使用耐热铸铁坩埚延长铸铁坩埚的寿命

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：为延长铸铁坩埚的寿命，可采用耐热铸铁坩埚。

1.石墨坩埚

在铝及铝合金熔化中使用的坩埚有石墨坩埚、铝矾土坩埚、铸铁坩埚、钢板焊接坩埚等，其中的石墨坩埚是使用得最多最普遍的坩埚，这是因为它具有以下诸多优点：

1）抗润湿性能好。能疏离合金液和炉渣，不被它们润湿，因而吸附的氧化物少。

2）耐蚀性好。由于采用现代技术——冷静压技术（CIP）三维高压成形后再高温烧结，故其组织非常致密，合金液和溶剂等很难渗入并与其发生化学反应。

3）耐热冲击性能好。其热膨胀系数低，因而耐剥落性能也好，可长期承受急冷急热的交替作用。

4）耐热性好。因为它的材质为石墨-碳化硅质并以石墨为粘结剂的坩埚，其热强度高，即使达到1500℃左右的温度仍可使用。

5）热传导性能好。它有25～35W/（m·K）的高热导率，因而热效率也好。

6）成本低。其成本是现在使用的所有坩埚中最低的。因为它是以石墨为主要材料再加上抑制石墨氧化的氧化物，如玻璃成分等组成的，这些原料都来源充足，价格低廉。

坩埚的制造过程是先把这些原料去除杂物，然后混合均匀，再加适量的沥青焦油树脂作为粘结剂，充分混炼均匀后将它放入模具内，拿到冷静压机上作CIP高压成形，之后再将它放入炉内在1300～1500℃下进行还原烧结，然后在它的内外表面涂敷一层釉药作为防氧化处理，最后再把它送入炉内烧结定形。

各种标准坩埚的尺寸及容量见表1-12。

2.石墨坩埚的准备及损伤

新购的石墨坩埚在使用前应进行烘烤焙烧，其烘烤制度是从200℃开始保温2h，在300℃、400℃、600℃及800℃每次保温2h左右。这样可以去除水分，稳定组织，防止裂纹。

表1-12 各种标准坩埚的尺寸及容量(https://www.chuimin.cn)

旧的石墨坩埚在使用前应作全面检查，看是否有裂纹、穿孔等缺陷，并用小錾子、钢丝刷等工具轻轻清除掉内表面的氧化渣瘤或粘附的铝屑。

石墨坩埚的损伤，通常有氧化损伤、熔剂的浸蚀、裂纹（热裂和机械裂纹）等几种损伤形式。

（1）氧化损伤

这是由于构成石墨坩埚的石墨（结晶性碳）和结合材料碳（非结晶性碳）容易氧化，为抑制氧化而使用了玻璃粉这种氧化物成分，用它在高温下堵塞石墨坩埚组织中的微孔，又在内外表面上涂敷了釉药，形成玻璃膜，共同阻挡氧气的入侵。但在450～500℃下，玻璃成分的堵孔效率差，使其形成了低温氧化。

（2）熔剂的浸蚀

主要是因为使用了Na系熔剂或金属钠作熔剂，在石墨坩埚里对Al-Si系合金作变质处理和除气处理时，溶剂中的Na在高温下变成气相或液相，浸透扩散到坩埚的组织中，与坩埚的成分（主要是SiO₂）发生反应，生成低熔点的变质层，逐步腐蚀，穿通坩埚壁，引起穿孔现象，而变质层的产生又使坩埚的强度、耐蚀性进一步变坏，最后导致裂纹。

（3）裂纹

虽然石墨坩埚的抗热冲击性能好，但它在受到激烈的热变化时，其内部也产生变形，底部或坩埚壁上也会出现裂纹。此外，人为的碰撞等也会产生裂纹。

3.铸铁坩埚

在大批量的砂型铸造或压铸生产中，多使用铸铁坩埚。由于在这种坩埚里熔化的铝合金容易增铁，熔炼质量没有在石墨坩埚里熔炼的好，所以近年来不少压铸厂家也开始使用石墨坩埚。

为延长铸铁坩埚的寿命，可采用耐热铸铁坩埚。可在铸铁坩埚的内表面进行渗铝或采用含20%Al（质量分数，下同）的球墨铸铁坩埚，以延长其使用寿命。也可采用w_Cr=9%的具有C₂Cr₉的铸钢，此种耐热铸钢坩埚寿命可达数百炉而不损坏；如采用轻便易做的钢板焊接坩埚，要在焊好后，采用煤油渗漏法或X射线透视法检验焊缝质量，也可对其内外表面进行渗铝处理，使其表面形成一层抗氧化的Al₂O₃保护膜，或对其进行渗硫处理，使内表面形成一层FeS保护膜，以延长其寿命。

使用耐热铸铁坩埚延长铸铁坩埚的寿命

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