有色金属熔炼与铸锭VIP免费

有色金属熔炼与铸锭杨伏良副教授材料科学与工程学院（24学时）2有色金属熔炼与铸锭一、有色金属熔炼的基本原理二、有色金属铸锭凝固的基本原理三、铝锂合金熔炼与铸造的特点3有色金属熔炼与铸锭主要内容●有色金属在熔炼和铸锭过程中与炉气、炉衬、溶剂、涂料、空气和水蒸气等环境因素相互作用的基本规律。●熔铸工艺参数对熔体中的气体及夹渣含量和铸锭的凝固过程、结晶组织、溶质再分布及偏析、裂纹等缺陷所产生的影响及变化规律。4第一讲有色金属熔炼的基本原理1、氧化的热力学原理2、氧化的动力学机制3、影响氧化烧损的因素及降低氧化烧损的方法4、金属氧化精炼的原理5、挥发及挥发损失6、夹渣和除渣精炼51.1金属的氧化特性固体纯金属或熔融合金与炉气、炉衬和炉渣发生一系列物理化学作用氧化、挥发和吸气（温度、金属及与之接触的物质）氧化氧化烧损和非金属氧化物夹渣合金成分变化的基本原因对金属熔体进行氧化精炼和真空挥发，有效去除某些有害杂质61.1.1氧化热力学条件及判据金属氧化的热力学▲金属氧化的趋势▲各合金元素的氧化顺序▲氧化程度决定因素：金属与氧的亲和力大小，也与合金成分、温度和压力有关7氧化热力学条件及判据8氧化热力学条件及判据金属的氧化趋势可用氧化物生成自由焓变量表示。由于生成自由焓、分解压、生成热和反应的平衡常数相互关联，常用它们的大小来判断金属氧化反应的趋势、方向和限度。自由焓不仅可以衡量标准状态下金属氧化的趋势，还可以衡量标准状态下氧化物的稳定性。10从各直线之间的相互位置比较来看，直线的位置越低，ΔG值越负，金属的氧化趋势越大，氧化程度越高，如铝、镁、钙等的氧化。反之，直线位置越高，ΔG值越大，氧化趋势和程度越小，如铜、铅、镍等金属的氧化。据直线之间的位置关系可以知道元素的氧化顺序。从图1．1可见，在熔炼温度范围内，各元素氧化先后的大致顺序是：钙、镁、铝、钛、硅、钒、锰、铬、铁、钴、镍、铅、铜。例如，凡在铜线以下的元素，其对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力，故在熔炼铜时它们会被氧化而进入炉渣。11氧化热力学条件及判据12氧化热力学条件及判据13氧化热力学条件及判据15氧化热力学条件及判据161.2氧化动力学机制研究氧化反应动力学的主要目的之一，是要弄清在熔炼条件下氧化反应机制、限制环节及影响氧化速度的诸因素(温度、浓度、氧化膜结构及性质等)，以便针对具体情况，改善熔炼条件，控制氧化速度，尽量减少金属的氧化烧损。171.2氧化动力学机制金属氧化的动力学速度问题一、金属氧化机理和氧化膜结构（重点了解三个环节）1.氧由气相通过边界层向氧-氧化膜界面扩散（即外扩散）VD=DA/δ*(C0O2-CO2)D—氧在边界层中的扩散系数，A、δ—边界层面积和厚度C0O2、CO2—边界层外和相界面上氧的浓度18金属氧化机理和氧化膜结构19氧化动力学机制2.氧通过固体氧化膜向氧化膜-金属界面扩散（即内扩散）VD=DA/δ*(CO2-C´O2)D—氧在氧化膜中的扩散系数，δ—氧化膜的厚度C´O2—反应界面上的浓度3.在金属-氧化膜界面上，氧和金属发生界面化学反应，与此同时金属晶格转变为氧化物VK=KAC´O2K—反应速度常数，C´O2—金属-氧化膜界面上氧的浓度20Pilling-Bedworth比氧化过程由三个环节连续完成,总的反应速度取决于最慢的一个环节,即限制性环节;氧化膜的性质决定以上哪一个环节是限制性环节，而氧化膜的主要性质是其致密度;致密度:定义为氧化物的分子体积MV与形成该氧化物的金属原子体积AV之比，即：21当PB＞l时，生成的氧化膜是致密的，连续的，有保护性的。在这种情况下结晶化学反应速度快，而内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。氧化膜逐渐增厚，扩散阻力愈来愈大，氧化速度将随时间的延续而降低。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性。当PB＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。氧在这种氧化膜内扩散阻力将比前者小得多。限制环节由扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属(如Li、Mg、Ca)的氧化膜具有这种特性。PB》1。这是一种极端情况，大量过渡族金属如铁的氧化膜就是如此。这种十分致密但内应力很大的氧化膜增长到一定...