铸造配料大师

第五章 合金的熔炼与浇铸1、铸铁的基本元素有哪些？各自的作用如何— 对组织性能的影响?
答：铸铁的基本元素为：碳（C）、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)五大元素。五大元素对铸铁组织性能的影响：（1）、碳本身就是构成石墨的元素，在铸铁中是促进石墨化元素。但碳量过高，力学性能降低。
（2）、硅是强烈促进石墨化元素，但硅量过高，易使石墨粗大，力学性能降低，若含硅量过低；则易出现麻口或白口组织。
（3）、硫在铸铁中是有害元素，它以FeS的形式完全溶解于铁液中，并能降低碳在铁中的溶解度。此外，硫在铸铁中还能恶化铸铁的铸造性能，当铁液中存在有大量硫化物时，就会降低铁液的流动性，补缩性能差，容易产生裂纹等缺陷。因此，在灰铸铁中一般将含硫量限制在0.1－0.12%以下。
（4）、锰在铸铁中首先表现出抵消硫的一些有害作用上，因此铸铁中含有适量的锰是有益的。通常锰的含量应控制在06－1.2%范围内。
（5）磷能增加铁水的流动性和提高铸铁的耐磨性，即铸铁的硬度随着含磷量的增加而增高，韧性则降低。因此，普通灰铸铁中一般将含磷量限制在0.3%以下。磷对铸铁的石墨化影响不大。
2、铸造碳钢的基本元素有哪些？各自的作用如何?
答：碳钢的基本元素有：碳（C）、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)五大元素。铸造碳钢是熔模铸造生产中应用极为广泛的材料。碳钢的主要元素是碳，其含量为0.12－0.62%。改变含碳量可在很大程度上改变钢的机械性能。此外，钢中含有硅、锰、磷、硫四大元素，硅、锰有脱氧和去硫作用，但且含量变化不大，对性能的影响也不大。磷、硫在钢中均为有害元素，并在不同质量要求的钢中均有一定的限制。磷和硫在钢中含量越少越好。
3、铸造合金钢常用的合金元素有哪些？加入的目的是什么？
答：（1）含碳量越高，钢的硬度越高，耐磨性越好，但塑性及韧性越差。
（2）硫是钢中有害元素，含硫量较多的钢在热压力加工时容易脆裂，这种现象通常称为“热脆”。
（3）磷能提高钢的强度，但使钢的塑性及韧性明显下降，特别在低温时影响更为严重，这种现象通常称为“冷脆”。
（4）锰能提高钢的强度，消除或削弱硫的不利影响，并能提高钢的淬透性。锰还能部分或全部代替镍来生产奥氏体不锈钢。高锰耐磨钢还具有良好的耐磨性。
（5）硅除了能提高钢的强度、弹性外，还能提高屈强比（σs/σb）和疲强比(σ-1/σb）,但使塑性和韧性降低。硅能提高钢在加热时的抗氧化性。电工用钢中含硅量较多，目的是改善其电磁

性能。
（6）钨可提高钢的硬度、耐磨性、强度，尤其能提高钢的红硬性和回火稳定性。钨还能减轻氢对钢的有害作用。
（7）铬能提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性。当含铬量在26%以内时，钢的冲击韧性随含铬量的增加而提高。铬还能显著提高钢的抗腐蚀能力。
（8）钒对钢的性能影响主要决定于碳化钒（V4C3），它使钢的硬度和耐磨性提高。少量的钒还能细化钢的晶粒，有利于机械性能的提高。
（9）钼能提高钢的强度、耐磨性、冲击韧性、淬透性、热强性。但使剩磁和矫顽力增加。
（10）钛能细化钢的晶粒，提高其机械性能和热强性。在不锈钢中，钛能消除或减轻晶间腐蚀现象。
（11）镍能提高钢的强度、韧性和抗疲劳能力。镍与铬配合具有明显的抗腐蚀能力。但镍增加了氢在钢中的溶解度，易产生“白点”缺陷。
（12）钢中含有微量（0.001－0.005%）硼时，其淬透性可以成倍提高，特别是表面渗硼，可明显提高其表面硬度、耐磨性和抗蚀能力。
（13）铝能细化钢的晶粒，固定钢中的氧和氮，提高钢的屈服点（σs）和屈强比(σs/σb)，减轻或消除钢的时效现象，提高钢的冲击韧性。铝还能提高钢的抗氧化性和抗硫化氢的侵蚀。
（14）铜能改善低合金结构钢的抗大气腐蚀性能，特别是与磷配合使用时效果更为显著。
4、熔炼时炉料怎样配制？各种合金元素的添加顺序如何？
答:1) 工艺要求：
炉料及铁合金必须符合要求的化学成分。
炉料应清洁干燥、无锈、无杂物。
不同材质的炉料应分开堆放。
2) 操作程序：
根据合金牌号、技术要求，确定控制化学成分及元素在熔化时烧损，计算炉料各元素量，炉料中各元素的含量应比确定的量高即包括烧损量，各元素含量按下式计算：
K ＝K0/ （1 －S ）
式中：K －炉料中某元素的含量（% ）
K0 －钢液中某元素的控制含量（% ）
S －某元素的烧损率（% ）

根据炉料总重量，计算出各元素应有的重量；
计算出回炉料中各元素的重量；
计算出新料中各元素的重量；
将炉料总重量中各元素的重量减去回炉料、新料中各元素的重量即为各元素的不足量，不足的元素量可用铁合金补充；
将计算结果相加，并核对是否符合配料成分要求。
3) 合金元素的添加顺序:
合金元素烧损率低的先加入；元素烧损率高的后加入。
4) 注意事项：
严格称量，经常检查称量仪器，保证准确无误。
严格控制炉料质量，要求清洁、干燥、无锈、无杂物。
严禁混料。

5、感应电炉炼钢时采用哪些脱氧剂？加入次序如何安排？为什么？
答：常用的脱氧剂有：锰铁、硅铁、硅钙合金和铝块；锰铁、硅铁为弱脱氧剂，加入温度应低点，先加锰铁，后加硅铁，再加入硅钙合金，硅钙合金属于复合脱氧剂；有强化脱氧的效果，一般的碳钢件很少使用。铝是很强的脱氧剂，由于熔点低、烧损大，因此通常在钢水静置后，钢水出炉前加入。原理：先用硅铁脱氧，[Si]+2[O]=SiO2固，生成SiO2，夹杂物熔点高达1720℃，很难清除；只有先用锰铁脱氧，[Mn]+[O]=MnO液，再用硅铁脱氧，相互结合形成MnO·SiO2，而MnO·SiO2夹杂物熔点（1291℃）低、易上浮，很容易清除干净；再用硅钙合金进行扩散脱氧，生成CaO·SiO2，也容易清除干净。
6、熔炼浇铸操作守则。
答：A、熔炼操作工艺
1) 设备检查
检查半导体变频装置的电源，输入电压（表）应正常；检查各冷却水系统应正常，并无渗漏现象；检查炉体倾倒装置应正常；检查炉衬（坩埚）应无横向裂纹，对腐蚀的炉膛部分及炉口进行清理与修补。
2) 炉料准备
(1)按浇注产品的材质牌号要求，对各种回炉材料进行称量（同牌号浇口棒，回炉料，废产品等）
(2) 对废钢材进行称量
(3)对上述称量出的炉料，计算出各种元素的含有量，对照其元素的烧损率，计算出各元素补充量。
(4)根据计算出的补充量，进行各种合金的称量（含脱氧剂硅钙和铝）。
(5)对浇口棒，回炉料，废零件，废钢料应保证其干净，无油漆，严重锈蚀，油污等脏杂物。当存在严重锈蚀油污时，应提前经过烧烤或抛丸等方法将其去除后方可入炉熔炼。
(6)将所有配入的合金（含脱氧剂、造渣剂、浇口覆盖剂）均须保持干燥，必要时应放入焙烧炉中烘烤，以除去水分。
3) 熔炼操作程序
(1) 打开各冷却水阀门。水压不小于0.15Mpa。
(2)
装入炉料。装料的原则：熔点高、难于熔化、不易氧化的装入底部，包括吸收率低的炭精均应装在炉底。底部、中部应加夹小块，装料紧密，使炉料产生磁场密集，熔化快。、上部大块松散，使其自重下落，预防"搭桥"。
(3) 接通电源，按中频半导体变频装置操作规范。调整各功率因素（表），使熔炼快速进行。
(4) 当炉料熔化时，先进行配制炉料的加入,保留15%-20%的同牌号回炉料等到炉前化验合格的加入。
(5) 当炉料熔化开始出现液面时，应加入适量造渣剂（覆盖剂），以减少金属液面与空气的接触，减少吸气与氧化。
(6) 当炉料熔化80%左右时，进行除旧渣造新渣。并保持金属液面覆盖。
(7)

当金属液温度升到1550℃左右时，加入锰、硅铁进行予脱氧，包括对锰、硅元素的补充。
(8)取样做炉前分析，炉温进行保温。根据分析结果报告，进行元素含量调整。
当化验成份符合材质要求时，加入保留15%-20%的同牌号回炉料。
(9) 当炉温达到1580－1600℃时，进行精炼，除去旧渣，加入硅钙并造新渣。同时停止送电，使钢水静置1－2min，然后再送电升温。
(10) 测量温度，当炉温达到工艺规定的浇注温度时，加入纯铝进行终脱氧。并除渣，清理炉口，准备浇注。
(11)如钢水量大，产品壳模多，浇注时间较长时，浇注一半时用纯铝进行再脱氧。
4) 熔炼操作注意事项
(1) 凡是加入炉内的所有材料，辅料必须无油漆、无严重锈蚀、油污，以减少炉内气体形成。
(2) 为保证安全，加入液体中的料品，应预热彻底去除水分，以免冷料、含水料品加入时引起爆炸。
(3) 冷料清理与加料。禁止向冷炉重力敲击，以免炉膛产生裂纹。
(4) 熔炼过程中，应经常观察感应圈冷却水温度，感应圈周围有无异常，以可提前觉察漏炉，避免事故发生。
(5) 炉工与浇注工应做好协调密切配合，使熔炼出炉与壳模焙烧时间处于最佳状态。
(6) 炉工浇注工必须清楚了解每个产品的图号、结构再根据工艺卡片，来选择确定出炉、浇注温度、流速、压力，以保证浇铸质量。
(7) 炉工、浇注工工作中必须穿戴好劳动防护用品，遵守安全操作守则。做到安全生产无事故。
B、浇注操作要求
(1) 浇注的壳模应保证高温焙烧良好。
(2) 壳模的浇注温度应控制在700－850℃范围内（小件、薄壁件更高，以便于充型。）
(3) 浇注时，尽量使钢水对准壳模浇口杯心浇入，不使钢水擦边产生旋涡，以防巻入气体。
(4) 浇注时，应根据产品形状，壁厚选择浇注压力，对薄壁难以浇足的产品，浇注时应随钢水浇入后随之将模壳下降，使流量、流速、浇注压力加大。
(5)
浇注速度，浇注速度凡用炉子直接浇时，应有炉工掌握。一是炉子出钢口槽要较深；二是倾倒速度要快（当然还要靠浇注人员将壳模对准，收流快，炉子返倾快）。
(6) 钢水浇注后保温。为使浇后钢水达到顺序凝固目的，起到良好补缩作用，钢水浇注后，稍停片刻将保温（覆盖）剂撒于其浇口上。
(7) 壳模铸件保温。为预防有些形状复杂零件的变形及裂纹（尤其厚薄相交悬差大的）。
（8）浇铸注意事项
a.应使从焙烧炉中取出型壳至浇注的时间要尽量短，以避免型壳温度下降过多。
b.浇注时要加快操作速度，使每炉

钢水尽快浇完，防止钢水再次氧化。
c.浇注时应避免渣随钢水流入型壳中。
d.下列情况不应浇注：型壳末烧好，钢水温度不够，钢水打渣不干净等。
e.对易产生缩孔、缩松的铸件，浇注后可在浇口杯上撒发热剂，以加强浇口的补缩作用。
7、化验员的岗位责任制度。
1)、化验员必须按照光谱仪操作规程进行操作；
2）、对当班需浇注的型壳进行合理的编排；
3）、根据生产流程卡规定的焙烧温度、合金液的浇铸温度进行调整（指调整焙烧炉温控仪）与记录；
4）、化验成份出现偏差时，必须根据理论要求数值,算出所加元素的需求量。
注：钼丝加入量比钼铁少一半。贵重金属元素配料时取下限.
8、常用牌号熔炼浇注温度是多少？为什么？
答:熔炼浇注时的合金液温度确定是根据材料的熔点，再加上合金液的过热度（Δt）。
常用牌号的铸铁件、碳钢件主要为五大元素：碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)；灰铸铁的熔点公式为：
TL=1536-[78×(C%)+7.6×(Si%)+4.9×(Mn%)+34.4×(P%)+38×(S%)]
由于铸铁的牌号越高，含碳（C%）量越低，因此，铸铁牌号越高，熔点越高。
由于碳钢里面的含硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)量较低，因此，碳钢的熔点计算（简易）公式为：TL=1536-78×(C%)
由此可以得出，含碳（C%）量越高，熔点越低。
即含碳量越高，浇注温度越低；含碳量越低，浇注温度越高。
合金钢材质以及不锈钢材质的熔点计算公式非常烦杂，总归熔点温度与含碳量关系最大，含碳量越低，熔点温度越高。
备注：为了更准确地掌握铸件的收缩率，特编制以上各材料浇注温度。因为钢水的过热度△t=80－120℃时，流动性最好，收缩率较稳定；但当△t＞120℃时，收缩率增大，铸造缺陷也相应增多。铁水的过热度△t=180－220℃时,为最佳浇注温度。而由于硅溶胶型壳的透气性比水玻璃型壳的透气性差，水玻璃型壳的透气性又比砂型铸造的透气性差，所以不同的铸造工艺，合金液的浇铸温度也不同。
9、浇铸时合金液温度如何控制。
答：测量温度虽然重要，但更重要的是如何控制浇注时的合金液温度。根据中频电源控制柜面板上的功率表、电压表来操作。通常为：功率表调节至原功率的50%左右时为保温（100kg炉约100kw,50kg炉约65kw；）功率表调节至原功率的60%时左右为继续升温；功率表调节至原功率的40%时左右为降温。当测量温度过高或过低时应给予调整：满功率时，合金液每分钟上升大约50－75℃(约1℃/s),关闭电源时合金液每分钟下降约30－50℃。另外，还要根据炉子的坩

埚大小、深浅、铸件的材质等加以确定。
10、预防铸件产生气孔的措施有哪些？
答：熔模铸钢件的气孔分为：析出性、侵入性、卷入性、等三种类型。
气孔是熔模铸造常见的缺陷之一。气孔是气泡在液体金属凝固结壳前来不及浮出而留在铸件内部形成的一种孔洞缺陷。
1）、析出性气孔
此种气孔是指由液体金属中析出的气体而形成的气孔。此种气孔的形状可以是球形、不规则形、针孔。（在凝固前期析出形成的气孔可能呈球形，但在凝固后期气孔的形状受凝固界面的影响较大，而呈不规则形状。）

析出性气孔又分为：过溶析出性气孔和反应析出性气孔。
（1）过溶析出性气孔
此类气孔是由于溶入液体金属中的气体呈过饱和析出而形成的。
此类影响的气体主要是氢和氮。（氢不仅能在钢中产生气孔，而且能引起裂纹。）钢中氢的来源主要来自水分和铁锈。（当炉料、工具、炉体等受潮时，水分在高温时分解，H
2 O→2H+0；分解产生的氢原子极易被钢液吸收。）因此防止此类缺陷的主要措施是清洁炉料和保待炉体、浇包、炉料、铁合金、造渣剂、工具等干燥。
一般说氮对钢中气孔的影响很小。
（2）反应析出性气孔
此类气孔是由于液体金属中发生化学反应产生的气体析出而形成。影响最大的是氧。
此类气孔可能呈现三种形态：
①、当钢液严重氧化时，FeO高；
②、当钢液脱氧不完善时，FeO高；
③、当钢液脱氧后残铝量不够，浇注后产生二次氧化，形成FeO高。
预防措施：
①、清洁炉料，特别是铁锈严重的炉料应经除锈处理。（铁锈不仅带入FeO而且带入了H2 O，H2 O分解引起钢液吸氢。）
②、快速熔炼。（缩短高温冶炼时间。）
③、充分脱氧。（用AL量一般为0.04%－0.06%，不允许超过0.15%）
2)、侵入性气孔
气体将侵入液体金属而形成气孔。
一般指制壳，气体来源主要是型壳方面。
避免措施：
①、受潮型壳不得浇注，应力求热壳浇注；
②、制壳时避免涂料堆积，硬化不充分；
③、焙烧应充分。
3）、卷入性气孔
卷入性气孔的气体来自型腔，其中主要是大气。（与型壳透气性有关。）
防止措施：
①、铸造方案设计时应方便排气，尽量使液体金属能平稳有序的充型。
②、薄壁铸件充型末端建议设置集气包、溢气槽、排气边、出气口。
11、防止铸件产生缩孔、缩松的基本措施是什么？
答:缩孔
(1)特征：铸件内部有大而不规则的、孔壁粗糙的孔洞，

称缩孔。
（2）形成原因：铸件某部位在合金液态收缩和凝固时，得不到液体金属的补缩，就会在该处产生缩孔。
（3）防止措施：
铸件结构要符合铸造原则；合理地设置浇注系统；合理组模；
型壳和金属液浇注温度要合适；
5）浇注时要浇满，或加保温剂。
缩松
（1）特征：铸件内部有许多细小、分散且形状很不规则、孔壁粗糙的孔眼，称缩松。
（2）形成原因：浇注系统设计不合理。
（3）防止措施：合理设置浇注系统。
12见下篇。
13、简述中频感应电炉断水、断电应急措施。
答：中频感应电炉熔炼时，感应啳是靠冷却水散热的，中频电源柜内的可控硅、电抗等也是如此；如果断水、断电应立即放入备用水（如自来水等），以便散热。因此，熔炼前必须检查水源是否充足（是否符合要求的水压），如发现问题应立即报告有关人员，采取相应的措施解决。
14、熔炼浇铸工艺
（详见熔炼浇铸工艺守则）
/html/rmzz/2009/0101/10.html

类别：铸造与金属工艺处理