熔炼与铸锭试卷答案

 1.铸锭正常晶粒组织可分为表面细等轴区、柱状晶区和中心等轴晶区。 

2.液体金属的对流可分为动量对流、自然对流和强制对流。

 3.气孔形成方式可分为析出型气孔和反应型气孔。

4.连铸主要可分为立式、卧式、立弯、弧型。

 二、简答题 

1.叙述偏析的种类。

 答：显微偏析：枝晶偏析、胞状偏析、晶界偏析。 宏观偏析：正偏析、反偏析、带状偏析、重力偏析、V 形偏析。

 2.简述铝合金晶粒细化技术。

 答：增大冷却强度：采用水冷模和降低浇温。 加强金属流动：改变浇注方式、使锭模周期性振动、搅拌。 变质处理：向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的一种方法。

3.成分过冷及其导致的凝固组织特点

 答：在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别， 导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。 随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树枝 状和树枝状四种形式，得到的晶体相应为平面柱状晶、胞状晶、胞状枝晶以及柱状枝晶和自 由枝晶。

 4.铝合金变质处理的目的及其机理

 答：目的是为了获得细小的晶粒尺寸，改善合金的铸造性能和加工性能，提高合金的强度和 塑性。 机理： 一是以不溶性质点存在于金属液中的非均质晶核作用； 二是以溶质的偏析及吸附作用。

5.枝晶偏析和晶界偏析及其成因。防止偏析的主要途径。比较连铸、铁模铸锭和砂模铸锭这 三种工艺的组织偏析状况。

 答：在生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相中溶质来不及扩散均匀，枝晶内部先后结 晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析。 K＜1 的合金凝固时，溶质会不断自固相向液相排出，导致最后凝固的晶界含有较多的溶质 和杂质，即形成晶界偏析。 防止偏析的主要途径：增大冷却强度，搅拌，变质处理，采用短结晶器，降低浇温，加强二 次水冷，使液穴浅平等。 连铸的偏析很低，铁模铸锭的偏析也较低，而砂模铸锭的偏析较高。 

6.为什么黄铜的夹杂含量要好于紫铜。 

答：黄铜含大量易挥发和氧化的锌，在熔炼温度下的蒸气压相当高。含锌量越高，越易氧化 和挥发熔损。在 960℃时，锌蒸气会把黄铜内的氢、水、气体以及杂质带出。因此黄铜的夹 杂含量很低。紫铜中铜的纯度达到 99.95%，杂质只能通过静置法和扩散除去，夹杂量比较 高。因此黄铜的夹杂含量要好于紫铜。

 7.铝合金返回料通常只能降级使用，讲讲其中的原因。 答：铝合金返回料由于在熔炼过程中对炉衬的冲刷作用，会带入新的杂质元素，以及随着熔 炼次数的增加，杂质含量会逐步地累积，使原本的杂质含量超标，因此铝合金返回料通常只能降级使用。

   三.问答题 

1.金属在熔炼过程中会发生高温氧化熔损，叙述影响金属氧化的因素及降低氧化的方法。

 答：影响金属氧化烧损的因素： 金属及氧化物的性质 纯金属氧化烧损的大小主要取决于金属的亲和力和表面氧化膜的性 质。 熔炼温度 熔炼温度越高，氧化烧损就越大。 炉气性质 炉气的氧化性强，一般氧化烧损程度也大。 其他因素 使用不同的炉型，其熔池形状、面积和加热方式不同，氧化烧损程度也不同；在 其他条件一定时，熔炼时间越长，氧化烧损也越大。 降低氧化烧损的方法： 选择合理炉型 采用合理的加料顺序和炉料处理工艺 采用覆盖剂 正确控制炉温 正确控制炉气性质 合理的操作方法 加入少量α＞1 的表面活性元素。 

2.熔剂在熔炼中的作用，铝合金常用熔剂配方及铜合金常用熔剂配方。 

答：熔剂与金属熔体直接接触，参与其间的物理化学反应和传热过程。通过对所使用的熔剂 成分、性能和加入量的调整，可以提高除渣脱气精炼效果，减少金属氧化、吸气、挥发和与 炉衬的相互作用， 提高金属质量和收得率以及延长炉衬寿命。 同时还可借熔剂来加入合金微 量元素和作变质剂，以抑制一些微量杂质的有害作用，改善合金的工艺性能。此外，电渣炉 中的熔剂作为电阻发热体，起着重要的精炼意义。 铝合金覆盖剂 50%NaCl+50%KCl 精炼剂细化剂 45%NaCl+40%NaF+15%Na3AlF6 铜合金常用木炭和米糠作覆盖剂。

3.金属在熔炼过程常产生夹渣， 请叙述夹渣种类和来源和除渣精炼原理及这些原理应用在何 种合金冶炼中。 

4.答：种类：按夹渣的化学成分不同可分为氧化物、复杂氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、 氟化物、硅酸盐、碳化物、氢化物及磷化物等。 按夹渣的形状可分为薄膜状和不同大小的团块状或粒状夹渣。 来源：外来夹渣，由原材料带入的或在熔炼过程中进入熔体的耐火材料、溶剂、锈蚀产物、 炉气中的灰尘以及工具上的污物等。 内生夹渣，在金属加热及熔炼过程中，金属与炉气和其他物质相互作用生成的化合物。 原理：A 比重差作用，当金属熔体在高温静置时，非金属夹杂物与金属熔体比重不同，因而 产生上浮或下沉。比重差作用原理主要适用于 Cu 及 Cu 合金中。 B 吸附作用，向金属熔体中导入惰性气体或加入溶剂产生的中性气体，在气泡上浮过程中， 与悬浮状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。通常适用于 Al 及 Al 合金中。C 溶解作用，非金属夹杂物溶解于液态溶剂中后，可随溶剂的浮沉而脱离金属熔体。适用于 Al 及 Al 合金中. D 化合作用，化合作用是以夹渣和溶剂之间有一定亲和力并能形成化合物或络合物为基础的。适用于熔炼温度较高的铜、镍等合金。 E 机械过滤作用，当金属熔体通过过滤介质时，对非金属夹杂物的机械阻挡作用。过滤介质 间的空隙越小，厚度越大，金属熔体流速越低，机械过滤效果越好。适用于含有与熔体密度 相差不大、粒度甚小而分散度极高的非金属夹杂物的金属。

 4.对流对金属凝固组织的影响。 

答：金属的对流能引起金属液冲刷模壁和固液界面，造成温度起伏，导致枝晶脱落和游离， 促进成分均匀化和传热。 对流造成的温度起伏， 可以促使枝晶熔断。 在对流的作用下． 熔断的枝晶将脱离模壁或凝壳， 并被卷进铸锭中部的液体内， 如它们来不及完全重熔， 则残留部分可作为晶核长大成等轴晶。 对流的冲刷作用也可促使枝晶脱落。因为铸锭在凝固过程中，由于溶质的偏析，枝晶根部产 生缩颈，此处在对流的冲刷作用下易于断开，从而出现枝晶的游离过程。晶体的游离有利于 金属液内部晶核的增殖，因而有利于等轴晶的形成。 如果能抑制金属液内的对流，则可促进柱状晶的形成。施加稳定磁场，可消弱或抑制金属液 内部的对流，阻止晶体的游离，有利于得到柱状晶。