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1.1熔煉過程中鋁液與環(huán)境的相互作用 

　　1.1.1熔煉過程中熱的轉(zhuǎn)移（熱力學(xué)過程） 

　　固體金屬在爐內(nèi)加熱熔化所需要的能量，要由熔煉爐的熱源供給。由于采用能源的不同，其加熱方式也不一樣，目前基本爐型仍是火焰爐。 

　　鋁雖然熔點低（660℃），但由于熔化潛熱（393.56KJ/kg）和比熱大[固態(tài)1.138 kJ/(Kg﹒K)，液態(tài)1.046 kJ/(kg﹒K)]，熔化1kg所需的熱量要比銅的大得多，而鋁的黑度（＝0.2）僅為銅、鐵的1/4,因此鋁和鋁合金的火焰熔煉爐的熱力學(xué)設(shè)計難度大，較難實現(xiàn)理想的熱效率。 

　　下面講講火焰爐的熱交換過程?；鹧娼o被加熱物體的熱量（Q）為： 
　　Q＝QGC＋QSC 
　　QGC－燃燒氣體傳到受熱面的熱量，KJ/h； 
　　QSC－爐壁傳給受熱面的熱量，KJ/h。 
　　QGC＝（αGCεC＋αC）（tG－tC） 
　　QSC＝（αGSФSC＋αabεb）（tS－tC） 
　　αGC－燃燒氣體與受熱面之間輻射傳熱系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）； 
　　αC－燃燒氣體與受熱面之間的對流傳熱系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）； 
　　αab－被燃燒氣體吸收的爐壁輻射熱量的熱輻射系數(shù)，kJ/（m2﹒h﹒℃）。 

　　從以上各式可以看出，提高金屬受熱量，一方面是增大（tG－tC）和（tS－tC）即提高爐溫，這對爐體和金屬熔體都有不利影響；另一方面，由于鋁的黑度很小，提高輻射傳熱是有限的。因此只能著眼于增大對流傳熱系數(shù)，對流傳熱系數(shù)與氣體流速有以下關(guān)系： 

　　當(dāng)燃燒氣體的流速V<5m/s時， 
　　αc＝5.3＋3.6V[kJ/（m2﹒h﹒℃）] 
　　當(dāng)燃燒氣體的流速V>5m/s時， 
　　αc＝647＋v0.78[kJ/（m2﹒h﹒℃）] 

　　可見提高燃燒氣體的流速是有效的，以前多采用低速燒嘴（5～30m/s），近年采用了高速燒嘴(100～300m/s),使熔爐的熱效率有很大提高。 

　　1.1.2合金元素的溶解與揮發(fā) 

　　1.1.2.1合金元素在鋁中的溶解 

　　合金添加元素在熔融鋁中的溶解是合金化的重要過程。元素的溶解與其性質(zhì)有密切關(guān)系，受添加元素固態(tài)結(jié)構(gòu)結(jié)合力的破壞和原子在鋁液中的擴散速度控制。元素在鋁液中的溶解作用可用元素與鋁的合金系相圖來確定，通常與鋁形成易熔共晶的元素容易溶解；與鋁形成包晶轉(zhuǎn)變的，特別是熔點相差很大的元素難于溶解。如Al－Mg、Al－Zn、Al－Cu、Al－Li等為共晶型合金系，其熔點與鋁也較接近，合金元素較容易溶解，在熔煉過程中可直接添加鋁熔體中；但Al－Si、Al－Fe、Al－Be等合金系雖也存在共晶反應(yīng)，由于熔點與鋁相差較大，溶解很慢，需要較大的過熱才能完全溶解；Al－Ti、Sl－Zr、Al－Nb等具有包晶型相圖，都屬難溶金屬元素，在鋁中的溶解很困難，為了使其在鋁中盡快溶解，必須以中間合金形式加入。 

　　1.1.2.2元素的蒸發(fā) 

　　蒸發(fā)這一物理現(xiàn)象在熔煉過程中始終存在。金屬的蒸發(fā)（或稱揮發(fā)），主要取決于蒸氣壓的大小。在相同的熔煉條件下，蒸氣壓高的元素易于揮發(fā)?？砂唁X合金的添加元素分為兩組，Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si等元素的蒸氣壓比鋁小，蒸發(fā)較慢；Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素的蒸氣壓比鋁的大，較易于蒸發(fā)，熔煉過程中的損失較大。 

　　1.1.3金屬與爐氣的作用 

　　熔煉過程中，金屬以熔融或半熔融狀態(tài)暴露于爐氣并以之相互作用的時間長，往往容易造成金屬大量吸氣，氧化和形成其他非金屬夾雜。 

　　1.1.3.1鋁－氧反應(yīng) 

　　鋁與氧的親和力大，易氧化。在500～900℃范圍內(nèi)，純鋁表面將形成一層不溶于鋁液的、難熔的、致密的γ－Al2O3氧化膜，這層膜能阻止鋁液的繼續(xù)氧化。這一特性對熔煉工作帶來了很大方便，熔煉時不需要采取特殊的防氧化措施（鋁－鎂合金除外）。 

　　加入合金元素對鋁合金的氧化有一定的影響，其影響與加入的元素使氧化物呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)以及對氧的親和力的大小有關(guān)。當(dāng)在鋁中加入Si、Cu、Zn、Mn等合金元素時，對鋁的氧化膜影響極小，因為這些元素與氧的親和力較小，而且加入鋁中后，表面膜將變?yōu)橛蛇@些元素的氧化物在γ－Al2O3中的固溶體（γ－Al2O3﹒MeO）所組成，此時合金的氧化膜仍是致密的，能夠阻礙合金的繼續(xù)氧化。以此相反，當(dāng)在鋁中加入堿土及堿金屬（如鎂、鈣、鈉等）時，由于這類元素較為活潑，與氧的親和力比鋁的大，因此將優(yōu)先氧化，而且這些元素大多數(shù)是表面活性物質(zhì)，易富集在鋁液表面，從而改變了氧化膜的性質(zhì)。如Mg含量大于1.5%時，表面氧化膜幾乎已全為氧化鎂膜所組成，而且這些氧化膜多孔疏松，不能抑制膜下面的鋁合金液的繼續(xù)氧化。但若在Al－Mg合金中加入少量的鈹（0.03～0.07%），可提高此時的氧化膜的致密性，鈹也是表面活性物質(zhì)，富集在鋁液表面，且鈹?shù)脑芋w積小，擴散速度大，鈹原子可滲入氧化鎂膜的松孔中<