废铝再生中变质剂残留含量控制工艺的实验研究
废铝再生中变质剂残留含量控制工艺的实验研究[20200413193627]
摘 要
目前，我国废铝再生高性能产品有许多问题，主要问题有废铝中的元素种类比较多和工艺要求比较高，因此废铝再生的难度比较大。细化晶粒可以使铝具有具有均匀、细小的等轴晶，让废铝加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。在废铝再生时，我们在细化晶粒时要注意许多问题，例如使用适当的变质剂，防止在变质的过程中变质剂烧损严重的问题等。如果想要使变质过程更加充分，防止变质的衰退，可以采用提高P元素残留量的方法。这样就可以达到想要的变质效果。为了了解怎样提高P元素残留量，我们可以通过改变Al-P变质剂的添加量、改变加入等方法来讨论。我们最终的目标是使P元素残留量达到100PPM。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生熔剂细化晶粒变质
目录
1.绪论 1
1.1序言 1
1.2提高材料性能的方法 1
1.2.1固溶强化 1
1.2.2弥散强化 2
1.2.3加工硬化 2
1.2.4细晶强化 2
1.3废铝再生存在问题 3
1.4铝合金变质处理 4
1.4.1变质处理原理 4
1.4 .2变质（孕育处理）分类及要求 4
1.4.3变质不足的危害 5
1.4.4变质剂的选择 5
1.5Al-P变质 6
1.5.1概述 6
1.5.2机理 6
1.5.3影响P变质效果的因素 7
1.6 本课题的选题意义及研究内容 8
1.6.1 选题的科学意义 8
1.6.2课题研究目标 8
1.6.3研究内容 8
2.实验部分 9
2.1实验的方案 9
2.2实验步骤 9
2.21原理分析 9
2.2.2实验材料 9
2.2.3实验步骤 9
2.3 实验药品及仪器 11
2.4实验方案的完善 11
3.结果与讨论 13
3.1Al-P变质剂对磷的残留量的影响 13
3.1.1 Al-P变质剂反应时间对磷的残留量的影响 13
3.1.2加入Al-P变质剂的量对磷的残留量的影响 13
3.2精炼剂对磷的残留量的影响 14
3.2.1加入精炼剂后的吹气时间对磷的残留量的影响 14
3.2.2加入精炼剂的量对磷的残留量的影响 15
3.3硅对磷的残留量的影响 16
3.3.1硅块表面处理对磷的残留量的影响 16
3.3.2硅块的半径对磷的残留量的影响 17
3.4保温时间对P的残留量的影响 18
3.5加入变质剂方式对P的残留量的影响 19
3.6浇铸温度对P的残留量的影响 20
4.结论 22
参考文献 23
致 谢 24
1.绪论
1.1序言
当今中国的废铝再生事业发展十分迅速,这项产业逐渐变成中国铝产业发展的主要途径,如此能够从根本上实现中国铝产业的快速发展和节能减排。如果减少铝产业的污染和能量的消耗，对铝产业的可持续发展有较大益处。铝的再生的能耗不足原生铝的5%，废物的减排量更是高达原生铝的97%以上，对环境的保护具有很大的好处[1]。当今，西方发达国家在再生铝发展方面发展十分迅速，远超发展中国家，再生铝的发展前景十分良好。当今世界，铝的供应需求很大，所以再生铝事业的发展是十分重要的。相对于世界铝土矿矿石储量的总量，我国的占有量比例很少，只有不足2.8%，每人平均的占有量就更少了，只有世界平均水平的10%[2]。但相对的，我国每年的金属铝产量和消费量都却大概占了世界总产量和总消费量的三分之一，是全球铝产量和消费量最大的一个国家。在这种情况下，我国的铝的储藏量已不能满足快速发展的经济，所以我们要积极发展再生铝产业，这样能够减缓铝资源问题带来的压力[3]。
我国铝产业具有出如下几个特点：第一、铝土矿的进口数量明显增多，相对地，进口氧化铝的数量减少许多；第二、铝再生呈现盘旋式上升，良好发展；第三、电解铝产量增长速度慢，但消费额增多；第四、材料的生产数目保持较快增长，向国外出口数目稳定[4]。
1.2提高材料性能的方法
1.2.1固溶强化
当溶质原子溶于溶剂原子形成的固溶体时，会造成晶格畸变，这种晶格畸变会对位错的运动造成很大的阻力，同时，位错线附近的溶质原子聚集也会对位错形成钉扎。我们把这种强化的现象称之为固溶强化。当具有适当浓度的溶质原子的时候，料的硬度和强度会提高，而其塑性和韧性却会下降。
影响因素
（1）基体金属中溶质原子的含量越多时，对材料的强化效果就越强。
（2）基体金属的原子半径和溶质原子的原子半径相差的越大，那么强化作用也就越大。
（3）间隙固溶体的强化效果比置换固溶体的强化效果好，但由于在基体金属中间隙溶质原子的数量有限，所以现实中的强化效果也有一定限度。
（4）固溶强化的效果还和溶质原子和基体金属相差的的价电子的数目有关，相差的越大，最终效果就越好。
1.2.2弥散强化
弥散强化属于一种第二相强化，它是在分布均匀的材料中加入硬颗粒达到强化效果的一种手段。这些第二相质点都比较小，所以通常可以用粉末冶金的方法。
强化相大多数都是高熔点的氧碳化物或氮化物，它的强化作用可以使温度很高。弥散强化的强化效果很好，所以这种强化有很好的发展前景[5]。
强化相弥散强化的实际原理是利用弥散的超细的微粒对位错的运动形成阻碍，使材料在高温下的力学性能得以提高。对于不可变形的第二相质点，当体积分数保持不变时，质点的半径减小，增加质点的数目，质点原子间的间距减小，材料的强度会增大；相对不可变形的第二相质点，可变形第二相质点的位错可以直接被切，让质点微粒和基体同时变形，也会有良好的强化效果，这种强化效果和粒子的性质有关[6]。
1.2.3加工硬化
金属的加工硬化是指金属在再结晶温度以下时，金属的强度和硬度都有所增加，而韧性和塑性却降低。加工硬化的主要机理使增加金属内部的缺陷，在位错进行滑移时使位错进行交互作用形成不利于滑移的结构状态，还可能形成割接和缠结，使位错运动困难，增大位错运动的阻碍。因此，变形量越大，加工硬化的效果就越好。
同时，加工硬化也会带来一些不好的方面。例如，在冷轧工艺中会使材料过硬，导致无法进行加工，因此就需要退火工艺；而且在切削加工中，加工硬化让材料表面变得又脆又硬，容易磨损。但它也会带来好的方面，如它可以使材料更硬和更加耐磨，如坦克的履带和铁轨等。
1.2.4细晶强化
让材料的晶粒通过细化的途径来提高的力学性能，这种方法叫做细化晶粒。在工业生产中通常以此来提高材料的强度。
首先，晶粒中存在晶界，晶粒的位错运动在晶界处受到阻碍作用，因此滑移作用也在晶界处受阻；其次，因为晶粒与晶粒间存在一定的相位差，为了协调内部结构，所以每个晶粒都要进行多滑移运动，这样一定会产生位错的交割作用，使材料的强度提高。细晶强化有一个最大的特点:在提高材料强度的同时还提高材料的韧性和塑性[8]。
细晶强化方法：
1，增加过冷度。在金属结晶状态为液态时，若增加它的冷却速度，就会有促进自发形核的效果，那么晶粒中晶核数就会越多，细化的效果也就越好。
2，变质处理。变质处理就是在金属结晶形核的过程中，将一些特殊的物质有目的地加入到金属液中，这种物质叫做变质剂，让其作为外来晶核，在金属液中形成大量的非自发晶核，以此来获得晶粒细化的效果，提高材料的性能。
3，振动与搅拌。振动金属液能够改变金属的凝固生产方式，例如铝，振动能使铝由逐层凝固方式变为糊状凝固方式，可以达到晶粒细化的效果，改善铝的收缩性。一般在晶粒细化中，我们通常采用机械振动、超声波振动、电磁搅拌 等。
摘 要
目前，我国废铝再生高性能产品有许多问题，主要问题有废铝中的元素种类比较多和工艺要求比较高，因此废铝再生的难度比较大。细化晶粒可以使铝具有具有均匀、细小的等轴晶，让废铝加工时变形均匀、性能优异、塑性好，利于铸造及随后的塑性加工。在废铝再生时，我们在细化晶粒时要注意许多问题，例如使用适当的变质剂，防止在变质的过程中变质剂烧损严重的问题等。如果想要使变质过程更加充分，防止变质的衰退，可以采用提高P元素残留量的方法。这样就可以达到想要的变质效果。为了了解怎样提高P元素残留量，我们可以通过改变Al-P变质剂的添加量、改变加入等方法来讨论。我们最终的目标是使P元素残留量达到100PPM。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:废铝再生熔剂细化晶粒变质
目录
1.绪论 1
1.1序言 1
1.2提高材料性能的方法 1
1.2.1固溶强化 1
1.2.2弥散强化 2
1.2.3加工硬化 2
1.2.4细晶强化 2
1.3废铝再生存在问题 3
1.4铝合金变质处理 4
1.4.1变质处理原理 4
1.4 .2变质（孕育处理）分类及要求 4
1.4.3变质不足的危害 5
1.4.4变质剂的选择 5
1.5Al-P变质 6
1.5.1概述 6
1.5.2机理 6
1.5.3影响P变质效果的因素 7
1.6 本课题的选题意义及研究内容 8
1.6.1 选题的科学意义 8
1.6.2课题研究目标 8
1.6.3研究内容 8
2.实验部分 9
2.1实验的方案 9
2.2实验步骤 9
2.21原理分析 9
2.2.2实验材料 9
2.2.3实验步骤 9
2.3 实验药品及仪器 11
2.4实验方案的完善 11
3.结果与讨论 13
3.1Al-P变质剂对磷的残留量的影响 13
3.1.1 Al-P变质剂反应时间对磷的残留量的影响 13
3.1.2加入Al-P变质剂的量对磷的残留量的影响 13
3.2精炼剂对磷的残留量的影响 14
3.2.1加入精炼剂后的吹气时间对磷的残留量的影响 14
3.2.2加入精炼剂的量对磷的残留量的影响 15
3.3硅对磷的残留量的影响 16
3.3.1硅块表面处理对磷的残留量的影响 16
3.3.2硅块的半径对磷的残留量的影响 17
3.4保温时间对P的残留量的影响 18
3.5加入变质剂方式对P的残留量的影响 19
3.6浇铸温度对P的残留量的影响 20
4.结论 22
参考文献 23
致 谢 24
1.绪论
1.1序言
当今中国的废铝再生事业发展十分迅速,这项产业逐渐变成中国铝产业发展的主要途径,如此能够从根本上实现中国铝产业的快速发展和节能减排。如果减少铝产业的污染和能量的消耗，对铝产业的可持续发展有较大益处。铝的再生的能耗不足原生铝的5%，废物的减排量更是高达原生铝的97%以上，对环境的保护具有很大的好处[1]。当今，西方发达国家在再生铝发展方面发展十分迅速，远超发展中国家，再生铝的发展前景十分良好。当今世界，铝的供应需求很大，所以再生铝事业的发展是十分重要的。相对于世界铝土矿矿石储量的总量，我国的占有量比例很少，只有不足2.8%，每人平均的占有量就更少了，只有世界平均水平的10%[2]。但相对的，我国每年的金属铝产量和消费量都却大概占了世界总产量和总消费量的三分之一，是全球铝产量和消费量最大的一个国家。在这种情况下，我国的铝的储藏量已不能满足快速发展的经济，所以我们要积极发展再生铝产业，这样能够减缓铝资源问题带来的压力[3]。
我国铝产业具有出如下几个特点：第一、铝土矿的进口数量明显增多，相对地，进口氧化铝的数量减少许多；第二、铝再生呈现盘旋式上升，良好发展；第三、电解铝产量增长速度慢，但消费额增多；第四、材料的生产数目保持较快增长，向国外出口数目稳定[4]。
1.2提高材料性能的方法
1.2.1固溶强化
当溶质原子溶于溶剂原子形成的固溶体时，会造成晶格畸变，这种晶格畸变会对位错的运动造成很大的阻力，同时，位错线附近的溶质原子聚集也会对位错形成钉扎。我们把这种强化的现象称之为固溶强化。当具有适当浓度的溶质原子的时候，料的硬度和强度会提高，而其塑性和韧性却会下降。
影响因素
（1）基体金属中溶质原子的含量越多时，对材料的强化效果就越强。
（2）基体金属的原子半径和溶质原子的原子半径相差的越大，那么强化作用也就越大。
（3）间隙固溶体的强化效果比置换固溶体的强化效果好，但由于在基体金属中间隙溶质原子的数量有限，所以现实中的强化效果也有一定限度。
（4）固溶强化的效果还和溶质原子和基体金属相差的的价电子的数目有关，相差的越大，最终效果就越好。
1.2.2弥散强化
弥散强化属于一种第二相强化，它是在分布均匀的材料中加入硬颗粒达到强化效果的一种手段。这些第二相质点都比较小，所以通常可以用粉末冶金的方法。
强化相大多数都是高熔点的氧碳化物或氮化物，它的强化作用可以使温度很高。弥散强化的强化效果很好，所以这种强化有很好的发展前景[5]。
强化相弥散强化的实际原理是利用弥散的超细的微粒对位错的运动形成阻碍，使材料在高温下的力学性能得以提高。对于不可变形的第二相质点，当体积分数保持不变时，质点的半径减小，增加质点的数目，质点原子间的间距减小，材料的强度会增大；相对不可变形的第二相质点，可变形第二相质点的位错可以直接被切，让质点微粒和基体同时变形，也会有良好的强化效果，这种强化效果和粒子的性质有关[6]。
1.2.3加工硬化
金属的加工硬化是指金属在再结晶温度以下时，金属的强度和硬度都有所增加，而韧性和塑性却降低。加工硬化的主要机理使增加金属内部的缺陷，在位错进行滑移时使位错进行交互作用形成不利于滑移的结构状态，还可能形成割接和缠结，使位错运动困难，增大位错运动的阻碍。因此，变形量越大，加工硬化的效果就越好。
同时，加工硬化也会带来一些不好的方面。例如，在冷轧工艺中会使材料过硬，导致无法进行加工，因此就需要退火工艺；而且在切削加工中，加工硬化让材料表面变得又脆又硬，容易磨损。但它也会带来好的方面，如它可以使材料更硬和更加耐磨，如坦克的履带和铁轨等。
1.2.4细晶强化
让材料的晶粒通过细化的途径来提高的力学性能，这种方法叫做细化晶粒。在工业生产中通常以此来提高材料的强度。
首先，晶粒中存在晶界，晶粒的位错运动在晶界处受到阻碍作用，因此滑移作用也在晶界处受阻；其次，因为晶粒与晶粒间存在一定的相位差，为了协调内部结构，所以每个晶粒都要进行多滑移运动，这样一定会产生位错的交割作用，使材料的强度提高。细晶强化有一个最大的特点:在提高材料强度的同时还提高材料的韧性和塑性[8]。
细晶强化方法：
1，增加过冷度。在金属结晶状态为液态时，若增加它的冷却速度，就会有促进自发形核的效果，那么晶粒中晶核数就会越多，细化的效果也就越好。
2，变质处理。变质处理就是在金属结晶形核的过程中，将一些特殊的物质有目的地加入到金属液中，这种物质叫做变质剂，让其作为外来晶核，在金属液中形成大量的非自发晶核，以此来获得晶粒细化的效果，提高材料的性能。
3，振动与搅拌。振动金属液能够改变金属的凝固生产方式，例如铝，振动能使铝由逐层凝固方式变为糊状凝固方式，可以达到晶粒细化的效果，改善铝的收缩性。一般在晶粒细化中，我们通常采用机械振动
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