《铸造合金及其熔炼》课程标准01
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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铸造工(高级)
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。
铸造有色合金及其熔炼
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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
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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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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。
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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
铸造合金及其熔炼课程重点
1．铁-碳相图的二重性： Fe-C合金中的碳有渗碳体Fe3C和石墨两种存在形式。
在通常情况下，碳以Fe3C的形式存在，即Fe-C 合金按Fe-Fe3C系转变。
但Fe3C是一亚稳相，在一定条件下分解为铁和石墨，所以石墨是碳存在的更稳定状态。
这样Fe-C相图就有Fe-Fe3C和Fe-G两种形式。
2．. Fe-C相图的应用①铸造工艺方面：根据相图确定合金的浇注温度，一般在液相线以上50-100 ℃。
共晶成分附近合金的流动性好，分散缩孔少，可获得致密铸件。
②热锻和热轧方面：钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏区进行。
一般始锻或始轧温度控制在固相线以下100-200 ℃。
③热处理方面：一些热处理工艺如退火，正火，淬火的加热温度都是依据相图确定的。
3．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，称之碳当量。
以CE表示，一般只考虑Si和P。
CE=C+1/3（Si+P）。
4．共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点实际含碳量的比值。
以Sc来表示。
S C=C铁/C c′。
5．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．硅对相图的影响：①硅使共晶点和共析点左移，即减小共晶和共析含碳量，其中对共晶含碳量影响较显著。
②硅略微提高共晶和共析转变温度，并使转变在一个温度区间中进行，对共析转变温度范围的作用更为显著。
③硅的加入，使相图出现了共晶和共析转变的三相共存区④随着硅含量的增加，相图上的奥氏体区逐渐缩小。
7.片状G的形成过程：①形成条件： a. 螺位错台阶：即沿a向，又沿c向生长，最后长成具有一定厚度的片状石墨。
b. 旋转晶界：取决于Va/Vc。
普通HT中G呈片状，这是由于O、S等活性元素在G棱面上的吸附，使这个原本光滑的界面变得粗糙，只需小的过冷即沿a向生长，使Va﹥Vc，长成片状石墨。
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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电子教案与课件：《铸造合金原理及熔炼》 第一章
（4）蠕墨铸铁
蠕墨铸铁由金属基体和蠕虫状石墨构成。金相分析证明，蠕虫状墨的端部较钝， 其结构具有球状石墨和特点，中间是片状石墨结构，它的大小、多少和分布决定 着该铸铁的性能。 蠕虫状石墨是介于片状石墨和球状石墨之间的一种中间形态，由于这个原因，蠕 墨铸铁的性能也介于片状石墨铸和球状石墨铸铁之间。它具有接近于灰口铸铁的 铸造性能和导热性，并有接近于球墨铸铁的强度，所以可作为一种新的工程材料， 目前它愈来愈引人们注意。蠕墨铸铁可广泛用于高强度零件，如机床零件等，耐 热零件，如汽缸盖，钢锭模，发动机排气管等。
（2）铁素体
铁素体是 C 溶于 α-Fe 中所形成的间隙固溶体，具有体心立方晶格结构，其晶格 常数为（0.2860 + 0.4252×10-5T）nm。铁素体的体心立方晶格内有两个最大间隙 位置，一个为四面体，如图 1-2(a)所示，间隙半径 R = 0.29r = 0.036nm ，另一个 为八面体，如图 1-2(b)所示，间隙半径 R = 0.154r = 0.019nm（r 为铁的原子半径）。 而碳的原子半径为 0.07nm，比上述间隙半径大得多，因此，碳在铁素体中的溶 解度很小，727℃时为 0.02%C，温度下降时溶解度更小，所以铁素体是一种微碳 固溶体。 铸铁含硅量比较高，硅置换体心立方晶格中的铁原子变为含硅铁素体。硅有固溶 强化作用，随着含硅量的增加，铸铁的强度及硬度提高。但硅的有效半径大于铁， 当含硅量大于 3.0%时，铁素体晶格畸变定系转变时的共晶组织，由奥氏体与渗碳体组成的两相机械混合物，冷却 到共析温度以下时，奥氏体转变为珠光体，由珠光体与一次渗碳体混合的组织称 为变态莱氏体。
(6) 珠光体
珠光体是奥氏体的共析转变产物，由于冷却速度较快，反应按介稳定系进行，形 成由铁素体和渗碳体组成的机械混合物。纯珠光体基体的抗拉强度为 (686-784)MPa，硬度 HBS170-330，延伸率(15-25)%，是一种强度、硬度、韧性 都较理想的基体，其性能波动与铁素体和渗碳体层状结构的片间距有关，片间距 越小或分散度越大则强度、硬度越高。 珠光体可在铸态下形成，也可在正火处理过程中形成。化学成分中的碳化物形成 元素（如 Mn、Cr 等）或稳定珠光体形成元素（如 Ni、Cu、Sn 等）越多，冷却 速度越快，珠光体数量就越多，片间距越小，强度、硬度越高。 珠光体铸铁的强度受石墨形态的影响大。片状石墨使金属基体收到割裂，因而强 度、韧性被严重削弱，珠光体基体灰铸铁的强度较低，其延伸率几乎为零。球状 石墨对基体的割裂作用较小，珠光体基体球墨铸铁的抗拉强度可达 (680-785)MPa，延伸率为(2-4)%。
铸造合金及其熔炼---教学大纲
《铸造合金及其熔炼》课程教学大纲课程代码：050141002课程英文名称：Casting Alloy and Smelting课程总学时：56讲课：48实验：8上机：0适用专业：材料成型及控制工程专业大纲编写(修订)时间：2017、7一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标《铸造合金及其熔炼》课试材料加工及控制工程专业的骨干课之一，本课程的教学目的是使学生掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握铸铁熔炼的基本原理，了解各种铸铁的生产方法及冲天炉的操作工艺，为获得合格的铸铁件奠定合金及熔炼方面的基础。
掌握铸造碳钢、低合金钢、高合金钢的化学成分、金相组织、力学性能的关系，掌握铸钢结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握合金元素在铸钢中的作用，掌握炼钢工艺特点，了解炼钢设备的基本构造。
掌握常用的铸造铝合金、铸造铜合金的成分、组织、性能及应用的关系，掌握合金的铸造性能及熔炼工艺原理的基础知识，常用合金及其典型熔炼工艺。
了解铸造镁合金、钛合金的基本知识。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求(1).掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系的规律性，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握常用合金元素的作用。
(2).了解孕育机理、球化机理及固态石墨化机理，了解各种铸铁的生产方法。
(3).掌握冲天炉熔炼的基本原理和获得高温优质铁水的途径。
(4).了解冲天炉的结构、操作工艺和熔炼过程的控制方法。
(5).全面、系统的讲授常用的铸造碳钢及铸造合金钢的牌号、化学成分、组织与性能，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，阐明铸态组织的形成机理和热处理方法。
(6).介绍国内外在铸钢材料方面的研究成果、发展方向及动态，以扩大思路，开阔眼界。
(7).讲授电弧炉炼钢及感应炉炼钢的工艺过程，阐明炼钢过程中各期主要的物理化学反应，对钢水质量和铸件质量的影响。
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。
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铸造工(高级)
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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。
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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。
铸造合金及熔炼教学设计
铸造合金及熔炼教学设计1.引言铸造合金是一种常见的制造材料，它广泛应用于航空、汽车等行业。
铸造合金的制备过程需要进行熔炼、铸造和后处理等步骤。
为了能够更好地教授相关知识，特制定了本教学设计，希望能够对教学工作起到一定的指导作用。
2.重点内容2.1 铸造合金的制备铸造合金的制备需要进行熔炼和铸造操作。
在熔炼过程中，需要将原料放入熔炉进行预热。
当原料达到一定温度时，加入熔剂，并进行充分搅拌，使其达到融合状态。
在铸造操作中，需要将熔化的合金倒入模具中进行成型。
模具形状有很多种类型，例如：砂型、金属型等。
2.2 合金的后处理铸造合金制备好后，需要进行一些后处理操作以提高其性能。
具体操作包括：热处理、表面处理、清洗处理等。
其中热处理是重要的一步，通过加热和冷却来调节材料的晶体结构和力学性能。
2.3 实验操作为了能够更好地教授相关知识，我们可以设计一些实验来加深学生的理解。
例如：制备铸造合金和热处理过程。
在实验中，学生可以亲身体验相关操作，并深入理解相关物理原理。
同时，实验过程中还可以提高学生的动手能力和实践能力。
3.教学方法3.1 讲授法教师可以利用课堂时间，采用普通的讲授法，通过图像、案例分析、实验操作等多种形式，对合金铸造和热处理等知识点进行系统的讲解和阐述。
通过讲解对学生的认识和理解更加直观明了。
3.2 实践性教学法为了能够更好地提升学生的能力，我们应该给学生创造合适的环境和机会，让他们通过实践活动来探究相关知识点。
例如：组织形式各异的实验活动、课外实践等。
通过实践，使学生真正体验到铸造合金的制备过程，加深对相关知识的理解和掌握。
3.3 互动教学法现代教育注重互动，让学生参与感更强，教学效果也更好。
在传授知识的过程中，可以采用互动教学法。
学生能够通过小组讨论、技能竞赛、提问和回答等方式来促进和增强师生之间的交流。
4.教学评估与反思在过程中，对学生的理解和掌握情况应进行多方面评估，评估内容应包括：考试成绩、作业完成质量以及实践操作表现。
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(铸铁).讲义62页PPT
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
铸造合金及其熔炼(铸铁).讲义
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
பைடு நூலகம்
铸造工程学铸造合金及熔炼
• 两种称谓的可锻铸铁的性能特点是强度是球铁的中低水
• 平，但韧性相当接近。虽有被球铁取代的趋势，但因生产 稳定性好，生产成本低，特别适合生产大批量复杂薄壁小 件。
• 5）特殊性能铸铁 • 抗磨、耐热、耐蚀铸铁，基本上都是在上述四种铸铁基
础上控制金相组织和加入Ni、Cr、Al、Si、Mo等合金元 素获得特殊的性能。 • 6）铸铁的熔炼 • 冲天炉熔炼，感应电炉熔炼，冲天炉与感应电炉双联熔炼 。
冲天炉的基本结构
冲天炉主要结构简图 1-除尘器 2-烟囱 3-送风系统 4-前炉 5-出渣口 6-除铁口 7-
支柱 8-炉底板 9-加料口
1. 颅底与炉基 2. 炉体与前炉 3. 烟囱与除尘装置 4. 送风系统 5. 热风装置 6. 风机
• 从性能上看，具有灰铁和球铁的综合优点，抗拉强度、 屈服强度、疲劳极限、冲击韧性优于灰铁，而热传导性、 耐热疲劳性、切削加工性以及减振性又高于球铁。铸造性 能接近灰铁，成本较低，成品率高。
• 4）可锻铸铁--石墨形状为团絮状（热处理）
• 可锻铸铁的生产有其特殊性，是将白口铸件毛坯，在密 闭的中性炉内气氛条件下退火，使共晶渗碳体（Fe3C） 在高温下分解为团絮状石墨，再通过不同的热处理工艺使 基体组织成为铁素体或珠光体组织，得到黑心可锻铸铁。
•
C＜0.25% 低碳钢
•
C0.25--0.6% 中碳钢
•
C＞0.6% 高碳钢
• 此外还含一定量的Si、Mn、P、S元素。
• 对于铸造碳钢中用得最多的结构钢，含碳量范围在0.12-0.60%间，属于亚共析钢，在此含C范围，随C量增高屈服 强度和抗拉强度都稳定增高。
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↓
铸造合金及其熔炼课程设计
铸造合金及其熔炼课程设计说明书姓名：班级：学院：目录一，零件的原始要求 (1)1，零件的名称、结构及尺寸要求、材料、机械性能要求二，选材 (3)1，确定炉料的牌号，成分等三，选用炉料……………………………………………‥4 1，原生铁、回炉铁、废钢、硅铁、锰铁2，炉料配比计算四，选用高炉 (8)1，炉体设计2，画图五，确定熔炼工艺过程 (16)1，确定主要工艺参数2，熔炼前的准备3，冲天炉熔炼操作4，冲天炉判断、常见故障排除5，各种特殊处理（孕育处理、球化处理）六，热处理 (22)1，有关热处理参数、工艺七，参考资料 (23)知识储备1、灰铸铁的组织和性能[组织]：可看成是碳钢的基体加片状石墨。
按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；铁素体一珠光体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
[力学性能]：灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。
灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。
同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。
故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。
[其他性能]：良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性、低的缺口敏感性灰铸铁的热处理：1.消除内应力退火2.改善切削加工性退火3.表面淬火灰铸铁密度灰铸铁分≥HT250与≤HT220，其密度分别为7.35g/cm³与7.2g/cm³。
灰铸铁的熔点是1100~1300摄氏度2、湿型铸造 主要用于中小型铸铁件生产，生产率高，生产周期短，适合于大批量生产，砂型无需烘干，节省燃料、变形小、生产成本低。
铸造合金及其熔炼教案
铸造合金及其熔炼教案教案标题：铸造合金及其熔炼教学目标：1. 了解铸造合金的基本概念和应用领域。
2. 掌握铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法。
3. 学习铸造合金的工艺流程和注意事项。
4. 培养学生的实践操作能力和团队合作精神。
教学步骤：引入活动：1. 引导学生思考：你们是否知道铸造合金是什么？它在哪些领域中被广泛应用？2. 展示一些铸造合金的实际应用例子，如汽车发动机零部件、航空航天器件等，激发学生的学习兴趣。
知识讲解：3. 介绍铸造合金的定义和分类，包括铸铁、铸钢、铝合金等。
4. 解释铸造合金的优点和缺点，以及不同合金在不同领域中的应用特点。
5. 详细讲解铸造合金的熔炼原理和常用熔炼方法，如电弧炉、感应炉等。
案例分析：6. 分组讨论：学生分成小组，选择一个具体的铸造合金案例进行分析，包括该合金的成分、熔炼方法和应用领域等。
7. 每个小组向全班展示他们的分析结果，并进行讨论和分享。
实践操作：8. 组织学生进行铸造合金的实践操作，可以是简化的模拟实验或观察真实的铸造过程。
9. 引导学生记录实践操作中的关键步骤和注意事项，并进行反思和总结。
评估与反馈：10. 设计一份针对学生学习情况的评估问卷，了解他们对铸造合金及其熔炼知识的掌握程度。
11. 根据学生的表现和问卷结果，给予针对性的反馈和指导，帮助他们进一步提高。
拓展延伸：12. 鼓励学生进一步探索铸造合金领域的前沿技术和研究方向，如新型合金材料、绿色铸造等。
13. 提供相关的学习资源和阅读材料，引导学生进行个人或小组的拓展研究。
教学资源：- 铸造合金的实际应用例子图片或视频- PowerPoint演示文稿- 实验室或工作室设备和材料- 评估问卷教学方法：- 启发式教学法：通过引导学生思考和讨论，激发他们的学习兴趣和主动性。
- 合作学习法：通过小组讨论和分享，促进学生之间的合作和交流。
- 实践操作：通过实际操作，帮助学生巩固所学知识，培养实践能力。
教学时长：根据教学计划和学生实际情况，可灵活安排教学时长，建议2-3个课时。
铸造合金及其熔炼课程教学大纲
铸造合金及其熔炼课程教学大纲课程名称：铸造合金及其熔炼课程编号：16118146学时/学分： 40/2.5 开课学期：6适用专业：材料成型及控制工程课程类型：专业方向选修课一、课程的目的和任务本课程是材料科学与工程本科专业的一门专业方向选修课，课程设置目的在于培养学生具有常用铸造合金熔炼方法和工艺要点，熟悉常用的熔炼设备，使学生具有合理的选材和开发铸造合金能力。
二、课程的基本要求通过本课程学习，学生应掌握铸钢、铸铁和铸造非铁金属材料这些常用铸造合金的主要性能特点，包括使用性能和工艺性能；了解影响铸钢、铸铁、铸造非铁金属使用性能和工艺性能的主要因素，并掌握改善或提高常用铸造合金性能的措施；掌握常用铸造合金熔炼方法、工艺要点以及常用的熔炼设备，使学生具有合理的选材和开发铸造合金所必须具备的知识。
三、课程基本内容和学时安排第一章绪论、第二章灰铸铁（4学时）知识点：灰铸铁的性能特点，影响铸铁铸态组织的因素，灰铸铁的生产，灰铸铁的铸造性能。
重点：灰铸铁的性能特点，提高灰铸铁性能的主要途径，冷却速度、化学成分和孕育处理对灰铸铁组织的影响。
难点：化学成分和冷却速度对灰铸铁组织的影响，孕育处理。
第三章强韧铸铁（4学时）知识点：球墨铸铁和可锻铸铁的力学性能、使用性能和工艺性能特点。
重点：球墨铸铁和可锻铸铁的性能特点及影响因素。
难点：球墨铸铁的球化处理和孕育处理，可锻铸铁的孕育处理。
第五章铸铁的熔炼（5学时）知识点：冲天炉熔炼的基本原理，冲天炉强化熔炼的主要措施，冲天炉熔炼过程中化学成分的变化规律，冲天炉熔炼过程的参数选择及测量，感应电炉熔炼。
重点：冲天炉熔炼过程中影响铁液温度的主要因素，预热送风，冲天炉的网形图和配料计算，工频感应电炉的工作原理和熔炼特点。
难点：冲天炉内的热交换规律，影响铁液温度的主要因素，冲天炉的网形图和配料计算，第六章铸造碳钢（2学时）知识点：铸造碳钢的性能及应用，铸造碳钢的结晶过程和铸态组织，碳钢的铸造性能，碳钢铸件的热处理，影响铸造碳钢力学性能的主要因素。
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《铸造合金及其熔炼》课程标准
030705
一、课程描述
《铸造合金及其熔炼》是材料成型及控制专业核心课程。
通过该理论课程与实践课程的学习，使学生基本掌握本门课程的科学原理和技能，最终能够运用所学知识确定材料的性能、结构与应用的要求，制定合理的生产工艺；使学生掌握铸造合金的组织特点及其形成过程；能够分析各种铸造合金的工艺因素、金相组织和其机械性能的关系；具备制定和控制各项工艺因素，获得满意的金相组织和各种性能的知识和技能；了解铸造合金的凝固过程、工艺因素、金相组织和其机械性能的关系及不同合金凝固过程中的共性；掌握铸造合金的各种熔炼技术和工艺以及其与金属液质量、铸件质量的关系；了解近年来铸造合金及熔炼领域内的发展；培养学生分析问题、逻辑推理和创新能力，具有比较熟练地运用铸造合金及熔炼基本理论去分析解决实际生产问题的能力，成为能够适应工程实践要求的高素质技能型专门人才。
开课学期：5；总学时102；理论学时72；讲课60；课堂实训12；课程设计30；学分为：6。
二、课程目标
1、素质目标：
1）具有良好的职业道德、爱岗敬业、团队协作能力与实训创新能力；
2）有一定的自我学习能力和吸收新技术、新知识的意识；
3）具有较强的安全和环保意识；
2、知识目标：
1）掌握各种铸铁的概念及其应用场合，铸铁的金相组织及机械性能特点等基础知识；
2）掌握铸铁的一次结晶过程的主要特点及对组织形成的影响和二次结晶过程等理论识；
3）掌握各种铸铁的生产工艺，提高铸铁强度性能的途径及铸铁各种常见缺陷的特征、形成原因及防止措施；
4）了解冲天炉熔炼的基本原理、结构、工艺和方法，冲天炉内炉气性质与温度分布规律、炉内热交换规律及其影响因素等知识；
5）掌握强化冲天炉熔炼过程的途径、冲天炉熔炼过程的控制方法及常用仪器设备方面的知识；
6）了解铸造碳钢的结晶组织对性能的影响规律及铸造碳钢的牌号及性能；
7）了解高强韧性铸造合金钢、铸造高合金钢的牌号及性能特点及应用场合；
8）掌握铸造抗磨钢组织、性能特点及生产工艺。
了解碱性电弧炉氧化法炼钢的工艺过程；
9）掌握铸造特种钢的组织特点及与性能的关系；重点掌握高锰钢的铸态、热处理态的组织特点及性能的差异；
10）了解和掌握碱性电弧炉氧化法炼钢的工艺过程;
11) 了解中频感应电炉、电阻坩埚炉熔炼、浇注工艺、机械化及自动化铸造技术;
3、能力目标：
1）熟悉铸铁的金相组织及机械性能特点，能够根据铸件材料的性能、结构与应用的要求，制定合理的生产工艺；
2）具备根据铸造合金的组织特点及其形成过程，分析各种铸造合金的工艺因素、金相组织和其机械性能的关系；
3）具备制定和控制各项工艺因素，获得满意的金相组织和各种性能的能力；
4）熟悉和掌握铸造合金的凝固过程、工艺因素、金相组织和其机械性能的关系及不同合金凝固过程中的共性；
5）掌握铸造合金的各种熔炼技术和工艺以及其与金属液质量、铸件质量的关系；
6）掌握强化冲天炉熔炼过程的途径、冲天炉熔炼过程的控制方法及常用仪器设备；
7）掌握铸钢熔炼的主要设备、加热原理，常见的各种熔炼方法的特点及碱性电弧氧化法炼钢的工艺过程及特点；
8）掌握中频感应电炉、电阻坩埚炉熔炼、浇注工艺、机械化及自动化铸造技术；
8）懂得铸造生产合金铸件的检验、分析，能对铸造过程进行分析、优化、评价和总结；
三、课程内容标准
本课程的学习以“工学结合、教学做合一”的思路设计；以项目知识完成为基点，综合理论知识、操作技能和职业素养为一体。
通过完成教学模块中的项目学习，学生不但能够掌握锻造工艺与模具设计的理论和实际操作的专业知识和专业技能，还能够全面培养其团队协作、沟通表达、工作责任心、职业规范和职业道德等综合素质，使学生通过学习过程掌握工作岗位所需的各项技能和相关专业知识。
教学内容及学时分配如表1；模块及项目实施目标如表2；评价如表3、4、5所示。
表1教学内容及学时分配
表2模块及项目实施目标
表4 学习评价成绩分配比例
四、实施建议
1、教材选取原则
以培养实践能力、创新能力和创业能力为指导思想，贯彻高职高专培养目标，强调理论与实践的结合、教材与实际的结合、操作与管理的结合，理论实践一体化教材。
2、建议教材
[1] 陆文华,李隆盛,黄良余主编.铸造合金及熔炼.北京：机械工业出版社出版.2005
3、教学参考书
[1] 安阁英.铸件形成理论.北京：机械工业出版社.1990
[2] 方克明.铸铁石墨形态和微观结构图谱.北京：科学出版社.2000
[3] 沈定钊.铸铁冶金.北京：冶金工业出版社.1995
[4] 陆文华.铸造合金及熔炼.北京：机械工业出版社.2003
[5] 姜振雄.强韧白口铁.浙江：浙江大学出版社.1989
[6] 郝石坚.现代铸铁学.北京：冶金工业出版社.2004
4、实训车间及硬件建设
1）上课区配备理实一体化教室，保证上课的正常进行；
2）具有足够的教学模型、挂图，保证直观性教学的正常进行，提高教学质量；
3）配备足够的设计室、绘图工具，确保每个学生能够在设计室进行手工绘图；
4）配备足够的机房、绘图软件，确保每个学生有一个机位进行绘图。
5）学校材料成型实训室进行教学实训。
编制者：杨宪章
编制时间：2012-09-24。