合金及熔炼 (1)
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。
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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。
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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
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第三章 铸造合金及其熔炼
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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
铝合金熔炼工艺流程和操作工艺
铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一)装料熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。
装料的原则有：1、装炉料顺序应合理。
正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制。
装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。
熔点易氧化的中间合金装在中下层。
所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。
小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。
中间合金有的熔点高，如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散；使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。
炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。
炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。
2、对于质量要求高的产品（包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等）的炉料除上述的装料要求外，在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂，在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂，这样可提高炉体的纯洁度，也可以减少损耗。
3、电炉装料时，应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm，否则容易引起短路。
熔化炉料装完后即可升温。
熔化是从固态转变为液态的过程。
这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。
A、覆盖熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。
气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。
并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。
所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，其用量见表。
这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。
铝合金及其熔炼
铝合金及其熔炼一、铝合金的系列：铝合金共有三个系列根据与其形成合金的元素而有些区别。
1、铝硅系：合金中硅含量在共晶点附近，合金的流动性好，铸造性能好，不易产生裂纹，致密性好，热膨胀量小，导热性好，耐腐蚀，适合压铸大型薄壁复杂铸件。
但是其机械性能不够高，切削性稍差，阳极氧化不理想。
2、铝硅铜系：合金具有最佳综合性能，应用广泛，尤其在汽摩行业。
3、铝镁系：合金的强度、塑性、耐蚀性和表面质量最佳，但收缩和膨胀量大，铸造性能差。
二、合金元素的作用：1、硅：铝与硅的共晶点在11.7%，共晶合金的凝固温度范围最小，补缩及抗热裂性最好，共晶点附近的合金都有良好的流动性，适合铸造薄壁，复杂大型的铸件。
随着含硅量的提高，强度与硬度也有所提升，但伸长力下降，切削性能变差，而合金对坩埚的熔蚀也增加。
2、铜：铜对于铝合金可提高机械性能改善切削性，但耐蚀性降低，热裂倾向增大。
3、镁：铝镁合金耐蚀性好，但由于凝固温度范围大，有热脆性故铸件易于产生裂纹，其流动性随着镁含量的提高而改善，但相应收缩也增加。
对于铝硅系合金而言，镁有强化效能，提高耐蚀性，改善电镀，阳极氧化的性能及铸件表面质量。
但对铝硅铜而言，必须控制其含量，因为镁会造成热裂，冷脆降低伸长率和冲击韧性。
4、铁：铁能缓解铝与模具的亲和力，通常控制在0.6% ~ 1%之间，过高的含铁量在铸件中产生FeAl3针状相，降低性能。
在铝硅系及铝硅铜系里过量的Fe形成金属间化合物造成脆性在切削时会影响表面粗糙度。
5、锰：适量锰能中和过量铁的不利影响，但不大于0.5%。
6、锌可提高流动性，改善机械性能，但高温脆性大，产生热裂。
7、锡：改善切削性能，降低强度和耐蚀性，有高温脆性。
8、镍：少量的镍能改善机械性能，对耐蚀性不利。
9、铅：改善切削性能，但有损耐蚀性。
10、铬：改善耐蚀性。
11、钛：细化结晶，改善性能。
三、铝合金的熔炼：铝合金的熔炼对压铸企业而言是个重要环节，一般均有熔炼及保温二种过程，一边压铸一边熔炼是不被容许的。
常用铸造合金及其熔炼
2．性能及应用
石墨形态：
比灰铸铁中的石墨片的长厚比要 珠光体基体
小的片状，端部较钝、较圆，介于 片状和球状之间的一种石墨形态：
牌号：RuT420、RuT380、RuT340、
RuT300、RuT260
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的强度、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。
球化处理：
以冲入法最为普 遍，球化处理后 的铁液应及时浇 注，以防孕育和 球化作用的衰退。
（3）铸型工艺
凝固特性：球墨铸铁 含碳量较高，近共晶成 分，凝固收缩率低，但 缩孔、缩松倾向较大。 凝固的外壳强度较低；
而球状石墨析出时的 膨胀力却很大，若铸 型的刚度不够，铸件 的外壳将向外胀大， 造成铸件内部金属液 的不足，在铸件最后 凝固的部位产生缩孔 和缩松。
应用：
1）农业机械中占40～60％； 2）汽车拖拉机中约占50～70％； 3）机床制造中约占60～90％。
铸铁特点：
1）生产设备和工艺简单、价 格便宜；
2）有良好的铸造性、切削加 工性及减震性等优良的使用性能 和工艺性能。
分类
①按碳的存在形式分: 白口铸铁、 灰口铸铁和麻口铸铁。 ②按石墨存在形式分：灰口铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。 ③按成分分：普通铸铁、合金铸铁。
石墨（G）的力学性能与作用
①性能： σb=20MPa、HB3~5、δ、ak = 0。
②割裂作用：减振、机械性能降低； 断屑性能好。
③尖端效应：应力集中； ④润滑作用（自润滑和储油）：减
摩和耐磨、切削性能好。 石墨（G）的形态
片状、球状、絮状。
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
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一、A中碳的析出
稳定系 A A+ G 亚稳定系 A A+ Fe3C
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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
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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
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（四）影响A枝晶数量、粗细的因素
（骨架 对组织性能影响很大）
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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
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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）
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二、铁 -碳双重相图及分析
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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
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1、A和Fe3C以片状协同生长（莱氏体） 侧向蜂窝状结构
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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
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铸造铝合金的典型熔炼工艺
铸造铝合金的典型熔炼工艺（一）ZL101合金的熔炼工艺1.熔炼前的准备工艺1）清炉和洗炉（电阻炉或中频感应炉）；2）预热熔炉（坩埚）及熔炼工具到200-300℃，然后喷（刷）T－3号涂料（见表3-9）；3）清理和预热炉料；4）准备好熔剂（1号熔剂和六氯乙烷）和变质剂（表3-8中的三原变质剂-1号或2号均可）等。
2.配料计算由于熔炼中Si和Mg的烧损很大，合金成分的含量变化大，故应按标准成分的上限计算配料。
3.装料次序及装料1）回炉料；2）铝硅中间合金或ZL102合金；3）铝锭。
4.熔化及精炼装完料后，升温熔化炉料，等炉料全熔后，除净熔渣，加入熔剂，当温度达到680℃时，用钟罩将预热到200-300℃的金属镁块或Al-Mg中间合金块压入熔池中心离坩埚底150mm深处，并缓慢回转和移动，时间为3-5min。
然后升温到730-750℃，用炉料总重量的0.7％-0.75％的六氯乙烷分2-3次用钟罩压入合金液内精炼合金液，总时间为10-15min，缓慢在炉内绕圈。
待精练剂反应完后，静置1-2min后，取试样作炉前分析。
如炉前分析发现合金成分不合格，则应马上进行调整成分的补加或冲淡工作。
5.变质处理当合金液的温度达到730-750℃时，用炉料总重量的1.5％-2.5%的三原变质剂作变质处理，总时间为15-18min。
6.浇注当温度达到760℃时，扒渣出炉，用坩埚或手抬式浇包盛取合金液，将合金液浇注铸型，同时浇注化学成分、机械性能等试样。
注：应根据各厂的具体情况选用精练剂和变质剂。
1.熔炼前的准备工艺1）清炉和洗炉；2）预热熔炉（坩埚）、工具到200-300℃；3）喷涂（刷）T－3号涂料（见表3-9）或其他涂料；4）清理、预热炉料；5）准备好熔剂变质剂等。
2.配料计算由于熔炼中Si的含量大，易烧损大，故配料计算时应取上限。
3.装料次序及装料1）回炉料；2）铝硅中间合金；3）铝锭。
4.熔化及精炼炉料装好后，升温熔化炉料，等炉料全熔后，除净熔渣，升温到700-720℃，用炉料总重量的0.3％-0.5％的六氯乙烷（或氯气等其他精炼剂）分3次用钟罩压入熔池中心下面精炼合金液，精炼总时间为10-15min。
合金熔炼
合金熔炼一、名词解释1、碳当量:根据各系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加或者减小。
2、共晶度：铸铁中的实际碳的质量分数于碳当量共晶值之比，可衡量铁偏离共晶的程度3、共晶团：共晶系合金在共晶凝固阶段有溶质相与基体相共生生长的晶粒团。
4、铸铁：碳含量大于2.14%或者组织中具有共晶组织，并含有较多Si、Mn、P、S杂质元素的铁碳合金。
5、球墨铸铁：在铁水浇注前经球化和孕育处理，C主要以球状形式存在于铸铁中。
6、固溶强化：通过合金元素固溶与金属基体中，使晶格发生畸变，从而使塑性变形的抗力增加，合金强度和硬度提高的过程。
7、变质处理:铸造合金的组织细化。
8、锡汗：锡青铜有很强的枝晶偏析和反偏析现象，常在铸件表面渗出许多灰白色颗粒。
9、缩减作用：在铸铁中，石墨占有一定量的体积，使金属基体承受负荷的有效截面积减少的现象称为缩减作用。
10、割裂作用（切割作用）：灰铸铁在承受负荷时，片状石墨造成应力集中的现象称为割裂作用（切割作用）。
11、孕育处理：在一定条件下，向铁液中加入一定质量的物质（孕育剂）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称为孕育处理。
12、球化处理：向铁液中加入某些物质（球化剂）使铸态组织中的碳以球状形式存在的工艺过程称为球化工艺。
13、铸造性能：合金的铸造性能是表示合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。
铸造性能是合金的流动性、收缩性、偏析性和吸气性等性能的综合体现。
14、白口倾向：铁液在浇铸后得到铸件的成分为白口铸铁的现象称为白口倾向。
15、最惠风量：冲天炉熔铁时，在—定焦耗量下,铁液温度达到最高的风量称为最惠风量。
16、焦耗：在冲天炉熔化铁液时一定量的铁液消耗的焦炭量称为焦耗。
17、氢脆：铸造碳钢的铸态组织中，由于存在氢气气泡而变脆的现象称为氢脆。
18、脱碳沸腾：炼钢过程中，向钢液中吹入某些气体（如先吹氧气再吹氩气），使钢液中的碳含量降低，并使钢液中不断有气泡冒出的现象，称为脱碳沸腾。
合金及其熔炼(原理)习题
合金及其熔炼（原理）习题参考答案孙瑜1、根据教材图1－2解释同一成分的铁液可能结晶成白口铁，也可能结晶成灰口铁的原因。
1）dp＝0 条件下，物质的dF SdT=- , 因为S，熵是物质内质点的混乱程度的度量，总是正值。
所以，dFdT＜0，这就决定了曲线的走向。
液态金属(L)的S大，所以曲线陡峭。
2）由于A+Fe3C的自由能较高，所以A+Fe3C的自由能比A+G的自由能高，其曲线居上方。
图上出现两个交点：M和S，在M点：F L=F(A+Fe3C)，这意味M点对应的温度Tc是L结晶成（A+Fe3C）的平衡温度；同样S点对应的温度相应于Tc′温度是1153℃。
3)由图可知：a.在T≥Tc′的条件下，L不可能结晶，共晶铁液只能存在液态；没有过冷，也就是没有凝固驱动力；b.在Tc′＞T≥Tc的条件下，L会发生结晶，但只能结晶成（A+G），即：灰口铁。
c.T＜Tc的条件下，从热力学观点来看，L会结晶成（A+G）和(A+Fe3C)都有可能，且结晶成灰口铁的可能性更大。
但实际情况下，L总是总是结晶成(A+Fe3C)，因为从动力学的观点来看，从含C量为4.3％的L中产生含C量为100％的G晶核比产生含C量为6.67％的Fe3C 要困难的多。
d.因此，最终的组织特点主要取决于共晶转变的实际温度。
若这一温度落在Tc′和Tc 之间，则共晶转变按稳定系相图进行，共晶转变一定是：L→A+G，得到灰口铁。
若这一温度落在Tc以下，则共晶转变一定是：L→A+Fe3C，得到白口铁。
2、碳当量、共晶度概念及意义。
根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素折算成碳量的增减，称为碳当量。
CE=C+1/3（Si+P）， CE＝4.26％为共晶成分、＜为亚共晶成分、＞为过共晶铸铁偏离点的程度可用铸铁的实际含碳量和共晶点实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度。
Sc=C Fe/4.26%-3（Si+P）3、合金成分、冷却条件及合金元素等对初生奥氏体枝晶的影响。
铸造合金及熔炼思考题
第一篇铸造有色合金及其熔炼思考题及参考答案1.基本概念：屈服强度、抗拉强度、固溶强化、时效强化屈服强度就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；固溶强化是指形成固溶体使合金强化的方法；时效强化是指通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，造成的强化。
2.金属材料的强化机制主要有哪些，对强度和塑性有什么影响？晶界强化、固溶强化、分散强化、形变强化、复合强化。
形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。
3.铸造合金的使用性能有哪些？机械性能、物理性能和化学性能4.铸造合金的工艺性能有哪些？铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能5.基本概念：变质处理、机械性能的壁厚效应所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善合金机械性能。
这种随铸件壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。
6.铝硅合金进行变质处理的原因及方法？原因：铝硅合金中的硅相在自发非控制生长条件下会长成粗大的片状，这种形态的脆性相严重割裂基体，大大降低合金的强度和塑性，为了改变这种状况，必须进行变质处理。
方法：生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。
7.镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能的影响？1）镁：少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。
8.Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。
共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。
铸造合金及其熔炼
铁－碳双重相图
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738℃
L+G
A+G
F+G
E’
C’
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P
P
S
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L
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L+
+
+
L+
+ Fe3C
+ Fe3C
L+Fe3CI
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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
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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↓
合金熔炼知识点总结
合金熔炼知识点总结一、合金熔炼的基本原理1. 合金的定义合金是由两种或两种以上的金属或非金属混合而成的固态溶液体系。
合金相较原始金属，具有更好的性能和应用价值。
一般来说，合金的熔点要高于其中任何一种原料的熔点。
2. 合金熔炼的原理合金熔炼是指在一定温度下，将金属原料加热至熔点，使其熔化并混合在一起。
通过精确控制合金组分、温度和时间等参数，可以获得具有特定性能和结构的合金材料。
二、合金熔炼的原料选择1. 合金熔炼的基本原料合金熔炼的原料包括金属原料和非金属原料两大类。
金属原料一般分为主合金元素和合金添加元素，如铝、铜、镍、锌等。
非金属原料包括矿石、金属氧化物、还原剂等。
2. 原料选择的原则（1）选择纯度高的原料，以保证制备出的合金材料具有良好的性能。
（2）考虑合金成分的配比，根据合金材料的要求和应用情况，选择合适的主合金元素和添加元素。
（3）考虑原料的价格和供应情况，选择成本适中且易于获得的原料。
三、合金熔炼的熔炼设备1. 熔炼炉的类型熔炼设备主要包括电弧炉、感应炉、电阻炉、燃烧炉等多种类型。
不同类型的熔炼炉适用于不同的合金熔炼工艺和要求。
2. 熔炼设备的选择（1）根据合金熔炼的规模和生产要求选择合适的熔炼设备，如小型试验炉、中型工业炉或大型生产线设备。
（2）考虑能源消耗、设备维护、操作便利性等因素，选择适合的熔炼设备。
四、合金熔炼的工艺控制1. 温度控制合金熔炼过程中，温度是一个非常重要的参数，直接影响合金熔炼的成分均匀性、物理性能和化学性能。
因此，必须严格控制合金熔炼过程中的温度波动和温度均匀性。
2. 时间控制熔炼时间的长短也会影响合金熔炼的成分均匀性和结晶状态。
一般情况下，较长的熔炼时间有利于混合均匀，但也可能导致合金成分变化和能耗增加。
3. 流动控制在熔炼过程中，为了保证合金成分的均匀性，需要控制熔体的流动状态。
通过合理设计和控制炉型结构、搅拌器等参数，可以获得较好的熔体流动性。
4. 气氛控制熔炼过程中，需要考虑熔池中氧气、水蒸气等杂质气体的影响。
铸造合金及其熔炼试题
铸造合金及其熔炼试题铸造合金及其熔炼试题一、什么是铸造合金？铸造合金是一种由数种金属结合而形成的材料，用于制造和修复金属零件。
它比纯金属更易加工，拥有更高的强度和抗温度特性，能够耐受更高的压力和载荷，因此受到汽车和船舶制造商的广泛采用。
nginians。
二、熔炼结构及其特点铸造合金的结构可分为浇铸合金和锭晶合金。
浇铸合金以铸造的方式形成，具有较为分散的结构，因此它的力学性能差于锭晶合金。
而锭晶合金则通过原料熔铸和造坯工艺形成，具有较为紧密的结构，达到更加优异的机械性能。
三、熔炼工艺及其试题1、浇铸合金熔炼工艺试题：（1）在铸造合金的熔炼过程中，浇铸模具应考虑什么因素？（2）熔炼过程中，使用不同的助焊剂会如何影响合金性能？（3）什么样的熔温是最适合铸造合金的熔炼的？（4）在熔炼过程中应注意什么？2、锭晶合金熔炼工艺试题：（1）什么熔温是最适合锭晶合金熔炼的？（2）锭晶合金在熔炼时应该如何控制温度？（3）在熔铸锭晶合金时，为什么要将原料加入到熔炉中？（4）反向锭晶工艺和正向锭晶工艺有什么不同？四、铸造工艺及其应用1、铸造工艺及其试题：（1）模具应如何选择才能达到铸件的预期效果？（2）什么模具材料可以用来制造铸件？（3）金属浇铸时应注意什么？（4）芯模应如何设计？2、铸造合金应用：铸造合金广泛应用于汽车、船舶、航空航天等工程中，其特殊性能可以保证产品具有优异的性能，增加整体强度，降低整体重量，并增强耐腐蚀性和耐高温性。
在航空领域，它们可以用于制造结构件、发动机等，在汽车领域，可以用于制造发动机转子、叶轮等，还可用于制造机械设备或机器人。
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。
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1、屈服强度：表示方法：试样拉伸过程中标距部分残余伸长为原长度的0.2×10时的应力，符号δ0.2.名词解释：就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度：表示方法：最大均匀塑性变形抗力的指标δb名称解释：是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；延伸率：表示方法：δ铸造合金的分类：铸造有色合金和铸造黑色合金常用的熔炼方法及加热原理：冲天炉熔炼：利用焦炭燃烧产生热量使合金融化。
电弧炉熔炼：利用电弧产生的热量来熔炼合金。
感应炉熔炼：利用交流电感应作用是金属本身产生热量来熔化金属的一种熔炼方法固溶强化：指形成固溶体使合金强化的方法时效强化：通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，这样的强化加时强化变质处理：是在熔融的合金中加入少量的一种或几种元素（或加化和物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善机械性能机械性能的壁厚效应：机械性能随壁厚的增加而下降的现象变质潜伏期：变质元素加入铝液后，必须保持某一确定时间才能得到最大的变质作用，此保持时间称为潜伏期炉料遗传性：质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽经正常熔炼工艺的处理仍无改善球化衰退：球化处理后的铁液在停留预定时间后，球化效果会下降甚至消失铁碳相图双重性：是指碳既可以以石墨形式存在，又可以以Fe3c形式存在。
炉气燃烧比：是指CO2占（CO2+CO）总量的百分比。
冲天炉的炉壁效应：冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向魏氏组织：铸钢冷却时，在二次结晶过程中，若铁素体呈针、片状从奥氏体中析出，且与晶粒周界成一定的角度，通常将这种先共析针（片）状铁素体加珠光体的组织等强温度：随着温度升高，在一定温度时，晶界和晶内强度相等金属的钝化：是指活泼金属由易腐蚀的活性状态变为耐腐蚀的钝性状态集肤效应：由于高频，炉料中的电流绝大部分都沿表层流过，这种现象称为集肤效应回火脆性：稳定化处理：充分发挥钛的作用，使钢中尽可能多的C都形成TiC，并将铬稳定在奥氏体基体中的热处理方法称为稳定化处理。
3、金属材料的强化机制有哪些，细晶强化实质及对合金强度和塑性的影响答：机制：细晶强化、固溶强化、时效强化、弥散强化、形变强化实质：增加晶界能同时提供塑性和强度影响：形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。
4、铸造合金的使用性能有哪些：答：机械性能、物理性能、化学性能5、铸造合金的工艺性能有哪些：答：铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能6、铸造铝合金的分类及牌号表示方法?分类：si,cu,mg,zn四类，表达方式分别是：zl1**,zl2**,zl3**,zl4**,牌号：zal+合金元素+元素含量标准类铸镁合金（Mg-Al-Zn系合金）；2）高强度类铸镁合金（Mg-Zn-Zr系合金）：3）耐热类镁合金（Mg-RE-Zn-Zr系合金）7、铝硅合金进行变质处理的原因及方法？答：原因：硅相在自发非控制生长条件下回长成片状，这种形态的脆相严重地割裂基体，大大降低了合金的强度和塑性方法：加入氟化钠与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。
8、镁、铜、铁、稀土、镍及锰对铝硅合金组织和性能的影响答1）镁：少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。
9、Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因答：原因：活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。
共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。
10、稀土在铝合金、镁合金中有什么作用答：在铝合金中起到提高合金的高温机械性能和增加耐热性的作用，但同时使得合金的室温性能降低。
还具有一定的变质作用；在镁合金的作用是能提高镁合金的热强性，高温机械性能和铸造性能。
11、铝铜类合金的铸造性能差、抗腐蚀性低的原因答：由于铝铜类合金结晶温度范围宽使得铸造性能差；又因为Al和Cu之间的电位差较大，所以抗腐蚀性能低。
12、铝合金精炼的目的是什么，主要方法有哪些答：目的：获得符合规定组分、气体及氧化夹杂物的含量少，并保证铸件得到细密组织的高质量合金液方法：1、吹惰性气体2、过滤3、真空处理4、加气化溶剂5、吹火性气体6、加稀土金属13、铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在答：铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高。
并且氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针孔的形成14、浮游法精炼的基本原理和方法，气泡大小对精炼效果有什么影响答：基本原理：在铝液中吹入气体或产生气体，利用气泡在铝液中的浮升，将氢及夹杂排出液面。
因为铝液内气泡中氢的分压起始为零，溶解氢按西华特定律不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。
精炼方法：包括氯盐精炼、硝酸盐精炼、吹惰性或活性气体精炼等。
15、影响变质处理效果的因素有哪些答：1）冷却速度；2）变质潜伏期；3）变质衰退；4）变质合金中元素的相互作用16、锆对镁合金有什么影响答：锆对镁合金的影响：1）改善铸造性能；2）除氢作用；3）除杂质作用；4）提高抗蚀性。
稀土对镁合金的影响：1）提高机械性能；2）提高热强性；3）改善铸造性能17、镁合金热处理时为什么需要分两个阶段加热答：防止铸件过烧18、在几类镁合金中，为什么Al-Mg类合金必须进行孕育处理答： Al-Mg类合金结晶温度范围宽自发凝固时晶粒很粗大，大大降低了合金机械和铸造性能，因此要孕育处理使得晶粒细化。
19、镁合金熔炼时为什么需要保护。
其熔炼保护技术有那几种，基本原理是什么答：镁合金熔炼时特别容易氧化燃烧，因此熔炼时需要保护。
保护方法有熔盐保护法、合金化保护法、气体保护法。
熔盐保护的机理：融盐层直接物理隔离；合金化保护的机理：形成致密氧化膜后物理隔离；气体保护的机理：1）与合金反应形成致密保护膜，2）隔离空气20、Mg-Al类合金为什么不能加锆变质，其孕育处理方法有哪几种答：因为Mg-Al类合金含有铝，铝阻碍锆的加入，锆与铝形成ZrAl3化合物下沉到坩埚底部，使Zr损耗掉。
孕育处理方法有：1）过热孕育法；2）加碳孕育法21、铜合金熔炼脱氧的原因及常用方法，哪类铜合金不需要脱氧，为什么答：原因：铜合金含氧过多将使铜的塑性和导电性能显著降低。
常用方法：常用脱氧剂脱氧，磷铜（Cu-P）中间合金是最常用的脱氧剂。
黄铜一般不需要脱氧，因为黄铜中含有锌，锌容易蒸发，能自动除氢和脱氧，所以一般无需精炼和磷铜脱氧22、铸造钛合金常见熔炼方法答：非自耗电极电弧炉熔炼自耗电极电弧炉熔炼真空自耗电极电弧凝壳炉熔炼23、铜合金熔炼时常用的脱氢方法和基本原理答：方法：氧化法、通氮法、加氯化锌法、沸腾法24、根据碳在铸铁中存在的形态的不同，通常可将铸铁分为哪几种答：白口铸铁，碳主要以碳化物的形式存在；灰铸铁，碳主要以石墨的形式存在；麻口铸铁，碳主要以石墨与渗碳体的形式存在。
25、灰铸铁中根据石墨的形态不同而分为哪几种铸铁答：片状石墨铸铁(简称灰铁)、球状石墨铸铁（简称球铁）、可锻铸铁(简称可铁)、蠕虫状石墨铸铁(简称蠕铁)26、石墨对灰铸铁的性能有什么影响答：在灰铸铁组织中，石墨是决定铸铁性能的主要方面，它对铸铁有双重影响。
一方面使灰铸铁的力学性能比较低，虽然具有一定的强度与硬度，但是塑性与韧性几乎为零；另一方面赋予了灰铸铁特殊的性能比如缺口敏感性小、良好的减震性和减摩性。
27、提高灰铸铁性能的主要途径是什么答：1）合理选定化学成分。
在碳当量较低时，适当提高Si/C比，强度性能会有所提高。
2）孕育处理。
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；适当增高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它性能的目的。
3）微量或低合金化。
28、球墨铸铁孕育和球化处理的目的是什么答：孕育处理的目的是：1）消除结晶过冷和白口倾向；2）促进石墨化，增加石墨核心，细化球状石墨，提高石墨球的圆整度，改善球化率；3）减小晶间偏析。
球化处理的目的是获得球状石墨，提高铸铁力学性能。
29、球墨铸铁和蠕墨铸铁生产的主要工艺过程答：球墨：1、化学成分的选定2、球墨铸铁的熔炼要求及处理技术3、球墨铸铁的孕育处理蠕墨：1、化学成分的选择2、炉前处理及其控制30、可锻铸铁的生产主要包括那两个步骤答：1）浇注纯白口铸铁件；2）可锻化退火（使渗碳体分解为团絮状石墨）。
31、如果生产薄壁铁件，要求较高塑性及韧性及低成本，你认为那种铸铁最为合适，为什么答：可锻铸铁最为合适，因为浇注薄壁铸件易产生白口组织，而生产可锻铸铁首先就是要得到白口组织，同时可锻铸铁成本也较低，所以可锻铸铁最为合适。
32、铸铁熔炼的方法主要有哪些答：1、冲天炉熔炼2、电炉熔炼3、双联熔炼4、三联熔炼33、提高冲天炉铁水温度的措施有哪些答：1）采用高质量的焦炭，2）高的焦炭比，3）合适的风速和风量，4）合理的风口位置，5）预热送风，6）富氧送风，7）改进炉膛形状。
34、冲天炉与电炉双联的原理答：：1）原理：利用冲天炉完成熔化任务，利用电炉完成铁水的升温与调整成分；2）特点：效率高；成本合适；铁水质量好。
35、结晶组织对铸造碳钢的机械性能影响如何答：1）奥氏体晶粒度的影响：奥氏体晶粒大小直接影响到最终形成的组织中的铁素体和珠光体的晶粒度。
晶粒越细，钢的强度和韧性越好。
2）晶粒形状的影响：在钢液凝固过程中，从表面到中心分布有三个晶区，即细等轴区，柱状晶区和粗等轴区。
缩小粗等轴和柱状晶区，提高细等轴晶率，可以使钢的性能提高。
3）铁素体形态的影响：在铸态的亚共析钢组织中，由于钢的含碳量和冷却速度的不同，在二次结晶过程中析出的先共析铁素体具有三种形态：即粒状、条状（魏氏体）和网状。
条状组织和网状组织都使钢的强度降低。
通过热处理，可使这两种组织转变为粒状组织，从而提高钢的性能。
36、什么是回火脆性，它是如何产生的，怎样消除答：回火脆性：是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象由于锰具有正偏析的特性，在淬火后的回火冷却过程中，有在钢的晶界处析出碳化物的趋势，易使铸件产生脆性在450-520℃温度范围内快冷，或加入合金元素钼有助于防止回火脆性37、铸造低合金钢热处理的目的是什么答：除改善铸态组织、细化晶粒和消除内应力外，主要是发挥合金元素提高淬透性的作用而获得高性能。
38、铸造低合金钢的概念机合金元素在低合金钢中的作用答：概念：在铸造碳钢的基础上，加入合金元素的总量低于5×10-2称为低合金钢；作用：起强化和提高淬透性的作用，使钢的强度，尤其是屈服强度有了明显的提高，因而使材料的内在潜力得到充分的发挥39、稀土元素在铸钢中的作用答：净化作用、变质作用、合金化作用40、提高钢抗蚀性的途径有哪些答：1）提高钢的电极电位，减轻电化学腐蚀倾向；2）在钢表面形成一层钝化膜，提高抗蚀性；3）在合金组织中尽可能获单相组织，降低钢的阴极活性，提高钢的耐蚀性。