经典：常用铸造合金及其熔炼
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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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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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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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(铸钢及其熔练)ppt课件
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断面收缩率 ψ
（ %） 35 35 35 35 30 25 22 20
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第三章 铸造合金及其熔炼
常用的一些特殊铸造高合金钢有不锈耐
酸钢（如ZG1Cr17、ZG1Cr18Ni9Ti）、 耐磨高锰钢 （如ZGMn13-1）、耐热钢 （如ZG35Cr26Ni12）等。
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第三章 铸造合金及其熔炼
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第三章 铸造合金及其熔炼
2）装料 补炉完毕，即可装料。一 般小容量电弧炉由人工进行装料，3t以 上的电弧炉用料罐从炉顶装料。在往料 罐中装料时，需要合理地布置炉料。原 则是尽量多装料并使炉料熔化快，炉料 要装得紧密，以利于导电和电热。
3）熔化期 熔化期的任务是将固体 炉料熔化成钢液，并进行脱磷。
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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第三章 铸造合金及其熔炼
表2-11 铸造锡青铜
牌号 ZCuS n3Zn8Pb6Ni1 ZCuS n3Zn11Pb4 ZCuS n5Pb5Zn5 ZCuS n10P1 ZCuS n10Pb5 ZCuS n10Zn2
1）补炉 一般每炼完一炉钢以后， 在装料前，照例要进行补炉。目的是修 补侵蚀和损坏的炉衬。补炉材料用卤水 镁砂。补炉工具和方法一般为大铲贴补、 铁锹投补或用机械化设备补炉。出钢后 打开炉门，升起电极，立即扒净残钢、 残渣，迅速进行补炉操作。补炉操作的 要点是：炉温高、操作快、补层薄，以 利于补炉材料的烧结。
0.9
ZG310-570 0.5 0.6
铸造合金及其熔炼_铸造铝合金的熔炼
由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热 越小，扩散系数越大，即氢的溶解速度越大。
铝液中的合金元素及氧化夹杂物对氢的扩散系数有很 大的影响，通常降低氢的扩散速。
四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响
根据结构分析，铝及其合金中存在着三种不同形态的 无水氧化铝：γ 、η 和α ，它们各自的特性列于表13-2中。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa的条件下，测得硅、铜、镁对溶解
度影响，按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。 从表中可见、含镁量越高，氢的溶解度越高；反之，
硅、铜含量越高，氢的溶解度越低。
2、对氧化膜性能的影响
Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大，是表面活性元 素，密度又比铝小，富集于铝液表面，熔炼时，优先被炉 气氧化。铝液中含镁量高于1%，表面氧化膜即全部由 MgO所组成，这层MgO组织疏松，对铝液不起保护作用， 故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。
2、皮下气孔 气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产
生气体所造成，一般和铝液质量无 关口
3、单个大气孔 这种气孔产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如
铸型或型芯排气不畅，或者是由于操作不小心，如浇注时 堵死气眼，型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液 纯净度无关。
二、铝铸件中氧化夹杂物形态及对性能的影响
第十三章 铸造铝合金的熔炼
概述
熔炼工艺是铸件生产过程中的一个有机组成。一个 优质铝铸件的获得，需要有一整套优化的铸造方法、铸造 工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。
铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼 设备选用，熔炼工具处理及熔炼工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。严格 控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净 化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等。
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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铸造有色合金及其熔炼
2. 铸造有色合金
——以一种有色金属为基础，加入另一种或几种其他元素， 使之熔合一起，构成新的金属组成物。 有色合金（又称非铁合金）分为：形变合金 铸造合金 1）铸造铝合金、铸造镁合金——密度小、比强度高 2）铜合金——优良导电、导热性能，良好耐蚀性、耐磨性 及力学性能 3）钛合金——很高的比强度、耐蚀性 4）铸造锌合金——良好的压铸成型性能 5）锡基合金（Sn-Sb合金）、铅基合金（Pb-Sb合金）— 油润滑条件下良好的耐磨性能
Cu：>4%
要热处理
Al-Mg
Mg：>5%
合金液易氧化 铸造工艺复杂 最便宜
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Al-Zn
Zn：5~13%
2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 1 Al-Si二元相图
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2.Байду номын сангаас铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 2 含Si量对Al-Si二元合金铸造性能的影响
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2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
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2.1 Al-Si合金的变质
其它变质剂： 锶（Sr）变质：加入0.02~0.06%Sr，（720℃，Al-Sr合金）
长效6~8小时，缺点形成SrH，除氢不易，且易产生铸型反应，易 产生针孔。
锑（Sb）变质
稀土元素变质
精炼—变质剂（复合作用）
过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金（含P10%），加1%
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2.4 Al-Si铸造合金中有害杂质
Fe 来自坩埚、熔炼工具和炉料，形成Al3Fe、 α(Al12Fe3Si)和粗大针状的脆性β (Al9Fe2Si2)等相， 它们大大削弱基体，降低塑性和耐蚀性。（加入 Mn<0.5%可使相减少，形成新的复杂多元化合物） Sn、Pb 它们在中固溶度很小，形成共晶体的熔点 低，热处理时引起过烧，Sn还降低耐蚀性（应 ≤0.01%）。 热处理
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。
铸造合金材料及其熔炼知识全部在这里了
铸造合金材料及其熔炼知识全部在这里了铸造合金是高温合金合金化程度较高，不易变形而采用精密铸造成型的合金，属于高温合金中高温强度最高的一种；也是适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的合金。
在有色金属合金中，铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等都可用于铸造。
有色金属铸件广泛使用于机器制造、航空、汽车、建筑等工业中。
铸钢件在钢铁材料的使用中所占份额甚少，钢铁厂大多以钢材形式供货，因之冶炼厂大多和加工厂设于一地。
有色金属铸件在有色金属材料的使用中所占份额很大(有时几近半数)，形成庞大复杂的铸造合金系列。
1 灰铸铁灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这中铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造中业获得最广泛的应用。
表2为灰铸铁的新的国家标准。
该标准是以灰铸铁的抗拉强度作为分级依据的。
由于灰铸铁对冷却速率的敏感性（壁厚效应），同一种牌号铸铁在不同铸件壁厚条件下的实际强度有很大的差别（薄壁与厚壁之间在强度上的差别达50-80MPa）。
表2 灰铸铁分级2 球墨铸铁及蠕墨铸铁球墨铸铁和蠕墨铸铁一般是用稀土镁合金对铁液进行处理，以改善石墨形态，从而得到比灰铸铁有更高机械性能的铸铁。
球墨铸铁依照其基体和性能特点而分为六种：即铁素体（高韧性）球墨铸铁，珠光体（高强度）球墨铸铁，贝氏体（耐磨）球墨铸铁，奥氏体一贝氏体（耐磨）球墨铸铁，马氏体一奥氏体（抗磨）球墨铸铁及奥氏体（耐热、耐蚀）球墨铸铁。
蠕墨铸铁具有不同比例的珠光体—铁素体基体组织。
铸铁性能与其石墨的蠕化程度（蠕化率）及基体有关。
在石墨蠕化良好条件下，珠光体蠕墨铸铁的强度和硬度较高，耐磨性强。
适于制造耐磨零件，如汽车的刹车鼓等。
而铁素体蠕墨铸铁的导热性较好，在高温作用下，不存在珠光体分解问题，组织较稳定，适用于制造在高温下工作、需要有良好的抗热疲劳能力、导热性的零件，如内燃机汽缸盖、进排气岐管等。
3 可锻铸铁可锻铸铁是将白口铸铁通过固态石墨化热处理（包括有或无脱碳过程）得到的具有团絮状石墨的铁碳合金。
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
第一章：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增减，谓之碳当量，以CE表示，只考虑Si、P时，CE=C+1/3(Si+P)共晶度：铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以S c表示。
S c =铁/（4.26%-1/3（Si+P））如S c＞1过共晶、S c=共晶S c＜1为亚共晶铸铁六种石墨分布分类1、片状：形成条件：石墨成核能力强，冷却速度慢，过冷度小2、菊花状：实际上中心是D形外围是A形，开始时过冷大，成核条件差、先出D型，后期放出凝固潜热，过冷减小而析出A型3、块片状：过共晶时在冷速较小时形成4、枝晶点状：冷速打过冷大导致G强烈分枝5、枝晶片状冷速小初生γ枝晶6、星状：过共晶冷速较大。
第二章：金相组织由金属基体和片状石墨组成。
主要金属基体：p F 及p+F石墨片以不同的数量、大小、形态分布于基体中。
此外，还有少量非金属夹杂物：硫化物、磷化物等。
硫化物：1、硫可以以硫化铁的形式完全溶解于铁液中，但凝固时硫在固溶体或渗碳体中的溶解度很小。
锰较低、冷速较大时，形成三元硫化物或以富铁硫化物形态存在共晶团晶界上，能降低铸铁的强度性能2、当锰量较高时，则形成高熔点的MnS或S质点，对强度性能则无多大影响。
3、磷共晶常沿晶团晶界呈网状、岛状或鱼骨状分布。
它的性质硬而脆，是铸铁的性能降低，脆性增加，因此质量要求高的铸件常要限制磷的含量。
灰铸铁的性能特点1、强度性能：一方面由于它在铸铁中占有一定量的体积，是金属基体承受负荷的有效面积减少;另一方面，更为重要的是，在承受负荷时造成应力集中现象。
石墨的缺口作用主要取决于石墨的形状和分布，尤其形状为主，石墨的缩减作用取决于石墨的大小、数量和分布。
灰铸铁的硬度取决与基体，细化共晶团的措施是提高铸铁力学性能的有力手段。
灰铸铁中由于有大量的石墨片存在，减少了对外来缺口对力学性能影响的敏感性。
2.硬度分散。
铸造合金及其熔炼
铸造合金①铸铁是指含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金③铁碳相图p3④铸铁中硅的含量一般在0.8%~3.5%之间。
硅的作用有：①共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少；②硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区；③共晶和共析温度范围改变；④硅量的增加，还缩小了相图上的奥氏体区⑤碳当量和共晶度的意义及表达式p7答：碳当量：CE=C+1/3（Si+P）将合金元素对共晶点碳量的影响折算成铸铁碳量的增减，折算后的值称为碳当量共晶度：Sc＝C铁/C’C＝C铁/（4.26％－1/3（Si+P））铸铁偏离共晶点的程度还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，这个比值被称为共晶度⑥铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程中，包括初析和共晶凝固两个阶段。
具体的内容有：初析石墨或初析奥氏体的形成及其形貌；共晶凝固，共晶团以及共晶后期组织的形成；碳化物的形成及其特征⑦共晶团:以每个石墨核心为中心说形成的这样一个石墨--奥氏体两相共生生长的共晶晶粒称为共晶团⑧石墨分布及形成条件（重点）P17 （有两张图片判断类型，写出形成条件）⑨球状石墨的形成条件：球状石墨生长的两个必要条件是铁液凝固时必须有较大的过冷度和较大的铁液与石墨间的界面张力。
⑩球墨的长大:包括两个阶段，在熔体中直接析出核心并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下成长⑪球状石墨的形成机理：主要包括石墨晶核的产生及其性质，球状石墨的长大以及球化元素的作用三个方面⑫灰铸铁通常是指断面呈灰色，其中的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁⑬石墨对灰铸铁强度造成的影响：一方面由于它在铸铁中占有一定量的体积，使金属基体承受负荷的有效截面积减少；另一方面，更为重要的是，在承受负荷时造成应力集中现象。
前者称为石墨的缩减作用，后者称为石墨的缺口作用⑭石墨的缺口作用主要取决于石墨的形态和分布；石墨的缩减作用取决于石墨的大小，数量和分布；灰铸铁的硬度决定于基体⑮影响铸铁铸态组织的因素:冷却速度的影响，化学成分的影响，铁液的过热和高温静置的影响，孕育的影响，气体的影响，炉料的影响⑯铸铁的孕育处理：铁液浇注以前，在一定的条件下，向铁液中加入一定量的物质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⑰孕育处理的目的：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和其他性能的目的。
铸造合金及其熔炼资料
第一章1.铁碳相图的二重性从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C（石墨）相图才是稳定的。
从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变亦是可能的，因此就出现了二重性。
2.对比Fe-G和Fe-G-Si准二元相图，硅的作用有如下各点：1、共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少。
2、硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。
（共晶区：液相、奥氏体加石墨；共析区：奥氏体、铁素体加石墨）3、共晶和共析温度范围改变了，硅对稳定系和介稳定系的共晶温度的影响是不同的。
4、硅量的增加，还缩小了相图上的奥氏体区。
实际意义：对分析铸铁的凝固过程、组织形成以及制定热处理工艺。
3.碳当量和共晶度的意义及表达式。
碳当量：CE=C+1/3(Si+P) 根据各个元素对共晶点的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减。
共晶度：Sc=C铁/Cc=C铁/（4.26%-1/3（Si+P））C铁——铸铁实际含碳量（%）Cc——稳定态共晶点的含碳量（%）Si、P——铸铁中硅、磷含量（%）如Sc＞1为过共晶、Sc=1为共晶、Sc＜1为亚共晶成分铸铁。
4.初析石墨的结晶和初析奥氏体的结晶铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程，包括初析和共晶凝固两个阶段初析石墨的结晶：当过共晶成分的铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下便会析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大。
初析奥氏体的结晶：当凝固在平衡条件下进行时，只有当化学成分为亚共晶时才会析出初析奥氏体。
非平衡条件下，铸铁中存在一个共生生长区，而且偏向石墨的一方，因而在实际情况下，往往共晶甚至过共晶成分的铸铁在凝固过程中也会析出初析奥氏体。
5.亚共晶灰铸铁共晶转变工程示意图（文字）看书6.球墨铸铁共晶转变示意图。
（文字）看书课后习题：分析讨论片状石墨、球状石墨的长大过程及形成条件。
石墨类型形成条件长大过程片状石墨石墨成核能力强，冷却速度慢，过冷度小。
石墨的正常生长方式应是延基面的择优生长，最后形成片状组织。
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。
铸造合金及其熔炼-铸钢、有色
第二章 铸造碳钢
2.1 铸造碳钢的牌号及力学性能 工程用铸造碳钢大体上是按其强度划分牌号的，我国按照ISO标准，根据 标准， 工程用铸造碳钢大体上是按其强度划分牌号的，我国按照 标准 室温下的屈服强度和抗拉强度进行分级，将一般工程用铸造碳钢分为ZG200室温下的屈服强度和抗拉强度进行分级，将一般工程用铸造碳钢分为 400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-6405个牌号。下表给 个牌号。 、 、 、 和 个牌号 出了我国一般工程用铸造碳钢5个牌号的成分特点和其对应的力学性能 个牌号的成分特点和其对应的力学性能。 出了我国一般工程用铸造碳钢 个牌号的成分特点和其对应的力学性能。
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4、碳钢组织及不同热处理条件下的力学性能 碳钢组织及不同热处理条件下的力学性能 不同碳钢的金相组织见图1。不同热处理条件下的力学性能见图2 不同碳钢的金相组织见图 。不同热处理条件下的力学性能见图
金相组织(均为放大100 100倍 图1 不同含碳量的碳钢在退火状态下的 金相组织(均为放大100倍)，图中白色的 织为铁素体, 0.22 22％ 0.30 30％ 0.50 50％ 组 织为铁素体, 黑(灰)色的组织为珠光体 a) C 0.22％；b) C 0.30％；c) C 0.50％
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相析出。 相的析出， 体α相析出。随着 相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度 相析出 随着α相的析出 剩余奥氏体的含碳量上升。 发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完，钢的组织不再变化。 时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完，钢的组织不再变化。 （3）铸态组织 铸态组织 特征：晶粒粗大，有时还有魏氏（网状）组织。 特征：晶粒粗大，有时还有魏氏（网状）组织。 与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大， 与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大， 而且存在柱状晶区， 而且存在柱状晶区，铸件断面上典型 的晶粒分布见 右图。 右图。 魏氏组织： 魏氏组织：魏氏体组织 形态见右下图。铁索体在 奥氏体晶粒内部以一定的方向呈条状析出。这种形态 的铁素体常出现在中等含碳量，特别是壁较薄的铸件 中。通过热处理，可使魏氏体组织转变为更稳定的粒 状组织形态。 2.3 碳钢铸件的热处理、金相组织及力学性能。 碳钢铸件的热处理、金相组织及力学性能。 目的：细化晶粒，消除魏氏体(或网状组织 或网状组织)和消除铸 目的：细化晶粒，消除魏氏体 或网状组织 和消除铸 造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。 造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。
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一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料， 发生反应
3
①还原反应: C、CO将FeO中氧分离→还原Fe ②造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣） ③渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高，熔点低的生铁水
L+
A
H
B J
N
+
L+
E’ 2.08
E
L
1154℃ C C’ 4.26
L+G D F
+
G S’ 0.68
+ Fe3C A+G
738℃
L+Fe3C
I
PS
F+G
K
+ Fe3C
19
Q
第一阶段石 墨化
A
H
B J
L
N
L+
L+G
E’
1154℃ C
2.08 E
C’ 4.26
G S’ 0.68
A+G 738℃
C'
E 1148℃
C
A+Fe3C A+G
738℃
• 第三阶段：
二次石墨F P S 600 Q
铸铁 是以Fe、C元素为主的铁基材料，其含碳量 Wc >2.11%。
铸铁成形只能用铸造方法，不能用锻或轧制方法。 与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差，但具 有优良的铸造和切削加工性能。
按碳元素在铸铁中存在的方式不同，可将铸铁分 为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。
根据石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
炼钢生铁——用于炼钢（大多数） 铸造生铁——熔炼铸钢（少量）
4
二、炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含C量低（<1.4%） Si, Mn S, P杂质低
炼钢主要任务 ——生铁多余的C、杂质→氧化物
1. 钢的熔炼方法 平炉钢
按炉别分
转炉钢 电炉钢
按 脱 氧 程 度分
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
特殊镇静钢
结构及其他要求强度较高的构件。
8
半镇静钢：为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。
半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似，而性能 却与镇静钢钢锭相近，成分偏析小，综合机械性 能好。
9
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
11
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
一、铸铁及其熔炼
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。
铸铁的常用成分范围
组 元 wC wSi wMn wP wS wFe
成分（%）
2.4~4. 0
0.6~3.0
0.4~1.2
5
炼钢设备不同，分为
炼钢
① 转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
② 平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、低合金钢
③ 电炉炼钢——优质钢（成本高）
（感应电炉或电弧炉）
6
沸腾钢：在冶炼时脱氧不充分，浇注时C与O反应 发生沸腾。
特点：其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，
用途：这类钢一般为低碳钢，主要用于制造用量 大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。优质钢， 合金钢的钢锭
半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
7
镇静钢： 浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上 部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这 节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收Leabharlann 率低， 但组织致密，偏析小，质量均匀。
镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接
钢 （ 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %）
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁
（2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
10
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
第二章 常用铸造合金及其熔炼
1
本章主要内容与目的： 了解铸钢、铸铁的生产过程。 了解铸铁的分类。 理解铸铁石墨化及影响因素。 掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。
钢铁的生产过程影片
2
第一节 钢铁的生产过程
钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液 并浇注成钢锭的过程。
PS
F+G
第二 阶段 D石墨 化 F
K
Q
第三阶段石
墨化
➢铸铁的石墨化过程
共晶石墨
1600A
L+δ
第一阶段(液态阶段) ：
LC’ 1154℃ AE'+G 第二阶段：
A 1154～738℃ G
温度/ ℃
δ δ+A
H
B
J
1400
1394℃
1200 A
1000
G 912℃
F+A 800
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
灰口铸铁：
（根据G形态）
灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状
14
1．普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。
2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
≤0.3
≤0.15
其余
12
➢铸铁的分类
➢根据C铸铁中存在形式的不同：
铸铁
白口铸铁：Fe3C 麻口铸铁：Fe3C+G 灰口铸铁：G
白口铸铁： 碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
13
灰口铸铁：
a
b
c
d 15
16
麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡 组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
➢根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
17
➢铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。 铁碳合金中，C的存在方式有两种：
Fe3C 和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，G是一种稳定的相。
Fe3C →3 Fe +C（高温）
由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ： Fe -Fe3C 亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图
18
铁－碳双重相图
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