

10.4.7周期性波纹175

10.4.8 表面气泡175

10.5检测技术的发展176

复习思考题177

11 铝合金连续铸轧技术178

11.1 双辊连续铸轧法的特点和分类178

11.1.1 双辊连续铸轧法的特点178

11.1.2双辊连续铸轧法的分类179

11.2 连续铸轧的工作原理及主要工艺参数优化180

11.2.1 连续铸轧的工作原理180

11.2.2 连续铸轧主要工艺参数优化183

11.3连续铸轧主要工艺设备185

11.3.1 液面控制系统185

11.3.2 铸轧辊186

11.3.3铸轧供料嘴189

11.3.4冷却水系统191

11.3.5 辊面润滑装置192

11.4铸轧生产准备与操作技术193

11.4.1 铸轧生产准备193

11.4.2铸轧生产操作技术194

11.4.3铸轧停机196

11.4.4铸轧板的冶金组织196

11.4.5 铸轧板质量的控制196

11.5铸轧板缺陷197

11.5.1 铸轧板内部缺陷197

11.5.2 铸轧板表面及外形缺陷201

复习思考题208

12 铝合金连铸连轧技术209

12.1 概述209

12.1.1 连铸连轧生产方法简介209

12.1.2连铸连轧工艺特点209

12.1.3 连铸连轧生产方法分类210

12.2板带连铸连轧生产方法210

12.2.1 哈兹莱特双钢带连铸连轧法210

12.2.2双履带式劳纳法214

12.2.3 凯撒微型双钢带连铸连轧方法215

12.2.4轮带式带坯连铸连轧法216

12.3线坯连铸连轧方法217

12.3.1 普罗佩斯法连铸连轧机218

12.3.2 普罗佩斯法连铸连轧机组成218

12.3.3 普罗佩斯连铸机219

12.3.4连轧机219

复习思考题220

下篇 镁及镁合金熔炼与铸造221

13 镁及镁合金221

13.1 概述221

13.1.1 纯镁221

13.1.2镁合金的分类及牌号222

13.1.3 变形镁合金的性能及特点225

13.2主要变形镁合金的特性及合金元素在镁合金中的作用226

13.2.1 镁-锰系镁合金226

13.2.2镁-铝-锌系镁合金227

13.2.3镁-锌-锆系镁合金229

13.2.4镁-稀土系及镁-钍系镁合金229

复习思考题231

14 变形镁合金熔炼设备及安全技术与操作232

14.1变形镁合金的熔炼设备232

14.1.1 火焰反射炉232

14.1.2 坩埚炉233

14.1.3感应炉233

14.2变形镁合金的安全生产技术与操作233

14.2.1 镁合金发生燃烧和爆炸的化学反应机理233

14.2.2镁合金生产的安全技术234

14.2.3 镁合金生产的安全操作条例236

复习思考题236

15 变形镁合金的熔炼237

15.1 概述237

15.2镁合金的熔炼工艺特点237

15.3镁合金的熔炼方法239

15.4镁合金的物理化学特性239

15.4.1镁与氧的作用239

15.4.2镁与氢的作用239

15.4.3镁与氮的作用240

15.4.4镁与硫及SO2的作用240

15.4.5 氯气与镁及其合金组元的作用240

15.4.6镁与碳氢化合物的作用241

15.4.7镁与水的作用241

15.5镁合金熔铸用主要工艺辅料和熔剂的选择241

15.5.1 主要工艺辅料的种类、成分和技术要求241

15.5.2 变形镁合金熔炼使用的主要熔剂242

15.5.3 变形镁合金熔体的净化处理245

15.5.4 变形镁合金熔体的变质处理247

15.6中间合金的制备250

15.6.1 中间合金的成分250

15.6.2 各种中间合金的制备方法250

15.7变形镁合金的熔炼工艺251

15.7.1 变形镁合金的熔炼与精炼251

15.7.2废料复化255

15.7.3镁合金熔体保护255

复习思考题256

16 变形镁合金的铸造257

16.1镁合金铸造的特点及方法257

16.1.1 镁合金铸造的主要特点257

16.1.2镁合金铸造过程的气体保护257

16.1.3 镁合金的铸造方法257

16.2镁合金的铸造工艺制度258

16.3铸造工艺参数对铸锭的影响260

16.3.1 冷却速度对铸锭质量的影响260

16.3.2铸造速度对铸锭质量的影响261

16.3.3 铸造温度对铸锭质量的影响261

16.3.4 结晶器内的液面高度对铸锭质量的影响262

16.4铸造工具262

16.4.1 结晶器和冷却装置262

16.4.2流槽、流盘和漏斗264

16.5镁合金的铸造设备265

16.6镁合金铸造流程和操作265

16.6.1 铸造前的准备266

16.6.2铸造266

16.6.3 金属液面的水平控制266

16.6.4打渣266

16.6.5 铸锭收尾266

16.7工频炉浇注工艺流程267

16.8铸锭的机械加工267

复习思考题268

17 镁合金铸锭的均匀化退火269

17.1均匀化的目的269

17.2均匀化退火工艺制度269

复习思考题270

18 镁合金铸锭的质量检查和常见缺陷及防止方法271

18.1铸锭质量检查内容271

18.1.1 扁铸锭检查项目271

18.1.2 圆铸锭检查项目271

18.2常见缺陷及防止方法271

18.2.1 冷裂纹271

18.2.2 热裂纹272

18.2.3镁合金铸锭的偏析274

18.2.4镁合金铸锭的缺陷和废品275

复习思考题276

附录 变形铝及铝合金化学成分及新旧牌号对照表277

参考文献284