铸造合金及其熔炼
熔模铸造合金及熔炼技术
1.3.1超级合金的分类 按合金的基体元素可分为四大类 ●铁基 ●镍基 ●钴基 ●金属间化合物
铁基铸造高温合金（或称为铁-镍-铬 基） 如K213 化学成份为
Cr /% Ni /% W /%
2 我国熔模铸造常用合金
▲铸造炭钢和低合金钢 ▲铸造不锈钢
2.1 我国与发达国家所用熔模铸造 合金对比
铁基合金 非铁合金 超级合金
北美 欧洲 中国
20% 36% 83.7%
31%
49%
12%
52%
16.3%
2.2 铸造碳钢和低合金钢
铸造碳钢和低合金钢是我国熔模铸 造工艺，特别是水玻璃工艺使用最多 的合金。
1.2.3铸造镁合金
镁是最轻的工程金属，密度1.751.85g/cm3 ， 是 纯 铝 的 2/3 。 但 力 学 性 能差，不能用来制造结构零件。加入 铝、锌、锰、稀土的镁合金，可用于 铸造零件。
铸造镁合金经热处理后的性能： 比强度高 减震性好 切削加工性好 抗蚀性差—镁合金铸件要经氧化处 理或涂漆保护
控制好两个温度是获得合格铸件的关键。
常用精铸合金熔点范围如下表。精密铸 造的浇注温度大致为熔点加100-170℃。
3)合金的纯净度高
以钢为例,钢中的有害元素(硫、磷 氧、氮、氢)和非金属夹杂物(氧化物、 硫化物、硫氧化物)降低到一定的低水 平后,钢的性能将产生质的提高,它表 现在以下几方面:
14~16 34~38 4~7
Al /% Ti /% B /% 1.5~2 3~4 0.05~0.1
其余成分为Fe, 价格相对便宜,但高 温性能较差
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。
9
铸造工(高级)
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。
2
铸造工(高级)
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
3
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
10
铸造工(高级)
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。
铸造合金及其熔炼
答：蠕墨铸铁中硅量通常是用来调整机体组织的，随着硅含量的增加基体中珠光体量减少，而铁素体含量增加，而硅含量过低会产生白口。锰在常规含量范围内对石墨的蠕化无影响。锰在铸铁中其稳定珠光体的作用。
17铸铁中加入合金元素，进行合金化的目的。
答：1.细化石墨和共晶团2. 增加基体中珠光体的含量，并使珠光体的片间距细化；3.生成碳化物或含有合金元素的复合磷共晶等硬化相；4.提高渗碳体的热稳定性，防止珠光体在高温下发生分解，提高铸铁的耐热性。
29.分析冲天炉风口以上的炉气成分及含量分布。
30.说明对铸造用铁液铁液质量的基本要求。
答：1.出炉温度：满足下列要求
8.说明S\P含量对铸铁石墨化合机械性能的影响
答：S：阻碍石墨化，易形成P（珠），结晶前沿形成低熔点偏析层，使Fe、C结合力上升。
P:影响不大，C‘左移，Tc’下降
9.灰铸铁件进行低温退火和高温退火的目的是什么？
答：低温退火：消除内应力的热处理，亦称热时效。高温退火：改善加工性能的降低硬度（去除铸件内残留的少量自由碳化物）的热处理。
D.焦炭块度小，表面积增大，与铁水接触多，增碳；
E.铁液在炉缸中停留时间长，接触时间长，增碳；
F.送风强度小，熔化率下降，铁液在过热区停留时间长，增碳；
G.无前炉，铁水在炉缸内停留时间长，增碳；
H.炉渣，有利于增碳，提高碱度。
27.指出冲天炉熔化铁水时，影响增硫和脱硫的因素，并介绍一种炉外脱硫的方法。
18.试论述加速黑心可锻铸铁退火过程的途径和措施
答：在第二阶段石墨化过程中，可以采用从780°左右开始逐步缓缓冷却，通过共析区域的方法进行，一般以3~5℃ /h的速度通过共析转变温度区，奥氏体直接转化为铁素体加石墨。这一方法石墨化速度可较快些，但控制冷速是很重要的。
铸造有色合金及其熔炼
THANKS
感谢观看
04
熔化
合金在高温下由固态变为液态 ，发生物理变化。
氧化
合金在熔炼过程中与空气中的 氧气发生化学反应，形成氧化
物。
脱气
去除合金中的气体，如氢气和 氧气。
成分调整
通过添加或去除合金元素，调 整合金的化学成分。
合金元素的熔炼行为
溶解
合金元素在液态合金中溶解， 形成固溶体。
析出
合金元素以化合物形式从液态 合金中析出。
铸造有色合金及其熔炼
• 引言 • 有色合金基础知识 • 铸造有色合金的制备工艺 • 有色合金的熔炼原理 • 铸造有色合金的性能优化 • 铸造有色合金的应用实例 • 未来展望与研究方向
01
引言
主题简介
铸造有色合金及其熔炼是材料科学和工程领域的重要分支，主要涉及有色金属的熔 炼、凝固、组织和性能调控等方面的研究。
热处理工艺优化
总结词
热处理工艺优化是铸造有色合金性能优 化的重要环节，通过调整热处理工艺参 数，可以改变合金的相组成、析出相的 形貌和分布，进一步提高合金的综合性 能。
VS
详细描述
热处理是铸造有色合金的重要加工工艺之 一，通过控制热处理工艺参数，如加热温 度、加热时间、冷却速度等，可以改变合 金的相组成和析出相的形貌和分布，从而 进一步提高合金的力学性能、耐腐蚀性和 热稳定性。同时，合理的热处理工艺还可 以降低能耗和减少材料浪费，提高经济效 益。
熔炼工艺优化
总结词
熔炼工艺优化是铸造有色合金性能优化的重要手段，通过改进熔炼技术和工艺参数，可以降低杂质元 素含量、减少气体和夹杂物、提高合金纯净度。
详细描述
熔炼工艺对铸造有色合金的性能具有显著影响。优化熔炼工艺参数，如熔炼温度、熔炼时间、搅拌强 度等，可以提高合金的纯净度和均匀性。同时，采用先进的熔炼技术和设备，如真空熔炼、高频感应 熔炼等，可以进一步降低杂质元素含量、减少气体和夹杂物，提高合金的综合性能。
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
25
铸造工(高级)
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。
1
铸造工(高级)
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。
6
铸造工(高级)
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---第1章 铸铁的结晶及组织的形成
第三节 铸铁的固态相变
�
�
一、A中碳的析出
稳定系 A A+ G 亚稳定系 A A+ Fe3C
�
�
�
二、铸铁的共析转变
1、形貌 片状Fe3C G （难存在） 2、形核 白口铁 先Fe3C、后F 灰口铁 先G 、后F 3、生长 过冷度大、片小、晶细
� � �
�
�
三、过冷A的中低温转变
（以 C曲线介绍即可） A B下、 B上、 M、 A
�
�
（四）影响A枝晶数量、粗细的因素
（骨架 对组织性能影响很大）
�
� � � �
1、合金元素的影响
Si/C比的影响（相同碳当量） 越大，初析 A 增多 图 1-5 C%增大，枝晶细化 图 1-6
� � � � � �
其它元素ห้องสมุดไป่ตู้ S的影响：增大，粗化 V、Ti促使A形成并细化 其它元素有待研究 2、冷却速度 越大，A越多，并细化 （五）初始A的显示方法（自己看）
�
�
二、铁 -碳双重相图及分析
� � � � � � �
1、共晶系：L----A+G L----A+Fe 3C 2、共析系：A----F+G A----F+Fe 3C 按那个转变与什么有关？ 3、应用： 应用：按那个转变与什么有关？ 冷却速度 化学成分 C Si
三、铁 -碳-硅准二元相图
� � � � �
1、A和Fe3C以片状协同生长（莱氏体） 侧向蜂窝状结构
� � � �
2、板条状Fe3C+A（离异型共晶体） 过冷度大时易形成 3、加稀土元素变质处理细化 图1-21
�
� � � � � �
铸造合金及其熔炼 第十三章 铸造铝合金的熔炼
浇注过程中生成的氧化夹杂称为二次氧化夹杂，多分 布在铸件壁的转角处及最后凝固的部位。
一次氧化夹杂按形态可分为二类。 第一类是分布不均匀的大块夹杂物，它的危害性很大， 使合金基体不连续，引起铸件渗漏或成为腐蚀的根源，明 显降低铸件的力学性能。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa的条件下，测得硅、铜、镁对溶解
度影响，按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢的溶解度越高；反之，
硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。
2、对氧化膜性能的影响
Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大，是表面活性元 素，密度又比铝小，富集于铝液表面，熔炼时，优先被炉 气氧化。铝液中含镁量高于1%，表面氧化膜即全部由 MgO所组成，这层MgO组织疏松，对铝液不起保护作用， 故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。
点状针孔由铸件凝固时析出的气泡所形成，多发生于 结晶温度范围小、补缩能力良好的铸件中，如ZL102合金 铸件中。当凝固速度较快时，离共晶成分较远的ZL105合 金铸件中也会出现点状针孔。
(2) 网状针孔 此类针孔在低倍显微组织中呈密集相 联成网状，伴有少数较大的孔洞，不易清点针孔数目，难 以测量针孔的直径，往往带有末梢，俗称“苍蝇脚”。
库应保持清洁，干燥，以防生成铝锈。对已生成铝锈的铝
锭，投入熔炉前应彻底清除铝锈，否则即使熔炼工艺操作
很严格，也不易获得高质量的铝液。
各种油污都是由复杂结构的碳氢化合物所组成，与铝 液接触后都会发生下列反应，生成氢气
4/3mAl+CmHn=1/3mAl4C3+1/2nH2
铸造合金及其熔炼-铸钢、有色
第二章 铸造碳钢
2.1 铸造碳钢的牌号及力学性能 工程用铸造碳钢大体上是按其强度划分牌号的，我国按照ISO标准，根据 标准， 工程用铸造碳钢大体上是按其强度划分牌号的，我国按照 标准 室温下的屈服强度和抗拉强度进行分级，将一般工程用铸造碳钢分为ZG200室温下的屈服强度和抗拉强度进行分级，将一般工程用铸造碳钢分为 400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-6405个牌号。下表给 个牌号。 、 、 、 和 个牌号 出了我国一般工程用铸造碳钢5个牌号的成分特点和其对应的力学性能 个牌号的成分特点和其对应的力学性能。 出了我国一般工程用铸造碳钢 个牌号的成分特点和其对应的力学性能。
School of Materials Science and Engineering
相析出。 相的析出， 体α相析出。随着 相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度 相析出 随着α相的析出 剩余奥氏体的含碳量上升。 发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完，钢的组织不再变化。 时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完，钢的组织不再变化。 （3）铸态组织 铸态组织 特征：晶粒粗大，有时还有魏氏（网状）组织。 特征：晶粒粗大，有时还有魏氏（网状）组织。 与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大， 与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大， 而且存在柱状晶区， 而且存在柱状晶区，铸件断面上典型 的晶粒分布见 右图。 右图。 魏氏组织： 魏氏组织：魏氏体组织 形态见右下图。铁索体在 奥氏体晶粒内部以一定的方向呈条状析出。这种形态 的铁素体常出现在中等含碳量，特别是壁较薄的铸件 中。通过热处理，可使魏氏体组织转变为更稳定的粒 状组织形态。 2.3 碳钢铸件的热处理、金相组织及力学性能。 碳钢铸件的热处理、金相组织及力学性能。 目的：细化晶粒，消除魏氏体(或网状组织 或网状组织)和消除铸 目的：细化晶粒，消除魏氏体 或网状组织 和消除铸 造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。 造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。
《铸造合金及其熔炼》总结
《铸造合金及其熔炼》总结前言：全书一共有三部分组成第一篇铸造及其熔炼主要讲的是几种铸铁和铸铁的熔炼重点在第一章，主要内容为铸铁的凝固剂组织形成的基本理论；熔炼部分重点为冲天炉熔炼。
第二篇铸钢及其熔炼，主要讲的是各种铸钢和铸钢的熔炼重点为铸造低合金钢、电弧刚及钢液的炉外精炼。
第三篇铸造非铁合金及其熔炼主要的内容是铝铜等其他非铁合金的性能及其熔炼方法，重点为铸造铝合金及其变质、精炼。
第一篇铸造及其熔炼合金相图是分析合金相组织的有用工具。
通过铁碳合金相图可以知道各种相得相变温度，合金成分含量，为热加工等工艺提供基础2。
铸铁的生产主要讲解了灰铸铁、强韧铸铁、以及其他特种性能铸铁（减摩铸铁，冷硬铸铁，抗磨铸铁，耐热的铸铁，耐腐蚀铸铁）的力学性能特点机械性能特点，金相组织的性能特点，以及铸铁的生产、分类和牌号。
（1）影响铸态组织的因素冷却速度的影响化学成分的影响铁液的过热和高温静止的影响孕育的影响炉料的影响3 铸铁的熔炼--- 冲天炉熔炼1 、冲天炉熔炼基本原理（1）底焦燃烧：冲天炉底焦燃烧可以划分为两个区带：A 、氧化带：从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区域。
B 、还原带：从氧化带顶面到炉气中[CO2]/[CO] 浓度基本不变的区域，从风口引入的风容易趋向炉壁，形成炉壁效应，形成一个下凹的氧化带和还原带，对熔化造成不利影响。
①不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热；②加速了炉壁的侵蚀；③铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降, 影响化学成分。
解决方法：①采用较大焦炭块度，使风均匀送入；②采用插入式风嘴；③采用曲线炉膛；④采用中央送风系统；⑤熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适应。
根据炉气、炉料、铁水浓度和温度，炉身分为4 个区域：（1）预热区（2）熔化区（3）过热区4）炉缸区。
：冲天炉熔炼过程在熔化过程中底焦燃烧而消耗，为了保证整个熔炼过程连续正常进行就必须及时得补充底焦，以此来始终保持底焦的高度。
铸造合金及其熔炼(铸钢及其熔练)
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
3）其它辅料 有氧化剂、还原剂 （脱氧剂）、增碳剂和造渣剂等。 电弧炉用的氧化剂有铁矿石和氧气； 还原剂有锰铁、硅铁、铝、焦炭等；增 碳剂有碎电极、焦炭及专用商品增碳剂； 造渣剂有石灰石、石灰和氟石等。 所有炉料应分类妥善保管，严防混 杂和潮湿。
15
铸造工(高级)
20
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
第三节 铸造非铁合金及其熔炼
一、铸造铜合金 1. 铸造青铜 （ 1 ）铸造锡青铜 锡青铜具有良好的耐磨性、耐蚀性， 同时还具有足够的强度和一定塑性，常用于制造耐磨和耐 蚀零件，如轴套、轴瓦和要求耐蚀的管配件、阀门、泵体 等。铸造锡青铜的锡的质量分数一般在4%～10%范围内。增 加锡量，使塑性下降而强度增高。锡量较高，易产生“锡 汗”。 锡青铜不易形成集中缩孔，所以不用很大的补缩冒口。其线 收缩率不大，铸件变形、缩裂的倾向较小。 为了进一步改善锡青铜的性能，常加入一些锌、铅、磷、 镍等元素。 铸造锡青铜的牌号、成分及性能见表2-11。
18
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
装料完毕，盖好炉盖，检查无误即可通电熔化。炉料的 熔化过程是电极下面的炉料先被熔化，形成三个熔井，随后 电极不断向下移动，炉料不断熔化，经15～25min即达最低位 置，形成三个小井，即所谓“穿井”。随着熔化的进行，炉 底钢液液面上升，电极也应相应地向上回升。于是电极周围 的炉料就会塌落下来，即所谓“塌料”。这样，炉料被逐渐 熔化。为加快熔化过程，可以人工用耙子将边缘离电极较远 而不易被熔化的炉料推到电极下面，这种操作称为“推料助 熔”。在炉内有一定钢液后，也可采取“吹氧助熔”的方法 来加速炉料的熔化。吹氧压力一般控制在0.5MPa左右。吹氧 管从炉门插入钢液内吹氧，但不能深入到炉底或靠近炉壁以 防损坏炉衬。 在熔化过程中，应造好炉渣。目的是为了覆盖钢液，避 免钢液直接暴露在电弧下而吸气和氧化，并在熔化期就能够 脱去一部分磷，同时可稳定电弧。
铸造工程学-铸造合金及熔炼
在铸造过程中，由于合金的收缩特性以及模具结构设计不当等原因，容易导致铸件出现缩孔与缩松缺 陷。这些缺陷会导致铸件局部强度和致密度下降，影响其机械性能和耐腐蚀性。
裂纹与变形
总结词
裂纹与变形是铸造合金冷却和加工过程中常见的问题，会导致铸件报废。
详细描述
在铸造过程中，由于冷却速度过快、模具设计不合理、浇注系统不当等因素，容易导致 铸件出现裂纹与变形缺陷。裂纹会导致铸件强度下降，变形则会使铸件无法满足精度要
熔炼的基本原理
熔炼是指将金属材料加热至熔点以上，使其成为液态，并加入所需的合金元素，通 过搅拌和化学反应等手段，使合金成分均匀混合的过程。
熔炼过程中，金属材料的熔点、密度、粘度等物理性质和化学性质都会发生变化， 这些变化对熔炼过程和产品质量产生重要影响。
熔炼过程中需要控制温度、压力、气氛等工艺参数，以确保合金成分的准确性和均 匀性，以及避免金属氧化、吸气等不良现象。
熔炼温度控制
严格控制熔炼温度，以保 证合金成分的均匀性和避 免烧损。
合金的熔炼与搅拌
通过搅拌和合金化处理， 确保合金成分均匀分布， 提高合金性能。
精炼与除渣
精炼
通过除气、去除非金属夹杂物等手段，提高合金的纯净度。
除渣
去除熔融金属中的熔渣和杂质，以保证铸件的质量和性能。
浇注与冷却
浇注
将熔融金属浇注入铸型中，形成符合要求的铸件。
熔炼技术的创新与改进
真空熔炼技术
利用真空技术进行合金熔炼，可 去除有害气体和杂质，提高合金
的纯净度和质量。
电渣重熔技术
通过电流作用下的熔渣进行二次熔 炼，使金属更加纯净和致密，提高 材料的机械性能。
定向凝固技术
使合金在凝固过程中保持一定的结 晶方向，提高材料的定向性能和机 械强度。
铸造合金及其熔炼
铁－碳双重相图
0.68
2.08
1154℃
738℃
L+G
A+G
F+G
E’
C’
4.26
S’
A
B
C
D
F
G
H
J
N
K
P
P
S
Q
L
E
L+
+
+
L+
+ Fe3C
+ Fe3C
L+Fe3CI
*
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一的相图称铁－碳双重相图
0.68
2.08
1154℃
738℃
L+G
A+G
工艺
快速冷却——按 Fe-Fe3C相图转变 缓慢冷却——按 Fe－G 相图转变，石墨化充分 温度：高温长时间保温有利于石墨化
冷却速度：
*
影响石墨化程度的主要因素
碳以石墨形式析出的现象称为石墨化。
(1)、化学成分
1
碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。 硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。 所以：当铸铁中碳、硅含量均高 时，析出的石墨就愈多、愈粗大，而金属基体中铁素体增多，珠光体减少。
G 抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为3HB。 铸铁的力学性能主要取决于基体组织及石墨的数量、形状、大小和分布。 分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹.
*
⑸ 切削性能好。
⑴ 力学性能低。
G → 分布于基体中 → 空洞、裂纹→ 有效承载面积降低 、受力时石墨尖端处产生应力集中→ 力学性比碳钢↓
铸造合金及其熔炼
第一章1.铁碳相图的二重性从热力学观点上看，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，因此就出现了二重性。
2.对比Fe-G和Fe-G-Si准二元相图，硅的作用有如下各点：1、共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少。
2、硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。
（共晶区：液相、奥氏体加石墨；共析区：奥氏体、铁素体加石墨）3、共晶和共析温度范围改变了，硅对稳定系和介稳定系的共晶温度的影响是不同的。
4、硅量的增加，还缩小了相图上的奥氏体区。
实际意义：对分析铸铁的凝固过程、组织形成以及制定热处理工艺。
3.碳当量和共晶度的意义及表达式。
碳当量：CE=C+1/3(Si+P) 根据各个元素对共晶点的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减。
共晶度：Sc=C铁/Cc=C铁/（4.26%-1/3（Si+P））C铁——铸铁实际含碳量（%）Cc——稳定态共晶点的含碳量（%）Si、P——铸铁中硅、磷含量（%）如Sc＞1为过共晶、Sc=1为共晶、Sc＜1为亚共晶成分铸铁。
4.初析石墨的结晶和初析奥氏体的结晶铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程，包括初析和共晶凝固两个阶段初析石墨的结晶：当过共晶成分的铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下便会析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大。
初析奥氏体的结晶：当凝固在平衡条件下进行时，只有当化学成分为亚共晶时才会析出初析奥氏体。
非平衡条件下，铸铁中存在一个共生生长区，而且偏向石墨的一方，因而在实际情况下，往往共晶甚至过共晶成分的铸铁在凝固过程中也会析出初析奥氏体。
5.亚共晶灰铸铁共晶转变工程示意图（文字）看书6.球墨铸铁共晶转变示意图。
（文字）看书课后习题：分析讨论片状石墨、球状石墨的长大过程及形成条件。
第二章灰铸铁的金相组织特点：由金属基体和片状石墨组成，还有少量的非金属夹杂物。
灰铸铁的性能特点：1、强度性能较差（石墨的缩减作用、缺口作用）2、硬度的特点（布氏硬度和抗拉强度比值不恒定）3、较低的缺口敏感性4、良好的减震性5、良好的摩擦性缩减作用：由于石墨在铸铁中占有一定量的体积，使金属基体承受负荷的有效截面积减少。
第3章-熔炼和铸造
可见提高燃烧的气流速度是有效的 。 2、合金元素的溶解和蒸发 熔炼温度下（700℃）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）： Ti：0.66，Mo：1.38（760℃），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4， 通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶 转变的，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。 在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金 分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小， 蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸 发，在熔炼过程中损失较大。
三、熔体的净化过程
有色金属及其合金熔体在熔炼过程中存在气体、各种非金属夹杂物等， 影响金属的纯洁度，往往会使铸锭产生气孔、夹杂、疏松、裂纹等缺陷， 影响铸锭的加工性能及制品的强度、塑性、抗蚀性、阳极氧化性和外观质 量。 所谓的净化，即是利用物理化学原理和相应的工艺措施，除掉液态金属 中的气体、夹杂和有害元素以便获得纯净金属熔体的工艺方法。熔体净化 包括传统的炉内精炼和后来发展的炉外净化过程。 一般来说，铝熔体含氢量应控制在0.15~0.20ml/100g.Al以下，对于一 些特殊要求的应控制在0.10ml/100g.Al以下。 氢气在熔体中的熔解量与温度的关系如下：
铝及铝合金净化处理可分为吸附净化和非吸附净化。具体包括： 炉内处理： a．惰性气体吹洗法 b．活性气体吹洗法 c．混合气体吹洗法 d．气体—溶剂混合吹洗法 e．静态真空处理 f．动态真空处理 其中：e、f为非吸附净化 常用的溶剂中都含有C2Cl6。C2Cl6为白色晶体，密度为2091kg/m3。 C2Cl6与铝熔体反应生成C2Cl4 和Cl2。其分别和铝熔体继续反应生成AlCl3、 HCl等。 C2Cl6的升华温度为185.5℃，C2Cl4的沸点为121℃，不熔于铝。工业通用 的溶剂是各种碱金属的氯盐和氟盐的混合物。他的净化作用主要是通过其 吸附和熔解氧化夹杂的能力。氯化钾和氯化钠盐等的混合物，对氧化铝有 极强的润湿和吸附能力。氧化铝特别是悬混于熔体中氧化铝碎片，被具有 凝聚性和润湿性的溶剂吸附包围后，便改变了氧化物的性质、密度及形态， 通过上浮很快被除去。 加入少量的氟盐（NaF、Na3AlF6、CaF2）增加熔融金属与杂质之间的表 面张力，提高了溶剂的分离性，防止产生溶剂夹杂。
铸造合金及其熔炼
第一章1、为什么会有双重相图的存在？在学习金属学课程时为什么不太注意这点？硅对双重相图的影响又有何实际意义？第二章1.灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成。
主要的金属基体形式有珠光体、铁素体及珠光体加铁素体。
此外，还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物等。
2.灰铸铁的性能特点：a）强度性能较差b)布氏硬度和抗拉强度的比值较分散c)较低的缺口敏感性d)良好的减震性e)良好的减摩性.3.一般来说,当其他条件相同时,铸件越厚,冷却速度越慢.因此,铸铁件厚壁处容易出出大的石墨片.4.提高浇注温度可稍使石墨粗化.5.普通铸铁中主要有C、Si、Mn、P、S五元素.6.P38 铸铁中各元素对石墨影响表格7.孕育处理：铁液浇注以前，在一定的条件下，向铁液中加入一定量的物质以改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高性能为目的的处理方法。
8.提高灰铸铁性能的途径：a)合理选定化学成分b)孕育处理c)微量或低合金化。
9.应用最广泛的孕育剂：75%Si-Fe。
10.流动性是指铁液充填铸型的能力。
对于普通灰铸铁而言，因它偏离共晶点不远，结晶范围小，初生奥氏体枝晶不发达，故在正常浇注温度下，在铁－碳合金中它的流动性是最好的。
11.铸铁的收缩：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。
12.凡是能提高灰铸铁石墨化能力的因素都有利于防止热裂产生。
13.铸造应力主要指铸铁固态收缩是所能承受的热应力和相变应力。
第三章1.球墨铸铁生产过程的几个环节：1.熔炼合格的铁液、2.球化处理、3.孕育处理、4.炉前检验、5.浇注铸件、6.清理及热处理、7.铸件质量检验。
2.当碳当量过低时，铸件易产生缩松和裂纹。
当碳当量过高时，易产生石墨漂浮现象，其结果是使铸件中夹杂物数量增多，降低铸铁性能，而且污染工作环境。
3.在选择碳含量时，应按照高碳低硅的原则。
4.球化元素：加入铁液中能使石墨在结晶生长时长成球状的元素。
反球化元素：在铁液中会使石墨在生长时无法长成球状的元素。
铸造合金及其熔炼
铸造合金及其熔炼铸造合金是指由两种或两种以上的金属混合而成的材料，通常用于制造复杂形状的零件。
铸造合金具有较高的强度、韧性和耐磨性，同时还具有一定的耐腐蚀性和抗氧化性能。
它们通常用于制造高负荷运行的机械部件、汽车和航空航天零件、医疗设备和通信设备等领域。
铸造合金通常是通过熔炼过程制造的。
熔炼是将金属加热到其熔点以上，使其融化成为液态的过程。
在熔炼过程中，金属经历了一系列化学反应，例如氧化、还原、溶解和合金化等反应。
这些反应是产生所需铸造合金的关键。
在熔炼过程中，金属通常被加入到熔炉中。
熔炉是一种大容量的设备，用于加热和融化金属。
熔炉可以分为燃气熔炉、电弧炉和感应炉等几种类型。
其中，电弧炉是最常用的类型，它通过电极放电产生高温，将金属加热到液态。
熔炼时必须控制热量和化学成分，以产生所需的铸造合金。
在熔炼过程中，需要添加一些合金元素以改善铸造合金的性能。
例如，铝可以用于提高铸造合金的强度和耐腐蚀性，钛可以用于提高铸造合金的高温性能，铜可以用于提高铸造合金的导热性等。
这些合金元素通常以块状添加到熔炉中，随着金属的融化，它们逐渐溶解并与其他金属元素形成一种均匀的合金混合物。
一旦合金达到了所需的化学成分和温度，就可以进行铸造过程。
铸造是将液态合金倒入模具中，并使其冷却硬化的过程。
在铸造过程中，有两个关键的因素：一是铸造温度，二是冷却速度。
控制这两个因素可以获得所需的铸造合金性能。
铸造合金的性能取决于其化学成分、铸造温度和冷却速度等因素。
高强度和高耐磨性的合金通常需要较高的铸造温度和较快的冷却速度。
然而，在某些情况下，较慢的冷却速度可能会导致更优良的铸造合金性能，例如抗腐蚀性能和高温氧化性能等。
因此，在生产铸造合金时必须进行适当的试验和分析，以确保所产生的合金具有所需的性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铸造合金及其熔炼1. 合金流动性及其影响因素？改善流动性措施？液态合金的流动能力，影响流动性的主要因素：――合金成分及结晶特点：层状凝固好、糊状凝固差，中间凝固介于二者之间。
结晶温度范围宽，流动性差。
纯金属/共晶合金/金属间化合物流动性好，随成分偏离这几点，流动性变差，但有例外。
——合金液的物理性质粘度越小流动性越好；表面张力越小流动性越好；结晶潜热越大，流动性越好。
――合金液纯净度（气体、夹杂物含量）气体、夹杂物越多，流动性越差，需精炼处理改善措施：正确选择合金成分：结晶温度范围小，如接近共晶成分合理的熔炼工艺：减少杂质含量一一原材料预处理、高温熔炼、净化/精炼处理变质/孕育细化组织：减小枝晶尺寸、提高临界固相量2. 铸件常见缺陷机理及预防措施：1、缩孔、缩松原因：糊状凝固特性、凝固温度范围宽、较大的共晶膨胀使型腔尺寸增大。
防止措施：一一加大铸型刚度。
发挥石墨化膨胀自补缩作用，无帽口铸造。
――增加石墨化膨胀体积。
提高CE，尤其C,强化孕育，防Fe3C形成。
——减少液态收缩。
适当降低浇注温度。
――优化工艺设计，顺序凝固/同时凝固2、夹渣一次渣：熔炼、球化处理（浇注前）形成的非金属夹杂物进入型腔所致——清渣/过滤、适当提高浇注温度、二次渣：浇注过程及尚未凝固前形成的非金属夹杂物一一浇注系统设计，平稳充型，控制Mg残留量3、石墨漂浮（与可锻铸铁的灰点缺陷区分，看看灰点缺陷，课本94页）原因：初生石墨上浮至铸件上表面/冒口防止措施：控制CE<4.6，厚壁铸件适当降低CE。
低硅原铁水+强化孕育4、皮下气孔：原因：铁水中的Mg/MgS与铸型/涂料中水反应生成措施：适当降低残余Mg及铸型水分，型砂添加煤粉5、球化衰退：原因：球化元素随球化处理后时间延长而损耗一一挥发、氧化、回硫；孕育衰退、石墨核心数量减少、石墨球粗大、畸变措施：保持足够球化元素残留量；清渣防回硫；覆盖防氧化减挥发；厚大件用抗衰退能力强的球化剂（铱基重稀土球化剂）；抗衰退孕育剂、加Bi等微量元素3. 常用铸铁的成份、组织、性能特点及应用？1 ）灰铁：以C、Si、Mn、P、S五元素为主，高牌号时还含有少量Cr、Mo、Cu、Ni、Sn等合金元素；碳主要以片状石墨形式存在，基体为P+F,常以P为主；断口呈暗灰色；铸造性能好、强度较低（<400MPa）、冲击韧性及伸长率很低，导热性、减振性较好。
应用于机床、内燃机、汽车等零件。
（2）球铁：以C、Si、Mn、P、S五元素为主，高牌号时还含有少量Cr、Mo、Cu、Ni、Sn等合金元素及球化元素Mg、RE ；碳主要以球状石墨形式存在，基体可为F、P+F、P、B;断口呈银灰色；铸造性能较差、强度高（达900MPa）、冲击韧性及伸长率好。
应用于曲轴、齿轮、连杆等零件。
（3）蠕铁：成分类似球铁，但Mg、RE较少；基体为P+F ;断口呈斑点状；铸造性能和力学性能介于HT和QT之间，但抗热疲劳性好。
（4）可锻铸铁：以C、Si、Mn、P、S五元素为主，但CE较低，生坯为白口，石墨化退火后呈灰口，石墨呈团絮状，强度、塑性较高，适应于薄壁耐压件5）抗磨铸铁：包括普通白口铸铁：主要以五元素组成，碳当量较低，碳以Fe3C存在，白口，硬而脆，耐磨，常用于受冲击不大的耐磨件；合金白口铸铁：除五元素外，常含有Cr、Mo、Cu、B、Ni等合金元素，碳主要以合金碳化物为主，硬度更高、韧性较好，可用于冲击载荷不太大的耐磨件；冷硬铸铁：成份一般含有较少量的Cr、Ni、Mo等合金元素，且C、Si量较低，急冷层以碳化物为主，内层以石墨为主，石墨可为片/球，常用于轧辊、车轮等；中锰球铁：含有4-6%Mn，石墨呈球状，中国特有，目前应用较少。
（6）耐热铸铁：除五元素外，还含有Cr、AI、Si抗氧化元素及Mo、Ni等热强元素；根据成分不同，碳以片/球/蠕墨或Fe3C/MC 等形式存在，用于咼温件。
（7）耐蚀铸铁：含有较高的Si、Ni、Cr等合金元素，石墨呈片/球，用于酸、碱、盐工作环境零件（重点记住各种铸铁的性能特点）4•说明一下Fe —C双重相图的纯在的原因或铸铁中为什么出现白口（麻口，灰口）现象或铸铁产生不同组织的原因？一、从热力学观点看，Fe—F3C相图是介稳定的，而Fe—C相图才是稳定的，但从动力学观点看，由于形成石墨与形成F3C相比，碳原子扩散更难，所以形成F3C更容易的，所以形成F3C也是有可能的。
二、产生不同组织的原因，1，由于冷却的不同导致共晶凝固温度的高低不同所致2，化学成分不同也会住铸铁组织影响很大，尤其是Si （除碳以外）的影响最大。
5•指明铸铁，铸钢，铸造非铁合金的牌号的表示方法及含义。
灰铁：HT100、HT150、HT200、HT300、HT350、HT400 ——后面数字表示抗拉强度（MPa）球铁：QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2前面数字表示抗拉强度，后面数字表示延伸率。
如QT400-18表示抗拉强度威400MPa，延伸率为18%蠕铁：RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT260，后面数字表示抗拉强度（MPa）可锻铸铁：如：KTH300-06，表示抗拉强度300MPa，延伸率为6% 碳钢：如ZG200-400.表示屈服强度为200MPa,抗拉强度为400MPa低合金钢：：ZG+碳量公称值+元素符号+元素含量公称值（+A ）。
碳含量公称值一一平均碳量的万分之几合金元素含量公称值一一<1.5%不标；1.5-2.49%标“ 2”； 2.5-3.49%标“ 3”，以此类推。
“ A ” 表示优质钢：S<0.03% , P<0.035%如ZG35Cr2V 表示C0.32-0.40%,Cr1.5-2.49%,V<1.5%高合金钢：详见课件铸铝牌号：ZAISi12Cu1MgNi1. ZAl 表示铸造铝合金，Si12Cu1MgNi1表示元素及其公称含量代号：ZL1O1、ZL201、ZL301、ZL401.其中ZL表示铸造铝合金，第一位数字，1表示Al-Si合金，2表示Al-Cu合金、3表示Al-Mg合金，4表示Al-Zn合金。
ZL101 —SB—T6,表示铸造Al-Si合金，砂型铸造（S表示砂型，J表示金属型等课本264页下面小字部分），变质处理，固溶处理加完全人工时效。
6. 铸铁中合金元素的作用1）Ni :促进共晶石墨化、细化并增加珠光体，提高强度、耐磨（、耐蚀、耐热（12）Cu：促进共晶石墨化、细化并增加珠光体，提高强度，改善耐蚀性3）Cr：中强反石墨化、细化并增加珠光体、提高强度及耐热、耐磨、耐蚀性4）Mo、W :细化珠光体及石墨，强化作用较大，提高淬透性、提高高温强度5）Mn :细化并增加珠光体、固溶强化、提高淬透性、促进马、贝转变，>7%时获得奥氏体基体6）V、Ti:强碳、氮化合物形成元素，细化石墨、促进珠光体形成，提高耐磨性、降加工性7）Sn、Sb:强烈促进珠光体，反球化，可用稀土中和，大断面球铁细化石墨球8）Bi、Te：强反石墨化，缩短可锻铸铁退火时间（允许提高硅量，0.006-0.015），反球化，可用稀土中和，大断面球铁细化石墨球（0.005%Bi），9）Pb:灰铁有害，反球化，RE中和，大断面球铁消除厚片G（0.003%）10）Zn：脱氧（0.3%）、细化石墨、提高强度、硬度（0.1-0.3%）7. 铸钢为甚要进行热处理？说明目的。
铸钢件铸态组织一般纯在较严重的枝晶偏析，组织不均匀，以及晶粒粗大和魏氏组织，尤其是不耐冲击性是是其必须进行热处理的根本原因目的：细化组织，消除应力，消除魏氏组织等8. 铸造铝合金的精炼目的，方法。
目的：除气，减少氢含量；除渣，减少非金属夹杂物含量，去除有害杂质元素如Zn、Na、Ca等方法：炉内精炼与炉外精炼、吸附法、非吸附法、过滤法9. 细化Al-Si合金组织的原理和方法初晶Si的细化：P细化，机理为：形成AIP作为Si形核的非自发形核的核心。
加入方式：赤磷、磷盐、AI-P中间合金、Cu-P 中间合金共晶硅的细化一一变质，机理：抑制硅的形核与生长、促进 a -Al的形核，增加结晶过冷度、改变硅的生长方式，常用变质元素：Na、K、Sr、Sb、Ba、RE、Te。
变质元素加入方式：纯钠（铝桶定量包装，国外用）、钠盐（NaF、NaCO3-Mg ）/锶盐、Al-Sr 中间合金/Al-Sb/Al-Ba/Al-RE 、纯碲。
10. ZL102 一般不进行热处理的原因是因为Si在Al的固溶量很少，热处理强化效果不好。
（个人看法）11. Al-Si合金为什么流动性最好的点不在共晶成分，而在含Si16%-18% ?原因是硅的结晶潜热大，初晶硅呈板块状，在液体中分散分布、不易形成固态骨架。
且Si减小线收缩、体积收缩、热裂倾向，改善致密性，从而改善铸造性能。
共晶成分的综合铸造性能最好12.Si对铝合金的影响Si提高铝合金的强度（第二相、界面强化）、但降低塑性（Si本身是脆性相）。
Si改善耐磨性（软基体+硬质点）Si降低热膨胀系数、改善体积稳定性Al-Si合金热处理强化效果不明显、组织稳定性好、高温性能好。
变质处理、可显著细化Si，提高室温力学性能，但Si尺寸太小对高温强度、耐磨性利。
13,铸铁孕育目的及其机理及其方法和球化机理孕育目的：（1）减少或消除过冷倾向（自由渗碳体）（2）增加石墨结晶核心、细化石墨尺寸（3）改善石墨形状（QT-石墨园整度，HT-防止D型石墨）（4 ）减小组织及性能的壁厚敏感性（5）强化和细化基体组织（6 ）提高力学性能及切削加工性能孕育机理：SiO2-FeO核心说；SiO2核心说；石墨核心说；硫化物核心说；硫化物-氧化物核心说；碳化物核心说等起伏理论：铁液本身存在“结构起伏”，孕育剂加入使“温度起伏”，孕育剂的扩散造成“成分起伏”，共同作用产生碳过饱和区一一石墨析出。
随着时间延长，温度起伏、成分起伏减小，析出石墨重溶，孕育衰退。
孕育方法：包内孕育、瞬时孕育（型内孕育、随流孕育、浮硅孕育、喂丝孕育）、二次孕育球化机理：气泡学说一一石墨球在气泡中长大吸附学说一一球化剂吸附在石墨周围，限制石墨生长核心学说一一硫化物核心，自发形核详见课件14铸造合金熔炼的作用是什么？熔炼设备的特点？作用：提供化学成分符合要求、温度合适、杂质含量低的合金熔体，并要满足生产平衡要求、环保要求、节能降耗要求熔炼设备的特点：感应电炉一一较小（小于5吨）、快、非连续、易控制、合金元素损耗少、只熔不炼，对原材料要求高，适于各种合金熔炼电弧炉一一大（大于5吨）、熔炼、对原材料要求较低，尤其适应于大型铸钢冲天炉一系列（1-30吨）、连续、成分控制难度大、有污染、成本较低，仅适应于铸铁电阻炉坩埚炉——较小、非连续、适应于熔点较低的有色合金燃油、燃气反射炉一一产量大连续、主要用于铝合金15. 雨季生产铸铁（如是铝合金请看课件，原理差不多）易出现气孔缺陷，分析其原因？在雨季主要形成析出性气孔，反应性气孔，侵入性气孔析出性气孔形成原因：铁水高温溶解大量的N、H原子，在铸件凝固过程中，随温度下降，N、H溶解度下降，并以气体形式，如来不及溢出，便在铸件中形成气孔反应性气孔：铁水中的碳与FeO反应生成CO气体，雨季时，由于空气湿度比较大，金属表面迅速氧化，同时，空气中的大量水汽随风吹入炉内，产生大量氢气的同时还会降低铁液的温度，使铁水极度氧化，生成更多的FeO，从而产生更多的CO 气体。