铸造合金及其熔炼复习题

铸造合金及其熔炼复习思考题铸铁及其熔炼什么是 Fe-C 双重相图，哪一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？1.概念：在铁碳合金中，碳有两种存在形式，一种是渗碳体，其中碳的质量分数是6.69%；另一种是游离状态的石墨，碳的质量分数是100%，由于从热力学的稳定性上看石墨更加稳定，而从动力学上看生成渗碳体更加容易。

因此铁碳合金的两个二元系都有可能发生，将其叠加就是二元双重相图；2.稳定：石墨的自由能低于渗碳体，因此石墨是更稳定的相，而渗碳体是介稳定相，而铁-石墨相图是稳定性倾向的，最终形成的是稳定的石墨而不是介稳定的渗碳体，故满足热力学观点；3.影响：冷却速度较大时倾向于介稳定系转变，且时间短原子扩散不充分，所以碳以渗碳体形式析出，形成白口组织；冷却速度较小时倾向于稳定系转变，原子扩散时间充足，有利于石墨化，故碳以石墨形式析出，形成灰铁组织；4.硅的加入：1)共晶点左移，出现了共晶和共析转变的三相共存区2)共晶温度范围扩大；3)减少了共晶点的含碳量。

5.铬的加入：1)共晶点左移；2)共晶温度范围缩小；什么是碳当量、共晶度，有何意义?1.碳当量：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，就是碳当量CE，将碳当量与共晶点碳量进行对比就可以看出某一成分铸铁偏离共晶点的程度。

2.共晶度：铸铁的实际含碳量与共晶点的实际含碳量的比值，就是共晶程度Sc，Sc值也能看出偏离共晶点的程度，且结合CE可以间接推断铸铁铸造性能的好坏以及石墨化能力的大小。

片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨的形成条件是什么，它们与奥氏体的共晶过程有何异同点？1.片状石墨（A型），生核能力较强，要求冷却速率较低、过冷度小，且铁液要有足够的碳当量以及适宜的孕育量，没有激冷；2.球状石墨，要求有较大的过冷度和较大的铁液和石墨间的表面张力；3.蠕虫状石墨：要求冷却速率低，过冷度小，否则蠕墨比例下降，且要添加低于处理球墨铸铁所要求的球化元素数量，使之达不到完全的球化程度。

铸铁一次结晶后的冷却过程中有那些相变，对铸铁最终组织有何影响？第八页化学成分（C、Si、Mn、 Cr、Cu 等）、冷却速度对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？第九页灰铸铁中石墨的分布有那几种类型，对铸铁的性能有何影响，它们的形成与化学成分、冷却速度及石墨的形核能力有何关系。

有6种常见石墨类型：A型片状：生核能力较强，要求冷却速率较低、过冷度小，且铁液要有足够的碳当量以及适宜的孕育量；B型花状：中心为D型，外围为A型，开始时过冷度大，生核条件差，后期过冷度减小；C型块状：过共晶成分，冷却速度慢，过冷度小；D型枝晶点状：碳当量低，生核条件差，初析奥氏体多，冷却速度快，过冷度大；E型枝晶片状：碳当量更低，冷却速度慢，过冷度小。

灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？1.基体：珠光体型、铁素体型、珠光体+石墨型；2.非金属夹杂物1)硫化物MnS---高熔点、颗粒状Fe-FeS-Fe3C共晶，分布于晶界2)磷共晶二元： Fe+Fe3P三元： Fe+Fe3P+Fe3C，呈网状分布3.影响：1)磷共晶吧本身是硬且脆的组织，细小颗粒在铸铁组织中呈孤立、均匀分布时，可以提高铸铁件的耐磨性。

反之，若以粗大连续网状分布时，将降低铸件的强度，增加铸件的脆性2)MnS是细小而无害的夹杂物，散乱地分布在金属基体中，有助于改善铸铁的加工性能、提高工具的寿命；但FeS或三元共晶在铸铁凝固过程中偏析于共晶团界面的液相中，阻碍共晶团的成长，使共晶凝固时的过冷度增加，因而使铸铁的白口倾向增大。

灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？性能特点、组织关系1)强度性能差，由于石墨切割作用，与石墨尖锐程度有关；缩减作用，与石墨数量有关2)减震性好 : 由于石墨可以吸收振动能量。

3)减摩性好: 由于石墨本身有润滑作用。

4)导热性好: 石墨导热好5)缺口敏感性小：石墨已经有割裂，相当于有很多微孔。

车辆应用：汽车离合器轴承座；制动鼓、制动盘；发动机缸体，缸盖；影响灰口铸铁组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径和措施。

影响第35页（详细），化学成分、冷却速度和孕育处理；1)促进所有结晶阶段石墨化，如:C、Si、Al2)阻碍所有结晶阶段石墨化,如:Mn、S、Cr 、Mo、V3)促进共晶石墨化，阻碍共析石墨化，如：Cu、Ni4)含量高阻碍石墨化，微量促石墨化，如：Ti、Zr、Ce措施：化学成分方面：1)在碳当量 CE 保持不变的条件下，适当提高 Si/C.2)增加初析奥氏体量3)减少石墨4)强化铁素体5)减少白口倾向6)提高共析温度，粗化珠光体，降低强度孕育处理1)促进石墨化、降低白口倾向2)减少断面敏感性低合金化处理1)加Ni、Cu、Mn、Cr、Mo、V，细化石墨，固溶强化。

灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，铸铁孕育剂有那一些，如何避免和减少孕育衰退？意义：2)促进石墨化、降低白口倾向3)减少断面敏感性4)削除过冷石墨5)适当提高共晶团数和促细片珠光体的形成原则：孕育前有一定的白口倾向；孕育剂：，一般为75SiFe,含有少量Ca、Ba、Al、 Ce，加入量02%-07%避免：1)在孕育处理过程中，防止孕育剂被炉渣包裹无法进入待处理铁液中；2)向铸铁孕育剂中加入孕育增强剂；3)在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度；4)孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量和具体的处理方法来选择说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？主要过程：熔炼、球化处理、孕育、炉前检验、浇注原则：既要有利于石墨球化，又要保证基体，基本元素为：1) C 、Si: CE=4.6-4.7%2)将Mn、P、S限制在低水平3)合金元素 Mo、Cu、Ni、Cr、Sb4)微量元素、Ti、Pb、As低不同：1)化学成分要求严格，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量2)铁液出炉温度比灰铸较铁更高，比补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失3)进行球化处理，即往铁液中添加球一化剂球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？1.镁基球化剂（常用）、稀土镁合金球化剂2.球化处理方法：冲入法、自建压力加镁法、转包法、盖包法、型内法和钟罩法详细第58页球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？1.原因在球铁生产中，如果化学成分选择不当，球化剂加入量过多或孕育剂量加入不足，就会在铸态组织中会出现一定数量的自由渗碳体，2.措施采用高温石墨化退火,使自由渗碳体在高温下分解成奥氏体和石墨,以改善铸件的切削加根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性（铁素体）、高强度（珠光体）球墨铸铁的途径与措施。

铁素体型：1)化学成分控制：适当提高碳当量，限制锰、磷、硫含量，防止铬、钨等合金元素的带入；2)限制球化剂中稀土元素含量，，防止球化元素过高；3)加强孕育处理，细化石墨球；4)采用瞬时孕育处理增加石墨球数量。

珠光体型：1)控制化学成分，适当提高锰的含量，稳定珠光体，适量添加铜或含铜生铁、铬等；2)加孕育避免一次碳化物；3)加大共析区间的冷却速度，采用高温开箱等工艺。

薄壁铸态球墨铸铁件、厚大断面球墨铸铁件生产存在哪些问题，如何解决？薄壁件：冷却速度快，易出现白口主组织；解决：1)化学成分选择高 CE （ 5.0%），低 Mn,Cr,V；2)强化孕育，孕育剂加Bi,RE/S:3-63)采用瞬时孕育厚大件：冷却速度慢，导致：1)石墨球数少，球径大；2)形状差（碎块状）3)成分偏析产生晶间碳化物4)缩松、石墨漂浮解决1)化学成分选择低 P（0.04%、S（0.01%）、低 CE （ 4.1-4.4%）；2)加微量 Sb3)加强孕育4)提高冷速，加冷铁5)采用金属型，型内通水冷却某汽车发动机曲轴要求材料抗拉强度大于 700MPA，伸长率大于 2，试为其选择一种铸造合金材料及其熔炼工艺。

QT800-2就很合适；工艺：1)选用纯度高的生铁，铁液温度1550度，出铁温度至少1530度；2)孕育剂用高温低硫孕育剂，含硫量要求小于0.05％。

含量不能超标。

为了防止有害元素的干扰，空炉熔炼。

3)采用Cu-sn合金化，Cu可以促进石墨化改善石墨形态，提高石墨球的圆整度，并使石墨球的数量增多Sn能稳定铸铁的珠光体，并使石墨细化分布均匀把Cu和Sn放入包中。

球墨铸铁为什么比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，有哪些防止措施？1.原因;球墨铸铁的与灰铸铁相比1)石墨核心多，共晶团尺寸细小；2)流动性较差（球化剂添加所致）:3)收缩大，易形成缩孔、缩松缺陷:4)糊状凝固特性，共晶膨胀力大所导致2.措施:1)采用刚性大的铸型；2)合理应用冒口、冷铁；3)采用顺序凝固的原则进行补缩；铸铁的热处理与钢的热处理比较有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？热处理特点：1)调整幅度大：铸铁共析转变有较宽的温度范围。

在此温度范围内稳定平衡及铁素体、奥氏体及介稳定平衡，只要控制不同的加热温度和保温时间，冷却后即可获得不同比例的铁素体和珠光体。

2)铸铁组织存在高碳相，相当于碳的集散地，控制热处理温度和保温时间，就可以得到不同组织与性能。

3)铸铁中杂志含量高，在结晶过程中晶内和晶界处往往会有较大成分差异，，在同样的共晶团晶界处也会有成分差异，使得热处理后组织在微观上会有一些差异。

工艺：1)消除内应力低温退火：将铸铁加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却使铸铁完全过渡到稳性温度范围，至200-250℃即出炉空冷2)高温石墨化退火：将铸铁件加热至Ac3+(30-50℃),保温一段时间进行第一阶段石墨化，然后根据对球墨铸铁基体要求的不同采用不同的冷却方式。

加热温度一般为900-960℃，保温2-4h，组织球状石墨和奥氏体；3)高温完全奥氏体化正火（Ac1上限加30～50℃），以获得尽可能多的珠光体组织为目的；4)部分奥氏体化正火（Ac1上、下限之间），加热温度处于奥氏体、铁素体和石墨三相共存区域，仅有部分基体转成奥氏体，而剩下的部分铁素体则以分散形式分布；5)等温淬火：下贝氏体等温淬火的等温温度为260～300℃：上贝氏体等温淬火的等温温度为350-400℃，时间一般为60-90min。

蠕墨铸铁有何性能特点？性能特点：1)强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，2)热疲劳在一定条件下高于前二者蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？不同1)CE:4.3-4.6%，低C高Si原则；2)Mn: 0.4-0.6% 、P: 小于0.07%、S：0.02-0.06%合金元素3)Sb(0.008-0.01%), Cr(0.15-0.30%)，增加珠光体；4)高 Si 、加 Mo，提高热疲劳性能：蠕化剂：1)稀土硅铁；2)稀土镁钛合金；蠕化工艺：一般采用冲入法；根据可锻铸铁生产工艺过程，分析说明为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产有优越由于工艺过程是先浇铸成白口铸铁件，之后将白口铸铁件加热到900~980℃，经过石墨化退火可锻铸铁的石墨化退火退火时若采用缓冷，可得到黑心可锻铸铁；若快冷，由于冷却速度较快，最终将得到珠光体可锻铸铁由于生产可锻铸铁需要先获得白口铸铁，所以铁液中促进石墨化的元素碳和硅的含量比灰铸铁的含量要适当的低一些，以保证获得白口组织。