铸铁及其熔炼资料
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
二、铸铁熔炼
铸铁熔炼是铸铁件生产的首要环节，也是决定 铸铁件质量的一项重要因素。它的基本任务是 提供成分和温度符合要求，非金属夹杂物与气 体含量少的优质铁液。
对铸铁熔炼的基本要求可概括为优质、高产、 低耗、长寿与简便等五个方面，即铁液质量高、 熔化速度快、熔炼耗费少，炉衬寿命长及操作 条件好。
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第三章 铸造合金及其熔炼
（5）熔化与出渣 在正常熔化过程中，
应严格控制风量、风压、不得随意停风。按 规定及时取样，测量铁液温度、风量、风压、 风温等。经常观察风口、出渣口、出铁口、 加料口，注意铁液、炉渣质量，风量、风压、 三角试块白口变化。及时发现和排除故障， 保证熔化正常。应按时打开出渣口出渣，一 般每隔30～45min出一次渣。
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第三章 铸造合金及其熔炼
图3-12 冲天炉结构简图
1—炉脚 2—炉底板 3—炉底门 4—风口窥视孔 5—风箱 6—耐火砖
7—加料口 8—烟囱 9—除尘器 10—风口 11—过桥 12—前炉盖 13—前炉窥视孔 14—出渣口及出渣槽
15—出铁口及出铁槽
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第三章 铸造合金及其熔炼
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第三章 铸造合金及其熔炼
从炉渣的颜色、状态可以判断冲天炉的 熔化质量。观察酸性冲天炉炉渣时，一般 用铁棒蘸些炉渣，抽拉成丝，在亮处观察。 炉况正常的炉渣为黄绿色玻璃状。炉渣呈 深咖啡色，说明铁液含硫偏高；炉渣上带 白道或白点，说明石灰石加入量过多；炉 渣呈黑色玻璃状，致密、密度大，说明铁 液已严重氧化。
打炉前，应在炉底铺上干砂不能有积水或潮湿。 打开炉底门，用铁棒将底焦和未熔炉料捅下， 用水浇灭。
铸铁的基础知识
1、铸铁及其熔炼铸铁是指碳的质量分数大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁-碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁的成分范围大致为ω（C）=2.4%～4.0%，ω（Si）=0.6%～3.0%，ω（Mn）=0. 2%～1.2%，ω（P）=0.04%～1.2%，ω（S）=0.04%～0.20%。
有时还可加入各种合金元素，以便获得能满足各种性能要求的合金铸铁。
铸铁是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。
在机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输和国防工业等各部门中，铸铁件约占整个机器重量的45%～90%。
因此，掌握铸铁的基本理论和生产技术，对于发展铸造生产，充分发挥铸铁件在国民经济各部门中的作用，是很有意义的。
相图是分析合金金相组织的有力工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，因此铁-碳相图和铁-碳-硅三元合金相图是分析铸铁的成分与组织的关系以及组织形成过程的基础。
2、铸铁的基础知识——铁-碳相图——铁—碳相图分析由于铸铁中的碳可能以渗碳体（Fe3C）或石墨两种独立的形式存在，因而铁、碳相图存在着Fe-G（石墨）和Fe-Fe3C两套体系，即铁-石墨系和铁-渗碳体系。
从热力学观点看，石墨比渗碳体更稳定，因此，铁-石墨系也称为稳定系，而铁-渗碳体系称为亚稳定系。
图2. 1-1所示为铁碳合金双重相图，即Fe-G（石墨）稳定系相图和Fe-Fe3C亚稳定系相图，分别以虚线和实线表示。
表2.1-1为相图中临界点的温度及含碳量。
铁-碳相图中各临界点的温度及含碳量Fe-G（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同处在于：1）稳定系的平衡共晶点C'的成分和温度与C点不同体（两相组成莱氏体）2）稳定平衡的共析点S，的成分和温度与S点不同在Fe-C相图中稳定系的共晶温度和共析温度都比亚稳定系的高一些。
铸造合金及其熔炼复习重点
第一篇铸铁及其熔炼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。
第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁
第三节 灰铸铁癿结晶
• • • • • • • • • 一、碳在铸铁中癿存存形式 二、铁—碳（渗碳体）合金二元相图 三、灰铸铁癿结晶 1、灰铸铁癿一次结晶 2、灰铸铁癿二次结晶 四、石墨结晶癿特点 1、G形核 2、G长大 3、灰铸铁中片状石墨癿形态
•
第四节 影响铸铁组织和性能癿主要因素
• • • • • • • • • • • • • 一、铸铁癿化学成分对铸铁组织和性能癿影响 1、各元素在铸铁中癿存在形式 2、铸铁中常见元素有对铁—碳双重相图各临界点癿影响 3、化学成份对铸铁G化癿影响 4、化学成分对金属基体癿影响 5、碳当量CE和共晶度SC 二、铸件况却速度对铸铁组织和性能癿影响 1、铸件壁厚对况却速度癿影响 2、浇注温度对铸件况却速度癿影响 3、 2、炉料癿影响
第二节 灰铸铁癿金相组织、性能特点、牌 号及技术要求
一、灰铸铁癿金相组织 • 灰铸铁癿金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成（即： F+G片、F+P+G片戒P+G片）。此外，还有少量癿夹杂物， 如硫化物、磷化物、碳化物、氧化物等。 • 1、石墨及其对性能癿影响 • 石墨本身有两个显著癿特点：一是密度小（约2.25g/cm3， 仅为铁癿1/3），在铸铁组织中占体积大；二是石墨本身软 而脆，力学能差，且强度较低（σb＜20Mpa）。石墨在铸 铁组织中就相当于存在着许多切口一样，对金属基体起着 割离作用；另一方面，引起应力集中，致使金属基体癿力 学性能得丌到充分癿収挥（据测定基体癿性能収挥 30%~50%）。石墨对灰铸铁性能癿影响起着决定性癿作用。 这主要表现在石墨癿形状、分布、大小和数量等方面。
• 2、金属基体对性能的影响 • 灰铸铁癿金属基体主要分为三种：F体、F体+P体、P体。 如面2-8所示。 • （1）F体：铁素体本身质软，强度和硬度较低（σb约 为250MPa，硬度约为90HBS）,塑性高（δ约为50% 左右）。但是在铁素体基体癿灰铸铁中,由于片状石墨 癿存在，铁素体癿塑性难収挥。 • （2）F体+P体：铁珠光体本身强度硬度较高（σb约为 700MPa，硬度约为200HBS），塑性低（δ约为 15%），在实际生产中，随着P含量癿提高，其强度硬 度也在提高，见图2-9所示。
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)
第三章 铸造合金及其熔炼
以上均为氧化放热反应，根据上述反应及 图3-13可见，在氧化带内：
①焦炭燃烧生成的炉气，既有二氧化碳，也有一 氧化碳，但主要是二氧化碳。
②从主排风口开始，随着炉气的上升，反应不断 进行，炉气中的氧逐渐减少，二氧化碳不断增 加。当上升到氧化带顶面时，炉气的氧基本耗 尽，氧化反应终止，二氧化碳达到最高值。
图3-13 冲天炉熔炼过程原理图
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第三章 铸造合金及其熔炼
1）预热区 从加料口下沿料面到铁料开始熔化这 段高度为预热区。预热区的炉料在下降过程中， 与上升的炉气之间的热交换方式以对流为主，金 属料逐渐被加热至熔化温度。
预热区高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的 实际位置、炉料块度、炉料下落速度、炉气分布、 铁焦比等许多因素的影响，波动很大。其中金属 料的块度特别重要。金属料的块度愈大，预热所 需的时间愈长，预热区高度愈大，严重时金属料 块可能进入风口区，造成“落生”现象，妨碍冲 天炉的正常操作。因此应限制金属料的块度。但 金属料的块度也不能过小，以免造成严重氧化。
铸铁熔炼可以用冲天炉、非焦化铁炉、电炉、 反射炉、坩锅或冲天炉与电炉双联等方法，其 中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。
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第三章 铸造合金及其熔炼
1. 冲天炉的结构（图3-12）
冲天炉的类型很多，但基本结构大体相 同。常用的冲天炉由四部分组成：炉底部 分、炉身部分（包括送风系统）、前炉部 分、炉顶部分（烟囱及除尘系统）。
修炉完毕，用木柴或烘干器慢火充分烘干前、后 炉。前炉必须烘透，以保证铁液温度。
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第三章 铸造合金及其熔炼
（3）点火与加底焦 烘炉后，加入木柴，引
铸造合金及其熔炼(铸铁)
左边的元素促进石墨化，右边的元素阻碍 石墨化，距铌越远作用越强烈。由此可知， 铸铁中的含量较多的碳、硅、锰、磷、硫都 会影响石墨化的进行
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第石墨化的元素，通 过调整碳和硅的含量可以控制灰铸铁的组织和性能。 灰铸铁碳的质量分数大多在2.6%～3.6%，硅的质量 分数在1.2%～3.0%。
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第三章 铸造合金及其熔炼
第一节 铸铁及其熔炼
一、铸铁 铸铁是一种以铁、碳、硅为基础的多元合 金，此外，还含有锰、磷、硫等元素。有时 为了改善铸铁的性能，还可加入铜、铬、钼 等合金元素。铸铁碳的质量分数一般在 2.4%～4.0% 。常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸 铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。
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第三章 铸造合金及其熔炼
图3-1 灰铸铁的组织
a)铁素体灰铸铁 b)铁素体-珠光体灰铸铁 c)珠光体灰铸铁
灰铸铁中存在的片状石墨，一方面减少了金属基体的 承载面积，另一方面石墨片的尖角处造成了应力集中，所 以，灰铸铁的抗拉强度较差，塑性较低。由此可见片状石 墨的数量大小和分布状况是影响灰铸铁性能的主要因素。
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第三章 铸造合金及其熔炼
图3-4 铸件壁厚（冷速）和化学成分对铸铁组织的影响
Ⅰ-白口铸铁区 Ⅱ-麻口铸铁区 Ⅲ-珠光体灰铸铁区 Ⅳ-珠光体加铁素体灰铸铁区 Ⅴ-铁素体灰铸铁区
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（4）孕育铸铁
第三章 铸造合金及其熔炼
向碳、硅含量较低的铁液中加入一定数 量的孕育剂，造成人工晶核，改变铁液的结 晶条件，从而细化共晶团，改善石墨的尺寸 及分布，提高灰铸铁的力学性能。这种灰铸 铁叫孕育铸铁。 孕育铸铁生产的关键是原铁液化学成分的 选择、孕育剂、孕育处理方法及炉前控制。
铸铁的熔炼方法及其特点
铸铁的熔炼方法及其特点铸铁是一种常见的铁碳合金，广泛应用于机械制造、建筑和汽车工业等领域。
铸铁的熔炼方法多种多样，每种方法都有其独特的特点和适用范围。
本文将介绍几种常见的铸铁熔炼方法及其特点。
1. 高炉法高炉法是目前应用最广泛的铸铁生产方法之一。
它是将铁矿石、焦炭和石灰石等原料投入高炉中，经过高温燃烧和还原反应，使铁矿石中的铁氧化物被还原为铁，并与焦炭中的碳相互作用形成铸铁。
高炉法的特点是炉温高、产量大、适用范围广，但是过程复杂，对原料的成分和炉料的配比要求较高。
2. 立炉法立炉法是一种传统的铸铁熔炼方法，在一些地区仍然广泛使用。
这种方法使用煤炭作为还原剂，将炉料直接放入炉膛中进行燃烧和还原反应，得到铸铁。
立炉法的特点是工艺简单，设备成本低，但炉温较低，产量相对较小。
立炉法适用于小型铸造企业和一些特殊需求的铸铁产品。
3. 电炉法电炉法是一种以电为热源的铸铁熔炼方法。
通过将电能转化为炉内的热能，达到熔融炉料的目的。
电炉法的特点是温度控制精确，炉内反应平稳，生产过程自动化程度高。
电炉法适用于批量生产、要求炉料纯度较高的铸铁产品。
4. 中频感应炉法中频感应炉法是一种利用感应加热原理进行铸铁熔炼的方法。
通过感应线圈在高频电磁场作用下，使炉料中的金属颗粒和渣滓产生摩擦热，达到熔融的目的。
中频感应炉法的特点是能耗低、熔化速度快、炉内温度均匀，适用于小型铸造企业和精密铸造。
综上所述，铸铁的熔炼方法多种多样，每种方法都有其独特的特点和适用范围。
高炉法适用于大规模生产和广泛应用的铸铁产品；立炉法适用于小型企业和特殊需求的铸铁产品；电炉法适用于纯度要求较高的铸铁产品；中频感应炉法适用于小型企业和精密铸造。
选择合适的熔炼方法，可以提高铸铁的品质和生产效率，满足不同领域对铸铁产品的需求。
铸铁及其熔炼-第一章
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三.铁-碳-硅准二元相图
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e. S：使枝晶粗化。 ② Si/C比值的影响 碳当量一定时， Si/C↑→初生γ 数量↑；当碳当量很高时， γ 枝晶 细化。 ③ 冷却速度的影响 冷速↑→ γ 枝晶数量↑，细化枝晶。这是由于冷速增加，使界面前 沿的热过冷增大，促使枝晶生长速率增加，枝晶臂间距缩小，因此，冷速 会改变γ 的分枝及细化程度。 热过冷：因纯金属的理论凝固温度是恒定的，凝固过程中过冷度完全 取决于实际温度分布，即过冷度的大小和过冷区的形态是由传热所控制， 这种过冷称为热过冷。 6.初生奥氏体的显示方法 常用的有热处理法和着色法。
总体来讲：稳定平衡的铁-碳相图中的共晶和共析转变温度比介稳定 平衡的高一些；在共晶温度时，和石墨平衡的奥氏体中含碳量比和渗碳 体平衡的奥氏体中的含碳量要低一些。 实际问题：成分相同的铁液，浇注不同壁厚的铸件或用冷速不同的铸 型，会得到灰口或白口断面的铸件。用铁-碳相图的二重性进行解释。
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铸铁及其熔炼
第一章 铸铁的结晶及组织的形成
王悔改 主讲
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第一节 铁-碳及铁-碳-硅相图
一. 铁-碳相图的二重性
第一篇 铸铁及其熔炼
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铸造合金及其熔炼 A 生产孕育铸铁的条件
(1)选择合适的化学成分,C; Si; Mn.铁水的化学成分在不孕育的情况下应有 一定的过冷倾向.一般选在麻口区或靠进麻口的白口区.壁厚越大,铁水的 白口倾向可大些.孕育后效果更好.碳当量过高,孕育后石墨粗大,性能下 降.Mn量可提高. (2)铁水要有一定的过热度, 纯化,消除铁水中的预存核心,降低遗传性.提高 孕育效果. (3)常用Si75%硅铁作孕育剂,破碎成粒状,2-5mm,也用含Sr; Al、Ca; Ba、Ti 的,孕育效果更好.加入量少.孕育有效时间长. 铸铁牌号越高,原铁水的碳量越低,减少石墨数量,孕育剂加入量越多. 孕育处理的方法:工厂一般是在出铁时把孕育剂撒在出铁槽上,冲入铁水包, 方便简单,缺点是孕育剂消耗大,浇注过程中衰退快.
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铸造合金及其熔炼 （5）常见合金元素在铸铁中的具体作用
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铸造合金及其熔炼 预存石墨核心的影响(过热和孕育处理) 3 预存石墨核心的影响(过热和孕育处理) 铸铁凝固时,有高熔点质点做为结晶核心,非自发形核,有利 于共晶团形成,细化. 铁水过热温度过高,高熔点质点熔化,形核能力降低,共晶温 度下降,过冷增加,形成白口(碳化物)倾向增加.容易形成D 形石墨.1500-1550℃.国内冲天炉熔炼铸铁,1400-1450 ℃. 孕育处理(Inoculation) 浇注之前,出铁水时,向铁水中加入孕育剂(硅铁75%Si,含Sr; Ba; Ca; Al)增加石墨化核心,增加石墨化能力.可降低碳量, 减少石墨数量,提高强度,1920年发现孕育作用,铸铁强度达 到350MPa. 2010
2010
铸造合金及其熔炼
)灰铸铁的工艺性能 (2 )灰铸铁的工艺性能 石墨的存在， 石墨的存在，使铸铁具备某些优良的工艺性能 因石墨的存在，造成脆性切屑，铸铁的切削加工性能优异。 灰铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀， 减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力。 石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有很好 的耐磨性能。 石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的减振性能。 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。
铸铁及其熔炼讲解
1-12
1）对非均质形核的要求：
（1）按HT结晶——消除白口； （2）较好的石墨形态——消除D、E型过冷石墨； （3）细化晶粒——增加共晶团数量； （4）提高组织均匀性——消除壁厚差别；
（5）提高力学性能——对于HT，主要是σb 。
1.Fe-C相图
1-1
说明： （1）稳定系和介稳定系。 （2）点、线的变迁与测试手段。 （3）典型成分分析①②③。
1-2
①亚共晶铸铁
序号（温度）
结晶反应和生成物
1点 2点 2-3点 3点 结果
析出A初
L+A初
按稳定系 L'c(4.26) 1153o AE′（2.10）+G晶 A初+A晶+G晶
AE′
1-13
2）孕育剂和作用原理：
Si-Fe，Ca、Al、Zr、Ba、Sr、Ti，还有Bi、 RE等。 原理有多种多样。
1-14
3.铸铁的凝固方式
白口、灰口、麻口 1）结晶过冷度： A — G平衡温度 1153℃ A — Cm平衡温度 1147 ℃
1-15
讨论：
（1）在两者之间，石墨共晶形核生长，生成
固-液： 初生A—— 亚共晶； 初生G——过共晶。
共晶： L4.26→AE′2.10+G晶 L4.30 →AE2.14+Cm晶（La）（白口铁）
1-10
G晶先析出（主导相），A晶后析出。 共晶团：共晶转变中结晶出来的G-A构成的集合体。 共晶团内石墨片之间的距离称为层片间距。
1-11
2.灰铸铁的形核和孕育
P、F、G虫
KT 300~700 2~15 120~270 30~60 P、F、G团（Cm）
铸铁及其熔炼-第二章
石墨片的存在已在基体上形成大量的缺口，所以外来缺口（铸件上的 孔洞、键槽、非金属夹杂等）对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，使铸铁的缺 口敏感性降低，提高了零件工作的可靠性。随着石墨细化或石墨形态的改 变，敏感性可能提高。
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图2-1 A型石墨
② 菊花状石墨（B型）
冷速较大时形成的。共晶开始阶段，G 分枝多而密，随着共晶转变中结晶潜热的释 放，外层G片沿热流方向伸展较长，随着热 流方向性减弱，外围G生长进一步减缓而呈 蜷曲状。对基体的削弱作用大于A型G。 ③ 块片状石墨（C型） 过共晶铁液在小的过冷度下形成的， 常称为初生石墨。液相中碳的来源充足， 而且石墨的形成不受其他固相阻碍，结晶 条件较好，晶体能充分发育，形成枝晶形 态的分枝。石墨片体比较粗大，对基体有 严重的削弱作用。
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② 基体的作用
铁素体较软，强度较低；珠光体有较高的强度和硬度，但塑韧性较铁 素体低。因此，基体的强度随着珠光体含量的增加和分散度的增大而增 大。
③ 共晶团的作用
细化共晶团，可使铸铁的强度提高。 2. 硬度 灰铸铁的硬度决定于基体，珠光体硬度较高。因此，随着珠光体含量 的增加和分散度的增大，铸铁的硬度增大。 3. 缺口敏感性
图2-11 铸铁中硅含量与强度的关系 图2-10 硅含量与铸铁组织的关系
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② 对共晶温度的影响 Si提高稳定系的共晶温度，降低亚稳系的共晶温度，因此扩大两个系 统的共晶温度间隔，使转变按稳定系进行。 ③ 对石墨化的影响
铸铁的熔炼方法及其特点
铸铁的熔炼方法及其特点熔炼铸铁的方法依照所用的熔炉设备而分为冲天炉熔炼，感应电炉熔炼，电孤炉熔炼，反射炉熔炼，以及由某些方法的联合，如冲天炉一电孤炉、冲天炉一感应电炉双联法等。
1．冲天炉熔炼法（1）冲天炉构造冲天炉的基本构造示如图4。
炉身、风箱及烟道等用钢板焊成。
炉身内部通常砌以耐火砖层，以便抵御焦碳燃烧产生的高温作用。
为了储存铁液，多数冲天炉都配有前炉。
（2）冲天炉熔炼原理在熔炼过程中，炉身的下部装满焦碳，称为底焦。
在底焦的上面交替装有一批批的铁料（生铁、废钢、回炉料、铁合金等）、焦碳及熔剂（石灰石、萤石等）。
通过鼓风，使底焦强烈燃烧，产生的高温炉气沿炉身高度方向上升，使其上面一层铁料熔化。
（3）冲天炉熔炼的优缺点及其应用冲天炉是最普遍应用的铸铁熔炼设备。
它用焦炭作燃料，焦炭燃烧产生的热量直接用来熔化炉料和提高铁液温度，在能量消耗方面比电孤炉和其它熔炉节省。
而且设备比较简单，大小工厂皆可采用。
但冲天炉也存在一定的缺点，主要是由于铁液直接与焦炭接触，故在熔炼过程中会发生铁液增碳和增硫的过程。
采用了冲天炉一电孤炉双联熔炼法或冲天炉一感应电炉双联熔炼法，以充分利用冲天炉熔化效率较高、电孤炉和感应电炉对铁液过热能力强及化学成分控制容易的优点。
2．感应电炉熔炼（1）感应电炉构造及工作原理感应电炉是利用电流感应产生热量来加热和熔化铁料的熔炉。
炉子的构造分为有芯式和无芯式两种，在无芯式感应电炉中，坩埚内的铁料在交变磁场的作用下产生感应电流，并因此产生热量，而将其自身熔化和使铁液过程热。
在有芯式感应电炉中，需要加入用其它熔炉（如冲天炉）熔化的铁液，在环形铁芯内产生的交变磁场使沟槽内的铁液过程，并利用沟槽中铁液与其上面熔池中的铁液循环作用而加热全部铁液。
无芯式感应电炉具有熔化固体炉料的能力，而有芯感应电炉只能过热已熔化的铁液，但在过热铁液的电能消耗方面，则以有芯感应电炉更为节省。
1—感应线圈 2—轭铁 3—耐火材料 4—铁液 5—熔渣（2）感应电炉熔炼的优缺点及其应用与冲天炉熔炼相比，感应电炉熔炼的优点是熔炼过程中不会有增碳和增硫现象，而且熔炼过程可以造渣覆盖铁液，在一定程度上能防止铁液中硅、锰及合金元素的氧化，并减少铁液从炉气中吸收气体，从而使铁液比较纯净。
铸铁熔炼及浇注培训知识
控制噪音污染
合理设计设备布局，采用 消音设备等措施，降低噪 音对周围环境的影响。
废弃物分类处理
对产生的废弃物进行分类 处理，可回收利用的进行 回收，不可回收的按照相 关规定进行处理。
05
实际操作与案例分析
铸铁熔炼及浇注操作流程演示
铸铁熔炼
熔炼设备选择与安装、原材料准 备与预处理、熔炼温度控制、化
02
铸铁浇注工艺知识
浇注前的准备
熔炼设备检查
确保熔炼设备处于良好 状态，包括炉体、炉衬、
电极、变压器等。
原材料准备
准备好所需的生铁、废 钢、焦炭等原材料，并 确保其质量符合要求。
工具和模具准备
准备好浇注所需的工具， 如浇包、流槽、模具等， 并对其进行预热处理。
环境卫生
保持工作区域整洁，避 免杂物和灰尘影响浇注
学成分调整等。
浇注操作
模具准备、浇注系统设计、浇注温 度与速度控制、浇注后处理等。
安全注意事项
防护措施、操作规范、应急处理等。
实际生产中的案例分析
案例一
某铸件生产过程中出现的质量问题及原因分析。
案例二
优化铸铁熔炼及浇注工艺，提高铸件质量的方法 与效果。
案例三
降低铸铁熔炼及浇注成本的成功实践。
经验分享与交流
保符合要求。
防锈与包装
采取适当的防锈措施，对铸件 进行包装保护，防止其在储存
和运输过程中受到损坏。
03
铸铁熔炼及浇注中的问题 与解决方案
熔炼过程中的常见问题及处理
铁水温度不足
在熔炼过程中，如果铁水温度不足，会导 致铸件质量下降。为解决这一问题，应适 当提高铁水温度，确保达到所需的熔点。
铁水成分不均匀
铸铁及其熔炼共389页
讨论：
（1）在两者之间，石墨共晶形核生长，生成
灰口；
（2）在1147 ℃以下，则二者都能生长，但
Cm生长速度快；
（3）<1145 ℃以下，以白口方式凝固。
2）若一部分以G，另一部分以Cm凝固，则形
成麻口。
1-16
§1-3 灰铸铁的二次结晶 ——奥氏体中碳的脱溶和共析转变
1.二次高碳相（GⅡ或CmⅡ）； 2.共析转变（是形成F+G析或P）。
F+G析+Cm晶+CmⅡ
介
A 727o (0.76)
F+Cm析
P+Cm晶+CmⅡ
麻口
白口
1-4
③过共晶铸铁
序号 （温度）
结晶反应和生成物
1点 2点 2-3点
稳定系 析出GⅠ
稳 L'c(4.26) 1153o AE′（2.10）+G晶 GI+A晶+G晶
A晶 →A(0.69)+GⅡ
L+GⅠ
介 Lc(4.30) 1147o AE（2.14）+Cm晶 GI+A晶+Cm晶
P、F、G片
QT 400~900 2-18 150~300 30~60 P、F、B、G球
RuT 260~420 0.5~3.0 120~280 /
P、F、G虫
KT 300~700 2~15 120~270 30~60 P、F、G团（Cm）
BT 300~500 / 500~800 /
P、Cm、M
0-6
生铁中微量元素含量高造成铸件白口
（2）熔炼（包括配料及其控制，熔炼方法及设备）； （3）造型（包括造型方法、铸型工艺设计以及造型材
铸铁熔炼基本知识
铸铁熔炼基本知识(内容)一、熔解的目的获得一定成分和一定温度的铁水二、球铁和灰铁的主要性能特点及原因1.灰铁的性能特点及原因a) 强度的性能差●石墨的缩减作用——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨强度很低可近似认为无强度，这就使得材料的实际承载面积总比材料的实际面积要小●石墨的缺口（切割）作用——灰铸铁组织中的石墨大多以片状形式存在，在石墨片的确良尖端有应力集中现象易导致基体过载失效b)硬度不稳定因受石墨的影响大硬度稳定性差c）缺口敏感性低——灰铸铁组织中存在大量的石墨，石墨的缩减作用与石墨的缺口作用使得灰铸铁缺口敏感性低，石墨片越粗大缺口敏感性越低d）良好的减震性——大量的石墨阻止了振动的传播，将能量转化为热能而散发e）良好的减摩性●石墨本身具有润滑作用●石墨脱落处可存储润滑油以保证油膜完整从而提高润滑效果2．球铁的性能特点1）强度和硬度高2）具有一定的韧性3）优良的屈/强比4）较低的缺口敏感性原因：石墨呈球状对基体割裂作用弱，基体连续3．球铁灰铁性能差异的根本原因球铁灰铁性能差异的根本原因在于石墨形状的不同。
三、影响铸件性能的主要因素1．常见合金元素对铸件性能的影响1）C、S i（CE）的影响●碳当w（CE）%=w（C）%+w(Si+P)%/3●对球铁的影响●CE值过高会产生石墨漂浮现象，使夹杂物增多铸铁性能下降；CE值过低易产生缩松裂纹等缺陷，CE值在4．6—4．7%左右时易形成组织致密的铸件(实际生产球铁时,如对性能成分无特殊要求,则原汤调质目标为C——3.85%Si——1085%,球化处理后的成分约为C——3.65%Si——2.80%,w（C）%=w（C）%+w(Si+P)%/3=3.65%+2.08%+0.06%/3=4.60%.成分的选取恰恰有利于得到致密铸件)●Si可减小铁水的白口倾向,可细化石墨,提高石墨的圆整度:但Si过高会降低铸件的韧性,提高脆性转变温度,因而在寒冷地区使用的铸件或有高韧性要求的铸件一般Si%<2.80%。
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铸铁及其熔炼资料1.1铸铁的结晶与组织的形成铁-碳相图及其双重性；铁-碳-硅准二元相图的特点；铸铁的一次结晶和二次结晶；合金元素对铸铁结晶过程的影响；1.1.1为什么有双重相图的存在?双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义?答：由于铸铁中的碳能以石墨或渗碳体（Fe3C）两种独立相的形式存在，因而铁、碳合金系统存在着Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C双重相图。
从热力学观点上看，Fe—Fe3C相图只是介稳定的，Fe—C（石墨）相图才是稳定的。
从动力学观点看，在一定条件下，按Fe—Fe3C相图转变亦是可能的。
因此就出现了铸铁在结晶过程中的铁—碳相图两重性。
1.1.2*硅对相图的影响如何?答：1）使共晶点和共析点左移，即缩小了共晶点和共析点的含碳量；2）提高共晶和共析温度。
随着含硅量的增加，共晶、共析温度提高。
3）共晶和共析转变在一区间（即三相共存区）；4）随硅量增加，奥氏体区缩小，铁素体区扩大。
1.1.3*根据铁碳双重相图，分析亚共晶成分铸铁在什么条件下形成灰口铸铁或白口铸铁或麻口铸铁？答：如在TC′以下、TC以上凝固时，一般可得到灰口铸铁；如过冷至TC以下凝固时，则有可能进行奥氏体加渗碳体的结晶，形成白口断面；这是由于冷却速度不同而导致共晶凝固温度的高低不同所致。
（TC 共晶温度，TC′为稳定系的共晶温度。
）1.1.4*灰铸铁的孕育对孕育剂有什么要求？答：1）要有较强的孕育能力，并能维持尽可能长的有效作用时间；2）要求易被铁液吸收，铁液降温少，不引起缺陷和其它副作用的产生；3）来源广泛，价格便宜，孕育处理操作简便。
1.1.5合金元素对铸铁结晶有什么影响？答：1）促进灰口或白口结晶:Si、Al、Co、Ni、Cu←→Mn、Mo、Cr、V、Sb、Te；2）对共晶温度范围的影响。
促进石墨化（灰口）阻碍石墨化（白口）1.1.6*灰铸铁的“碳当量”和“共晶度”在生产中有什么实际应用意义？答：1）碳当量CE%=C%+1/3（Si+P）%将CE 值与C′点碳量（4.26%）相比，即可判断某一成分的铸铁偏离共晶点的程度，如CE>4.26%为过共晶成分，CE=4.26%为共晶成分，CE<4.26%为亚共晶成分。
2）共晶度S C =C 铁/C C′=C 铁/[4.26%-1/3(Si+P)][式中C 铁—铸铁实际含碳量（%）；C C′--稳定态共晶点含碳量（%）]如S C >1为过共晶、S C =1为共晶、S C <1为亚共晶成分铸铁。
在实际生产中，根据CE 的高低、S C 的大小，推断出铸铁铸造性能的好坏，以及石墨化能力的大小。
1.2灰铸铁牌号、成分、组织、性能，孕育处理和炉前控制；低合金灰铸铁1.2.1*灰铸铁的金相组织及性能特点是什么？答：灰铸铁的金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成：G 片+P 或G 片+P+F 此外，还有少量的夹杂物，硫化物(FeS)+磷共晶等。
性能特点：1）强度性能较差；2）硬度的特点；3）较低的缺口缺口敏感性；4）良好的减震性；5）良好的减摩性。
1.2.2*石墨的形状、大小和数量是如何影响力学性能的？答：灰铸铁的金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成的。
片状石墨G 片：分布状态—A、B、C、D、E、F；石墨数量；尺寸大小—8级。
G 片对力学性能的影响：石墨数量越多，尺寸越大，石墨的缩减作用越大，铸铁的强度越低，塑性将更低。
随着含碳量的降低，石墨数量将减少，而且如果分布较均匀，交叉又少，则铸铁的强度提高。
1.2.3灰铸铁的铸造性能有什么特点？对流动性的主要影响因素是什么？答：1）灰铸铁的流动性：灰铸铁具有良好的流动性。
影响灰铸铁流动性的因素是化学成分、浇注温度、液体金属的过热状况、以及气体和非金属夹杂物等，而以浇注温度影响最大。
2）灰铸铁的收缩及缩孔缩松。
灰铸铁凝固以后，仍有一定的石墨化作用，故其收缩小，缩孔缩松缺陷少。
3）灰铸铁的应力、变形与裂纹：灰铸铁由于石墨化的作用，其收缩小，产生应力、发生变形和开裂的倾向都比较小。
1.2.4*冷却速度是如何对灰铸铁组织发生影响的？答：改变铸铁共晶阶段的冷却速度，可在很大的范围内改变铸铁的铸态组织，可以是灰铸铁，也可以是白口铸铁。
改变共析转变时的冷却速度，其产物亦会有很大变化。
随着冷却速度的增加，铁液过冷度增大，共晶反应平台离莱氏体共晶线越来越近，说明铸铁的白口倾向越来越大。
1.2.5*碳当量（以及碳、硅含量）高低是如何对铸铁组织发生影响的？答：根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称为碳当量。
以CE表示。
CE%=C%+1/3（Si+P）%将CE值与C′点碳量（4.26%）相比，即可判断某一成分的铸铁偏离共晶点的程度，如CE>4.26%为过共晶成分，CE=4.26%为共晶成分，CE<4.26%为亚共晶成分。
1.2.6常用合金元素及微量元素是如何对铸铁组织发生影响的？条件（合金元素及微量元素）铸铁组织的影响C、Si、Al增高铁素体增加Mn、Cr、Cu、Ni、Sn、Sb一定量内珠光体增加并细化Mo珠光体细化提高Cu、Ni、Mo量可出现中温转变产物—贝氏体中Mn(5%-7%)形成马氏体高Mn、高Ni 形成奥氏体1.2.7铁液过热和静置，以及炉料的组成是怎样影响灰铸铁性能的？答：在一定范围内提高铁液的过热温度，延长高温静置的时间，都会导致铸铁的石墨及基体组织的细化，使铸铁强度提高；进一步提高过热温度，铸铁的成核能力下降，因而使石墨形态变差，甚至出现自由渗碳体，使强度性能下降。
铁水出炉温度临界值：1500-1550℃。
铁水温度在其下，则石墨、基体细化，有大量非均质晶核，渣易上浮；温度在其上，则成核能力下降，石墨形状恶化，可能出现碳化物。
1.2.8*为什么强调对铸件本体性能的测定，并把它作为铸件验收的依据？答：因为实际铸件本体的强度及硬度都要比单铸试棒的低。
一般强度低20-150MPa，硬度值低40-80HBS，当铸件重量远大于试棒重量时尤其如此。
1.2.9*如何衡量灰铸铁的冶金质量？说明成熟度、硬化度和品质系数的正确概念？答：1）强度、硬度与共晶度的关系：通过试验，可以求得不同直径的试棒（相当于不同壁厚的铸件）其抗拉强度（σb ）与共晶度（Sc），即化学成分的关系式。
如对于中等壁厚的铸件（相应ф30试棒）:σb =1000-800Sc。
HB=530-344Sc。
2）灰铸铁的质量指标：成熟度：RG=σb 测／σb 计＝σb 测／（1000-800Sc）RG：0.5-1.5（以1.15-1.3为佳）硬化度:HG=HB 测/HB 计=HB 测/（530-344Sc）HG:0.6-1.2(以0.8-1.0为佳)品质系数:Q=RG/HG Q:0.7-1.5(最佳>1.0)Q ↑→品质↑（温度、化学成分、纯净度是铁液的三项冶金指标。
）1.2.10*提高灰铸铁性能的主要途径有哪些？答：1）合理选择化学成分；2）适当改变炉料组成：在炉料中适当增加废钢和减少生铁的比例，可降低铁水中P、S；3）采用孕育处理工艺；4）提高铁水温度：一般控制铁水出炉温度在1450-1470℃以上；5）灰铸铁低合金化：低合金化的目的是提高强度和硬度。
一般加入量小于3.0%.1.2.11*高牌号灰铸铁的铁液为什么必须进行孕育处理？如何理解孕育衰退现象？答：1）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。
2）原铁液化学成分和温度:要求原铁水的碳、硅含量处于由白口向灰口过渡（但仍为白口）的临界状态。
铁水出炉温度大于1430-1450℃。
3）孕育处理工艺：孕育剂：75Si-Fe；粒度：2-5mm；加入量：0.2-0.6%。
4）“孕育衰退”现象：晶核老化—-失去活性；晶核上浮；富硅区消失。
（一般要求浇注时间小于15分钟。
）1.2.12生产中较常用的孕育方法有哪些？答：包内孕育—包内冲入法、出铁槽孕育法；迟后孕育—浇口杯孕育、硅铁棒孕育、大块浮硅孕育、孕育丝孕育、铁液流孕育；型内孕育—全部孕育、局部孕育。
1.2.13*如何用三角白口控制炉前的铁液质量，以及进行化学成分的调整？答：白口宽度愈大，说明碳当量愈低，可在炉前增加硅铁，硅铁每增加0.1%，白口宽度减少1mm。
白口宽度太小时，碳当量也就愈高，可在炉前加适量锰铁等。
断口发暗，则硅量稍低；发亮，则硅量合适；发黑，则碳高；色淡且中心晶粒细，则碳低。
锤击时，容易打断，或断口平齐，说明强度低；不易打断，断口不整齐，则强度高。
1.2.14*常用的灰铸铁热处理工艺有哪些？答：常用的灰铸铁热处理工艺：1）去除应力退火，低温退火；2）改善切削加工性能的石墨化退火（消除局部白口）处理；3）表面热处理。
目的是：消除内应力和改善切削加工性能。
1.3球墨铸铁牌号、成分、组织、性能；工艺控制、铸造性能及缺陷预防措施1.3.1*为什么球墨铸铁呈“粥样凝固”？答：由球状石墨与奥氏体壳体组成的共晶体呈粥样漂浮在铁液中，并不断地增多和长大，直至最后凝固结束。
因此表明，球墨铸铁的凝固是呈“粥样凝固”。
1.3.2*球墨铸铁中最常见的基体组织是什么？答：1）珠光体+铁素体；2）奥氏体；3）贝氏体；4）马氏体及其回火组织。
球墨铸铁的基体组织取决于化学成分、一次结晶和二次结晶。
最常见的基体组织是由铁素体和珠光体组成，包括有纯铁素体或纯珠光体组织。
1.3.3*在工业条件下生产球墨铸铁，可否因自发形核而形成球状石墨？答：到目前为止，如果不加入球化剂，就不能在工业生产中得到球墨铸铁。
在工业条件下生产球墨铸铁，球化剂是必须的，不可能因自发形核而形成球状石墨。
1.3.4*为什么在工业生产中镁是球化剂中的主导元素？答：因为镁是球化能力最强的元素，也是应用最广泛的球化剂；目前在工业生产领域，主要的球化剂是镁、稀土和钙。
但至今，后两种（稀土和钙）已不单独使用，而是与镁复合使用作为球化剂。
1.3.5在何种条件下可考虑采用含钇的球化剂？答：对于大型厚大断面的球铁件，可选用钇基重稀土镁硅铁球化剂。
它具有较强的抗球化衰退能力。
1.3.6*为什么在稀土镁合金球化剂中含有钙，它的作用是什么？答：1）钙的沸点比镁高，在铁液中的沸腾作用也较镁平稳；2）加钙处理的球铁白口倾向比加镁处理的要小；3）加钙处理的球铁对硅、锰含量的敏感性较小；4）加钙处理的球铁很容易在铸态得到铁素体基体；5）球化剂中含有钙，可延缓铁液与球化剂反应的剧烈程度。
1.3.7*分述几种脱硫方法的优缺点？答：1）喷射法：用氮气向铁液中吹入粉状脱硫剂；脱硫效率高，温度降低多。
2）多孔塞法：从铁液包底的多孔塞吹入氮气，搅拌铁液，促使与表面加入的脱硫剂反应；脱硫效率高，温度降低多，应用最广泛。
3）摇包法：在偏心旋转台上摇动铁液包，搅拌脱硫剂和铁液；脱硫效率高，但处理时间长，温度降低多。