运用中间合金来改善合金特性的重要性

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：这种人类不能直接使用的过渡性合金就称为中间合金。

众所周知，古代巴比伦王国和我国是三千多年前青铜器和熔模精密铸造的繁荣地，那时用来铸造各种青铜艺术品和生活用品的锡青铜是在铜基体中加入锡、铅、锌等合金元素形成的三元或四元铜合金。因为这些元素的熔点都比铜低，故当时是直接熔铸这些金属材料而制得各种青铜器。随着人类文明和科技的进步，特别是宇航、舰船、通信、石化等工业的发展，就要使用具有各种特殊功能（如耐高温、高力学性能、耐腐蚀、耐磨损、屏蔽电磁、吸声减振、隔热、消声防噪等）的材料，这些材料的合金化程度很高，加入的合金化元素多，熔铸工艺也很复杂，过去那种简单的熔铸法不能达到使用要求。

于是，在20世纪初，工业发达国家就研发了用中间合金来配制各种非铁合金的铸造法。如1945年Magnesium Ejektron有限公司用镁熔液还原氟化锆混合物而制得商标为Zirmax的33％Zr～67％Mg的镁锆中间合金，此后工业发达国家竞相斥巨资研发，研制出许多过渡合金，从而开发出许多上述功能材料、高强度材料、耐高温材料，满足了各种工业产品飞速发展的需求。

1.中间合金及其类别

（1）中间合金中间合金是冶铸行业为了避免前述在用各种金属材料直接熔铸合金时，作为合金元素加入的材料的密度与基体金属的密度相差悬殊而使熔铸的合金产生密度偏析而研制的。若合金元素的熔点比基体金属高很多，使熔化时间延长、金属氧化烧损增大，浪费贵重金属并导致所熔铸的合金化学成分、力学性能不合格也需加入中间合金。在熔铸过程中容易氧化燃烧或有危害操作者人身安全的刺激性有毒气体并污染环境、设备时，先用所要熔铸合金的基体金属与所加入合金元素的金属料或其化合物熔制成比基体金属的密度小、熔点低或相差不大的过渡性合金（又称工艺合金），再用它来与基体金属熔铸成人类所需的各种金属材料。这种人类不能直接使用的过渡性合金就称为中间合金。

（2）中间合金的类别中间合金有两大类，一类是钢铁冶炼行业用的各种铁合金，如硅铁、锰铁等；另一类是非铁金属及合金铸造、加工中用的各种中间合金，如铝基中间合金、镁基中间合金、铜基中间合金等。

2.中间合金的作用

1）避免熔铸的非铁合金产生密度偏析，导致成分不均匀。因为中间合金的熔点、密度比基体金属的熔点、密度均稍低或相差不大，基本上会同时熔化，在精炼变质中又经几次搅拌，就可保证各部位密度成分均匀。

2）易于控制准非铁合金的化学成分。因为基体金属与中间合金基本上会同时熔化，这就使基体金属和合金化元素的烧损大为减少，不但很容易控制所配制合金的化学成分，而且能缩短熔铸时间，从而大大减少贵重合金元素（如铍、金、钴、银等）的损耗和能耗，降低成本。

3）避免在镁合金中加入难熔合金化元素（如Zr等）导致在熔化的高温（熔点1852℃）下氧化烧损严重甚至引起爆炸。

4）避免直接使用铍、砷等纯金属对人体产生毒害，并降低铍等有毒害的昂贵纯金属的消耗。

5）可用来源广泛、价格低廉的合金元素的化合物（如各种难熔稀贵合金元素的盐等）代替纯金属材料作为合金化元素来配制各种中间合金，这样不但可节省昂贵的贵金属材料，而且可充分利用各种丰富的矿产资源，并大大降低中间合金的配制成本，从而降低中间合金的价格。

6）采用中间合金可配制出具有各种特性和功能的新材料，是工业发达国家研发各种新材料的重要手段和途径。

3.采用合金化元素材料和中间合金熔铸非铁合金的利弊

（1）采用合金化元素材料直接熔铸非铁合金的利弊采用金属或非金属的合金化元素材料直接熔铸非铁合金的优缺点如下：

1）优点。①适合合金化程度不高（即加入的合金化元素少），对合金性能要求不高或加入的合金化元素的熔点、密度与基体金属的熔点、密度相差不大的合金；②熔铸工艺简单，配制的成本相对比较低，所使用的设备少，技术水平也不高，投资少，占用厂房面积少；③能够在较短的时间内配制出非铁合金。

2）缺点。①不适合合金化程度较高，加入的合金化元素较少，合金化元素的熔点、密度比基体金属的熔点、密度相差较大的合金的配制，只能配制成分比较简单，性能和质量要求不高的一般合金，如低熔点合金、锌基合金、锡青铜等简单的铜合金等；②所配制的合金的力学性能较低，使用寿命较短，不具有或很少具有各种特殊功能，尤其是现代科技功能（如电磁屏蔽、吸氢减振、防静电、减少内摩擦因数等）。

（2）采用中间合金熔铸非铁合金的利弊

1）优点。①适合合金化程度高，加入的合金化元素较多，对力学性能、耐磨性能、耐高温性、耐蚀性，要求较高及具有各种特殊功能的复杂合金化的现代非铁合金的熔铸，它比粉末冶金、材料复合等方法更具优势，有更大的发展空间，是现代高性能和特种功能材料生产、开发的主要工艺方法；②所配制的合金的档次和冶金质量高，成分均匀，使用寿命长，能满足不同行业的需要；③可以大大减少稀贵元素的消耗，从而大大降低非铁合金的生产成本；④可以避免有毒有害元素对操作者的危害；⑤可以避免容易氧化、燃烧的合金元素给生产带来的麻烦和对操作者带来的危害；⑥综合经济技术效益好。

2）缺点。①熔铸合金的时间长，设备投资较大，占用厂房面积较大；②熔铸合金的工艺相对复杂，生产管理也较复杂；③用中间合金熔铸的非铁合金的成本较高。

当今，这两种生产、研制非铁铸造合金的工艺并存，各有所长。具体采用哪种工艺，则要根据现有设备、技术条件等因素和所熔铸非铁合金的技术要求等具体情况，以满足非铁合金的性能要求为原则，综合考虑来选择。

运用中间合金来改善合金特性的重要性

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