中间合金的最佳配制方法

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：补救的措施是采用与此中间合金液作精炼净化。因此，在生产中应设法利用这些金属化合物，将其还原来配制中间合金。因此，对于V含量较高的铝钒中间合金来说铝热法是最恰当最合理的方法。合成法是生产和研发高度合金化、具有高性能、耐高温、具有特殊功能新材料所用中间合金的最科学最先进的配制方法。

1.直接熔合法

(1)对冲法（液混法）将基体金属与合金化元素分别熔化、测温、除渣，然后将基体金属液与合金化元素液混合，搅拌2～3min后浇注成中间合金锭块，冷却后打碎成所需尺寸备用。采用这种方法所得中间合金成分均匀，无偏析，中间合金的质量好，操作也比较简单，但需要有两套或三套熔炼设备，只有在大批量配制中间合金时才采用。

(2)过热法这种方法是先熔化熔点低的金属，再将其过热到一定的温度（达到与难熔金属的熔点接近的温度），然后把预热到400℃左右的难熔（即高熔点）金属加入此过热的金属液中，并不断搅拌和迅速升温，使难熔金属熔化并逐渐溶解在基体金属液中，搅拌时间为5～8min，待难熔金属全部熔化和溶解后，将中间合金液浇人锭模，冷却后，将其破碎成所需尺寸备用。

这种方法配制的合金液的熔化温度较低，但合金液要在已加热到过热温度的低熔点的金属液中停留较长时间，可能造成合金液的氧化、吸气。补救的措施是采用与此中间合金液作精炼净化。

(3)先熔化难熔金属法此方法是先熔化高熔点金属，再将已预热到150～200℃的低熔点金属（俗称易熔金属）块加入已熔化的金属液中，并不断搅拌5～8min，确认其已全部熔化并溶解后，然后进行精炼净化，最后浇入锭模，冷却后，将中间合金破碎到所需尺寸备用。

这种方法配制的合金液的熔化温度较高，氧化、吸气比较多，可使用强效精炼剂对其进行精炼去气还原。

2.从金属氧化物中还原法

(1)原理对于含某些难熔（指熔点高或吸热多难分解）金属元素（如W、Mo、Ta、Nb、Hf等）的铝基中间合金，采用直接熔合法配制时，即便使基体金属铝高度过热，所得成分也很难均匀。虽然有些金属（如纯锆、纯钼、纯钨、纯铍等）价格很高，而且有毒（如纯铍），但它们的化合物却来源广、价格低廉、对操作者无任何毒害，而且熔点也很低，如WB、MoCl₆、Zr，SiF₆、Be等多种化合物。因此，在生产中应设法利用这些金属化合物，将其还原来配制中间合金。由于铝对氧的高度亲和力，铝还原法就获得了特别广泛的应用。除此之外，碳还原法、镁还原法等应用也较多。

(2)铝还原法这种方法是利用热力学的原理，用铝将B、Si、V、Ti、Mn、Cr、Na、W、Mo、Co、Fe、Cu等元素从其氧化物中还原出来。当用铝还原氧化物时，如果所产生的热量按参加反应的每克炉料计算超过550cal(lcal=4.1868J)（对难还原的金属，此值就高些），则反应在触发后，可以不必再加热而自动进行，这就是所谓的铝热法。铝与Mn、V、Mo、Nb等金属元素配制的中间合金都可采用铝热法来配制。

例如：采用铝热法配制铝钒中间合金时，因纯钒的价格很高而不予采用；但是可采用来源广、价格低的V，0，作原料取代纯钒。因此，对于V含量较高（质量分数为60%～65%）的铝钒中间合金来说铝热法是最恰当最合理的方法。

Al与V₂O₅按下列反应式发生反应：

平均每克炉料吸收的热量为q=927.7cal。这就大大超过了550cal/g的热值。因此，如配料恰当，不用加热，反应就可进行。按照式(5-1)，配lkg混合物所需的铝为331g，V₂O₅为669g，反应后生成V的量为370g，Al₂0₃的量为630g。如要配制Al的质量分数为41%的合金，则需加Al的质量为×370g=246.6g≈247g，此反应所产生的热效应为q=927.7kcal/kg，反应所能达到的最高温度也可以计算出来。由于本书篇幅所限，其计算中应用的反应式、计算方法及过程等不再赘述。

铝还原法中要使用引燃剂，其作用是引发V₂O₅粉与Al粉的还原反应，并且为防止还原反应中产生高温沸腾，还要用熔剂覆盖保护。

铝还原法所使用的设备如图5-1所示。

（3）碳还原法碳还原法是基于“不论什么金属氧化物，只要温度足够高都可以被碳还原出来”的原理。此种还原方法在冶金上有重大的意义。

在配制中间合金时，由于它所需要的温度较高，而且碳对某些金属还有沾污的作用，故此法应用得较少。铜铍中间合金就是用碳还原法制得的。

3.从金属盐中置换

从金属盐中置换是利用所要配制的中间合金的基体金属（如铝铍中间合金中的铝，镁钙中间合金中的镁等）与氯或氟的亲和力大于合金元素与氯或氟的亲和力，不用价格较高的纯金属，而用其价格很低、来源广泛的纯金属的盐（如氯化物或氟化物）来置换合金化元素而配制中间合金的方法。

例如，要配制含Mn量高的镁合金时，可使用Mg-Mn中间合金，但用量太多，成本较高。如直接加锰，又会使合金液过热，且Mn极易偏析，因而一般采用加入MnCl₂的方法来加入Mn元素，这样不但反应温度较低，而且Mn在镁基体中分布极其均匀，且成本也大大降低。

图5-1 铝热法用设备结构示意图

1—炉料 2—引燃剂 3—炉盖 4—炉壳 5—耐火材料 6—铝片 7—石墨块 8—锭模

MnCl₂还可以与熔剂组合起来，一起加入基体金属液中去，MnCl₂既可作为合金元素加入，又可作为保护熔剂加入，起双重作用。

4.合成法

合成法是近十多年来工业发达国家发明的一种配制中间合金的方法。配制时，将合金元素的微细粉末（微米级）按其成分配比并考虑工艺烧损量等因素来称取，混合均匀并压成预制块，把此预制块预热到一定的温度后，加入已过热到一定温度的基体金属液中进行合成反应。

合成法是生产和研发高度合金化、具有高性能、耐高温、具有特殊功能新材料所用中间合金的最科学最先进的配制方法。合成法是在上述三种方法基础上发展起来的一种新的配制非铁铸造合金用中间合金的新方法。

当采用上述三种方法配制的中间合金不能达到技术要求或无法配制的中间合金时应采用合成法，但合成法对所使用设备的技术要求较高，价格昂贵，加工时间较长，因而所得中间合金的成本较高。

中间合金的最佳配制方法

相关推荐