铸造合金及其熔炼试题 题库

第一篇铸铁及其熔炼（35-45分）
1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。

2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用
（1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少；
（2）共晶转变和共析转变出现三相共存区；
（3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度；
（4）减小奥氏体区域。

3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）；
4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长；
5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。

6、石墨的晶体结构是六方晶体。

7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优，
8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨
Ａ型Ｂ型Ｄ型Ｆ型
9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。

10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个过程：石墨球在熔体中直接析出并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大。

11、由于球状石墨的生长是在共晶成分下形成的石墨和奥氏体分离长大，因此其共晶过程又称之为离异共晶；
12、灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成，基体的主要形式有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。

13、普通铸铁中除铁以外，五大基本元素包括碳、硅、锰、硫、磷，其中碳、硅是最基本的成分，磷、硫是杂质元素，因此加以限制。

14、在铁碳双重相图中，稳定系和亚稳定系的共晶反应温度差别形成了共晶温度间隔，对于Ni、Si、Cr、S这四种元素来说，促进合金液在冷却过程中按稳定系转变的元素有Ni、Si，按亚稳定系转变的元素有Cr、S。

15、Cr元素在铸铁中的作用:
(1)反石墨化元素,珠光体稳定元素;
(2)Cr是缩小γ区元素;
(3) 在含量超过2%易形成白口组织,
(4) Cr含量在10%~30%,形成高碳化合物以及在铸件表面形成氧化膜，从而用作耐磨、耐热零件。

16、孕育处理：铸铁铁液在浇注前，在一定的温度和成分下，加入一定量的孕育剂如硅铁等，改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高铸件性能为目的的处理方法，谓之孕育处理。

17、简要分析表中灰铁铸件力学一致时，化学成分随铸件壁厚的不同而出现差异？
冷却速度：壁厚越小，冷却速度越大，石墨片就越小，同时形成Fe3C的倾向就越大，易于形成珠光体基体，从而抗拉强度越高；
化学成分：C Si的含量越高，易于石墨化，基体中的铁素体含量增加，从而降低抗拉强度。

因此，针对同一抗拉强度时，不同壁厚的铸件化学成分出现差异。

18、铸铁生产过程中，孕育处理的目的：促进石墨化，降低白口倾向，降低断面敏感性，控制石墨形态，消除过冷石墨，适当增加珠光体共晶团数和促进细片状珠光体的形成，从而达到改善铸铁的强度性能及其他性能。

19、下列哪种元素能增加灰铸铁的流动性？
（1）Mn、（2）Ｓ、（3）Ｐ、（4）Ｃｒ
20、灰口铸铁在铸造时的收缩过程包括液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段，请问在那个阶段有可能会出现膨胀现象？
（a）液态收缩（b）凝固收缩（c）固态收缩
21、简要说明球墨铸铁组织和力学性能特点：
球墨铸铁组织一般是由细小圆整地石墨加上金属基体组成，基体主要有铁素体、珠光体以及铁素体和珠光体组成。

呈球状的石墨避免了片状石墨尖锐边缘的存在，割裂基体的程度大大减弱，从而提高了铸件的力学性能，同时还可以通过适当的热处理手段来提高铸件的强度和韧性。

22、球状石墨形成的两个必要条件：
（1）铁液凝固时必须有较大的过冷度；（2）较大的铁液与石墨间的表面张力。

23、球墨铸铁的生产过程：熔炼合格的铁液、球化处理、孕育处理、炉前检验、浇注铸件、清理及热处理、铸件质量检验。

24、球墨铸铁的生产选择碳硅含量时一般采用
（１）高碳高硅（２）低碳低硅（３）高碳低硅（４）低碳高硅
或球墨铸铁生产时C Si Mn S P等元素生产时采用一高四低原则，一高是指（）
（A） C （B）Si （Ｃ）Mn （D）Ｓ
简要说明。

（１）球化剂的加入会促使共晶点右移，并易于形成白口，因此为了提高铸铁的流动性和石墨化，提高含碳量，此为一高；
（２）对于Ｓｉ来说，由于硅含量过高，会降低铸铁的韧性，并使韧性――脆性转变温度升高；因此要控制Ｓｉ的含量，此为一低；
（３）Ｓ不仅促进片状石墨的生长，同时还是白口化元素，而且还形成硫化物夹杂，因此尽可能的降低Ｓ的含量；
（４）Ｐ在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球铁的韧性，同时增大球铁的缩松倾向，因此限制Ｐ的含量；
（５）Ｍｎ由于球化元素具有很强的脱硫作用，Ｍｎ限制硫的作用大大减小，同时Ｍｎ有严重的偏西倾向，形成的晶间碳化物会显著降低球铁的韧性，因此限制Ｍｎ的含量。

25、在生产条件下，目前生产球墨铸铁使用的球化剂一般是以Ｍｇ、Ｃｅ和Ｙ三种元素为基本成分配制的球化剂，我国使用最多的是稀土镁球化剂。

26、球铁生产过程中采用孕育处理的目的：
（１）消除结晶过冷倾向；
（２）促进石墨球化；
（３）减小晶间偏析。

27、球墨铸铁的退火处理目的是除去铸态组织中的自由渗碳体及获得铁素体球墨铸铁；
28、球墨铸铁正火处理的目的在于增加金属基体中珠光体的含量和提高珠光体的分散度；
29、可锻铸铁是由（）铸件毛坯经退火处理得到的（）
（１）灰口铸铁（２）白口铸铁（３）球墨铸铁（４）蠕墨铸铁
30、蠕墨铸铁中石墨形态规定是石墨长度与厚度之比为：
（１）２～１０（２）１（３）大于５０
31、冷硬铸铁轧辊的铸造方法有三种，包括：一体铸造、溢流铸造和离心铸造。

32、耐热铸铁是指在高温条件下具有一定抗氧化性和抗生长性能，并能承受一定载荷的铸铁。

33、冲天炉熔炼的铁液质量一般包括三个方面：较高的铁液温度、适合的化学成分、限量的有害元素。

34、铸铁在熔炼时，检验铁液的三项冶金指标是指：温度、化学成分和纯净度。

35、冲天炉强化熔炼的主要措施有：预热送风；富氧送风；除湿送风。

36、冲天炉内的底焦层中还原带内进行的主要反应是（）
（１）C+O2=CO2
(2) 2C+O2=2CO
(3)2CO+O2=2CO2
(4)CO2+C=2CO
37、冲天炉中的底焦层如图所示，请在图中示意出氧化带和还原带，并写出氧和焦炭的四个反应式及其是放热还是吸热。

（4分）
（１）C+O2=CO2＋Ｑ
(2) 2C+O2=2CO＋Ｑ
(3)2CO+O2=2CO2＋Ｑ
(4)CO2+C=2CO－Ｑ
还原带
氧化带
37、炉料从冲天炉的加料口下落时，根据炉内焦炭的存在状态不同，可划分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区。

其中传递给炉料热量最多的是（）
（１）预热区、（２）熔化区、（３）过热区（４）炉缸区
38、在一般酸性冲天炉中，Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓ、Ｐ这五大元素的变化趋势是：Ｃ、Ｓ增加；Ｓｉ、Ｍｎ烧损以及含Ｐ不变。

39、简要说明“铁液温度对铁液成分的变化具有决定性影响，高温是控制碳量、减少硫量和降低烧损的基本条件”
（１）高温有益于Ｃ的扩散速度，提高渣的活度，因此有助于铁液中碳的提高；
（２）脱硫反应是吸热反应，因此提高炉温，有助于降低硫的含量；
（３）Ｍｎ、Ｓｉ的氧化反应（烧损）都是放热反应，因此高的炉温，Ｍｎ、Ｓｉ的烧损小。

40、有助于脱Ｓ渣的碱度大、炉温高、氧化气氛低
41、有助于脱Ｐ渣的碱度大、炉温低、炉气氧化性强
42、双联熔炼是指为了提高铁液温度、调整铁液的化学成分，采用冲天炉熔化，工频感应电炉控制和调节铁液的温度成分联合熔炼铸铁的工艺。

名词解释：（1）HT200 是指抗拉强度不低于200Mpa的灰口铸铁；QT500-7是指抗拉强度不小于500MPa，伸长率不小于7的球墨铸铁。

43、灰铸铁在凝固过程中，由于铸造条件下是不平衡凝固过程，因此形成成分偏析，Mn和Si元素分别形成（）
(A) Si正偏析，Mn正偏析；(B) Si负偏析，Mn正偏析；
(C) Si正偏析，Mn负偏析；(D) Si负偏析，Mn负偏析；
44、对于灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁三者性能之间关系叙述正确的是（）
(A) 灰铸铁的减震性能较球墨铸铁差；(B) 蠕墨铸铁的铸造性能最好；
(C) 球墨铸铁的力学性能较差；(D) 蠕墨铸铁的导热性高于灰铸铁。

45、可锻铸铁熔炼时化学成分要求：（）
（A）高碳高硅（B）低碳低硅（C）高碳低硅（D）低碳高硅
46、铸铁件在应用时最常见的腐蚀形式是（）
（A）化学腐蚀（B）生物腐蚀（C）应力腐蚀（D）电化学腐蚀
47、下列不用于冲天炉中脱硫时使用的物质是（）
（A）石灰（B）电石（D）硅铁（C）白云石
第二篇铸钢及其熔炼（25-35分）
48、铸造碳钢属于亚共析钢，铸造低合金钢其合金元素的总含量一般不超过5%，我国最广泛的铸造低合金钢钢种属于锰系和铬系两大系列；高合金钢则其加入合金元素的总量在10%以上。

49、亚共析钢中的魏氏组织是指：（）
（1）条状先共析铁素体（2）粒状先共析铁素体（3）网状先共析铁素体
50、铸钢件断面典型的晶粒分布如图所示，包括三个区域：1—表面细晶区；2—柱状晶区；3—中间等轴晶区。

51、碳钢铸件一般不采用（）热处理方式
（1）正火处理（2）淬火处理（3）退火处理（4）回火处理
52、碳钢的铸造性能相对铸铁较差：钢的熔点较高；结晶温度间隔较宽；收缩量较大；故钢液的流动性较低；缩孔及缩松倾向大，铸件易形成热裂和冷裂等缺陷。

53、Mn在铸造碳钢中的主要作用是脱氧和减轻硫的有害作用；而在铸造低合金钢中主要是提高钢的淬透性。

54、简答高锰钢的水韧处理及其铸件不宜进行机加工的特性？
水韧处理：高锰钢的含碳量一般在0.9~1.4%，属于高碳钢，铸态组织为奥氏体和碳化物以及少量的珠光体组成，为了消除碳化物，铸件加热至奥氏体化温度，保温至组织全部奥氏体化后，淬火得到单一的奥氏体组织，从而提高铸件的韧性，这一处理成为水韧处理。

由于高锰钢在水韧处理后的奥氏体钢种在经受冲击或挤压时，表面层发生变形，造成加工硬化，从而难以进行切削加工。

（1）
55、不锈钢（耐蚀钢）一般分为两类：铬不锈钢和铬镍不锈钢；使不锈钢具有耐蚀性的合金元素主要是铬，一般不锈钢的最低含铬量为13%，
56、不锈钢中铬的主要作用
其作用包括：（1）在铸件表面形成致密的氧化膜；（2）提高铁素体的电极电位。

57、碱性电弧炉氧化法炼钢的主要过程：补炉；配料和装料；熔化期；氧化期；还原期；出钢。

58、碱性电弧炉氧化法炼钢中氧化期的任务：脱磷，去除钢液中的气体和夹杂物，并提高钢液的温度。

59、在碱性电弧炉氧化法炼钢过程中，氧化脱碳沸腾精炼钢液是发生在（）
（1）熔化期（2）氧化期（3）出钢（4）还原期
60、钢液精炼的反应是（）
（1）脱碳反应（2）脱氧反应（3）脱硫反应（4）脱磷反应
61、炼钢生产中最常用的三种脱氧剂是Mn、Al、Si。

62、吹氩精炼：利用氩是惰性气体，既不溶于钢液中，又不合钢液中的元素反应，因此向钢包内的钢液中吹氩，氩气泡在缓慢上升过程中吸附非金属夹杂和溶解在钢液中的气体，达到净化作用；同时由于氩气泡内CO的分压力为0，因此[C]和[O]在氩气泡和钢液界面上发生反应形成CO进入氩气泡，从而达到脱氧的目的。

（4分）
第三篇铸造有色合金及其熔炼（30-40分）
63、铝硅铸造合金中，流动性最好的合金含硅量是：（）
（1）6.5~7.5% （2）10~12% （3）16~18%
64、铝合金熔炼时，炉气中能在铝液中大量溶解的气体是（）
（1）N2 （2）O2 （3）H2 （4）H2O（气）
65、铝合金的吸附精炼：是指在铝合金熔炼时通入不溶气体或加入精炼剂产生不溶于铝液的气体，在上浮的过程中吸附氧化夹杂，同时清除氧化夹杂及其表面依附的H2，达到净化铝液的方法。

（3分）
66、下列哪一类铝合金精炼时不希望采用通氮精炼（）：
（1）Al-Si （2）Al-Cu （3）Al-Zn （4）Al-Mg
67、铝硅合金熔炼时加入三元变质剂NaF-NaCl-KCl时，其中对共晶硅具有变质作用的是：（）
（1）NaF （2）NaCl (3)KCl
68、铝硅合金熔炼时，下列变质剂哪种对细化α-Al有效？（）
（1）Al-Ti-B （2）磷铜（3）Al-Sr （4）Al-RE
69、ZL402属于（）合金。

（1）（1）Al-Si （2）Al-Cu （3）Al-Zn （4）Al-Mg
70、铝合金熔炼时三要素“防”“排”“溶”具体含义
“防”就是覆盖剂、变质剂烘焙除潮；工具烘干后喷刷涂料再烘干；炉料加入前除去水锈和油污，严防水气和各种含气脏物混入铝液中，产生Al2O3夹杂和H2等；
“排”是指通过精炼，清除氧化夹杂和气体，除杂是除气的基础；
“溶”是指通过快速凝固或加大凝固时的结晶压力，使铝液中的[H]全部溶于铝铸件中，不致形成气孔。

71、如何理解铝合金精炼时“除杂是除气的基础”
（1）铝液表面的氧化铝膜吸附大量的水气和H2；
（2）滤液中卷入Al2O3夹杂时，既增加了[H]，吸附H2的Al2O3又是温度下降时气泡形核的基底，容易在铸件中形成气孔。

72、名词解释
（1）ZL201：铸造铝铜合金ZAlCu5Mn，是重要的耐热高强度铸铝合金，成份Cu 4.5~5.3%，Mn 0.6%~1.0%，Ti 0.15~0.35%，其余为Al。

（2）ZL104：铸造铝硅镁系合金ZAlSi9Mn，成分为Si 8.0~10.5%，Mg 0.17%~0.3%，Mn 0.2~0.5%，其余为Al，铸态组织由α+（α（Al）+β（Si））组成。

（3）T4 固溶处理将铸件加热至固相线附近，使强化相溶入α（Al）中，在淬入冷却介质中获得过饱和的α（Al）固溶体，提高铸件的强度和塑性的一种热处理工艺
（4）T6 是指固溶处理加上完全人工时效，固溶处理是指将铸件加热至固相线附近，使强
化相溶入α（Al）中，在淬入冷却介质中获得过饱和的α（Al）固溶体，再将铸件加热至一定温度进行去应力退火的一种热处理工艺。

73、铝合金熔炼时，铝液和炉气反应生成的主要夹杂是Al2O3，同时能够大量溶入铝液的气体则是H2。

但是铝液中的氢和氧化夹杂的主要来源则是铝液与炉气中水汽的反应，其反应式是Al+3/2H2O=1/2Al2O3+3/2H2。

（3分）
74、铝合金的变质处理包括三类：（1）α（Al）的晶粒细化处理；（2）初晶Si的细化处理；（3）共晶硅的变质处理。

（3分）
75、铸造铜合金分为青铜和黄铜两大类，其中黄铜是以锌为主加元素的铜合金。

76、锡青铜典型的铸态组织是由树枝晶α和共析体（α+δ）组成的非平衡组织，由于δ相是脆硬相，对铸件的塑性不利，可以采用均匀化退火，提高塑性。

77、10-1锡青铜的合金牌号为ZCuSn10P1，其成分为Sn9%~11%, P 0.6~1.2%,其余为Cu,请说出P作为合金元素加入的作用:
(1) 生成Cu3P,硬度高,作为耐磨组织的硬相,提高材料的耐磨性;
(2) P具有脱氧作用;
(3) 形成低熔点共晶物质,提高合金的流动性,改善合金的充型能力.
常用作齿轮等零件。

78、5-5-5锡青铜的合金牌号为ZCuSn5Pb5Zn5，成份：Sn 4~6%, Pb 4~6% , Zn 4~6% ,其余为铜。

说出Pb作为合金元素加入的作用:
(1) Pb以细小分散的颗粒均匀分布在合金基体上，具有良好的自润滑作用，提高耐磨性；（2）Pb熔点较低，在最后凝固阶段填补枝晶间的缩松间隙，提高致密度，有助于耐水压性；（3）改善铸件的切削加工性能。

79、10-2锡青铜的合金牌号为ZCuSn10Zn2，成份：Sn 9~11%,Zn 1.5~3.5%,其余为Cu，锌的作用：
（１）缩小合金的结晶温度范围，提高充型、补缩能力，减轻缩松倾向，提高气密性；（２）Ｚｎ溶入α－Ｃｕ固溶体中，具有固溶强化作用。

阀门，船体衬套
80、锡青铜的铸造性能特点：（1）结晶温度范围宽，α－Ｃｕ枝晶发达，易形成缩松；（2）容易产生热裂纹；
（3）易产生反偏析，也就是铸件表面出现“锡汗”；
（4）线收缩小，铸造内应力小，冷裂倾向小。

81、铸造黄铜是以Zn为主加元素的铜合金，铸造性能好表现在：（1）结晶温度范围小，充型能力强；（2）锌的沸点低，有自发除气作用。

82、铸造黄铜基本上是由α+β两相组成，其主要缺点是脱锌腐蚀。

83、下列铸造铜合金熔炼时需要进行脱氧操作的是（）
（1）黄铜（2）锡青铜（3）铝青铜（4）硅青铜
84、铜合金熔炼时，炉气中既能溶入铜液中又能使铜氧化的气体是：
（1）H2O （2）H2 （3）O2 （4）ＳＯ２
85、简要说明铜合金熔炼工艺要点：
（１）严格控制合金的化学成分，准确配料；
（２）净化合金液，防止铜液氧化、吸气；
（３）高温熔炼，快速熔化，低温浇注。

86、木炭是熔炼铜合金时应用的覆盖剂，主要作用是防氧化、脱氧和保温。

87、铜液中常见的不溶性氧化夹杂有Al2O3，SiO2以及SnO2，一般采用哪种性质的精炼溶剂来清除：
（1）碱性溶剂（2）酸性溶剂（3）中性溶剂
论述题：
1、解释孕育处理、球化处理和变质处理三种工艺过程，针对HT300,QT600-3,ZL101采用相
适应的处理工艺，并简要说明如何达到提高材料力学性能的目的。

2、简要写出碱性电弧炉氧化法炼钢过程，并说明在相应阶段如何达到脱磷、脱硫、除气除
杂和升温以及脱氧目的。

3、解释铝合金精炼中“除杂是除气的基础”，并说明生产过程中浮游精炼法和熔剂法精炼原
理。

4简述Cr在Fe—C合金中的作用
4、碳钢铸件的热处理方式有退火、正火或正火加回火三种方式，图示碳钢在不同热处理条件下的强度和塑性，请说出碳钢铸件热处理的目的（2分），并根据组织和性能的关系解释图中C=0.4%时不同热处理方式的效果。

（4分）
（1）碳钢铸件的热处理目的是消除铸造应力、细化铸件晶粒和消除魏氏组织或网状组织，提高铸件的力学性能。

（2）全退火是得到近似平衡态组织，消除了魏氏组织或网状组织，C=0.4%的平衡组织为F+P；正火是在空冷下得到F+S氏体组织，S属于细小的珠光体，晶粒细化既可以提高强度，又可以提高塑性；而正火后再回火是为了将片状索氏体转变为粒状索氏体，进一步提高铸件的力学性能，因此，从图中可以看出，同一成分下的铸钢件在三种热处理条件下：正火加回火处理的铸件的力学性能最好，正火处理的次之，而退火处理消除了魏氏组织，性能得到一定程度提高。

5、绘出铝硅合金相图，写出共晶反应式，并分析Al-7.0%Si在平衡凝固过程中的组织变化，写出ZL101（AlSi7Mg）铸态组织的相组成。

（6分）
L12.6—577℃—α（Al）+β（Si）
1 点开始析出初晶α-Al
随着温度的进一步下降，初晶α-Al增多，液相成分沿着1E线变化，到达2点时，发生共晶反应，生成（α（Al）+β（Si））共晶组织，随着温度的进一步下降，α（Al）析出β相，最终室温组织为α+（α（Al）+β（Si））
ZL101为（AlSi7Mg）铸态组织的相组成为α（Al）、β（Si）和Mg2Si相
6 论述题：绘出Fe-C稳定相图，写出共晶反应式，灰铸铁成份：C 3.03%，Si 1.45%，计算其碳当量，并在相图中标出位置，分析凝固过程中组织状态变化，并分析铸造条件下该成分孕育铸铁的组织。

L4.26%—1154℃—A2.08%+G
CE=C+1/3（Si+P）= 3.51%
属于亚共晶铸铁，在平衡凝固过程中：
铁液温度降至１点开始析出A初析枝
晶，随着温度的下降，A初晶进一步
析出，液相的成分沿着1C’变化，至2
点时，达到共晶成分，同时温度到达
共晶点，开始共晶反应，生成共晶团；
凝固完毕后，随着温度的下降，C在初析Ａ和共晶A中溶解度逐渐减小，随着E’S’变化，在平衡条件下析出二次石墨，依附在共晶石墨上；在温度到达3点时，发生共析反应：γ0.68%—738℃—α+G。

最终平衡态的相组成为α+G
在铸造条件下，由于冷却速度相对较快，共析转变属于固态相变，原子扩散速度缓慢，相变速度比共晶反应要慢得多，共析转变按照亚稳态相图转变，即γ0.77%—727℃—P（α+Fe3C），由于该成分属于低碳低硅成分的孕育铸铁，在室温下得到的基体组织一般是P或Ｓ，因此铸态组织为Ｐ和片状石墨组成。