铸铁及其熔炼资料

1.1铸铁的结晶与组织的形成铁-碳相图及其双重性；铁-碳-硅准二元相图的特点；铸铁的一次结晶和二次结晶；合金元素对铸铁结晶过程的影响；1.1.1为什么有双重相图的存在?双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义?答：由于铸铁中的碳能以石墨或渗碳体（Fe3C）两种独立相的形式存在，因而铁、碳合金系统存在着Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C双重相图。

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。

因此就出现了铸铁在结晶过程中的铁—碳相图两重性。

1.1.2*硅对相图的影响如何?答：1）使共晶点和共析点左移，即缩小了共晶点和共析点的含碳量；2）提高共晶和共析温度。

随着含硅量的增加，共晶、共析温度提高。

3）共晶和共析转变在一区间（即三相共存区）；4）随硅量增加，奥氏体区缩小，铁素体区扩大。

1.1.3*根据铁碳双重相图，分析亚共晶成分铸铁在什么条件下形成灰口铸铁或白口铸铁或麻口铸铁？答：如在TC′以下、TC以上凝固时，一般可得到灰口铸铁；如过冷至TC以下凝固时，则有可能进行奥氏体加渗碳体的结晶，形成白口断面；这是由于冷却速度不同而导致共晶凝固温度的高低不同所致。

（TC 共晶温度，TC′为稳定系的共晶温度。

）1.1.4*灰铸铁的孕育对孕育剂有什么要求？答：1）要有较强的孕育能力，并能维持尽可能长的有效作用时间；2）要求易被铁液吸收，铁液降温少，不引起缺陷和其它副作用的产生；3）来源广泛，价格便宜，孕育处理操作简便。

1.1.5合金元素对铸铁结晶有什么影响？答：1）促进灰口或白口结晶:Si、Al、Co、Ni、Cu←→Mn、Mo、Cr、V、Sb、Te；2）对共晶温度范围的影响。

促进石墨化（灰口）阻碍石墨化（白口）1.1.6*灰铸铁的“碳当量”和“共晶度”在生产中有什么实际应用意义？答：1）碳当量CE%=C%+1/3（Si+P）%将CE 值与C′点碳量（4.26%）相比，即可判断某一成分的铸铁偏离共晶点的程度，如CE>4.26%为过共晶成分，CE=4.26%为共晶成分，CE<4.26%为亚共晶成分。

2）共晶度S C =C 铁/C C′=C 铁/[4.26%-1/3(Si+P)][式中C 铁—铸铁实际含碳量（%）；C C′--稳定态共晶点含碳量（%）]如S C >1为过共晶、S C =1为共晶、S C <1为亚共晶成分铸铁。

在实际生产中，根据CE 的高低、S C 的大小，推断出铸铁铸造性能的好坏，以及石墨化能力的大小。

1.2灰铸铁牌号、成分、组织、性能，孕育处理和炉前控制；低合金灰铸铁1.2.1*灰铸铁的金相组织及性能特点是什么？答：灰铸铁的金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成：G 片+P 或G 片+P+F 此外，还有少量的夹杂物，硫化物(FeS)+磷共晶等。

性能特点：1）强度性能较差；2）硬度的特点；3）较低的缺口缺口敏感性；4）良好的减震性；5）良好的减摩性。

1.2.2*石墨的形状、大小和数量是如何影响力学性能的？答：灰铸铁的金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成的。

片状石墨G 片：分布状态—A、B、C、D、E、F；石墨数量；尺寸大小—8级。

G 片对力学性能的影响：石墨数量越多，尺寸越大，石墨的缩减作用越大，铸铁的强度越低，塑性将更低。

随着含碳量的降低，石墨数量将减少，而且如果分布较均匀，交叉又少，则铸铁的强度提高。

1.2.3灰铸铁的铸造性能有什么特点？对流动性的主要影响因素是什么？答：1）灰铸铁的流动性：灰铸铁具有良好的流动性。

影响灰铸铁流动性的因素是化学成分、浇注温度、液体金属的过热状况、以及气体和非金属夹杂物等，而以浇注温度影响最大。

2）灰铸铁的收缩及缩孔缩松。

灰铸铁凝固以后，仍有一定的石墨化作用，故其收缩小，缩孔缩松缺陷少。

3）灰铸铁的应力、变形与裂纹：灰铸铁由于石墨化的作用，其收缩小，产生应力、发生变形和开裂的倾向都比较小。

1.2.4*冷却速度是如何对灰铸铁组织发生影响的？答：改变铸铁共晶阶段的冷却速度，可在很大的范围内改变铸铁的铸态组织，可以是灰铸铁，也可以是白口铸铁。

改变共析转变时的冷却速度，其产物亦会有很大变化。

随着冷却速度的增加，铁液过冷度增大，共晶反应平台离莱氏体共晶线越来越近，说明铸铁的白口倾向越来越大。

1.2.5*碳当量（以及碳、硅含量）高低是如何对铸铁组织发生影响的？答：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，称为碳当量。

以CE表示。

CE%=C%+1/3（Si+P）%将CE值与C′点碳量（4.26%）相比，即可判断某一成分的铸铁偏离共晶点的程度，如CE>4.26%为过共晶成分，CE=4.26%为共晶成分，CE<4.26%为亚共晶成分。

1.2.6常用合金元素及微量元素是如何对铸铁组织发生影响的？条件（合金元素及微量元素）铸铁组织的影响C、Si、Al增高铁素体增加Mn、Cr、Cu、Ni、Sn、Sb一定量内珠光体增加并细化Mo珠光体细化提高Cu、Ni、Mo量可出现中温转变产物—贝氏体中Mn(5%-7%)形成马氏体高Mn、高Ni 形成奥氏体1.2.7铁液过热和静置，以及炉料的组成是怎样影响灰铸铁性能的？答：在一定范围内提高铁液的过热温度，延长高温静置的时间，都会导致铸铁的石墨及基体组织的细化，使铸铁强度提高；进一步提高过热温度，铸铁的成核能力下降，因而使石墨形态变差，甚至出现自由渗碳体，使强度性能下降。

铁水出炉温度临界值：1500-1550℃。

铁水温度在其下，则石墨、基体细化，有大量非均质晶核，渣易上浮；温度在其上，则成核能力下降，石墨形状恶化，可能出现碳化物。

1.2.8*为什么强调对铸件本体性能的测定，并把它作为铸件验收的依据？答：因为实际铸件本体的强度及硬度都要比单铸试棒的低。

一般强度低20-150MPa，硬度值低40-80HBS，当铸件重量远大于试棒重量时尤其如此。

1.2.9*如何衡量灰铸铁的冶金质量？说明成熟度、硬化度和品质系数的正确概念？答：1）强度、硬度与共晶度的关系：通过试验，可以求得不同直径的试棒（相当于不同壁厚的铸件）其抗拉强度（σb ）与共晶度（Sc），即化学成分的关系式。

如对于中等壁厚的铸件（相应ф30试棒）:σb =1000-800Sc。

HB=530-344Sc。

2）灰铸铁的质量指标：成熟度：RG=σb 测／σb 计＝σb 测／（1000-800Sc）RG：0.5-1.5（以1.15-1.3为佳）硬化度:HG=HB 测/HB 计=HB 测/（530-344Sc）HG:0.6-1.2(以0.8-1.0为佳)品质系数:Q=RG/HG Q:0.7-1.5(最佳>1.0)Q ↑→品质↑（温度、化学成分、纯净度是铁液的三项冶金指标。

）1.2.10*提高灰铸铁性能的主要途径有哪些？答：1）合理选择化学成分；2）适当改变炉料组成：在炉料中适当增加废钢和减少生铁的比例，可降低铁水中P、S；3）采用孕育处理工艺；4）提高铁水温度：一般控制铁水出炉温度在1450-1470℃以上；5）灰铸铁低合金化：低合金化的目的是提高强度和硬度。

一般加入量小于3.0%.1.2.11*高牌号灰铸铁的铁液为什么必须进行孕育处理？如何理解孕育衰退现象？答：1）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。

2）原铁液化学成分和温度:要求原铁水的碳、硅含量处于由白口向灰口过渡（但仍为白口）的临界状态。

铁水出炉温度大于1430-1450℃。

3）孕育处理工艺：孕育剂：75Si-Fe；粒度：2-5mm；加入量：0.2-0.6%。

4）“孕育衰退”现象：晶核老化—-失去活性；晶核上浮；富硅区消失。

（一般要求浇注时间小于15分钟。

）1.2.12生产中较常用的孕育方法有哪些？答：包内孕育—包内冲入法、出铁槽孕育法；迟后孕育—浇口杯孕育、硅铁棒孕育、大块浮硅孕育、孕育丝孕育、铁液流孕育；型内孕育—全部孕育、局部孕育。

1.2.13*如何用三角白口控制炉前的铁液质量，以及进行化学成分的调整？答：白口宽度愈大，说明碳当量愈低，可在炉前增加硅铁，硅铁每增加0.1%，白口宽度减少1mm。

白口宽度太小时，碳当量也就愈高，可在炉前加适量锰铁等。

断口发暗，则硅量稍低；发亮，则硅量合适；发黑，则碳高；色淡且中心晶粒细，则碳低。

锤击时，容易打断，或断口平齐，说明强度低；不易打断，断口不整齐，则强度高。

1.2.14*常用的灰铸铁热处理工艺有哪些？答：常用的灰铸铁热处理工艺：1）去除应力退火，低温退火；2）改善切削加工性能的石墨化退火（消除局部白口）处理；3）表面热处理。

目的是：消除内应力和改善切削加工性能。

1.3球墨铸铁牌号、成分、组织、性能；工艺控制、铸造性能及缺陷预防措施1.3.1*为什么球墨铸铁呈“粥样凝固”？答：由球状石墨与奥氏体壳体组成的共晶体呈粥样漂浮在铁液中，并不断地增多和长大，直至最后凝固结束。

因此表明，球墨铸铁的凝固是呈“粥样凝固”。

1.3.2*球墨铸铁中最常见的基体组织是什么？答：1）珠光体+铁素体；2）奥氏体；3）贝氏体；4）马氏体及其回火组织。

球墨铸铁的基体组织取决于化学成分、一次结晶和二次结晶。

最常见的基体组织是由铁素体和珠光体组成，包括有纯铁素体或纯珠光体组织。

1.3.3*在工业条件下生产球墨铸铁，可否因自发形核而形成球状石墨？答：到目前为止，如果不加入球化剂，就不能在工业生产中得到球墨铸铁。

在工业条件下生产球墨铸铁，球化剂是必须的，不可能因自发形核而形成球状石墨。

1.3.4*为什么在工业生产中镁是球化剂中的主导元素？答：因为镁是球化能力最强的元素，也是应用最广泛的球化剂；目前在工业生产领域，主要的球化剂是镁、稀土和钙。

但至今，后两种（稀土和钙）已不单独使用，而是与镁复合使用作为球化剂。

1.3.5在何种条件下可考虑采用含钇的球化剂？答：对于大型厚大断面的球铁件，可选用钇基重稀土镁硅铁球化剂。

它具有较强的抗球化衰退能力。

1.3.6*为什么在稀土镁合金球化剂中含有钙，它的作用是什么？答：1）钙的沸点比镁高，在铁液中的沸腾作用也较镁平稳；2）加钙处理的球铁白口倾向比加镁处理的要小；3）加钙处理的球铁对硅、锰含量的敏感性较小；4）加钙处理的球铁很容易在铸态得到铁素体基体；5）球化剂中含有钙，可延缓铁液与球化剂反应的剧烈程度。

1.3.7*分述几种脱硫方法的优缺点？答：1）喷射法：用氮气向铁液中吹入粉状脱硫剂；脱硫效率高，温度降低多。

2）多孔塞法：从铁液包底的多孔塞吹入氮气，搅拌铁液，促使与表面加入的脱硫剂反应；脱硫效率高，温度降低多，应用最广泛。

3）摇包法：在偏心旋转台上摇动铁液包，搅拌脱硫剂和铁液；脱硫效率高，但处理时间长，温度降低多。