铸造合金及熔炼
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。
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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。
铸造合金及其熔炼特种性能铸铁.pptx
•
形成氧化膜Al2O3、形成单一F基体、
•
提高相变温度。
• 2、成分、组织
Al：2—6%（低），16—26%（高）
图4-30
F+G+铁铝化合物 硬度高、耐热
3、工艺特点：
熔制困难：Al密度小，偏析、氧化，烧损大、易 产生G漂浮等
第29页/共36页
• 2）与氧的亲和力大于铁
• 3）元素的氧化物与铁的氧化物互不溶解
•
稀土氧化物也很好，可以抗高温氧化
• 3、铸铁组织对氧化的影响
• G形状 QT>RuT>HT
• G大小，晶粒细，不利于内部氧化，
第26页/共36页
二、铸铁高温下生长
• 1、低于相变温度的生长（400-600 ℃）
•
P—F+G 膨胀生长
• 一、化学成分、组织特点
• 激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键， • 1、成分：C、Si • C调整硬度 （C多，渗碳体多） • Si调整深度 （ Si多，深度浅）石墨化
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• 合金元素：
• 增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）
• 减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（Ti有问题）
•
强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）
•
取决于基体和M7C3
•
M7C3规则排列强度可达3100MP
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• 6、应用
• 球磨机，输送煤灰管道，工业杂质泵
•
表4-23
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第四节 耐热铸铁
• 铸铁高温缺陷：
• 生长、氧化、机械性能下降 • 1、定义：抗高温氧化生长、具有高温强度、硬度的铸
铝合金熔炼与铸造
铝合金熔炼与铸造铝合金是一种常见且广泛使用的金属材料，具有较低的密度、良好的导热性和耐腐蚀性，因此在许多行业中得到了广泛的应用。
铝合金的熔炼和铸造是制造铝合金制品的关键步骤。
本文将介绍铝合金熔炼和铸造的基本原理、工艺和注意事项。
一、铝合金熔炼1.1 熔炼原理铝合金熔炼的主要原理是将铝及其他合金元素加热至其熔点，使其融化成液态，以便进行后续的铸造工艺。
铝的熔点较低，约为660°C，因此相对较容易熔化。
而其他合金元素的加入可以改变铝合金的性质，例如提高其强度、耐腐蚀性或者改善加工性能。
1.2 熔炼工艺铝合金熔炼工艺一般分为两种：批量熔炼和连续熔炼。
批量熔炼是将一定量的铝和其他合金元素加入炉内，通过加热熔化成液态，并进行充分混合。
这种方法适用于小规模生产，常用的炉型有电阻炉和燃气炉。
而连续熔炼是将铝合金材料加入熔炉的顶部，通过炉内的加热和熔化过程，使得底部的液态铝合金不断流出。
这种方法适用于大规模生产，常用的炉型有回转炉和隧道炉。
1.3 熔炼注意事项在铝合金的熔炼过程中，需要注意以下几个方面。
首先，炉内的温度需要控制在适当的范围内，以避免过度燃烧或者过度冷却。
其次，需要保持良好的熔炼环境，防止氧气、水分或杂质等对炉内材料的影响。
最后，在加入其他合金元素时，需要根据配比和工艺要求进行准确的添加，以保证最终铝合金的性能。
二、铝合金铸造2.1 铸型设计铝合金铸造的第一步是进行铸型设计。
铸型设计的目的是根据最终产品的形状和要求，确定合适的铸造方法和材料，以及适当的铸型结构。
常见的铸型结构有砂型、金属型和陶瓷型等。
其中砂型是最常用的铸造方法，可以应用于各种形状和尺寸的产品。
2.2 铸造工艺铝合金的铸造工艺可以分为传统铸造和压铸两种。
传统铸造是将熔融的铝合金液体倒入铸型中，并通过自然冷却形成最终产品。
这种方法适用于小批量生产，但精度和表面光滑度相对较低。
压铸是将高压液压机将铝合金液体注入铸型中，通过压力传递和快速冷却，实现快速成型。
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。
铸造锌合金及其熔炼
研发和应用节能减排技术，降低铸造锌合金生产 的能耗和排放，实现绿色生产。
3
推动行业标准与法规制定
积极参与制定行业标准和法规，推动铸造锌合金 行业的可持续发展。
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自动化与智能化生产
引入自动化和智能化技术，实现铸造锌合金生产过程的自动化控制 和智能化管理，提高生产效率和产品质量。
循环利用与再生锌合金
推动废旧锌合金的回收和再生利用，降低原材料成本，实现资源循 环利用。
加强环境保护与取有效的环保措施，降低铸造锌合金生产过程 中的污染物排放，保护环境。
用于加热和熔化锌合金的设备，通常 采用电炉或燃气炉。
坩埚
用于盛装锌合金熔液的容器，通常由 耐高温材料制成。
搅拌工具
用于搅拌熔液，促进合金元素均匀分 布。
温度计和测温仪
用于监测熔液温度，确保熔炼过程中 的温度控制。
熔炼原料与配料
其他合金元素
如铝、铜、镁等，用于调整锌合金的物理和 机械性能。
纯锌
作为主要成分，提供铸造锌合金的主要特性。
铸造锌合金还可以用于制造汽车电气 系统的零件，如导电轨、端子等。
汽车底盘零件
铸造锌合金也被用于制造汽车底盘的 许多零件，如悬挂系统、刹车系统等， 这些零件需要承受较大的机械应力和 摩擦力。
建筑行业中的应用
建筑门窗
铸造锌合金可以用于制造建筑门窗的 框架和附件，因为其具有良好的耐腐 蚀性和美观性。
建筑结构件
熔炼过程中的质量控制
01
控制温度
确保熔炼过程中温度稳定，防止过 热或不足。
控制气氛
保持熔炼过程中的炉内气氛，防止 氧化和吸气。
03
02
控制时间
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↓
铸造合金熔炼原理
铸造合金熔炼原理
铸造合金熔炼原理是在高温环境下将金属原料加热至其熔点以上，使其完全熔化，并通过特定的工艺操作，将熔化金属倾注入模具中形成所需的产品。
熔炼过程中，金属原料的化学成分和物理性质经历着复杂的变化。
首先，进行合金熔炼的原料是金属块、片、粉末等，这些原料的化学成分必须经过严格的配方设计，以满足最终产品的性能要求。
通常，在配方中会加入一定比例的合金元素，如硅、锰、铜、镍等，以改善合金的机械性能、耐腐蚀性能、导热性能等。
其次，将金属原料放入特制的熔炼炉中，加热至足够高的温度。
常见的熔炼炉包括电阻炉、电弧炉、感应炉等。
加热过程中，金属原料逐渐升温至其熔点以上，固态金属逐渐转化为液态金属。
熔炼时还需控制熔炉内气氛的氧含量，通常会采用惰性气体如氮气或氩气，以避免金属被氧化。
此外，可以添加一些熔剂和脱氧剂，以促进金属熔化和去除气体杂质。
完成熔炼后，融化的金属液被倾注入预先准备好的模具中，待其冷却凝固固化。
冷却过程中，金属再次发生相变，由液态逐渐转变为固态。
在凝固过程中，还会发生固溶体相分离、晶体生长、晶界组织形成等现象，这些因素将直接影响最终产品的组织结构和性能。
最后，经过适当的冷却时间，模具打开，固化的金属零件取出，
经过后续的加工处理（如去毛刺、研磨、抛光等），即可得到最终的铸造合金产品。
总结起来，铸造合金熔炼原理是通过将金属原料熔化、倾注模具、冷却凝固等步骤，控制金属的组织结构和化学成分，制备出具有所需性能的铸造合金产品。
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。
铸造合金及熔炼复习题
铸造合金及熔炼复习题一、概念理解1、请解释铸造合金的定义，以及它的主要组成元素和作用。
2、什么是铸造合金的熔炼？其过程和目的分别是什么？3、说明铸造合金熔炼过程中，合金元素的添加方式及其对合金性能的影响。
二、基础知识1、铸造合金的熔炼设备主要有哪几种？其各自的特点和适用范围是什么？2、在铸造合金的熔炼过程中，可能会遇到哪些问题，如何解决这些问题？3、请列举几种常见的铸造合金，并简述其用途。
三、深入理解1、为什么铸造合金的熔炼过程中需要添加一些特定的元素？这些元素如何影响合金的力学性能？2、请解释铸造合金的凝固过程，以及凝固过程对合金组织和性能的影响。
3、什么是铸造合金的热处理？其目的是什么？如何进行？四、实践应用1、在你的工作经验中，能否举出一个具体的铸造合金熔炼例子？请详述其熔炼过程和结果。
2、请描述一次你遇到并解决铸造合金熔炼问题的经历。
你从中学到了什么？3、对于新的铸造合金开发，你有什么建议或策略？请基于你的工作经验和知识给出理由。
五、总结与展望1、总结一下你对铸造合金及熔炼的理解。
你认为这些知识在你的工作中有何重要性？2、你对未来铸造合金及熔炼技术的发展有何预期或建议？请根据行业发展趋势和你的专业知识进行阐述。
六、思考与讨论题目：如何提高铸造合金的性能？通过这个复习题，我们回顾了铸造合金及熔炼的基本概念和知识。
我们不仅需要理解这些理论，更需要将这些理论应用到实践中，以优化我们的工艺，提高产品质量。
让我们继续深入思考和讨论如何提高铸造合金的性能，并寻找最佳的解决方案。
高温合金熔炼工艺讨论高温合金是一种在高温环境下具有优良性能的金属材料，被广泛应用于航空、航天、能源等领域。
为了获得具有优异性能的高温合金，熔炼工艺是其中关键的一环。
本文将对高温合金熔炼工艺进行讨论，以期对实际生产提供一定的参考。
1、合金成分与熔炼工艺的关系高温合金的熔炼工艺对其最终性能具有重要影响。
首先，合金的成分是熔炼工艺的重要考虑因素。
铸造铜合金熔炼质量控制方法
铸造铜合金熔炼质量控制方法1、铸造铜合金熔炼的原材料准备铸造铜合金用原材料包括铸锭、回炉料、中间合金和熔剂等。
（1）回炉料铸造铜合金用回炉料包括同牌号的报废铸件、浇冒口以及屑料等。
其中，同牌号的废铸件及其浇冒口均可直接作为炉料加入，屑料则需重熔成符合相应牌号化学成分的铸锭才能使用。
（2）中间合金为了降低熔化温度，缩短熔炼时间和减少合金烧损，生产上常将高熔点的合金元素（如Fe、Mn、Ni等）和易氧化的合金元素（如Be、Mg、P、Cr、B等）预先制成二元或三元中间合金。
（3）熔剂铜及其铜合金熔炼时所用的熔剂，按其使用目的不同，分为覆盖剂、精炼剂、脱氧剂及晶粒细化剂。
①覆盖剂覆盖剂的主要作用是使合金液与炉气隔绝，防止合金氧化、蒸发、熔液吸气和散热过多。
覆盖剂具有稳定的化学性质、较低的熔点、适当的黏度和表面张力，密度应比合金液小，易于上浮，能形成与合金液分离的保护层。
铸造铜合金常用的覆盖剂有木炭、玻璃混合物等。
①精炼剂铜合金熔炼过程中不可避免地产生一些酸性或中性氧化物，如Al2O3、SiO2、Cr2O3、MnO2、BeO等。
这些氧化物很难还原，有效的办法是加入碱性熔剂，使之与合金液内的氧化物反应生成复盐，再扩散至液面，凝集成渣后排出。
铸造铜合金的精炼剂种类很多，一般由碱及碱土金属的卤盐或碳酸盐的混合物组成，如冰晶石、碳酸钠、碳酸钙、食盐、氟化钠、氟石、硼砂、氧化钙、氟硅酸钙等。
①氧化剂氧化剂也可以认为是一种精炼剂，因为在一定温度和压力下，合金液中氢、氧浓度的乘积是一个常数，氧化剂增加合金液的氧含量，也就降低了合金液的氢含量，以达到除氢的目的。
①脱氧剂当铜合金在氧化性气氛中熔炼时，或者为了脱氢而加入氧化剂时，合金液中的氧含量显著增加，并以Cu2O形式存在于合金液之中。
当合金凝固后引起“氢脆”，降低合金的力学性能。
脱氧剂就是通过加入一种比铜与氧亲和力更大的元素，将Cu2O中的Cu还原出来，并使脱氧产物上浮而去除。
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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• 2. 冷速 • 冷速大，导致共晶温度降低，趋向于Fe-Fe3C共晶
反应;反之，共晶温度升高，趋向于Fe-G共晶反应。
四、碳当量和共晶度的表达式及意义
• 1．碳当量：根据各元素对共晶点实际碳量的影响， 将这些元素折算成碳量的增减，谓之碳当量（CE表示 =C+1/3Si）。
的含量，即形成晶内反偏析。 • ② 白口元素（Mn,Cr,W,Mo,V） • 与碳亲合力大于铁，富集于共晶液体中，而且
与碳结合力越大，KP 越小。在奥氏体心部浓度低， 边缘浓度高，形成正偏析，即 • KL<1。
• 4.影响奥氏体枝晶的因素
• 引言：奥氏体枝晶起到骨架作用，并防止裂纹扩展，因此研究奥氏体 枝晶数量的变化及影响因素，对控制铸铁的组织及性能有较重要的意 义。
白口铸铁 麻口铸铁
Fe3C Fe3C+G
灰口铁
铁素体基体灰铸铁
铁素体基体球墨铸铁
铁素体基体蠕墨铸铁
铁素体黑心可锻铸铁
第一章 铸铁的结晶及组织的形成
• §1-1 铁碳双重相图 • 一、铁碳双重相图分析（区别）
1不同之处
《铸造合金及其熔炼》概述
• 1热力学观点；
• 高温 γ+G和γ+ Fe3C在能量不同，对比分析？
• (2) 共晶凝固场所及方式
• ① 场所
•
初析奥氏体枝晶间，具有共晶成分的液体中单独由石墨
形核。
• ② 方式：非均质形核
•
非均质形核核心：a.亚微观石墨团聚体；b. 未熔的微细
石墨颗粒；c. 高熔点夹杂物颗粒（硫化物，碳化物，氮化
物）。
• ③ 共晶团形态
• a.共晶团：以每个石墨核心为中心形成的石墨-奥氏体两相 共生生长的共晶颗粒，称为共晶团。
第三章 灰铸铁
• 灰铸铁：指断面呈灰色，其中碳主要以片状石墨的形式 存在的铸铁。
• §3-1 金相组织、力学性能特点，应用
• 一、金相组织特点
• 2.灰铁性能特点 • (1) 强度性能差
• ① 石墨强度低（<20MPa），密度小（占体积大），使金 属基体承受负荷的有效截面积减少。（石墨的缩减作用）
• ② 承受负荷时造成应力集中现象。（石墨缺口作用，或切 割作用）
• (2) 硬度特点
• (3) 较低的缺口敏感性 • (4) 良好的减震性（机床床身利用这一特点） • (5) 良好减摩性
3. 灰铁的牌号与用途
§3-2 影响铸铁铸态组织的因素
• 一、冷速影响
• 1、冷速大，铁液过冷度大，白口倾向增加 • 2、偏析的影响 • 形成碳化物元素在残留铁液中富集，Si低，使莱氏体温度升
• 2. 作用：降低铁液过冷倾向，促使铁液按稳定系共晶 进行凝固。
• 五、气体
• （1）氢，氮，阻碍石墨化
• （2）阻碍石墨化；铸件断面敏感性大；气孔；消耗孕育和变质剂
• 4.重要性
• 与实践联系紧密，指导生产实践；哈工大考研面试的专业课。
第一篇 铸铁及其熔炼
一、铸铁定义及成分
1. 定义：铸铁是指含碳量大于2.1%的铁碳合金。 2. 成分：Fe，C，Si，Mn，S，P。成分范围见表1。
二、铸铁分类
按碳在铸铁中存在形式（单质或化合物）
二、铸铁分类
按碳在铸铁中存在形式（单质或化合物）
• Fe3C与α片层相间分布，或Fe3C呈颗粒状分布在铁素体基体 上。
• （二）形核
• 共析转变常在奥氏体界面上或奥氏体/石墨界面上形核，先 析出领先相和奥氏体之间有一定位相关系。一个相形成后， 其临近γ中C的浓度发生改变，引起碳原子界面扩散，为第 二相析出创造条件。
• （三）生长
• 一旦Fe3C或α从γ界面上并向γ相内生长后，就开始生长在 Fe3C或α同时生长的过程中，各自的前沿和侧面分别有铁 和碳的富集。在生长前沿产生溶质元素的交替扩散，使晶 体生长，向前、向侧形成片层，最后形成共析领域。
§1-2 铸铁的一次结晶过程
一、初析石墨的结晶
二、初析奥氏体结晶
1. 初析奥氏体枝晶的凝固过程 (1) 平衡凝固过程 亚共晶成分铁液过冷到液相线温度以下，奥氏体枝晶形核并长大，进 入共晶凝固阶段后，液体中开始形成共晶团，此奥氏体继续长大，数 量也增加。 (2) 非平衡凝固 在实际凝固条件下，共晶成分或过共晶成分的铸铁在凝固过程中也会 析出初析奥氏体。
•
2、片状石墨的过程形成
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3、球状石墨的形成过程
•
4、蠕虫状石墨的形成过程
§1-3 铸铁的固态相变（二次结晶）
• 一、奥氏体中碳的脱溶
• 二、铸铁的共析转变（固态相变）
• γ冷却到共析稳定以下，达到一定过冷度，开始发生共析转变 形成珠光体，两个固相α加Fe3CⅡ相互协同地从第三个固相长
大，公共界面上存在着择优的位相关系。 • （一）形貌
高，以致共晶团边界处形成碳化物倾向更为增加。 • 实际生产中影响冷速的因素：
• （1）铸件形状
• （2）浇温
• 提高浇温，降低冷速
• （3）铸型材料的导热能力
• 石墨型>金属型>湿砂型>干砂型
• 二、化学成分影响
• 1.各元素在铸铁中的存在状态
• （1）Mn,Ni,Co: 全溶于奥氏体或铁素体中
• （2）S,P:在奥氏体中溶解度极低，形成FeS，MnS,Fe3P。
• ④ 球墨铁铸的共晶转变
• a.石墨球长大包括两个阶段 • 在熔体中直接析出核心并长; • 形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大; • b.离异共晶 • 球状石墨和奥氏体析出格局是：石墨在先，奥氏体在后，两个相没有平滑的共
同结晶前沿，而在时间和场合上都分离。
• ⑤ 球状石墨形成机理
• a.石墨晶核产生 • 球化剂、孕育剂中的合金元素与O、S化合物形成硫化物
• b.形态：共晶团内的奥氏体和初奥氏体枝晶构成连续的金属 基体，每个共晶团内的石墨构成连续的分枝立体形状，分布于 金属基体之中，一些晶间夹杂物或硬化相则分散分布于共晶团 或共晶团之间。
• c.共晶团数量对性能的影响 • ⅰ 共晶团数量增加，白口倾向减小，力学性能略有提高。 • ⅱ 共晶团数量增加，增加共晶凝固期间膨胀力，使胀大倾
• c.共晶团数量对性能的影响 • ⅰ 共晶团数量增加，白口倾向减小，力学性能略有提高。 • ⅱ 共晶团数量增加，增加共晶凝固期间膨胀力，使胀大倾
向增加，增加缩松倾向。 • ⅲ 影响因素：共晶转变时成核及生长条件，冷速越大，非
均质形核越多，生长速度越慢，则形成的共晶团数量越多。
(3) 石墨的晶体结构及片状石墨的长大
• 4. 各元素对金属基体的影响 • 5.常用合金元素的作用
• 三、铁液过热和高温静置
• 一定范围内提高铁液的过热温度，细化基体和石墨，灰 铸铁临界温度1500-1550℃。
• 四、孕育的影响
• 1. 定义：浇注前，在一定条件下向液体中加入一定量
的促进异质形核的固态物质，以改变铸造合金的凝固过 程，改善结晶组织，从而提高铸造合金性能的处理方法。
《铸造合金及其熔炼》概述
• 一 课程介绍
• 1.课程性质
• 考试课，2学分，共40学时。
• 2.课程体系
• 基础课-专业基础课-专业方向课 • 大学物理-物理化学-材料科学基础-热处理原理-金属工艺学-工程材料
学。
• 3.课程内容
• （1）铸造合金： 牌号，成分，组织、性能特点，应用 • （2）熔炼：设备，工艺，基本原理。
• Va= Vc或Va<Vc：形成球状石墨
• ③ 石墨分布、分类及形成条件
• 凝固条件不同（成分、冷速、形核能力），灰铁中可出 现不同的分布和形态（尺寸）。
(4) 球形石墨的形成过程
① 球形石墨结构
低倍观察，近似球形；高倍观察，成多边形轮廓。内部 呈现放射状；扫描电镜观察，石墨球表面一般不是光滑 球面，有许多胞状物，中心（内部）结构年轮状特点。 球状石墨具有多晶体结构，从核心向外呈辐射状生长锥 体状的石墨单晶。
• 石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分
解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析 出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由 渗碳体分解而得到。 • 物理意义
2．影响石墨化的因素
• (1) 合金元素：C和Si强烈促进，S强烈阻碍，Mn 阻碍，P微弱促进。
• (2) 冷却速率：缓慢冷却有利于石墨化。
• (5)蠕虫状石墨的形成过程
• 蠕虫状石墨是在共晶凝固过程中从铁液直接析出。两种生 长模式：
• ①小球墨——畸变球墨——蠕虫状石墨
• ②小片状石墨 由于蠕化元素局部富集而演变而成，稀土 元素和镁通过富集于于蠕虫状石墨的生长端部而起蠕化作
用的， 即可以为a向，也可以为c向。
• 小结：1、稳定系共晶转变的方式
• CE>4.26% 过共晶成分 • CE<4.26% 亚共晶成分 • CE=4.26% 共晶成分
• 物理意义？
。2.共晶度
• 概念：铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量 的比值，以SC表示
•
• CFe—铸铁的实际含碳量； • CC＇—稳定态共晶点的含碳量。 • 物理意义？
五、铸铁的石墨化
• 1．石墨化：铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称 为石墨化。
• （1）冷速快，非平衡结晶，碳当量高达4.7%，仍 有初析奥氏体。
• （2）碳当量一定，受Si/C比影响。
• ① Si/C比增加，初析奥氏体量增加。
• ② 高碳当量时，除影响数量外，还影响奥氏体 粗细，冷速一定时，随着碳量的增加，枝晶细化。
• （3）硫含量增加，枝晶粗化。
• 三、共晶凝固
• 1、稳定系共晶转变 • （1）结晶过程