铝合金熔炼注意事项笔记

铝合金熔炼注意事项

1. 微量的（10ppm）磷P就会使9%的亚共晶铝合金出现初晶硅，使共晶硅出现粗大的板片，故此需要严格控制

结晶硅的含磷量；

2. SI硅含量的提高会使结晶温度区间变小（亚共晶时）、共晶体增加、流动性提高，线收缩率降低、热烈倾向

小、密度变小、电导率变小、腐蚀量变小、磨损量变小；在含Si%16~18%时流动性达到峰值；

3. α（AL）相是Si溶于AL的固溶体，β相是AL溶于Si的固溶体、但是因为AL几乎不溶于Si、故此可将其

视为纯Si，(α+β)称为共晶体；如果是亚共晶时析出的Si称为共晶si、而共晶、过共晶时先析出的Si称为初晶Si（共晶时仅析出（α+β）、过共晶时会首先析出β相）； 4. ZL114A为亚共晶合金、含有α（AL）相和（α+β）相； 5. 细化共晶硅的变质处理不能细化初晶硅；

6. 为了兼顾合金的各种性能、铝合金的含硅一般为7%~12%； 7. 加入钠元素或锶元素后、随共晶硅形貌发生剧变、伸长率大幅提高； 8. 加入锶元素、锑元素后共晶反应时间明显延长、说明锶元素、锑元素均有阻碍共晶形核、生长的作用，反应在曲线上就是共晶平台温度下降、时间延长； 9. 当钠含量超过一定数量后、大大抑制了共晶硅的析出、生长，液相温度继续降低，以后发生三元共晶转变：L – α（AL）+ Si + (NA、AL)Si2 ，共晶平台温度降低5~10℃，实际上钠盐降低共晶平台温度是过变质的结果、也可以说是过变质才有的特征。而锶变质不会产生过变质现象，因此共晶平台下降不大为5~7℃； 10. 稀土变质与凝固速度有关、是一种对冷速敏感的变质剂，要获得良好的贬值效果要创造出快冷条件； 11. AL-Si共晶合金、过共晶合金中同时加入稀土和磷，能同时细化初晶si和共晶si，称为双重变质；

12. Al-si-mg合金固溶处理时、Mg2SI固溶入α（al）中、人工时效后呈弥散相析出、强化合金、力学性能大幅提高； 13. AL-si-mg三元共晶点温度为559℃、理论固溶温度接近550℃左右、考虑炉温不均匀及仪表误差、国标中将固溶处理温度定为535℃±5℃； 14. ZL101：si6~8%、mg0.2%~0.4%、其余为AL，铸态组织由树枝状α（AL）固溶体、共晶体（α+β）组成、晶界上有微量的Mg2SI成针状，固溶处理时Mg2si融入α（AL）中、人工时效后沉淀析出； 15. ZL101可通过调整mg的上限、下限或采用不同的热处理规范来调节合金强度塑形指标； 16. 温度升高时，Mg2si开始聚集、容易成块，力学性能下降、故其工作温度不宜超过150℃； 17. ZL104硅量较高同时加入锰、使得其力学性能高于zl101、Mn的除了起固溶强化作用外、还可以改变针状富铁相的形状、形成骨架状的AlFeMnSi相、改善塑形。但相对于Fe含量低于0.1%的高纯合金、本来不出现βsi相、此时加入Mn反而生成（Fe、Mn）AL6，降低塑形。 18. Mg在AL-Si合金中最大溶解度为7%、将Mg含量提高到0.45~0.6%、同时加入细化剂Ti0.1%~0.2%，铁杂质

控制在0.15%以下，固溶温度提高到540~545℃，经过人工时效170℃左右、其力学性能、尤其是抗拉强度大幅提高，抗拉达310~330MPa、屈服达230~250MPa； 19. 铁在Al-Si中以β（AL9Fe2Si2）形式出现、即脆又硬、呈粗大片状、冷速越小、组织越粗大、削弱铝基体、使合金变脆，破坏铝铸件表面氧化膜的连续性、使耐腐蚀性降低； 20. 杂质铁的来源为炉料、坩埚及熔炼工具。 21. 防止渗铁的有效途径：控制炉料中含铁量、；用较高级的铝锭、在干过、工具上涂覆涂料、避免铝液长期在

铁质坩埚中保温、跑温；

22. 为消除βsi的有害作用、可在合金中加入锰、铬、钴、钼等元素、形成骨架或块状复杂化合物

a) 可按Mn/Fe=0.67~0.83的比例加入锰、形成块状AlFeMnSi相，从而削弱Fe的有害作用

b) 加入Be0.05%~0.1%，βsi转化为电装的Al5BeFeSi、可消除脆性、但铍价贵、其蒸汽有毒、要慎用 c) 含铁量超过2.0%的回炉料一般作废铝处理

23. 砂型铸造时、杂质铁应控制在0.3%以下、可随着过冷速度的提高适当放宽、压铸时、冷速极高、为提高脱模

性、铁过低反而不利、可提高到1.2%；

24. 磷会使亚共晶Al-Si合金出现初晶Si，影响合金组织力学性能；

——仅供参考

25. 磷与残存的钠反应、使变质失效； 26. 磷在α（Al）、βsi中分配系数极小、富集在βsi表面、封锁了小角度分枝的台阶、抑制了其生长、使βsi技

能沿大角度分枝生长、从而引起组织粗大。

27. 镁原子半径比铝大13%，固溶处理后、镁融入α(Al)中、α（Al）的点阵发生很大扭曲、力学性能大大提高； 28. 晶粒越细、枝晶间距越小、屈服强度越高。

29. 细晶粒有助于改善补缩、消除缩松、缩孔、防止冷隔，细化有害杂质相等；细化处理是AL-CU、AL-Mg、Al-Zn

合金的常用强化手段；

30. 含钛的铝熔体中加入微量硼、细化作用提高数倍，因其在同样过冷度下能增加钛在铝熔体中的过饱和度、析

出更多TiAl3粒子；（假说） 31. 加入微量硼可延缓Ti的衰退；

32. 加入钛、硼的熔体中如含有或加入锆、铬、锰等元素，将减弱甚至失去细化效果，谓之“中毒”。 33. 不同形状的TiAl3的形成条件及细化作用: a) 小平面块状：低温速冷时形成、细化效果好、作用快，但易溶解、衰退较快，适用于型材厂做成线盘条细化剂、直接加在熔炉的溜槽中使用； b) 片状：高温、缓冷时形成，细化作用弱、但衰退较慢； c) 花瓣状：高温快速冷却时形成:细化效果不如块状、作用慢、但衰退也慢，适用于铸造厂，直接加入溶炉中进行细化处理； 34. 当合金元素含量相同时、合金元素的体收缩率越大、铸件中的缩孔、缩松的体积也越大。 35. 当合金元素含量向同时、它们的线膨胀系数越大、则合金的线膨胀系数越大、线收缩率也相应地大、铸造件越容易产生裂纹、变形、挠曲等缺陷； 36. 浇铸前的夹杂称为一次夹杂、浇铸过程中的夹杂称为二次夹杂，二次夹杂分为两类、第一类是分布不均匀的大块夹杂物、危害性很大、使基体不连续、是因其渗漏或成为腐蚀的根源，第二类夹杂成弥散状、在低倍显微组织中不易发现、铸件凝固时称为旗袍的形核基底、生成针孔，这一类氧化夹杂很难在精炼时彻底清除。 37. 在所有的炉气中、只有氢能大量的溶解于滤液中、在铝合金中的气体中，氢占85%以上，故此一般称的铝合金“含气量”即是“含氢量”； 38. 溶于铝液中的氢气有自铝液内部向大气中扩散逸出的倾向，实际铝液中的氢和氧化夹杂主要源于铝液与炉气中的水汽反应。 39. 分子态的氢并不能直接溶入铝液中、只有离解成原子态的氢才能溶入铝液中、这可以从纯净的氢气氛中熔炼铝液、铸件中并不出现针孔的实验中得到证明； 40. 铝锭与大气中的水汽接触会产生AL(OH)3（s），其长在铝锭表面、组织疏松、对铝合金没有保护作用、俗称铝锈；铝锭不宜储存潮湿的库房或露天堆放，对于已生铝锈的铝锭、投入熔炉前要彻底清除铝锈、否则无论熔炼工艺多严格也、也不容易获得高质量的铝液； 41. 一切进入熔池的炉料、工具、溶剂等都必须按规定预热、除去表面吸附的水汽，含有结晶水的溶剂必须预熔脱水、炉称要烘干、砂型的水分也应严格控制、以防发生铸型反应、造成废品； 42. 油污都是由复杂结构的碳氢化合物组成、会与铝液发生反应生成氢、故此要严禁用沾有油污的炉料直接投入熔池中、事先必须进行碱洗处理，清除油污； 43. 在铝的熔点温度、从液态转变为固态时、氢的溶解度剧烈下降、在铝液中的溶解度达0.68ml/(100g)、在固

态中只有0.036ml/（100g），二者相差0.64ml/（100g），相当于1.73%的铝液体积。

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44. 吕中溶入1ppm的氢、等于0.001%的铝液质量、轻的密度为9*10g/cm、则占有3.0%的铝液体积、相当于1.4ml/

（100g）；

45. 当温度达到沸点、即2057℃时，氢的溶解度趋于零、但一般熔炼条件在700~760℃下、铝液的蒸汽压低于

0.0001MPa、因此其蒸汽压可忽略不计； 46. 滤液吸氢可分解为以下几个步骤：

a) 氢分子撞击到滤液表面

b) 氢分子在铝液表面离解为氢原子 c) 氢原子吸附于滤液表面 ——仅供参考

d) 氢原子通过扩散溶入铝液中

第四步是整个过程的限制环节、它决定吸氢的速度

47. 氢分压和铝液温度越高、扩散热越小、扩散系数越大、则氢的溶解速度越大；

48. 铝液中的合金元素、氧化夹杂物对氢的扩散系数有很大影响、通常降低氢的扩散速度； 49. 铝及其和金中存在三种不同形态的无水氧化铝：γ、η、α 形态 密度（g、cm） 3晶形 VAl2O3/V2Al 吸附水汽（X10/cm） -33存在条件 η γ α 3.2 ~3.5 三角形 晶尖石型立方 1.59 1.42 0.18 0.1~0.27 低温、短期静置 在所有温度下、700~850℃间最多 4.0 0.01 三角形 1.28 850℃以上的高温 a) 室温下生成的表面氧化膜由少量结晶型态的γ-AL2O3和非晶态的AL2O3混合物组成，随着温度的上升、非晶态的AL2O3逐渐转化为η-AL2O3和γ-AL2O3、到铝熔点附近温度氧化膜厚度达到0.2mm、有较高强度，在滤液表面形成一层之谜的氧化膜，隔绝了炉气和铝液的直接接触、阻滞了滤液的氧化和吸气、对铝液起保护作用。故除了AL-Mg合金外、铝合金可直接在大气中熔炼，不必加覆盖剂，随着静置时间的延长、η-AL2O3全部转化为γ-AL2O3； b) 氧化膜只有和铝液接触的一面是致密的、和炉气接触的一面是粗糙的、疏松的、存在着大量的小孔、小孔会吸附水汽和氢，甚至将γ-AL2O3焙烧到890~900℃仍能吸附少量水汽、只有高到900℃以上γ-AL2O3完全转化为α-AL2O3才能完全地脱水，熔炼时搅动滤液、划破连续均匀地覆盖在滤液表面的氧化膜并卷入铝液中、滤液便和氧化膜小孔中的水汽反应，使铝液进一步氧化、生成氧化夹杂、吸入氢气；

c) γ-AL2O3、η-AL2O3在600~700℃范围内、吸附水汽和氢的能力最强，因此铝液中的氢有两种形式：溶解氢（90%）和吸附在氧化夹杂缝隙中的氢；通常铝液中氧化夹杂多、则含氢量也多、熔池深处氧化夹杂浓度较高、含氢量也较高；含氢量和AL2O3含量成正比、即渣多气多、渣多难除气，夹杂多、针孔率也随之增加；但AL2O3量低于0.001%后、滤液不在生成气泡、形成针孔，因此要遵循“除渣为主、除气为辅的原则”“除渣是除气的基础”； 50. 合金元素对铝液氢溶解度的影响：含镁量越高、氢的溶解度越高；反之、硅、铜的含量越高、氢的溶解度越低；

51. 常用合金元素氧化次序如下：Na、Be、Mg、Al、Ce、Ti、Si、Mn、Zn、Cr、Fe、Ni、Cu，Al以后的元素等在滤液中不失表面活性元素、密度又较大、不富集在铝液表面、被炉气氧化后和AL2O3组成晶尖石型复杂氧化物γ-AL2O3.MeO(Me代表Zn、Si等铝后面的元素),这种氧化物仍具有γ-AL2O3的晶格，组织致密、对铝液同样有保护作用；在AL之前的元素在铝液中是表面活性元素、密度又比铝小、富集在铝液表面、优先被炉气氧化，铝液中的Mg含量高于1.0%时、表面氧化膜全部由MgO组成、组织疏松，对铝液不起保护作用，故此需要覆盖剂下熔炼； 52. 熔炼AL-Mg合金时、BeO填补了疏松组织中的空隙、使这层复合氧化膜的η>1，对铝液能起保护作用，此外 BeO

的电阻很大、能阻止电子交换过程，防止镁原子透过表面氧化膜和炉气接触，被进一步氧化、是一种非常有效的防氧化剂；

53. 加入硫、和镁反应生成MgS、也能成为氧化膜的填充剂、提高氧化膜的保护性；

54. 在大气中熔炼铝合金、铝液不断被氧化、熔炼时间越长、生成的氧化夹杂越多、吸气也越严重。因此、在生

产中应遵循“快速熔炼”原则、尽量避免铝液在炉内长期停留。 55. 铝液中析出氢有两种形式:

a) 气泡形式析出 随着氢含量的降低、氢分压降低、熔池深度在某一深度h以下的滤液中、已不能产生气

泡

b) 扩散脱氢 在某一深度h以下的铝液只能靠另一种形式、即扩散脱氢

56. 氧化夹杂会明显降低氢的扩散系数、铝液中的合金元素如硅、镁、铜、钛等都降低氢的扩散系数，尤其是氧

化夹杂的影响大、阻滞铝液脱氢；

——仅供参考

57. 当铝液从熔池底部向液面形成定向运动，形成对流、能提高氢的扩散系数，加大氢的扩散速度、促使气泡快

速生成、长大的同时，快速上浮至液面而被除去、提高除气效果；生产中可采取如下措施 a) 冷凝除气：依靠熔池表面层、坩埚壁的空冷、使铝液产生自然对流； b) 这空处理：籍氢汽泡上浮带动铝液产生对流； c) 或电磁搅拌：在熔池内造成强制对流

采取上述措施后、氢在滤液中的扩散不再是脱氢除气的限制环节，此时、氢汽泡通过铝液表面氧化膜称为脱氢过程中的限制环节；

58. 铝液的表面氧化膜组织致密、强度高、因此气泡溢出的速度取决于相界面存在的氧化膜组织、能破碎、溶解

表面氧化膜的熔剂、可消除气泡逸出的屏障、提高铝液脱氢速度；

59. 在铝液内部、如果氧化夹杂含量高、氢汽泡表面被氧化膜包覆、氢气渗入气泡的扩散受阻、同样成为脱氢过

程的限制性环节；

60. 如果通入惰性气体氩或不溶于铝液的活性气体Cl2、C2Cl6等、则氢气可直接向这些气体所形成的气泡中迁移、然后被气泡带出液面、从而提高除气速度； 61. 提高除气速度的有效途径： a) 尽可能增加气泡数目、增加铝液与气泡间的有效接触比表面积A/V b) 尽可能减小气泡直径、并在不引起铝液表面飞溅的前提下、增大气泡在铝液内的运动速度、即增大搅动速度，强化气液表面更新率、增大传质系数； c) 技能能延长气泡在铝液中上升浮游的路程、以增加气泡在铝液内停留的时间、亦即增加气泡带走氢气的时间、提高除气效率； d) 采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体除气及真空除气； 62. 吸附精炼依靠精炼剂产生吸附氧化夹杂的作用同时清除氧化夹杂及其表面依附的氢气、达到净化铝液的目的，精炼作用仅发生在吸附界面上、具体可分为浮游法、熔剂法、过滤法等 63. 浮游法： a) 通氮精炼： 由于铝液中的夹杂物能自动吸附在氮气泡上、随气泡上浮而被带出液面，故不断通断氮气、形成气泡流、技能不断从铝液中带走夹杂物； 氢在氢压力差的驱动下自铝液扩散进入氮气泡中、这一扩散过程直至氮气泡中的氢分压和铝液内的氢分压相平衡才会停止、因此氮气泡上浮的过程中能同时带走氢气； 注意：通氮温度应控制710~720℃、温度过低、降低氢扩散系数，温度过高、将生成大梁AlN夹杂物、同样污染铝液，镁比铝更容易与氮气反应、生成Mg3N2夹杂物、因此对Mg含量控制严格的铝液不应采用氮气精炼； 氮气泡仅能吸入约本身容积0.1的氢、因此氮气除氢效果不明显； 注意：工业氮气瓶中常含有氧气、通氮气时将生成AL2O3、降低除气效果，经试验、发现氮气瓶中含氧量为0.5%、1.0%时，除气效果分别降低40%、90%，故有相关规定：氮气瓶中含氧量应低于0.03%、水

3分应低于0.3g/m；生产中在氮气通入铝液、应通过储有干燥剂CaCl2、硅胶、分子筛、浓硫酸等的干燥器后再进入铝液中、进行严格脱水处理； b) 通氩精炼：

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工业中使用的氩气瓶中氧含量较低、在0.005%~0.05%、精炼温度可提高到760℃、氩气密度为1.78kg/m、

3

高于氧的密度1.25kg/m，通氩气精炼时、因其较重而富集在铝熔池表面、能保护铝液防止和炉气反应、故净化效果好；在有回炉料时、精炼效果优于C2Cl6

铝合金加锶变质后、如用氯盐精炼、生成SrCl2、变质时效、此时必须通氩气精炼、操作上精炼、变质可同步进行，精炼时氩气泡对铝液起搅动作用、加速变质元素的扩散、从而缩短锶变质的潜伏期、提高生产率。通氩精炼和锶变质相配合、能获得纯净的铝液、正常的变质组织

惰性气体氮、氩精炼后期、容器内逐渐聚积水汽和痒、带入铝液中将生成AL2O3、吸附在氮、氩气泡表面，当气泡表面被AL2O3包覆后、将妨碍氢扩散进入气泡中、经生产经验表明、氩气中含氧量大于1.2%时、净化效果趋于零 ——仅供参考

氦氖氩氪氙都可以、但是氩气最便宜、故此通常采用氩气精炼；

64. 熔剂法：

a) 熔剂法的机理在于通过吸附、溶解铝液中的氧化夹杂及吸附其上的氢、上浮到液面进入熔渣中、达到除

渣、除气的目的，净化效果好、尤其是在熔炼AL-Mg合金或重熔切削、碎料时必须采用溶剂法； b) 对溶剂的要求： i. 不与铝液发生化学反应、也不相互溶解； ii. 熔点低于精炼温度、流动性好、容易在铝液表面形成连续的覆盖层保护铝液、最好熔点高于浇铸温

度、便于扒渣清除；

iii. 能吸附溶解、破碎AL2O3夹杂； c) 溶剂的工艺性能： i. 覆盖性能：即铺开性、指熔剂在铝液表面自动铺开、形成连续覆盖层的能力； ii. 分离性能：分离性能指溶剂与滤液自动分离的性能、分离性越好越易扒渣、溶剂越不易混入铝液内浇入铸件中、不会引起熔剂夹渣； iii. 精炼性能：精炼性能只指熔剂吸附、溶解、破碎铝液内氧化夹杂物的能力； d) 综上： i. 要选择对炉气、氧化夹杂物呈表面活性、即表面张力小的溶剂、并且越小越好； ii. 铝液和AL2O3互补湿润、接触角θ＞130℃、如能加入增大润角的元素、将提高溶剂的精炼能力 iii. 铝液中加入锂、钙、镁、铋、等元素会降低铝液与炉气间的表面自由能、使熔剂的覆盖性变差，铝液中的铜、硅、锌、铁、锰、镍等非表面活性剂元素、对铝液与炉气间的表面自由能没有影响，不影响熔剂的覆盖性能。 iv. 如果熔剂与坩埚间的表面张力小、熔剂会自动附到坩埚壁上去、使铝液裸露在炉气中、失去熔剂的保护作用 65. 常用的熔剂有：NaCl、NaF、KCL、Na3AlF6、Na2SiF6、CaF2等，不同组分按不同配比制成的熔剂有不同的熔点、不同的表面性能及不同的工艺性能、以满足不同的要求； 66. NaCl、KCl的熔炼都较低、共晶成分在NaCl45%、KCL5%、熔点只有~660℃、表面张力小、价格便宜、是最常用的覆盖剂、加入一定比例的NaF、就是常用的铝硅合金变质剂。NaF能侵蚀AL2O3-AL界面上的金属本体、使氧化膜脱落、落入熔剂、因此、变质剂本身就有较好的精炼能力； 67. Na3ALF6能溶解AL2O3、熔剂与铝液间的表面自由能又大、熔剂容易和铝液分离、精炼能力强，在三元变质剂NaCl-KCl-NaF中加入一定比例的Na3AlF、同时具有覆盖、精炼、变质作用、故常称为万能变质剂； 68. Na2SiF6进入铝液会发生分解、生成SiF4和2NaF、SiF4呈气泡上浮、有部分精炼作用、NaF是有效的变质、精炼组分，Na2SiF6还能与AL2O3反应除去氧化夹杂、同时生成Na3ALF6具有强精炼作用、且和生成的SiO2结合成粒状渣、极易扒去，生成的ALF3呈气泡上浮、有辅助精炼作用。因此Na2SiF6是常用的精炼剂组分、即可加入熔剂中，也可以作为缓冲剂、与C2Cl混合压块、可提高C2CL6净化效果； 69. 过滤法精炼可采用是模块、镁屑砖、玻璃纤维等，依靠机械作用清除铝液中的非金属夹杂物，常采用网状过滤法、填充床过滤法； 70. 采用泡沫陶瓷过滤滤液时、过滤介质厚度/熔体再过滤介质中的流速即L/μm、直接影响过滤效果，为了提高

过滤效果、在不影响充型的条件下、在工艺上保证适当大的L/μm值

71. 低压铸造时、过滤介质厚度L及其平均孔径μm有较大影响、平均孔径太小时、铝液将无法充型、需试验选

择最佳方案；

72. 稀土精炼时稀土最佳加入量未0.2%~0.3%、加入过多、不但浪费稀土、还会带来氢化夹杂、降低净化效果。

稀土进入铝液中需要静置一定时间、使其扩散均匀；达到最佳净化效果、这段时间即“潜伏期”；

73. 含气量检测分为常压凝固试样检测、减压凝固实验检测。其中减压凝固试验是指、将100g左右的铝液倒入

小坩埚中、在0.65~6.5kPa压力下凝固、如不冒泡、表面不凸起、则说明含气量低、净化效果好，若试样表面凸起、冒1~2个泡、则净化效果欠佳、需要重新熔炼，如表面不断冒泡、说明含气量很高，需要采取有效的精炼手段、重新精炼； ——仅供参考

74. 真空密度测氢法：指的是在设定的凝固条件下、铝液在标准形状的壳型中凝固、切去冒口、然后分别在空气、

水中称重、然后计算出试样密度，密度越大含气量越低、净化效果越好；

75. 即使浇注前铝液内的原始含氢量C0很低、由于氢不断自固态铝中扩散进入未凝固的；铝液中、浓度不断提

高、到最后一份铝液凝固前、氢的浓度足以在铸件中形成气孔； 76. 变质处理大致可分为三类：

a) 第一类是晶粒细化处理、主要用来细化固溶体合金的α（Al）晶粒、Al-Cu类、AL-Mg类合金应用较普

遍、

b) 第二类是共晶体变质、用来改变共晶体的组织、广泛应用于Al-Si共晶合金；

c) 第三类是改善杂质相的组织或消除易熔杂质相、如加铍、加锰等改善粗大的富铁相； 77. 晶粒细化处理

a) α（AL）晶粒细化处理

常见的晶粒细化有钛、硼、锆及稀土金属等、以中间合金或盐类形式加入铝液中、当采用盐类形式时、与铝液发生下列反应 上述反应物中的TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C、ZrAl3等均其晶粒细化作用、其中的C来自C2CL6精炼后的残留碳、或以碳粉形式直接加入铝液中； 细化剂的加入量与合金种类、成分、加入方法、熔炼温度、浇注时间等有关。 固溶体合金ZL201、以中间合金形式AL-Ti、AL-B加入的最佳量分别为Ti0.10%~0.30%、B0.02%~0.04%。 共晶型合金如ZL101因α（AL）初晶数量比Zl201少、加入量酌减 当把钛和硼以5~6：1的比例同时加入时、加入量可降低~5倍、并能延缓衰退现象； 加入量过大或熔炼、浇铸时间过长时、TiAl3逐渐聚集、由于其密度大于铝液、会聚集在熔池底部、失去细化能力、产生衰退现象； 用盐类细化剂时、由于反应生成TiAL3、TiB2等尺寸小、弥散分布、在整个熔体内到处是反应界面、在界面上的钛、硼富集区形成了大量α（AL）的异质核心、提高细化效果、细化剂加入量比以中间合金形式加入的量降低约5倍、而且由于这种异质核心长期悬浮于铝液中、因而抗衰退能力强； 细化剂的加入温度取决于中间合金的熔点成份、一般在800~950℃、使用盐类细化剂时要选择合适的温度并辅以搅拌、务使反应完全，提高钛、硼、锆的收得率，又不致使合金液过热； b) 初晶硅的细化处理： 过共晶铝合金组织存在着大块多边形及板块状共晶硅、力学性能差、含硅量越高、初晶硅越多、初晶硅的细化处理就越重要； 细化处理仅能细化初晶硅、不能细化共晶硅、不过近年来出现了一些能同时细化二者方法、称为“双重编制”、能进一步改善合金的力学性能，尤其是伸长率，对于含硅量较低的过共晶合金“双重变质”显得尤为重要； 78. 共晶硅变质处理： 金属钠对AL-Si共晶合金的共晶组织有细化作用、能明显提高合金的力学性、尤其是伸长率，加纳变质处理即成为含Si6~13%的合金铸造的必要工序； a) 变质剂成分的选择与制备 铝硅合金常用变质剂成分及其特征

在变质剂的四种组成物中、仅有NaF在变质温度下能与铝液反应分解出钠元素、起变质作用、NaF与AL反应生成物Na、Na3AlF6，Na3AlF6可稳定的存在；

NaCl、KCl在变质温度下不能与铝液反应生成稳定络合物、因此不能起变质作用，二者的加入作用是与高熔点的NaF组成混合盐、大大降低熔点、使变质剂在变质温度下处于熔融状态、有利于NaF与铝液的反应进行、加快反应速度、提高变质效果，同时液态变质剂能在铝液表面形成覆盖层、对铝液起保护作用、减少氧化、吸气，故可将NaCl、KCl称为稀释剂或助熔剂，可根据具体使用要求确定合适加入比例

Na3AlF6的加入还会使变质剂具有良好的精炼能力、称为通用变质剂、适合重要的铝件 生产中根据以下原则选择变质剂： ——仅供参考

变质处理一般在精炼后进行、变质剂的熔点最好介于变质温度和浇注温度之间、变质处理时处于液态、有利于反应的进行、而在浇注时已变为很稠的熔渣、便于扒去、不行成溶剂夹渣；

ii. 不同牌号采用不同的变质剂、如ZL102不含Mg、可以容国熔点高的二元变质剂、不必考虑Mg的烧

损、故可提高变质温度、增加钠的收得率，对于含Mg的合金、应采用熔点较低的多元变质剂，重要铸件则应采用通用变质剂；

工业用的NaCl、KCl都含有结晶水、容易潮解、配制前必须进行脱水处理、破碎、过筛后才能使用、脱水的方法有两种：

i. 重熔：

将按比例混好变质剂放在坩埚中融化直至不冒泡、不冒烟、经破碎过筛后存储与密封干燥的容器中备用。其优点是能彻底去除结晶水、缺点是加工费时、费能源、使用铁质坩埚容易渗铁，因各组成物的熔耗不同、变质剂的分配比例波动、不稳定；

ii. 机械混合： 将各组分分别烘干、破碎、过筛，按一定比例混合后存储于密封、干燥的容器中备用、制备工艺比较简单、生产中大多采用此法； 注意：如果变质剂撒在铝液表面发生强烈的噼啪声、甚至有变质颗粒飞溅、说明含有水分、脱水不彻底、应重新烘干； b) 变质处理工艺要点 变质处理工艺要点有四，即温度、时间、用量及操作方法。 i. 温度 变质温度过高、增加铝液氧化、吸气，变质效果衰退快，合金易渗铁；温度过低、变质反应慢、钠的收得率低、浪费变质剂、编织效果差； 生产中、编制温度通常稍高于浇注温度、此外还应考虑变质效果、铝液冶金质量，经过试验来确定编制温度； ii. 时间 变质温度越高、铝液和变质剂反应速度越快、所需变质时间也越短，具体时间通过试验确定 当采用“压盐”或“切盐”法时，变质时间由两部分组成：覆盖时间一般为10~12min、“压盐”或“切盐”时间为3~5min。如果变质温度高、变质剂结壳好、甚至已被熔化、则时间取下限； 当采用“搅拌”法时、搅拌的时间就是变质的时间。由于变质剂完全混入铝液中、接触面积大、反应完全、因此时间可以进一步缩短； iii. 用量 铝液中含有0.01%的钠就能使Al-Si共晶合金完全变质、得到纤维状的共晶硅，则熔炼100kg的AL-Si共晶合金只需要0.018Kg的NaF中的钠；采用通用二号变质剂时、0.043kg就已足，但只占用铝液质量的0.043%、不足以覆盖全部液面，为了覆盖铝液并考虑到NaF不可能全部分解、加入量一般为1.0~3.0%。对于含硅量低、坩埚的高径比大或金属型铸件可取下限、反之取上限、但要注意防止过变质； iv. 操作方法 精炼后、扒去氧化皮和熔渣，均匀地撒上一层粉状变质剂、并在规定的变质温度下保持足够的时间，和铝液接触的一层变质剂先发生反应、接着反应物AlF3和下一层NaF反应生成Na3AlF6、其熔点为992℃、在反映界面上形成固化的Na3AlF6、阻止铝液和NaF继续反应、因此、覆盖时间再长、也达不到正常变质的效果，必须把已结壳或熔化的变质剂压入铝液中、使铝液与NaF完全接触、反应充分进行、得到正常的变质组织；

采用“压盐”法时、用压瓢把变质剂压入液面下100~150mm处、经3~5min后、即可取样检验变质效果、变质效果良好；

采用“切盐”法时、先把液面结壳的变质剂切成碎块、然后把碎块用压瓢一起压入铝液中、经3~5min后取样检验变质效果、质量也很稳定；

采用搅拌法时、一边撒变质剂、一边搅拌、直至出现变质效果为止，此法变质速度快、铝液净化效果好、但劳动强度大、镁的熔耗大、容易引起溶剂夹渣； ——仅供参考

i.

为了加速变质、缩短变质时间、可采用液态变质剂、现在专门熔化设备中化清变质剂、然后冲入铝液中、同时进行搅拌、变质时间可缩短6~8min、缺点是要另配熔炉、消耗能源。

c) 锶变质

锶变质加入量为0.02%~0.06%、砂型铸造取上限、金属型取下限，锶常以含3%~%%的AL-Sr中间合金形式加入、也有以SrF2+SrCl2混合盐形式加入，也有SrF2+SrCl2混合盐形式加入

注意：变质后不能用氯盐精炼、以免生成SrCl2、失去变质作用、只能通氩气精炼；

锶的沸点达1380℃ 、比钠的沸点高得多、不易烧损、砂型铸造的变质有效时间可达6~8h、故此称为长效变质剂

纯锶极其活泼、在大气中即强烈氧化为白色粉末SrO、遇水即分解出氢、必须在煤油或石蜡油中保存、使用前用丙酮清洗干净后立即投入铝液中，锶变质的缺点是锶中存在SrH、除氢不易、并且易产生铸型反应、常在铸件中形成针孔；

锶变质适用于浇注时间长的场合； d) 锑变质 锑变质仅适用于亚共晶合金、变质效果对冷却速度很敏感、故常用于金属型铸造、变质后共晶硅呈短杆状、需辅以热处理、使共晶硅进一步溶断、粒化、方能明显提高力学性能。 3锑的熔点为630℃ 、密度为6.67g/cm、直接加入铝液中将生成熔点达1100℃的AlSb、冻在坩埚底、因此必须以AL-Sb中间合金形式加入，锑的加入量~0.2%，Al-Sb中间合金以Sb4%~8%为宜。 经锑变质的铝液流动性好、充型能力强、能获得致密的铸件、锑不宜烧损、经多次重熔后仍有相同的变质效果、称为“长效变质剂”、适用于需要长时间浇注的场合； 其缺点是和Mg形成Mg3Sb2、使合金强度下降、必须补加镁；不能和钠变质的回炉料混杂、否则变质作用互相抵消；另外、热处理后铸件表面有一薄层黑色SbO、影响美观； e) 稀土变质 i. 混合稀土 3混合稀土一般含铈、占40%以上、其余为La、Nd、Sm等，密度为7g/cm左右、容易氧化、可制成含有10%左右的Al-RE中间合金加入铝液、也可包在铝皮中经预热后直接加入铝液中、轻轻搅拌、使其逐渐熔清、不使沉底、形成冷冻块； 加入量大于0.5%时、共晶硅开始细化、超过0.8%时共晶硅成细片状、超过1.2%时、共晶硅反而粗化、故加入量为0.8~1.2%。 混合稀土的变质作用对冷速敏感、适用于金属型铸件、获得的组织属亚变组织、随后的热处理使共晶硅熔断、粒化、合金的力学性能明显提高； ii. 稀土化合物 1. 稀土氟盐 CeF3与铝液发生反应生成CeAlF6、Ce，反应产物Ce即起变质作用、CeF3的加入量为0.2%~0.5%、变质温度730~750℃、加入量过大时将在晶界上出现粗大的Al-Si-Fe-Ce杂质化合物、恶化合金力学性能； 2. 碳酸稀土RE2(CO3)3 与铝液发生反应生成RE、AL2O3、3CO2，反应置换出的RE起变质作用

RE2(CO3)3的熔点为760℃左右、必须和助融剂配合、熔点降至600~744℃、然后加入铝液、采用富镧碳酸稀土配合助熔剂对ZL102合金进行变质、加入量为0.4%~0.6%、合金中稀土残留量为0.2%~0.3%、能得到满意的变质组织； 稀土元素变质的优点:

长效：因为稀土熔点高、不宜烧损； 有固溶作用：有微量稀土溶入α（AL）中； 减少针孔：能捕获合金中的氢气生成REmHn；

稀土元素变质的缺点：

不适用于缓慢冷却的铸件、变质后必须辅以固溶处理； ——仅供参考

f) 精炼-变质剂

该精炼剂可在精炼的同时起变质作用、其组成物包含能变质的钠盐、锶盐、钡盐，产生惰性气体的硝酸盐、碳粉及有精炼作用的NaSiF6、NaAlF6外加NaCl、KCl等、与铝液反应产生Na、Sr、Ba、N2等同时完成精炼、变质，N2上升时搅拌铝液、使变质元素分布均匀、缩短变质所需要的孕育期、能节省工时、提高生产率，

缺点是精炼促使Na、Sr加快衰退、只适用于一炉铝液只浇1~2个铸件、当要求长效变质剂时、只能使用钡盐、置换出钡、起变质作用、但得到的是亚变组织； 79. 变质效果检测

a) 观察断口

在耐火砖制成的型腔中浇铸直径50~60mm X 10~15mm的工艺试样；

变质不足时、端口晶粒粗大、发亮的硅晶粒清晰可数、整个端口呈暗灰色；

正常变质的断口口、晶粒极细、没有硅亮点、端口范银白色、端口边缘出现发亮的剪切唇、宽度越大、变质效果越好、伸长率越高； 过变质的断口、晶粒粗、呈青灰色、显微镜观察磨片、有过变质带出现； b) 花纹鉴别法 浇注前述试样、变质表面光亮、变质后由Na2O膜组成、分布着NaO膜破裂后形成的花纹、颜色发暗、花纹越粗、分枝越发达、变质过程越完全 此法简单迅速、但不易区分亚变质或过变质； c) 电阻率法 变质前共晶硅呈粗大板块状、隔断铝基体通道、铝是良导体、硅是半导体、故电阻大； 变质后共晶硅呈纤维状、增加铝基体通道、合金电阻变化小； 过变质时、出现过变质带、电阻又将回升； 该方法有定量数据、但温度影响电阻值、且试样必须冷却致室温时才能测定、只能采用空冷、不能采用水冷以免影响组织、故而测定速度慢； 80. 用新坩埚时、空炉加热到600~700℃、呈暗红色、保持30~60min、烧去内壁水分、及可燃杂质、然后冷却到200℃左右、喷上涂料。 对于旧坩埚、则应将内壁清理干净、用小锤轻敲、凭声音判断有无裂缝出现，检查后、坩埚增加至200℃、喷涂料； 81. 常用涂料见下表 其中： 1. 白垩粉遇铝液将发生分解、生成CaO和CO2、故次啊用No1涂料时、起初有CO2气泡产生、但CaO

仍能紧紧地黏附在工具或坩埚上、不易脱落； 2. 采用氧化锌做填充剂时、与铝液反应、ZnO被还原、涂料容易剥落、但氧化锌有优点：当工具预热致350℃左右时、涂料由白色转为杏黄色、可据此估计工具温度、判断工具表面是否有水汽；其次氧化锌涂料不会分解出气态物质 3. 坩埚与高温铝液长时间接触、在浇注过程中无法补涂、因此熔炼前要涂得厚一些、涂料稠度要大； 4. 工具上的涂料要薄、即是脱落也可以补涂、如果涂得太厚、则受急冷急热时、涂料剥落进入铝液中

成为夹渣；

82. 坩埚喷好涂料后预热到500~600℃、呈暗红色时开始装料、炉料预热温度为300~400℃，预热温度越高、熔

化越快、但温度过高，会使得炉料失去强度、装料不便；严禁将冷料直接加入铝液中、否则死得很难看； 83. 比较推荐的加料次序为：

a) 先投入铝锭、升温致700~730℃、

b) 把预热至600~700℃的结晶硅或电解锰直接加入铝液中、同时吹氮精炼、搅拌铝液、加速结晶硅、电解

锰的熔化

c) 全部熔清后用回炉料降温后加镁、搅拌均匀后进行变质 ——仅供参考

注意：为保证铝液与结晶硅、电解锰的表面直接接触、直至熔清、不宜随便反动液面上的结晶硅、电解锰、防止表面生成SiO2或MnO膜、外包一层AL2O3、隔断铝液和结晶硅、电解锰的接触、阻止合金化的过程、这样熔炼就会失败；

——仅供参考