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。

9.稀土在铝合金中有什么作用？

主要作用是提高铝合金的耐热性，同时还具有一定的变质作用。

10.铝铜类合金的室温机械性能和耐热性很高，而铸造性能差，且抗腐蚀性特别

低的原因？

铝铜合金是最典型最重要的时效强化型合金，因此它有很高的室温机械性能；铝铜类合金具有较高的共晶温度，α基体的固溶度在350℃以下变化很小，加入一些难熔元素利于形成成分结构均复杂的第二相，这些相成分区很窄，热硬性很高，因此铝铜类合金具有较高的耐热性；铝铜合金的结晶温度范围较宽，并且液态粘度随铜含量的增加而上升，因此铝铜合金的铸造性能差；铜和铝的电极电位差大，容易引起电化学腐蚀，因此铝铜合金的抗腐蚀性低。

11.Al-Mg合金铸件的机械性能壁厚效应大的原因及防止措施？

由于铝镁二元合金的结晶温度范围很大，铸态组织中共晶体量较少，镁增大液态粘度，此类合金的铸造性能不好，因此其机械性能壁厚效应大。防止措施：1）熔炼和铸造时采取特殊的保护措施，防止合金氧化；2）加入少量的铍，提高合金的抗氧化性；3）细化晶粒

12.铝合金热处理的目的是什么？

1）改善合金的组织和亚结构，实现固溶强化和时效强化，充分提高机械性能。通过它还能改善合金的切削加工性能；2）消除铸造或冷加工引起的内应力；3）稳定铸件的组织和形态、尺寸、防止因高温引起合金相变产生体积膨大现象；4）消除偏析，改善合金的组织和性能。

13.如果让你设计一种耐磨、耐热铝合金，请你指出该合金的主要成分和熔炼时

需注意的要点，说明理由。

采用共晶或过共晶铝硅合金，因为共晶及过共晶铝硅合金中含有大量共晶和初生硅，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。同时为了提高该合金的耐热性，还可以向合金中加少量的铜或稀土元素，因为铜和稀土都可以提高合金的高温强度；还可以加入少量的镁，使合金可热处理强化，提高室温性能；加入少量的锰，抵消铁的有害作用，也能改善高温强度。由于合金中含有大量的初生硅和共晶硅，因此在熔炼过程中，必须进行变质处理，改变合金的结晶组织，从而改善机械性能。

14.基本概念：变质潜伏期和炉料遗传性

许多变质元素加入铝液后，此保持时间称为变质潜伏期；所谓遗传性，就是质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽然经过正常的熔炼工艺处理仍无改善。

15.铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在？

铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高，铸件针孔越多。因为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。

16.浮游法精炼的基本原理和方法。

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。

17.铸造铝合金熔炼用熔剂的分类和作用？

1）覆盖熔剂只起隔离保护作用；2）覆盖精炼熔剂兼有保护和精炼作用

18.精炼效果检验的内容和方法？

1）气体含量的检验（观察针孔度、观察减压凝固试样、气相色谱法、真空测气仪）；2）氧化夹杂的检测（Al2O3等氧化物夹杂常用溴—甲醇法的化学方法测定）19.影响变质处理效果的因素有哪些？

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20.铸造镁合金有什么特性？

优点：1）密度小、质量轻；2）比强度和比刚度高；3）良好的导热导电性能；4）

良好的电磁屏蔽能力；5）优良的阻尼减振性能；6）良好的压铸成型及塑性加工性能；7）疲劳强度比铝合金高；8）摩擦时不产生火花、无毒性；9）易于回收和切削加工。缺点：1）抗蚀性较差；2）镁合金的熔炼和铸造均需采用专门的防护措施。

21.铸造镁合金分为哪几类？

1）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）

22.锆和稀土对镁合金有什么影响？

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

23.在几类镁合金中，为什么Mg-Al类合金必须进行孕育处理？

Mg-Al类合金自发凝固状态的晶粒很粗大，铸件壁厚时更明显。晶粒粗大将显著降低合金的机械、铸造性能，因此需要对合金进行孕育处理，细化基体晶粒。24.镁合金熔炼时为什么需要保护，其熔炼保护技术有哪几种，基本原理是什么？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

25.镁合金气体保护熔炼的意义，SF6保护机理及存在的问题？

熔剂保护熔炼时存在两大问题：一是熔剂粉尘和高温分解出Cl2、HCl和蒸发的盐雾，造成严重的公害；二是铸件容易出现熔剂夹杂，降低抗蚀性和机械性能。因此，发展了镁合金的气体保护熔炼。在含SF6气氛下熔炼，镁合金液面生成MgF2+MgO膜，这种MgF2表面膜致密，可起保护作用。但是SF6的温室效应比较显著，为CO2的几百万倍。

26.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？

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。