有色金屬及合金的熔煉與鑄錠

前言

有色金屬是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎材料，航空、航天、汽車、機械制造、電力、通訊、建筑、家電等絕大部分行業(yè)都以有色金屬材料為生產(chǎn)基礎。隨著現(xiàn)代化工、農(nóng)業(yè)和科學技術發(fā)展的突飛猛進，有色金屬在人類發(fā)展中的地位愈來愈重要。它不僅是世界上重要的戰(zhàn)略物資，而且也是人類生活中不可缺少的生產(chǎn)資料和消費資料。中國在21世紀前20年，仍將處于工業(yè)化過程，而作為工業(yè)基礎的有色金屬工業(yè)的發(fā)展對中國經(jīng)濟能否繼續(xù)保持相對較高的增長率顯得尤為重要，中國對有色金屬的需求仍將保持穩(wěn)定增長趨勢。有色金屬及其合金主要是以鑄錠冶金產(chǎn)品（包括管、棒、線、型材、板帶材、箔材等）形式應用于實際生產(chǎn)生活的。這些產(chǎn)品的加工成材率和使用性能與鑄錠質(zhì)量密切相關，而鑄錠質(zhì)量又與熔煉工藝、熔體凈化及鑄錠生產(chǎn)工藝等密切相關。因此，本書除了系統(tǒng)地論述有色金屬熔鑄的基本知識、熔煉與凝固理論基礎以及熔鑄的成熟技術外，還介紹了作者課題組前期參與的國家“973”研究項目中關于鋁、鎂合金鑄錠組織控制的科研成果。全書分為兩篇，上篇為有色金屬及合金熔鑄的基礎知識，主要內(nèi)容包括有色金屬的分類，熔鑄的任務、要求及工藝規(guī)程，有色金屬及合金熔煉與凝固基礎以及凝固過程組織的控制等；下篇為有色金屬及合金熔鑄技術和設備，主要介紹了一些常規(guī)或新開發(fā)的熔煉和鑄造技術及設備，常見有色金屬的熔鑄工藝和特點等。本書是作者在歷年使用的講義基礎上，綜合近年的科研成果，國內(nèi)一些企業(yè)的生產(chǎn)成就和新技術、新工藝、新設備，以及中外文資料等內(nèi)容精心編著而成。為了適合教材使用，在各章都設有“本章要點”，對學習重點內(nèi)容進行了提示，方便學生學習。

內(nèi)容概要

《有色金屬及合金的熔煉與鑄錠》主要介紹了有色金屬及合金熔鑄的理論基礎和具體熔鑄生產(chǎn)技術與設備等。全書共分兩篇，上篇為有色金屬及合金熔鑄的基礎知識，主要內(nèi)容包括有色金屬及合金材料的分類，熔鑄的任務、要求及工藝規(guī)程，有色金屬及合金熔煉與凝固基礎，其中論述了金屬熔煉特性，熔體凈化技術和成分控制，凝固過程的動量、熱量及質(zhì)量傳輸，凝固過程組織的控制等；下篇為有色金屬及合金熔鑄技術與設備，主要介紹了一些常規(guī)或新開發(fā)的熔煉和鑄造技術及設備，常見有色金屬如鋁、鎂、銅及合金的熔鑄工藝和特點等。
《有色金屬及合金的熔煉與鑄錠》可作為金屬材料工程、材料成形與控制工程專業(yè)本科生，材料加工專業(yè)研究生教材，也可供從事有色金屬材料科研、生產(chǎn)的技術人員及管理人員參考。

書籍目錄

上篇 有色金屬及合金熔鑄的基礎知識1 有色金屬及合金材料1.1 概述1.2 鋁及鋁合金1.2.1 純鋁1.2.2 鋁合金1.3 鎂及鎂合金1.3.1 純鎂1.3.2 鎂合金1.4 銅及銅合金1.4.1 工業(yè)純銅1.4.2 銅合金1.5 鈦及鈦合金1.5.1 工業(yè)純鈦1.5.2 鈦合金2 熔鑄的基本任務、要求及工藝規(guī)程2.1 熔鑄的基本任務2.2 熔鑄的基本要求2.3 熔鑄工藝規(guī)程制定3 有色金屬及合金熔煉的基本原理3.1 金屬熔煉過程的熱量和物質(zhì)交換3.1.1 金屬熔煉過程中的傳熱3.1.2 金屬熔煉過程中的傳質(zhì)3.2 金屬的蒸發(fā)3.3 金屬的氧化及防護3.3.1 金屬氧化的熱力學條件3.3.2 金屬氧化的動力學條件3.3.3 影響氧化過程的因素及降低氧化燒損的方法3.4 金屬熔體的氣體夾雜及控制3.4.1 氣體在金屬中存在的形式與種類3.4.2 氣體的來源3.4.3 氣體的溶解度及影響因素3.4.4 熔體的吸氣過程3.4.5 氣體從熔體中的析出3.5 雜質(zhì)的吸收與積累3.5.1 雜質(zhì)形成途徑3.5.2 減少雜質(zhì)污染金屬的途徑4 有色金屬及合金熔體的凈化4.1 熔體凈化原理4.1.1 脫氣原理4.1.2 除渣精煉原理4.2 鋁及鋁合金的熔體凈化處理4.2.1 爐內(nèi)處理4.2.2 爐外在線處理4.3 鎂及鎂合金的熔體凈化4.3.1 熔體的特性4.3.2 除氣處理4.3.3 除渣精煉4.4 銅及銅合金的熔體凈化處理4.4.1 除氣精煉4.4.2 氧化去除雜質(zhì)元素4.4.3 脫氧4.5 熔煉過程的熔體保護4.5.1 鋁熔體的保護4.5.2 鎂合金熔體的保護4.5.3 純銅熔體的保護5 熔體成分控制5.1 合金爐料的組成5.1.1 新金屬5.1.2 廢料5.1.3 中間合金5.1.4 金屬添加劑和化工原料5.2 合金成分控制與配料計算5.2.1 爐料選擇5.2.2 配料5.2.3 配料計算5.2.4 成分調(diào)整5.3 熔體質(zhì)量檢驗5.3.1 金屬熔體中氣體的檢測方法5.3.2 熔體中非金屬夾雜物的檢測方法6 鑄錠凝固過程的動量和熱量傳輸6.1 凝固過程的動量傳輸6.1.1 液體金屬的對流6.1.2 枝晶間液體金屬的流動?6.1.3 對流對凝固過程的影響6.2 凝固過程的傳熱6.2.1 凝固傳熱的基本微分方程6.2.2 絕熱模中鑄錠的凝固?6.2.3 水冷模中鑄錠的凝固6.2.4 無水冷鐵模中鑄錠的凝固6.2.5 影響凝固傳熱的因素6.3 凝固區(qū)及凝固方式6.3.1 凝固區(qū)6.3.2 凝固方式6.3.3 影響凝固方式的因素6.3.4 凝固方式對鑄錠質(zhì)量的影響6.4 鑄錠凝固過程的控制6.4.1 凝固方式的控制6.4.2 凝固的強制控制7 鑄錠凝固過程的晶體形核和長大7.1 晶體形核7.2 形核控制7.2.1 促進形核7.2.2 抑制形核7.2.3 選擇形核7.3 晶體長大7.3.1 連續(xù)生長機制7.3.2 臺階生長機制8 鑄錠凝固過程的質(zhì)量傳輸8.1 凝固過程的溶質(zhì)平衡8.2 傳質(zhì)過程的控制方程8.3 溶質(zhì)再分配8.3.1 平衡分配系數(shù)8.3.2 非平衡凝固的溶質(zhì)再分配8.4 固液界面前沿熔體過冷8.4.1 界面前沿熔體溫度分布8.4.2 界面前沿熔體過冷的形成8.4.3 成分過冷對晶體生長的影響9 鑄錠凝固組織控制9.1 鑄錠凝固組織的形成9.1.1 鑄錠的典型凝固組織與形成過程9.1.2 等軸晶的形核9.1.3 鑄錠典型凝固組織形態(tài)的控制9.1.4 鑄錠異常凝固組織9.2 等軸晶的晶粒細化9.2.1 添加晶粒細化劑法9.2.2 動力學細化法9.2.3 熔煉及澆注過程的溫度控制9.3 凝固組織中的偏析及其控制9.3.1 枝晶凝固組織的微觀偏析9.3.2 鑄錠中的宏觀偏析9.4 凝固收縮及凝固組織致密度的控制9.4.1 凝固收縮率9.4.2 縮松的形成與控制9.5 裂紋的形成與控制9.5.1 鑄造應力的形成9.5.2 裂紋的形成機理及影響因素9.5.3 防止裂紋產(chǎn)生的方法9.6 氣孔及非金屬夾雜的形成與控制9.6.1 氣體對鑄錠質(zhì)量的影響9.6.2 鑄錠中的氣孔9.6.3 鑄錠中的非金屬夾雜物9.6.4 氣體與非金屬夾雜的排除下篇 有色金屬及合金的熔鑄技術及設備10 有色金屬及合金的熔煉技術10.1 熔煉爐選用的基本要求和種類10.1.1 熔煉爐的基本要求10.1.2 熔煉爐的種類和應用10.2 坩堝爐和反射爐熔煉技術10.2.1 坩堝爐熔煉10.2.2 反射爐熔煉10.3 感應爐熔煉技術10.3.1 感應加熱的原理10.3.2 感應爐的分類和特點10.3.3 無芯感應爐熔煉10.3.4 有芯感應爐熔煉10.4 真空熔煉10.4.1 真空熔煉的理論基礎10.4.2 真空感應爐熔煉技術10.4.3 真空電弧爐熔煉技術10.5 快速熔爐熔煉技術10.5.1 豎爐熔煉技術10.5.2 噴射式熔爐熔煉技術10.6 電子束爐熔煉技術10.6.1 電子束爐工作原理10.6.2 電子束爐的爐體結(jié)構10.7 等離子爐熔煉技術10.7.1 基本原理10.7.2 爐型與爐體構造10.8 電渣爐熔煉技術10.8.1 電渣熔煉工作原理10.8.2 電渣爐的構造和技術性能11 有色金屬及合金的鑄造技術11.1 普通鑄造技術11.1.1 水平模鑄造11.1.2 立模鑄造11.1.3 斜模鑄造11.1.4 無流鑄造11.1.5 真空吸鑄技術11.2 立式半連續(xù)鑄造技術11.2.1 立式半連續(xù)鑄造的特點11.2.2 半連續(xù)鑄造設備11.2.3 立式半連續(xù)鑄造技術的發(fā)展11.3 連續(xù)鑄軋技術11.3.1 連續(xù)鑄軋機組的組成11.3.2 鑄軋輥及工藝潤滑11.3.3 澆注系統(tǒng)和供料嘴11.3.4 連續(xù)鑄軋的優(yōu)缺點11.3.5 連續(xù)鑄軋的技術發(fā)展11.4 連鑄連軋技術11.4.1 Properzi連鑄連軋11.4.2 SCR技術11.4.3 Up—Casting法(上引法)技術11.4.4 Dip—Forming法(浸漬成形法)技術11.4.5 Contirod技術11.5 水平連續(xù)鑄造11.5.1 工作原理11.5.2 設備組成11.6 其他鑄造技術11.6.1 懸浮鑄造技術11.6.2 貴射鑄軋技術11.6.3 擠壓鑄造技術11.6.4 VADER法11.6.5 內(nèi)部凝固法12 常見有色金屬及合金的熔鑄12.1 鋁及鋁合金的熔鑄12.1.1 鋁及鋁合金的熔煉特性12.1.2 典型鋁合金的熔煉工藝12.1.3 鋁及鋁合金的鑄錠生產(chǎn)12.2 鎂及鎂合金的熔鑄12.2.1 熔煉過程控制12.2.2 熔煉設備12.2.3 典型熔煉工藝12.2.4 典型的鑄造工藝12.3 銅及銅合金的熔鑄12.3.1 銅及銅合金的熔鑄特點12.3.2 銅及銅合金的熔煉生產(chǎn)12.3.3 銅及銅合金的鑄錠生產(chǎn)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1有色金屬及合金材料本章要點：本章主要介紹了有色金屬及合金的材料學基礎知識，包括有色金屬的種類特性及其現(xiàn)狀和發(fā)展前景。學習本章應重點掌握下列內(nèi)容：（1）鋁、鎂、銅等常見有色金的分類及合金牌號；（2）不同合金的主要物理化學性能和應用范圍。1.1 概述有色金屬通常指除去鐵、錳、鉻和鐵基合金以外的所有金屬，一般可以分為四大類：（1）重金屬。一般密度在4.5 g／cm。以上，如銅、鉛、鋅等；（2）輕金屬。密度小，約為0.5 3～4.5 g／cm。，化學性質(zhì)活潑，如鋁、鎂等；（3）貴金屬。地殼中含量少，密度大且化學性質(zhì)穩(wěn)定，如金、銀、鉑等；（4）稀有金屬。如鎢、鉬、鍺、鋰、鑭、鈾等。由于稀有金屬在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要意義，有時也將其從有色金屬中分出來單獨成為類，而與黑色金屬、有色金屬并列，成為金屬的三大類別。在歷史上，生產(chǎn)工具所用的材料不斷改進與人類社會發(fā)展的關系十分密切。因此歷史學曾用器物的材質(zhì)來標志歷史時期，如石器時代、青銅器時代、鐵器時代等。到17世紀末被類明確認識和應用的有色金屬共8種。進入18世紀后，科學技術的迅速發(fā)展促進了許多新色金屬元素的發(fā)現(xiàn)，除在17世紀前已被認識應用的8種外，在18世紀共發(fā)現(xiàn)13種，19世發(fā)現(xiàn)39種，進入20世紀后，又發(fā)現(xiàn)4種。到目前為止，發(fā)現(xiàn)并被應用的有色金屬共64種。1.2 鋁及鋁合金鋁是一種輕金屬，其化合物在自然界中分布極廣，地殼中鋁的含量約為8％（質(zhì)量分數(shù)僅次于氧和硅而位居第三位。鋁被世人稱為第二金屬，產(chǎn)量及消費僅次于鋼鐵。鋁具有特殊化學、物理特性，是當今最常用的工業(yè)金屬之一。鋁不僅重量輕，質(zhì)地硬，而且具有良好的延展性、導電性、導熱性、耐熱性和耐核輻射性，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要原材料。

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《有色金屬及合金的熔煉與鑄錠》是由冶金工業(yè)出版社出版的。

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