銅合金鑄件鑄造缺陷及防止對(duì)策

銅合金鑄件鑄造缺陷及防止對(duì)策

清華大學(xué) 曾大本1、銅合金鑄件缺陷及其主要原因2、藝術(shù)鑄造銅合金的冶金特性3、銅合金的熔煉原理及工藝銅合金鑄造缺陷的大分類表1銅合金鑄造缺陷的大分類（續(xù)）表1續(xù)鑄造缺陷和熔化、澆注、凝固的基本性質(zhì)表2氣孔、針孔缺陷示意圖氣孔：a、b、c針孔：d、eabcde圖1縮孔、縮松缺陷示意圖

外縮孔 內(nèi)縮孔 縮松圖2銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因

表3銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因（續(xù)）表3續(xù)銅合金鑄件鑄造缺陷分類及其主要原因（續(xù)）表3續(xù)2、藝術(shù)鑄造銅合金的冶金特性藝術(shù)鑄造銅合金的獨(dú)特要求：①合金應(yīng)滿足藝術(shù)鑄品的使用要求 ——耐蝕性、色澤、聲學(xué)特性和機(jī)械性能②合金應(yīng)滿足各種工藝要求 ——鑄造成形性能、可焊接性能、可打磨加工性能和表面著色性能2.1青銅錫青銅——?dú)v史悠久的一種藝術(shù)鑄造合金無(wú)錫青銅——近代發(fā)展起來(lái)的新型青銅2.1.1錫青銅（1）錫青銅的組織和性能鑄態(tài)：α固溶體和（α+δ）共析體α相——錫溶于純銅中的置換型固溶體，塑性良好δ相——以金屬間化合物（Cu31Sn8）為基的固溶體，硬而脆耐磨性好（δ相硬質(zhì)點(diǎn)鑲嵌于軟基體中）耐蝕性高（在蒸汽、海水和堿溶液中）銅—錫二元相圖圖3含錫量對(duì)青銅機(jī)械性能的影響含錫量對(duì)青銅機(jī)械性能的影響圖4

錫青銅的結(jié)晶溫度范圍很寬，凝固速度較慢時(shí)，容易形成縮松，這是導(dǎo)致錫青銅鑄件滲漏的主要原因。進(jìn)行均勻化退火后，α枝晶消失，能防止鑄件滲漏。但是分布均勻的顯微縮松能儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，對(duì)于耐磨零件是有利的。 錫青銅呈糊狀凝固，枝晶發(fā)達(dá)，很快就在鑄件內(nèi)形成晶體骨架，開始了線收縮，此時(shí)凝固層較薄，高溫強(qiáng)度又低，因此鑄件容易發(fā)生熱裂。

反偏析是錫青銅鑄件中常見的缺陷，鑄件表面會(huì)滲出灰白色顆粒狀的富錫分泌物，俗稱“冒錫汗”?！板a汗”中富集δ相，造成鑄件內(nèi)外成分不均勻，降低合金力學(xué)性能，而且使組織更加疏松，引起滲漏，同時(shí)，表面富集堅(jiān)硬的δ相，惡化切削加工性能，加工后的表面會(huì)出現(xiàn)灰白色斑點(diǎn)，影響表面質(zhì)量。反偏析層一般有5mm左右，嚴(yán)重時(shí)可深入表皮下25～30mm。凝固速度越慢，反偏析越嚴(yán)重。

出現(xiàn)反偏析的原因是錫青銅的結(jié)晶溫度范圍寬，枝晶發(fā)達(dá)，低熔點(diǎn)的富錫δ相被包圍在α枝晶間隙中，此時(shí)氫的溶解度因溫度下降而急劇降低，呈氣泡形成析出，產(chǎn)生背壓，把富錫熔體推向枝晶間隙中心。而在凝固后期，鑄件從內(nèi)到外仍存在著大量的顯微通道，在氫氣泡形成的背壓和固態(tài)收縮力內(nèi)外夾攻下，迫使富錫溶體沿α枝晶間的顯微通道向鑄件表面滲出，堆積在鑄件表面。

防止反偏析的工藝措施有：放置冷鐵，提高冷卻速度，出現(xiàn)層狀凝固。調(diào)整化學(xué)成分，如加入鋅，縮小結(jié)晶溫度范圍。采取有效的精煉除氣措施，減少合金中的含氣量。錫青銅中合金元素的作用① 鋅 錫青銅中加入鋅可縮小錫青銅的結(jié)晶溫度范圍，提高合金的流動(dòng)性，減小產(chǎn)生縮松的傾向。且熔煉時(shí)鋅的蒸汽壓較高，所形成鋅蒸汽可防止銅和錫元素氧化，凈化合金，降低產(chǎn)生氣孔的傾向。鋅對(duì)錫青銅的組織和性能的影響與錫相似，但加2%鋅只相當(dāng)1%錫的作用。而鋅的價(jià)格只有錫的1/5，故用鋅代錫還可降低成本。鋅含量超過(guò)5%，易使紋飾不清晰，易受腐蝕，難以生成文雅的綠色外膜?，F(xiàn)代室外藝術(shù)鑄件常選用含鋅的錫青銅，俗稱炮銅。錫青銅中合金元素的作用② 鉛 鉛的硬度很低，在錫青銅中以質(zhì)點(diǎn)狀分布，提高合金的耐磨性能，也給青銅的加工帶來(lái)方便。同時(shí)鉛的熔點(diǎn)低，提高了錫青銅的流動(dòng)性。凝固時(shí)鉛富集在枝晶間的孔隙中，減少縮松，防止?jié)B漏，一般鉛含量在5%左右防滲漏效果最好。青銅中鉛比重較大，過(guò)量的鉛會(huì)引起重力偏析，所以含鉛錫青銅澆注前須注意攪拌，采用水冷或金屬型來(lái)加快冷卻，防止偏析。錫青銅中合金元素的作用 Cu-Sn-Pb系合金在室溫狀態(tài)下金相與顏色以及合金成分與強(qiáng)度、延伸率的關(guān)系。圖5Cu-Sn-Pb系合金在室溫狀態(tài)下金相與顏色的關(guān)系圖6Cu-Sn-Pb系合金的抗拉強(qiáng)度σb/（kg·mm-1）圖7Cu-Sn-Pb系合金的延伸率錫青銅中合金元素的作用③ 鎳 青銅中鎳無(wú)限地溶于α固溶體內(nèi)，促使α樹枝狀晶體發(fā)達(dá)，因而加入微量的鎳可以減輕錫鉛的偏析。加入1%～2%的鎳，便能使晶粒細(xì)化，提高機(jī)械性能、耐腐蝕性能和熱穩(wěn)定性，改善青銅的鑄造性能。較多的鎳會(huì)使青銅顏色變白。④ 鐵 鐵的主要作用與鎳相似，可以細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，改善著色性能。但含量必須控制在5%以下，否則使青銅發(fā)脆，同時(shí)降低耐腐蝕性能。錫青銅中合金元素的作用⑤ 鋁 在錫青銅中鋁是有害雜質(zhì)，它使著色困難。只要含鋁0.5%，表面便從暗紅色轉(zhuǎn)為金黃色，進(jìn)而成銀白色。但在無(wú)錫鋁青銅中，鋁能提高強(qiáng)度、耐腐蝕性和鑄造性能。⑥ 磷 在錫青銅中必須加0.03%～0.06%的磷來(lái)脫氧，以改善鑄造性能，過(guò)量易產(chǎn)生脆性相Cu3P，且降低著色效果。⑦ 硅 青銅中加入硅，便會(huì)使其機(jī)械性能及鑄造性能惡化，但能增加耐腐蝕性能，硅使表面呈暗赤色到茶色，有時(shí)呈葡萄色，因表面覆有一層很致密的SiO2膜，使著色困難。藝術(shù)鑄造用的錫青銅表4（1）鑄造響銅是一種錫青銅或硅青銅，含錫量一般較高，由圖4可知，這種錫青銅具有高的強(qiáng)度和低的塑性。表5為部分響銅的化學(xué)成分。 響銅的鑄造性能很好，可澆出各種精巧藝術(shù)品，但是含錫量過(guò)高易碎，并且硬度高，加工也困難。2.1.2響銅和鏡銅部分響銅的化學(xué)成分表5

（2）銅鏡問(wèn)世于玻璃鏡之前，人們以錫青銅經(jīng)研磨拋光后制成燧（聚光鏡，取火用）和鑒（鏡子）。表6為部分戰(zhàn)國(guó)、漢、唐銅鏡的化學(xué)成分。由圖5、圖7可見，銅鏡的含錫量很高，故色白，硬而脆，磨拋后鏡面既白且亮，反光性能好，利于映像，但易碎。唐以后，銅鏡中錫量漸少，鋅量增多，顏色變黃，映像效果變差。表6部分戰(zhàn)國(guó)、漢、唐銅鏡的化學(xué)成分2.1.3鋁青銅鋁青銅是含8%～12%Al的銅鋁合金，色澤金黃，大氣中變色緩慢，也可作為藝術(shù)鑄件用銅。圖8Cu-Al二元相圖

α相為鋁溶于銅的固溶體；β相是以電子化合物Cu3Al為基的固溶體，強(qiáng)度高，塑性好；γ2相是以電子化合物Cu32Al19為基的固溶體，性硬而脆。因此，合金中γ2相含量過(guò)多會(huì)使合金變脆。在緩慢冷卻條件下，β相發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 形成的γ2相使合金變脆——稱“緩冷脆性”。 快冷時(shí)，β相來(lái)不及共析轉(zhuǎn)變，合金組織為α+β相，強(qiáng)度高，塑性好。所以，鑄件可在750℃左右空冷或水冷，以防緩冷脆性。加入合金元素，如Mn、Ni等可抑制緩冷脆性。

鋁青銅是工業(yè)中最常用的一種無(wú)錫青銅，其強(qiáng)度、塑性、化學(xué)穩(wěn)定性及致密性均由于錫青銅，且鋁青銅中不含錫，成本也較低，可用來(lái)代替錫青銅澆注藝術(shù)鑄品。但鋁青銅熔煉澆注時(shí)極易氧化吸氣，且收縮大，鑄件易產(chǎn)生氣孔、縮孔，表面夾渣和裂紋。2.2黃銅黃銅有普通黃銅和特殊黃銅之分，普通黃銅為銅鋅二元合金，若加入少量其他元素就構(gòu)成特殊黃銅。黃銅由于色澤金黃而誘人喜愛，是一種主要的藝術(shù)鑄造合金材料。著名的武當(dāng)山金殿、宣德爐等明代藝術(shù)鑄件就是用黃銅鑄造的。2.2.1普通黃銅鋅在黃銅中作用主要是提高強(qiáng)度，改善鑄造性能。圖9Cu-Zn二元相圖 常用的二元黃銅平衡狀態(tài)組織有三種： 含鋅量小于38%時(shí)為單相α——小黃銅含鋅量為38%～47%時(shí)為α+β——α+β黃銅為47%～50%時(shí)為單相β——β黃銅 普通黃銅的耐蝕性和加工性能等不夠好，然而含8%～20%Zn的黃銅色澤金黃，為α單相組織，拋光后經(jīng)大氣腐蝕，會(huì)顯出金黃色的斑塊，因此在鑄造藝術(shù)品中應(yīng)用較多。2.2.1普通黃銅 在銅鋅合金的基礎(chǔ)上加入錳、鋁、硅、鐵、錫、鉛、鎳等合金元素，就構(gòu)成了三元或多元銅合金。加入少量合金元素后，黃銅的機(jī)械性能、鑄造性能和耐腐蝕性能都能得到顯著的提高。特殊黃銅的組織和普通黃銅相似，主要組成仍然是β和α相。2.2.1特殊黃銅2.2.1特殊黃銅 加入合金元素對(duì)組織的影響反映在二元相圖上，主要是使相區(qū)分界線的位置移動(dòng)了，改變了組織中β和α兩相的組成比例。因此可把合金元素對(duì)黃銅組織性能的影響，折算成鋅的影響，稱為“鋅當(dāng)量”。

表8各合金元素的鋅當(dāng)量合金元素的作用：（1）鐵黃銅中加入鐵的加入量一般為1%～3%。它可細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度和硬度，增加耐腐蝕性，但超過(guò)這個(gè)數(shù)值，則使合金發(fā)脆，降低塑性和耐腐蝕性。2.2.1特殊黃銅（2）錳

錳能提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)增加抗腐蝕性能，且不降低塑性。 Cu-Zn-Mn系合金的顏色逐漸由紅變黃，由黃變白（圖10）。當(dāng)含鋅量為30%時(shí)，只要加入10%的錳就可使合金變?yōu)轭愃奇嚢足~所具有的美麗銀白色。 若含63.5%Cu、24.5%Zn、12%Mn，則具有良好的機(jī)械性能、工藝性能和耐腐蝕性。這兩種合金可取代鎳白銅鑄造藝術(shù)鑄件。黃銅中加入錳還具有阻止“脫鋅”的作用。

2.2.1特殊黃銅圖10Cu-Zn-Mn系合金顏色（3）鋁

少量的鋁就能強(qiáng)烈地提高黃銅的強(qiáng)度，但降低塑性。鋁能提高抗腐蝕性能，提高合金的流動(dòng)性，澆出的鑄件表面質(zhì)量較好。（4）硅

少量的硅能顯著提高黃銅的強(qiáng)度和硬度，但也顯著降低塑性。硅也能提高黃銅的抗腐蝕和鑄造性能。（5）鉛

鉛主要用來(lái)改善黃銅的切削加工性能。（6）錫

錫主要用來(lái)提高黃銅的強(qiáng)度和抗海水腐蝕，故加錫的黃銅又稱海軍炮銅。錫的加入量一般控制在1%以下。（7）鎳

鎳用來(lái)細(xì)化組織，提高沖擊韌性和耐腐蝕性。2.2.1特殊黃銅藝術(shù)鑄造用黃銅表9 白銅主要為Cu-Ni-Zn合金，鎳賦予銀白色澤，并提高耐腐蝕性及硬度，但以30%為限，若過(guò)多，熔化時(shí)吸氣大。鋅改善鑄造性能，不利于耐蝕性。錫與鎳能形成（Cu·Ni）3Sn(即θ)相，起明顯的強(qiáng)化作用。白銅中還可加入≤5%鉛，改善加工性能，壁厚時(shí)，取下限。2.3白銅 白銅的色澤與合金成分有關(guān)，如圖11所示。銅中增加鎳或鋅就成為白色，其中鎳含量對(duì)白銅色澤的影響要比鋅強(qiáng)。 白銅呈美麗溫和的銀白色。有良好的延展性和耐腐蝕性，含20%Ni的白銅常用于鑄招牌，含15%～20%Ni的白銅多用于日常用品。圖11鎳和鋅含量對(duì)白銅色澤的影響1-帶黃色 2-黃色3-白色4-銀白色 5-鎳色 6-白色美國(guó)用于藝術(shù)鑄造的白銅表10

白銅在液態(tài)時(shí)急劇吸氣。熔化時(shí)溶液表面須覆蓋木炭。先把銅與鎳作成50%Cu+50%Ni的中間合金，待銅鎳中間合金和電解銅熔化后經(jīng)脫氧再加入鋅，熔化后再用磷銅進(jìn)行二次脫氧，磷的加入量為0.03%。白銅鑄件凝固過(guò)程中容易開裂，澆注時(shí)易產(chǎn)生二次氧化，須特別注意。 在銅中加入鈹（Be），就可大為提高銅合金的機(jī)械性能，增強(qiáng)耐磨性，且成形性及復(fù)印性極佳，使鑄件可復(fù)印出清晰細(xì)致的紋飾。 鑄造鈹銅合金含0.45%～2.75%Be，Be含量越高，鑄造性能越好，使合金具有金黃色色澤，但成本也越高。低含量的鈹，合金呈淡紅色或金黃色。鈹銅合金價(jià)格高，熔煉時(shí)鈹蒸氣有毒，應(yīng)加強(qiáng)吸排措施。2.4鈹銅合金美國(guó)鑄造鈹銅合金表11 銅合金鑄件的常見缺陷如力學(xué)性能不合格、氣孔、夾渣、滲漏、偏析等，主要原因是熔煉工藝控制不當(dāng)。銅合金熔煉工藝的要點(diǎn)有：1) 嚴(yán)格控制合金的化學(xué)成分，準(zhǔn)確配料。2) 凈化合金液，防止銅液氧化、吸氣。3) 高溫熔煉，快速熔化，低溫澆注。3、銅合金的熔煉原理及工藝3.1銅合金的氧化和脫氧3.1.1銅合金的氧化特性

銅合金熔化后，在高溫下容易被爐氣中的氧所氧化，在液面上進(jìn)行下列氧化反應(yīng) 4Cu+O2=2Cu2O 反應(yīng)產(chǎn)物氧化亞銅Cu2O的密度6g/cm3，熔點(diǎn)1235℃。當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時(shí)是固態(tài)，呈黑色，η=1.71＞1，覆蓋膜是致密的，對(duì)銅液有保護(hù)作用，溫度高于Cu2O的熔點(diǎn)時(shí)，呈液態(tài)，對(duì)銅液失去保護(hù)作用。Cu2O溶于銅液中，隨溫度的下降，Cu2O與α相在1066℃時(shí)形成α＋Cu2O共晶體。α相是銅中溶有氧0.0010%～0.0036%的固溶體，共晶點(diǎn)的含氧量為0.39%，凝固時(shí)，先形成α相，降至共晶溫度時(shí)，共晶體在α相晶粒連接處析出，分布在α相晶界上。純銅、錫青銅、鉛青銅等脫氧不徹底時(shí)，組織中出現(xiàn)α＋Cu2O共晶體。由于熔點(diǎn)低，會(huì)引起熱脆，如吸入氫氣，則發(fā)生下列反應(yīng)

Cu2O+H2=2Cu+H2O(3)凝固后在鑄件中生成氣孔。含有Cu2O的銅鑄件不能在還原性的爐氛中進(jìn)行熱處理，否則氫將滲入α相的晶界，按反應(yīng)式（3）生成水汽，其壓力隨晶間壓力的增大而增加，會(huì)導(dǎo)致晶界顯微裂紋的產(chǎn)生。 Cu2O有很高的分解壓力。由圖13可見（見下頁(yè)），Cu2O的分解壓力Po2比合金元素鋁、鎂、硅、錳的氧化物分解壓力高的多，熔煉時(shí)，如果在脫氧消除Cu2O之前加入這些合金元素，將發(fā)生下列反應(yīng)

3Cu2O+2Al→Al2O3+6Cu（4）

2Cu2O+Si→SiO2+4Cu （5） 彌散狀反應(yīng)產(chǎn)物Al2O3、SiO2將懸浮在銅液中，很難清除，會(huì)在鑄件中形成夾雜，惡化力學(xué)性能，因此熔煉純銅、錫青銅、鉛青銅等必須徹底脫氧，清除Cu2O后再加入合金元素。某些合金氧化物的分解壓Po2與溫度的關(guān)系圖13某些合金氧化物的分解壓Po2與溫度的關(guān)系3.1.2銅合金的脫氧（一）脫氧基本原理Cu2O的分解壓力高，能溶于銅液中，因此往銅液中加入那些與氧的親和力比銅與氧的親和力大的元素，通過(guò)如同式（4）、（5）這類反應(yīng)就可將Cu2O中的銅還原出來(lái)，生成物能自動(dòng)上浮至銅液表面而被除去，完成脫氧過(guò)程，加入的元素即稱為脫氧劑。（二）脫氧方法 （1）沉淀脫氧 （2）擴(kuò)散脫氧 （3）沸騰脫氧3.1.2銅合金的脫氧 除電工材料用的純銅外，磷是應(yīng)用最廣泛的脫氧劑。磷銅加入銅液后，即在整個(gè)溶池內(nèi)進(jìn)行脫氧反應(yīng)。脫氧第一階段，磷蒸氣與銅液中的Cu2O作用

5Cu2O+2P=P2O5+10Cu（12） 反應(yīng)產(chǎn)物P2O5的沸點(diǎn)為347℃，在銅液中以氣泡形式上浮，上浮過(guò)程中繼續(xù)與Cu2O反應(yīng)，進(jìn)入脫氧第二階段

Cu2O+P2O5=2CuPO3（13）

Cu2O可以清除殆盡。當(dāng)Cu2O含量較高，磷蒸氣逸出較慢時(shí)，磷也可能直接與Cu2O反應(yīng)

6Cu2O+2P=2CuPO3+10Cu （14） 偏磷酸銅CuPO3的熔點(diǎn)低，密度比銅小，容易上浮至液面而被除去。3.1.3磷銅脫氧 圖14為ZCuSn10脫氧時(shí)磷的加入量與銅液中殘余含氧量之間的關(guān)系曲線。由圖中可見，原始含氧量為0.02%時(shí)，加入微量磷，含氧量就急劇降低，加磷0.02%后，含氧量已降至0.003%以下，因而生產(chǎn)中磷的加入量一般控制在0.03%～0.06%范圍內(nèi)。3.1.3磷銅脫氧圖14磷加入量與ZCuSn10中殘余含氧量的關(guān)系 加入磷量過(guò)多，則銅液中殘留磷量過(guò)高，促使銅液與鑄型中的水分反應(yīng)

2P+5H2O=P2O5+5H2（15） 反應(yīng)產(chǎn)物H2滲入銅鑄件中，形成皮下氣孔。因此，砂型鑄造時(shí)殘余含磷量應(yīng)控制在0.005%～0.001%范圍內(nèi)，金屬型鑄造可適當(dāng)放寬。3.1.3磷銅脫氧 銅液中沒有殘余磷同樣有害，此時(shí)銅液中必然殘留氧，凝固時(shí)與極微量氫相遇就會(huì)反應(yīng)生成水汽，在鑄件中留下氣孔。 磷明顯降低銅液的表面張力，因而能提高流動(dòng)性，對(duì)充型有利，故對(duì)薄壁小鑄件可適當(dāng)增加磷的加入量，防止?jié)膊坏健?.1.3磷銅脫氧

熔銅爐的爐氣中有：

H2、O2、N2、H2O、CO、CO2、SO2等 其中 O2、H2O使銅氧化 H2、O2、SO2等能溶入銅液中3.2銅液的吸氣、除氣3.2.1氣體在銅液中的溶解特性表13爐氣中各組分與銅液之間的作用3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（1）氫 氫的壓力為0.1MPa時(shí)，氫在銅中的溶解度與溫度的關(guān)系曲線見圖15，表14為有關(guān)數(shù)據(jù)。由圖15、表14可知，氫在銅液中的溶解度很大并隨溫度的升高急劇升高；冷卻時(shí)溶解度下降，呈氣泡形式析出，凝固后在鑄件中形成氣孔。表14氫在銅中溶解度與溫度的關(guān)系圖15氫在銅中溶解度與溫度的關(guān)系3.2.1氣體在銅液中的溶解特性 銅液中的氫除了直接來(lái)自燃料、爐料外，主要時(shí)由水汽分解所產(chǎn)生的，由燃料、爐料、熔劑及熔煉工具帶入銅液中的水汽，遇到鋁、硅、錳、鋅等活潑元素時(shí)，這些元素被氧化，水被分解，產(chǎn)生氫并溶入銅液中。3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（2）水汽水汽不能直接溶于銅液中，但在高溫條件下，能產(chǎn)生下列反應(yīng)：式中K—平衡常數(shù)，和溫度有關(guān)；[H]—?dú)湓阢~液中的溶解度，%；[O]—氧在銅液中的溶解度，%；PH2O—爐氣中水汽的分壓，kPa。最后得（19）（20）（21）3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（3）CO、CO2 CO、CO2均不溶于銅液中。CO能使Cu2O還原；CO2使銅液中的鋁、硅、錳、鋅氧化，生成這些元素的氧化物如Al2O3、SiO2等，但能隨CO2氣泡一起上浮而被除去，因此對(duì)銅液質(zhì)量影響不大。3.2.1氣體在銅液中的溶解特性 在含鎳的銅合金中，CO、CO2與鎳產(chǎn)生下列反應(yīng)：

4Ni+CO=Ni3C+NiO(23)Ni+CO2=NiO+CO(24) Ni3C、NiO均能溶解在銅液中，溶解度隨溫度下降而降低，NiO、Ni3C重新析出，促使反應(yīng)向左進(jìn)行，在凝固后期產(chǎn)生CO、CO2在鑄件中成為氣孔。3.2.1氣體在銅液中的溶解特性（4）SO2 SO2能溶解于銅液中，并與銅產(chǎn)生下列反應(yīng)

SO2+6Cu-=2Cu2O+Cu2S (25) 凝固時(shí)Cu2S沿晶體析出，產(chǎn)生熱脆性，成為有害的雜質(zhì)，如同時(shí)有殘余Cu2O，反應(yīng)方向向左，產(chǎn)生SO2，在鑄件中形成氣孔，因此不宜使用含硫量高的燃料。3.2.2銅液的除氣（一）氧化法除氫 這種方法除氫的原理是利用式（21）的關(guān)系，當(dāng)熔煉溫度，爐膛壓力不變，爐氣中水汽濃度一定時(shí)，式（19）中的K，PH2O可作為常數(shù)，則[H]2[O]也為一常數(shù)，可作出圖17所示的銅液中K=[H]2[O]關(guān)系曲線。圖17銅溶液中K=[H]2[O]關(guān)系曲線1-1350℃2-1250℃3-1150℃ 銅液增氧方法有兩種。一種是控制爐氣為氧化性，提高爐氣中氧的分壓，增加銅液中氧的濃度。具體工藝措施是增加鼓風(fēng)量以提高爐膛內(nèi)氧的分壓，對(duì)自然通風(fēng)的焦炭爐可適當(dāng)增加煙囪高度，加強(qiáng)通風(fēng)，增強(qiáng)供氧；對(duì)于油爐應(yīng)控制風(fēng)量、油量、使燃油充分燃燒并有剩余氧。另一種為加入氧化性熔劑，使銅液增氧。 采用氧化性溶劑增氧，效果比較明顯。常用的氧化性熔劑是一些高溫下分解的高價(jià)氧化物，如MnO2、KMnO4、CuO等，熔劑裝在坩鍋底部，與爐料同時(shí)加熱，高溫下熔劑被分解，析出氧溶入銅液中，本身被還原為低價(jià)氧化物，具體反應(yīng)如下反應(yīng)產(chǎn)物Cu2O脫氧后被除去，K2O、MnO不溶于銅液中，進(jìn)入爐渣中被扒去。熔煉有油污的廢雜銅，化清后含氫量高，尤宜采用此法。

(26)(27)(28)（二）沸騰法除氫

鋅的沸點(diǎn)只有907℃，黃銅可采用沸騰法除氫。黃銅的蒸氣壓隨鋅量增大、溫度上升而增高，見表15從表中可知，鋅高于35%的黃銅沸點(diǎn)低于1130℃，黃銅的熔煉溫度為1150～1200℃，銅液已經(jīng)沸騰，大量鋅蒸氣逸出，氣體、夾雜也隨之帶去，從而凈化銅液，不需其它措施就能獲得優(yōu)質(zhì)的銅液。表15黃銅含鋅量與沸騰溫度的關(guān)系3.3銅合金的熔劑和脫氧劑3.3.1覆蓋熔劑 （一）木炭 木炭曾是熔煉銅合金應(yīng)用最普通的覆蓋劑，主要作用是防氧化、脫氧和保溫，但由于木炭是疏松多孔的物質(zhì)，表面活性大，能強(qiáng)烈吸附水汽，因此使用前必須在1000～1050℃高溫下焙燒，除去吸附的水汽。3.3.1覆蓋熔劑(二)玻璃 不宜用木炭覆蓋時(shí)，可使用玻璃。玻璃是一種復(fù)合硅酸鹽，分子式為Na2O·CaO·6SiO2，熔點(diǎn)在900～1200℃之間，化學(xué)性能穩(wěn)定，不與銅合金中任何元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不吸收爐氣中的水汽，故同時(shí)具有氧化和保溫作用。但由于熔點(diǎn)高，粘度大，扒渣較困難，熔渣和銅液相混，會(huì)增大熔耗，應(yīng)加入Na2CO3、CaO、Na2B4O7等堿性物質(zhì)和玻璃形成低熔點(diǎn)的復(fù)合硅酸鹽，提高流動(dòng)性，以便于清除。3.3.1覆蓋熔劑(二)玻璃1）玻璃50%+Na2CO3，溫度高于1100℃時(shí)，形成流動(dòng)性好的CaSiO3·5Na2SiO3，適用于熔點(diǎn)高的鋁青銅、含鎳的錫青銅等。2）碎玻璃37%+Na2B4O763%，熔點(diǎn)較低，兼有覆蓋和精煉作用，適用于硅青銅。3）Na4SiO490%+NaCl10%或CaF210%，適用于黃銅。3.3.2精煉熔劑（一）清除Al2O3 可用Na2CO3、CaF2、Na3AlF6，化學(xué)反應(yīng)如下

Al2O3+Na2CO3=Na2Al2O4+CO2 (29) Na2Al2O4的熔點(diǎn)低，密度比銅液小，上浮至液面，成為熔渣，CO2呈氣泡上浮，有精煉作用。

Al2O3+3CaF2=2AlF3+3CaO (30) AlF3呈氣泡逸出液面，CaO與復(fù)式硅酸鹽Na2O6·CaO·SiO2/900~1200℃形成低熔點(diǎn)復(fù)鹽進(jìn)入熔渣中。

2Al2O3+2Na3AlF6=4AlF3+Na3Al2O4+2Na2O (31) Na2Al2O4、Na2O進(jìn)入熔渣中，Na3AlF6還能溶解Al2O3，清除Al2O3的效果最好，對(duì)鋁青銅有良好的精煉作用。3.3.2精煉熔劑（二）清除SiO2

可用Na2CO3清除SiO2

SiO2+2Na2CO3=Na4SiO4+2CO2 (32) 生成的Na4SiO4成為熔渣被除去。

（三）清除SnO2

清除SnO2可用Na2CO3、Na2B4O7、CaO、B2O3，精煉反應(yīng)如下

SnO2+Na2CO3=Na2SnO3+CO2 (33)SnO2+2Na2CO3+B2O3=Na2B2O4·Na2SnO3+2CO2 (34) SnO2+2CaO+Na2B4O7=2CaB2O4·Na2SnO3 (35) 反應(yīng)產(chǎn)物Na2SnO3及其復(fù)鹽，熔點(diǎn)比銅液低，密度比銅液小，容易上浮至銅液表面層，形成熔渣而被除去。鑄造銅合金常用精煉劑表16鑄造銅合金常用氧化性熔劑表17鑄造銅合金常用氧化性熔劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）3.4銅合金液質(zhì)量控制化學(xué)成分的檢測(cè)及控制含氣量檢測(cè)方法斷口檢查爐前彎曲試驗(yàn)圖18常壓凝固試驗(yàn)用的鑄型圖19含氣量試樣不同的收縮情況a）合格b）由氣體不合格c）有大量氣體、不合格abc圖20銅合金現(xiàn)場(chǎng)測(cè)氫儀簡(jiǎn)圖1-中間罐 2-儀器罩3-真空泵4-過(guò)濾罐5-控制閥6-真空表7-壓力室（包括蓋、觀察孔）8-工具箱9-控制開關(guān)10-放水閥圖21減壓值對(duì)銅液試樣表面的影響a）減壓過(guò)大b）減壓適中c）減壓過(guò)小圖22銅合金爐前彎曲試驗(yàn)a）彎曲試樣b）澆注試樣的金屬型c）試驗(yàn)裝置3.5銅合金熔煉工藝3.5.1銅合金熔煉一般原則各類銅合金熔煉工藝不盡相同。但均應(yīng)遵循下列原則：1）所有金屬爐料表面必須清理干凈，預(yù)熱，熔劑應(yīng)焙燒或預(yù)熔，徹底去除水分。更換合金牌號(hào)時(shí)，特別要注意的是，鋁青銅、鋁黃銅，硅黃銅用過(guò)的坩堝、爐襯不可熔煉錫青銅、鉛青銅、鎳白銅。2）銅合金液易氧化、吸氣，應(yīng)遵守“快速熔煉，及時(shí)澆注”的原則，不使銅液在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。3）控制爐氛為中性，對(duì)錫青銅、鉛青銅可在弱氧化性爐氛中熔煉。4）加料次序甚為重要，應(yīng)服從“快速熔化”“防止氧化、吸氣”的原則，具體次序根據(jù)爐料組成，熔煉設(shè)備特性等靈活運(yùn)用。5）熔煉溫度與銅液質(zhì)量密切相關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格控制，符合工藝要求。6）及時(shí)、準(zhǔn)確執(zhí)行爐前質(zhì)量檢驗(yàn)。回爐料牌號(hào)判斷方法表19銅合金的火焰分類法圖23銅合金火焰鑒別裝置示意圖銅合金的火焰分類法表203.5.3中間合金的采用 由于鑄造銅合金的熔煉工藝特點(diǎn)，除選用新金屬材料和回爐料外，常常將高熔點(diǎn)的合金元素