《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。
（8）．从冶炼钢方面的新技术，从冶金因素方面指明进一步提高铸件质量的途径。
（9）．铝合金
重点掌握铝硅合金的成分、组织、性能的关系，及提高铝硅合金性能的主要途经，了解铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金的成分、组织、性能的关系。掌握合金元素的作用。
（10）．铜合金
掌握锡青铜、铝青铜、特殊黄铜的成分、组织、性能的关系，掌握其铸造特点。
（11）．有色合金熔炼
掌握气体在有色合金中的溶解和析出规律，氧化夹杂的生成条件及存在形态，掌握常用有色合金的熔炼、精炼工艺及变质方法。
（12）. 了解铸造镁合金、钛合金的基本知识。
（三）实施说明
（1）．根据教学大纲组织教学内容，以教材为主，不断充实新理论、新技术、发展方向。
（2）．由于教学时数有限，课内只作重点讲授，其它内容安排学生自学。
（3）．注意各章节间内在联系的讲授和总结，注意理论联系实际的教学方法。
（4）．注意培养学生的自学能力，总结能力，分析问题和解决问题的能力。
（四）对先修课的要求
要求学生在学习本门课之前，应熟练掌握相图的基本知识和理论，掌握金属学原理、传热学原理、冶金学原理。而且，要求学生在生产实习中对实际生产有较好的感性认识。
（五）对习题课、实验环节的要求
（1）．习题：学生能用所学的理论知识独立完成习题作业，以便增加综合能力。
（2）．实验：要求学生独立完成金相观察的组织分析及对性能的影响。
（六）课程考核方式
1.考核方式：考试
2.考核目标：考核学生对基本概念的掌握情况，对专业理论知识的掌握情况，以及运用专业理论知识分析问题和解决问题的能力。开出设计性实验，提高学生的知识运用能力。
3.成绩构成：考试：75%，平时：12%，实验：13%。
（七）参考书目
《铸造合金及其熔炼》，陆文华等编，机械工业出版社出版社，出版时间2004
二、中文摘要
《铸造合金及其熔炼》教学大纲适用于材料成型及控制工程专业大学本科教学使用，主要讲述铸铁及其熔炼、铸钢及其熔炼、铸造有色合金及其熔炼的基本原理及工艺控制过程。通过课程讲授与实验相结合的方法，用专业理论知识分析工程实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。
三、课程学时分配表）
四、教学内容及基本要求
（一）铸铁及其熔炼
具体内容：
铸铁的结晶凝固与组织的形成，成分-组织-性能-应用的相互关系，灰铸铁，球墨铸铁及蠕墨铸铁，可锻铸铁，铸铁的熔炼。
重点：
铁碳及铁碳硅相图，铸铁的结晶凝固，灰铸铁的成分组织、性能和应用，球墨铸铁及蠕墨铸铁的成分、组织、性能，蠕墨铸铁及其组织和性能，可锻铸铁的成分、组织、性能及应用，冲天炉中高温的产生及热交换，燃烧反应强化冲天炉熔炼过程的途径，提高冲天炉的热效率，冲天炉内的冶金反应。
难点：
灰口铸铁的一次结晶白口铸铁的一次结晶，铸铁的凝固方式，奥氏体中碳的脱溶，奥氏体的共析转变和马氏体转变，合金元素对铸铁结晶过程的影响。
影响灰铸铁组织形成的基本因素，灰铸铁组织中的石墨和基体，灰铸铁的孕育，灰铸铁的机械性能和化学成分，低合金灰铸铁，灰铸铁的铸造性能，灰铸铁的热处理。
球墨铸铁的化学成分，石墨的球化，球墨铸铁的孕育，球墨铸铁的铸造性能，球墨铸铁件常见缺陷，球墨铸铁件的热处理。
蠕墨铸铁的蠕化和孕育，蠕墨铸铁常见缺陷，球墨铸铁及蠕墨铸铁件化学成分的选择举例。可锻铸铁中石墨的形成，白口铁铸态石墨化动力学，二阶段石墨化过程动力学，可锻铸铁的化学成分及热处理，加速加锻铸铁退火过程的途径，可锻铸铁的铸造性能，可锻铸铁的常见缺陷。
冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化，冲天炉熔炼过程的检测与铁液质量的炉前控制，炉外脱硫。
习题内容：
1．试分析共晶成分及亚共晶成分铸铁在一定的冷却速度下生成麻口组织时，往往在铁液中先有石墨共晶形成的道理。
2．综合分析硅在铸铁中所起的各方面作用，以及它对铸铁性能的影响。
3．分析合金元素对铸铁结晶过程的主要影响。
4．说明灰铸铁具有良好流动性的原因。
5．为什么热处理方法不能从根本上改善铸铁的性能。
6．分析灰铸铁中石墨基片状存在对其性能的影响。
7．会铸铁进行孕育处理的目的？常用的孕育剂是什么？
8．说明S、P含量对铸铁石墨化和机械性能的影响。
9．灰铸铁件进行低温退火和高温退火的目的是什么。
10．试分析球墨铸铁比灰铸铁的切口敏感性强，而减震性和导热性较差的道理。
11．试分析在铸态下得到高韧性球墨铸铁、高强度球墨铸铁和高韧性高强度球墨铸铁的基本途径，并于热处理方法进行比较。
12．试分析在奥—贝氏体球墨铸铁的热处理中，改变加热温度和等温淬火温度对生成组织和性能的影响。
13．试分析在铸造工业上采用的铸件顺序凝固及冒口补缩的方案在球墨铸铁件运用的效果。
14．试分析球墨铸铁的凝固特点。
15．为什么蠕墨铸铁的减震性、导热性和机械性能位于灰铸铁和球墨铸铁中间。
16．说明硅、锰二元素的含量对机体组织的影响。
17．铸铁中加入合金元素，进行合金化的目的。
18．试论述加速黑心可锻铸铁退火过程的途径和措施。
19．说明第一阶段石墨化过程中，石墨核心形成与长大的过程。
20．试论述石墨形状和基体组织对铸铁机械性能的影响。
21．说明黑心可锻铸铁退火过程中组织的变化过程。
22．说明可锻铸铁碳硅比的选择对石墨化过程的影响。
23．说明冲天炉送风量过大或过小均不利于提高铁液温度的道理。
24．试分析冲天炉不适合于熔炼高合金铸铁的道理。
25．前炉和炉缸的作用。
26．指出冲天炉熔化铁水时，铁液增碳和减碳的冶金过程？并指出影响增碳的因素。
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。
28．按网形图分析焦耗和风量分别对铁水温度和铁水熔化率的影响。
29．分析冲天炉风口以上的炉气成分及含量分布。
30．说明对铸造用铁液质量的基本要求。
31．冲天炉富氧送风的优点是什么。
实验上机：
灰铸铁金相组织观察，球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁金相组织观察。
（二）铸钢及其熔炼
具体内容：
铸造碳钢，铸造低合金钢，铸造高合金钢，电弧炉炼钢，感应电炉炼钢。
炼钢技术的发展
重点：
铸钢结晶过程及铸态组织，结晶凝固过程对组织形成的影响，铸钢件力学性能，合金元素在钢中的作用（存在形式、常用合金元素），高锰钢、不锈钢，电弧炉及感应电炉的结构、熔炼工艺，炉外精炼。
难点：
结晶凝固过程对组织形成的影响，常见元素对机械性能的影响（锰、硫、磷、硅），气体和非金属夹杂物对机械性能的影响，铸造性能（流动性、体收缩率及缩孔率、线收缩率、热裂倾向、冷裂倾向）。
锰系及锰硅系铸造低合金钢，铬系及铬镍系铸造低合金钢，其它铸造低合金钢，低合金钢的铸造性能。
铸造抗磨钢（铸态组织、热处理、加工硬化及抗磨性），铸造不锈钢（铬不锈钢、铬镍不锈钢及马氏体不锈钢），铸造耐热钢（钢在高温下的强化和蠕变）。
三相电弧炉的结构及主要技术指标，碱性电弧炉氧化法炼钢，钢的浇注。
感应电炉的结构及工作原理，酸性感应电炉炼钢工艺，碱性感应电炉炼钢工艺。
真空炼钢、氩氧脱碳法、真空氩氧脱碳法炼钢、电渣炉炼钢，炉外处理钢水的工艺：真空处理及真空浇注。
习题内容：
32．五大元素对铸钢性能的影响。
33．铸钢中非金属夹杂物的形态及对性能的影响。
34．铸钢铸态组织主要缺陷及消除方法。
35．铸钢的铸造性能特点。
36．锰、铬、镍、钼、铜在低合金钢中的作用。
37．试分析高锰钢作为最通用的一种抗磨钢的道理。
38．指出改善高锰钢性
39．铬、镍在高合金钢中的作用。
40．铬镍不锈钢的铸造性能。
41．碱性电弧炉氧化法炼钢各期主要任务是什么。
42．氧化脱碳的意义？为什么要在温度超过一定值后才能进行氧化脱碳。
43．“大口出钢、钢渣混出”的意义。
44．使分析感应电炉炼钢的特点。
45．真空感应电炉炼钢的优缺点。
46．使分析VOD法最适合冶炼不锈钢和超低碳钢的道理。
47．全面分析炉外精炼的作用和意义。
实验上机：
铸造碳钢、铸造合金碳钢金相组织观察
（三）铸造有色合金及熔炼
具体内容：
铝合金，铜合金，其它合金；铝合金的熔炼，铜合金的熔炼。
重点：
铝—硅类合金，铝—铜类合金，铝—镁类合金，铝—锌类合金，锡青铜，铝青铜，黄铜，轴承合金，铝液的氧化及吸气、铝合金的精炼及变质，铜合金的氧化及脱氧。
难点：
工业纯铝的一般特性、铸造铝合金的分类及其特点，铝—硅类合金（成分、组织与性能，提高铝—硅类合金性能的主要途径），铝—铜类合金（成分、组织与性能），铝—镁类合金（成分、组织与性能），铝—锌类合金（成分、组织与性能）。
工业纯铜的一般特性及应用、铸造铜合金的分类，锡青铜（成分、组织、性能及用途、合金元素对锡青铜的影响），铝青铜（成分、组织、性能及用途，合金元素对铝青铜的影响）；黄铜（成分、组织、性能及用途，特殊黄铜）。
轴承合金的成分、组织、性能及应用，锌合金的成分、组织、性能及应用。
铝合金熔炼的一般原则，对铝液质量的要求，铝液的氧化及吸气，铝液中的气体来源及氢在铝液中的溶解特性，铝液的氧化、吸气及影响因素，铝合金的精炼（吸附精炼及非吸附精练），铝合金的变质处理（共晶、亚共晶、过共晶铝合金的变质）。
铜合金的氧化及脱氧（铜合金的氧化特性、铜合金的脱氧），铜合金的吸气及除气精炼（气体在铜液中的溶解特性，除气精炼的原理及方法）。
了解铸造镁合金、钛合金的基本知识。
习题内容：
48．铸造铝合金共分几类？各类合金的特点是什么，合金代号是什么。
49．提高Al—Si类合金力学性能有哪些途径，试举例说明。
50．Al—Si共晶合金变质前后有哪些变化？简述变质机理。
51．铸造铝合金常用的热处理规范有几种？试举例说明。
52．铝液中氢与氧化夹杂之间有何
53．铝液精炼工艺分几类？使举例说明。
54．铝合金细化处理机理和共晶硅变质机理有何不同？最常用的细化剂有哪些。
55．铸造锡青铜的铸造工艺特点是什么？克服锡青铜阀体渗漏有哪些方法。
56．分析ZCuZn38的结晶过程，描述其铸态组织，分析含锌量和力学性能之间的关系。
57．铜液有几种脱氧方法？各自的优缺点如何。
58．试述磷铜的脱氧原理及脱氧工艺要点。
实验上机：
铸造碳钢、铸造合金钢、铸造铝合金、铸造铜合金金相组织观察。
实验上机：
铝合金液精炼净化工艺及铝液质量检测设计性实验。
了解采用气体旋转喷吹铝液精炼处理的基本原理，了解设备的使用原理及操作过程；掌握气体喷吹工艺参数对铝液精炼效果的影响，能通过浮游法精炼原理的分析，对气体喷吹工艺参数进行设计，并对精炼铝液效果进行检测。
铝合金的熔炼与浇铸 6．5．1铝合金的性能及应用 铝合金是比较年轻的材料，历史不过百年，铝合金以比重小，强度高著称，可以说没有铝合金就不可能有现代化的航空事业和宇航事业，在飞机、导弹、人造卫星中铝合金所占比重高达90%，是铸造生产中仅次于铸铁的第二大合金，其地壳含量达7.5%，在工业上有着重要地位。 铝合金有良好的表面光泽，在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性，故在民用器皿制造中，具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性，因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能，放在化工生产中使用的热交换装置，以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件，如燃机的汽缸盖和活塞等，也适于用铝合金来制造。 铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低（纯铝熔点为660℃，铝合金的浇注温度一般约在730～750℃左右），故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的在质量、尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，其流动性良好，有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。 铸造铝合金的分类、牌号： 铝合金按照加工方法的不同分为两大类，即压力加工铝合金和铸造铝合金（分别以YL和ZL表示）。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列，即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金（分别以 ZL1X X，ZL2 X X，ZL3 X X和ZL4 X X表示），在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。表1中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。 6．5．2 铝合金的熔炼设备
第一篇铸铁及其熔炼 1、按石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。 2、在Fe-G-Si相图中，硅的作用 （1）共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少； （2）共晶转变和共析转变出现三相共存区； （3）改变共晶转变温度范围；提高共析转变温度； （4）减小奥氏体区域。 3、只考虑Si、P等元素对共晶点实际碳量影响的计算公式为CE=C+1/3（Si+P）； 4、亚共晶铸铁凝固特点：凝固过程中，共晶体不是在初析树枝晶上以延续的方式在结晶前沿形核并长大，而是在初析奥氏体晶体附近的枝晶间、具有共晶成分的液体中单独由石墨形核开始；石墨作为领先相与共晶奥氏体共生生长； 5、过共晶铸铁的凝固特点：凝固过程则由析出初析石墨开始，到达共晶温度时，共晶石墨在初析石墨上析出，共晶石墨与初析石墨相连。 6、石墨的晶体结构是六方晶体。 7、如图所示，形成片状石墨的晶体生长是Ａ向占优，而球状石墨是Ｃ向生长占优， 8、F、C型石墨属于过共晶成分铸铁中形成的石墨 Ａ型Ｂ型Ｄ型Ｆ型 9、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。 10、球墨铸铁的球状石墨的长大包括两个过程：石墨球在熔体中直接析出并长大；形成奥氏体外壳，在奥氏体外壳包围下长大。 11、由于球状石墨的生长是在共晶成分下形成的石墨和奥氏体分离长大，因此其共晶过程又称之为离异共晶； 12、灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成，基体的主要形式有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。 13、普通铸铁中除铁以外，五大基本元素包括碳、硅、锰、硫、磷，其中碳、硅是最基本的成分，磷、硫是杂质元素，因此加以限制。 14、在铁碳双重相图中，稳定系和亚稳定系的共晶反应温度差别形成了共晶温度间隔，对于Ni、Si、Cr、S这四种元素来说，促进合金液在冷却过程中按稳定系转变的元素有Ni、Si，按亚稳定系转变的元素有Cr、S。 15、Cr元素在铸铁中的作用: (1)反石墨化元素,珠光体稳定元素;
铝合金铸造工艺简介 一、铸造概论 在铸造合金中，铸造铝合金的应用最为广泛，是其他合金所无法比拟的，铝合金铸造的种类如下： 由于铝合金各组元不同，从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同，结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性，合理选择铸造方法，才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生，从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能，通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分，但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 (1) 流动性 流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多，主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒，但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力（俗称浇注压头）的高低。 实际生产中，在合金已确定的情况下，除了强化熔炼工艺（精炼与除渣）外，还必须改善铸型工艺性（砂模透气性、金属型模具排气及温度），并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度，保证合金的流动性。 (2) 收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲，合金从液体浇注到凝固，直至冷到室温，共分为三个阶段，分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响，它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩，在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。 铝合金收缩大小，通常以百分数来表示，称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包括液体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见，并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中，并分布在
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，
《材料的制备技术与实践课程-金属材料》 金属材料的熔炼和浇铸部分实验报告 一、实 验目的 金 属材料的熔炼 和铸造作为金 属材料使用最为广泛的成型方法之 一，在工业零件，尤其是大型零件的制备中具有不可替代的地位。本实验通过对有色合金进行熔炼浇注，了解铸造的整个流程，对金属的铸造有直观的认识。 二、实验方法 实验步骤： 1. 坩埚熔炼炉的使用 本实验使用电阻坩埚熔炼炉，主要包括两个部分：加热部分-电阻丝加热熔炼炉和控温部分-控温继电器。 打开总电源，在控温继电器的显示屏幕上显示有两个数字，红色的数字为当实验名称 金属材料的熔炼和浇铸部分 时间地点 2015年12月 23 日 材料学院325室 指导教师 王军、严彪 专业班级 无机 班 级 无机班 学生姓名 沈 杰 学 号 1531519
前熔炼炉炉内温度，绿色数字为设定的加热保温温度。待继电器示数稳定后，对加热温度进行设置。 点击按钮，设定数字变为4位数并闪动，点击按钮，选择要改变的位置，按进行调节，直到设定为想要的温度。点击按钮，确定加热保温温度。打开加热电源后，电流表显示有加热电流，说明已经开始加热。到达温度后保温一段时间，直至坩埚内金属熔化为液态。 2.金属浇注的方法 关闭加热电源，打开熔炼炉炉盖，用铁钳将坩埚从熔炼炉中取出，慢慢倾倒坩埚，使得里面的金属溶液慢慢流入模具中，充满整个形腔。将模具静置，待其冷却后卸模取样。 注意事项： 金属浇注是高温操作，必须注意安全，必须穿戴白帆布工作服和工作皮鞋。严格按照操作流程，预防危险。浇注前，必须清理浇注行进通道，防止摔倒。浇注时必须切断加热电源。在浇注前对模具进行预烘，防止模具中残留水分导致金属溶液飞溅。 三、思考题 1、铸造时温度的选择有什么要求？ 铸造过程中温度的选择至关重要：过高温度浇注易造成粘砂、铁夹砂、缩孔、缩松、热裂、跑火、局部氧化、尺寸不合格、反应性气孔偏多等缺陷；过低温度浇注易造成：浇不足、冷隔、过渡圆角偏大、夹渣、夹砂、析出性气孔
铝合金熔炼与铸造工艺 规范与流程 Revised by Chen Zhen in 2021
铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程 资料来源：全球铝业网铝业知识频道一、铝合金熔炼规范 （1）总则 ①按本文件生产的铸件，其化学成分和力学性能应符合GB/T 9438-1999《铝合金铸件》、JISH 5202-1999《铝合金铸件》、ASTM B 108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T 15115-1994《压铸铝合金》、JISH 5302-2006《铝合金压铸件》、ASTM B 85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。 ②本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气（天然气）炉内进行。一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。 （2）配料及炉料 1）配料计算 ①镁的配料计算量：用氯盐精炼时，应取上限，用无公害精炼剂精炼时，可适当减少；也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝合金压铸时，为了减少压铸时粘模现象，允许适当提高铁含量，但不得超过有关标准的规定。 2）金属材料及回炉料 ①新金属材料 铝锭：GB/T 1196－2002《重熔用铝锭》
铝硅合金锭：GB/T 8734-2000《铸造铝硅合金锭》 镁锭： GB 3499-1983《镁锭》 铝铜中间合金：YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金：YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 各牌号的预制合金锭：GB/T 8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH 2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTM B 197-03《铸造铝合金锭》、JISH 2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80％，其中破碎重熔料不超过30％；对于不重要的铸件可全部使用回炉料；对于有特殊要求（气密性等）的铸件回炉料用量不超过50% 。 3）清除污物 为提高产品质量，必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前除去（可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件）。 4）炉料预热 预热一般为350～450℃下保温2～4h。Zn、Mg、RE在200～250℃下保温2～4h。在保证坩埚涂料完整和充分预热的情况下，除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃材料外的炉料允许随炉预热。
?? 铸造有色合金及其特种铸造技术在基本制造产业中占有重要地位，是关键技术之一，在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用，由其所带动的产业在国民经济中起着重要的支撑作用。目前公认的铸造有色合金包括铝、镁、钛、锌和铜等材料，约占各类铸件总量的 ２０％左右，由于减重降耗的要求，其应用具有明显的增 长趋势，例如在汽车产业中，需要将铝合金铸件从现有的占铸件总重量的１０％增长到３０％左右，而在航空工业中，铝铸件更是占到铸件总量的８０％以上。 为了更好的满足某类产品的使用要求，在产品设计时，会更多地考虑减轻产品的结构重量和特殊的物理化学性能，有色合金恰恰可以满足这几方面的需求，即：①产品构件的减重和轻量化需求；②产品的功能性需求，如电阻材料、磁性材料、记忆功能材料和耐磨减摩材料等；③产品的装饰性功能需求，如铝合金的光亮性、钛合金的可着色性等。对产品的减重和构件轻量化需求是推动铸造有色合金应用领域不断扩大的动力，而对产品的功能性和装饰性需求则是铸造有色合金的发展方向。 １ 我国铸造有色合金的发展概况 １．１ 铸造铝合金 铸造铝合金是我国发展较早的有色金属材料之一， 其密度小，比强度高和耐腐蚀，因此广泛地应用于航空、航天、汽车、机床制造等制造业。目前，随着行业的发展，对铸造铝合金的需求越来越大，尤其是汽车工业的发展，轿车生产总量激增，对铝合金的需求量越来越大。例如一汽生产的红旗轿车，其整车铝合金铸件已经超过１００ｋｇ［１］，而且随着对节约能源和环境保护要求的提高，铝铸件的生产正朝着轻量化、强韧化、精密化和复合化的方向发展，铸造铝合金的应用将有很大的空间。 在各类铸造铝合金中，按照其性能特点可分为：高强韧铝合金、耐热铝合金、耐蚀铝合金和超轻铝合金等等，其中高强韧铸造铝合金能够保证合金在高强度的条件下，还具有高的断裂韧性、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，因此可以部分的取代锻件，制备成形状复杂的铸件。例如ＺＬ２０５Ａ高强度铸造铝合金，该合金的极限拉伸强度可达５００ＭＰａ以上，已广泛用于航空、 收稿日期：２００７－０１－１８收到初稿，２００７－０３－１９收到修订稿。 作者简介：丁宏升（１９６８－），男，黑龙江双城人，副教授，博士，研究方向为材料液态制备成形与新工艺。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｉｎｇｈｏｓｈ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ 丁宏升，郭景杰，苏彦庆，贾 均，傅恒志 （哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘要：结合我国在铸造有色合金领域的发展概况，从合金发展、应用和有色合金熔体技术以及特种铸造在有色合金中的 应用角度，分析了五十年来我国在该领域所取得的成绩和存在的问题，以引起广大科技工作者和生产技术人员对这方面 自主创新的重视，不断提高铸造有色合金的技术水平，扩大其应用领域。 关键词：有色合金；特种铸造；熔体处理；铸造合金；精密铸件中图分类号：ＴＧ２９－１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４９７７（２００７）０６－０５６１－０６ ＤＩＮＧＨｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ，ＧＵＯＪｉｎｇ－ｊｉｅ，ＳＵＹａｎ－ｑｉｎｇ，ＪＩＡＪｕｎ，ＦＵＨｅｎｇ－ｚｈｉ（ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ１５０００１，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｆｉｆｔｙ－ｙｅａｒ＇ｓａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｓｏｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓｃａｓｔａｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｐｅｃｉａｌｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｒｅｉｎｃｌｕｄｅｓａｌｌｏｙｓｙｓｔｅｍｓ，ａｌｌｏｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓｆｏｒｍｅｌｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｓｐｅｃｉａｌｃａｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｉｍｉｓｔｏａｒｉｓｅｐｅｏｐｌｅｐａｙｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｉｓａｒｅａ．Ｉｔｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｍａｋｉｎｇｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇｎｏｖｅｌｔｉｅｓｃｏｈｅｒｅｎｔｌｙｏｎｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｓａｍａｉｎｐａｔｈｔｏｂｅａｈｅａｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓａｌｌｏｙ；ｓｐｅｃｉａｌｃａｓｔｉｎｇ；ｍｅｌｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃａｓｔａｌｌｏｙ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｉｎｇ 我国铸造有色合金及其特种铸造技术发展现状 ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＣａｓｔＡｌｌｏｙｓａｎｄｔｈｅＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ＳｐｅｃｉａｌＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎＣｈｉｎａ !!!!!" !" !!!!!" !" 专题综述 Ｊｕｎ．２００７Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．６ 铸造 ＦＯＵＮＤＲＹ ５６１
1、屈服强度：表示方法：试样拉伸过程中标距部分残余伸长为原长度的0.2×10时的应力，符号δ0.2. 名词解释：就是指金属对起始塑性变形的抗力； 抗拉强度：表示方法：最大均匀塑性变形抗力的指标δb 名称解释：是代表最大均匀塑性变形抗力的指标； 延伸率：表示方法：δ 铸造合金的分类：铸造有色合金和铸造黑色合金 常用的熔炼方法及加热原理：冲天炉熔炼：利用焦炭燃烧产生热量使合金融化。 电弧炉熔炼：利用电弧产生的热量来熔炼合金。 感应炉熔炼：利用交流电感应作用是金属本身产生热量来熔化金属的一种熔炼方法 固溶强化：指形成固溶体使合金强化的方法 时效强化：通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，这样的强化加时强化 变质处理：是在熔融的合金中加入少量的一种或几种元素（或加化和物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善机械性能 机械性能的壁厚效应：机械性能随壁厚的增加而下降的现象 变质潜伏期：变质元素加入铝液后，必须保持某一确定时间才能得到最大的变质作用，此保持时间称为潜伏期 炉料遗传性：质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽经正常熔炼工艺的处理仍无改善 球化衰退：球化处理后的铁液在停留预定时间后，球化效果会下降甚至消失 铁碳相图双重性：是指碳既可以以石墨形式存在，又可以以Fe3c形式存在。 炉气燃烧比：是指CO2占（CO2+CO）总量的百分比。 冲天炉的炉壁效应：冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向 魏氏组织：铸钢冷却时，在二次结晶过程中，若铁素体呈针、片状从奥氏体中析出，且与晶粒周界成一定的角度，通常将这种先共析针（片）状铁素体加珠光体的组织 等强温度：随着温度升高，在一定温度时，晶界和晶内强度相等 金属的钝化：是指活泼金属由易腐蚀的活性状态变为耐腐蚀的钝性状态 集肤效应：由于高频，炉料中的电流绝大部分都沿表层流过，这种现象称为集肤效应 回火脆性： 稳定化处理：充分发挥钛的作用，使钢中尽可能多的C都形成TiC，并将铬稳定在奥氏体基体中的热处理方法称为稳定化处理。 3、金属材料的强化机制有哪些，细晶强化实质及对合金强度和塑性的影响 答：机制：细晶强化、固溶强化、时效强化、弥散强化、形变强化 实质：增加晶界能同时提供塑性和强度 影响：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。 4、铸造合金的使用性能有哪些： 答：机械性能、物理性能、化学性能 5、铸造合金的工艺性能有哪些： 答：铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能 6、铸造铝合金的分类及牌号表示方法? 分类：si,cu,mg,zn四类，表达方式分别是：zl1**,zl2**,zl3**,zl4**,牌号：zal+合金元素+元素含量 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） 7、铝硅合金进行变质处理的原因及方法？ 答：原因：硅相在自发非控制生长条件下回长成片状，这种形态的脆相严重地割裂基体，大大降 低了合金的强度和塑性 方法：加入氟化钠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。 8、镁、铜、铁、稀土、镍及锰对铝硅合金组织和性能的影响 答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。 9、Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因 答：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
铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一) 装料 熔炼时，装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗，还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。装料的原则有： 1、装炉料顺序应合理。正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定，而且还应考虑到最快的熔化速度，最少的烧损以及准确的化学成分控制。 装料时，先装小块或薄片废料，铝锭和大块料装在中间，最后装中间合金。熔点易氧化的中间合金装在中下层。所装入的炉料应当在熔池中均匀分布，防止偏重。 小块或薄板料装在熔池下层，这样可减少烧损，同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。中间合金有的熔点高，如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃，装在上层，由于炉内上部温度高容易熔化，也有充分的时间扩散；使中间合金分布均匀，则有利于熔体的成分控制。炉料装平，各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。 炉料应进量一次入炉，二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。 2、对于质量要求高的产品（包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等）的炉料除上述的装料要求外，在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂，在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂，这样可提高炉体的纯洁度，也可以减少损耗。 3、电炉装料时，应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm，否则容易引起短路。 熔化 炉料装完后即可升温。熔化是从固态转变为液态的过程。这一过程的好坏，对产品质量有决定性的影响。 A、覆盖 熔化过程中随着炉料温度的升高，特别是当炉料开始熔化后，金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂，将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易侵入，造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液体或液流要向炉底流动，当液滴或液流进入底部汇集起来时，其表面的氧化膜就会混入熔体中。所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜，在炉料软化下塌时，应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖，其用量见表。这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 覆盖剂种类及用量 炉型及制品电气熔 炼煤气炉熔炼 覆盖剂用量普通制品特殊制品普通制 品特殊制品 （占投量） /% 0.4-0.5 0.5-0.6 1-2 2-4 覆盖剂种类粉状熔剂 Kcl：Nacl按1：1混合 B、加铜、加锌 当炉料熔化一部分后，即可向液体中均匀加入锌锭或铜板，以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。 这时应强调的是，铜板的熔点为1083℃，在铝合金熔炼温度范围内，铜是溶解在铝合金熔体中。因此，铜板如果加得过早，熔体未能将其盖住，这样将增加铜板的烧损；反之如果加得过晚，铜板来不及溶解和扩散，将延长熔化时间，影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时，应尽量避免更换电阻丝带，以防脏物落入熔体中，污染金属。 C、搅动熔体
成都理工大学2013－2014学年 第一学期《铸造合金及其熔炼》试卷答案(A) 一、名词解释 1）HT200 是指抗拉强度不低于200Mpa的灰口铸铁； 2）QT500-7是指抗拉强度不小于500MPa，伸长率不小于7的球墨铸铁。 3）ZL201：铸造铝铜合金ZAlCu5Mn，是重要的耐热高强度铸铝合金，成份Cu 4.5~5.3%，Mn 0.6%~1.0%，Ti 0.15~0.35%，其余为Al。 4）孕育处理：铸铁铁液在浇注前，在一定的温度和成分下，加入一定量的孕育剂如硅铁等，改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高铸件性能为目的的处理方法，谓之孕育处理。 5）球化处理：向铁水中加入稀土镁合金（球化剂）。（其中镁是具有很强球化能力的元素）。球化剂的作用是使石墨呈球状析出。我国应用最广的球化剂是稀土镁合金。 6）铝合金的吸附精炼：是指在铝合金熔炼时通入不溶气体或加入精炼剂产生不溶于铝液的气体，在上浮的过程中吸附氧化夹杂，同时清除氧化夹杂及其表面依附的H2，达到净化铝液的方法。（3分） 7）水韧处理：高锰钢的含碳量一般在0.9~1.4%，属于高碳钢，铸态组织为奥氏体和碳化物以及少量的珠光体组成，为了消除碳化物，铸件加热至奥氏体化温度，保温至组织全部奥氏体化后，淬火得到单一的奥氏体组织，从而提高铸件的韧性，这一处理成为水韧处理。 8）时效强化（沉淀强化）：时效处理，又称低温回火。时效强化是指在网溶度随温庋降低而减少的合金系中，当合金元素含量超过一定限量后，淬火可获得过饱和固溶体。在较低的温度加热（时效），过饱和固溶体将发生分解并析出弥散相，引起合金强度、硬度升高而塑性下降的过程。它也被称为沉淀强化。 9）T4 固溶处理：将铸件加热至固相线附近，使强化相溶入α（Al）中，在淬入冷却介质中获得过饱和的α（Al）固溶体，提高铸件的强度和塑性的一种热处理工艺。 10）吹氩精炼：利用氩是惰性气体，既不溶于钢液中，又不合钢液中的元素反应，因此向钢包内的钢液中吹氩，氩气泡在缓慢上升过程中吸附非金属夹杂和溶解在钢液中的气体，达到净化作用；同时由于氩气泡内CO的分压力为0，因此[C]和[O]在氩气泡和钢液界面上发生反应形成CO进入氩气泡，从而达到脱氧的目的。 二、填空（20分） 1、石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。 2、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。 3、不锈钢中铬的主要作用，其作用包括：（1）在铸件表面形成致密的氧化膜；（2）提高铁素体的电极电位。 4、铸钢件断面典型的晶粒分布如图所示，包括三个区域：1—表面细晶区；2—柱状晶区；3—中间等轴晶区。 5、碳钢铸件热处理的目的是细化晶粒，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。 6、铝合金的变质处理包括三类：（1）α（Al）的晶粒细化处理；（2）初晶Si的细化处理； （3）共晶硅的变质处理。（3分） 7、铸造黄铜是以Zn为主加元素的铜合金，铸造性能好表现在：（1）结晶温度范围小，充型能力强；（2）锌的沸点低，有自发除气作用。 8、木炭是熔炼铜合金时应用的覆盖剂，主要作用是防氧化、脱氧和保温。 三、简答（40） 1、影响铸铁石墨化程度的主要因索？ 答：(1)、化学成分 1)碳和硅：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
《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；
铸造铝合金熔炼工艺 1工艺适用范围本熔炼工艺适用于砂型和金属型铸造ZL101A 合金的熔炼，可针对于重力铸造、低压铸造、倾转浇注、调压铸造等成型工艺使用。 本工艺可作为ZL101A 合金熔炼的母工艺，针对某一特定的成型工艺，如需特殊指出，可在此工艺基础上形成相应熔炼工艺，但不允许与母工艺相互冲突。 2工艺文件的抄报与保存工艺文件抄报、抄送范围：总师、副总师、技术部、质量部。工艺文件保存范围：电子文件备份和纸质文件送档案室保存，技术部、质量部各存一份使用文件。 3工艺详细内容 3.1熔炼设备、工具的选择及对后续熔炼质量的影响 3.1.1铝合金料熔化设备规定使用熔炼设备范围为：坩埚电阻炉，燃气连续熔化炉。对于金属型铸造可采用两种熔炼设备，使用燃气连续熔化炉熔化铝液，然后转包到坩埚电阻炉进行后续处理（精炼及变质）；也可使用坩埚电阻炉熔化铝液及进行后续处理（精炼及变质）。 如采用金属型低压铸造、调压铸造成型工艺，可使用侧面开口注入铝液的机下炉进行连续生产。 采用坩埚电阻炉熔化铝液，铝液温度控制750℃以下，熔化过程的铝液吸气较少；采用燃气连续熔化炉熔化铝液，铝液温度控制容易超750℃，熔化过程的铝液吸气倾向较大。
3.1.2熔炼工具的选择及准备 熔炼前熔炼工具的准备对铝液熔炼质量影响较大，坩埚采用石墨及SiC 材质，使用前需进行预热烘干，烘干工艺如图1；如采用金属材质坩埚，最好选用不锈钢材质，如选用铸铁材质坩埚，以合金球墨铸铁为好。常用的浇包、浇勺等多采用不锈钢制作。 及工具进行喷砂处理，去除表面的铁锈及污物，然后预热到120～180 ℃，逐层喷涂，浇包、浇勺的涂料厚度0.3～0.8mm 为宜，坩埚涂料可稍厚一些。涂料最好选用专用的金属型非水基涂料，也可自行配制，基本配方如表1 所示，使用前涂料需预热到５０～９0 ℃。 表1 涂料配方 3.1.3炉料的存放与处理， 熔炼所使用的炉料需存放在干燥、不易混淆和污染的地方，铝
铸造合金及其熔炼复习思考题 铸铁及其熔炼 1.什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学 成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？ 2.什么是碳当量、共晶度，有何意义。 3.分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。 4.铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？ 5.冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、 Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？ 6.灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及 形核等方面说明其形成条件。 7.灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？ 8.灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？ 9.影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径 和措施。 10.灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提 高孕育效果有那些途径和措施？ 11.说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？ 12.球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？ 13.球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？ 14.根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性、高强度球墨铸铁的途径与措施。 15.球墨铸铁比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，分析其原因和防止措施。 16.铸铁的热处理有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？ 17.蠕墨铸铁有何性能特点？ 18.蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？ 19.简述可锻铸铁生产工艺过程，化学成分选择原则，为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产 有优越性？ 20.减摩铸铁与抗磨铸铁的组织要求有何不同，常用减摩铸铁和抗磨铸铁有那些？ 21.提高铸铁的耐热性能的途径和措施有那些？常用耐热铸铁有那些？ 22.提高铸铁的耐蚀性能的途径和措施有那些，硅、铭、铬三元素在耐热铸铁及耐蚀铸铁中 的作用是什么？ 23.简述冲天炉的结构与熔炼的一般过程。 24.简述冲天炉内炉气和温度的分布，影响铁液温度的主要因素。 25.冲天炉内铁液成分变化的一般规律？ 26.简述感应电炉熔炼原理，感应炉内铁水成分的变化及铁液质量。 铸钢及其熔炼 27.与铸铁比较，铸钢的性能和生产工艺有何特点？ 28.影响铸造碳钢力学性能的因素主要有那些？
有色合金及其熔炼 时间:2009-12-02 18:32来源:未知作者:吴光来点击:48次 3. 有色合金及其熔炼 3.1 常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则； 3.1.1 简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg 和Al-Zn系铸造合金的主要特点及 3.有色合金及其熔炼 3.1常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则； 3.1.1简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系铸造合金的主要特点及其用途。 答：铸造用的铝合金主要是由Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn四个二元基本合金系以及在此基础上，再添加少量其它元素形成的多元合金系组成的。 1）Al-Si合金系（≥5%Si）该系合金具有良好的铸造性能，铝中添加硅后，能明显提高铝液的流动性和铸造充填性能；减少收缩和热裂倾向。含有较多硅的合金热膨胀系数小、耐磨性能优良。含有少量的Mg、Cu等合金元素组成的多元Al-Si合金通过热处理有明显析出强化的效果，适用于多种铸造方法。现在铸造铝铸件大多数都是采用该系合金，它是铸造铝合金中牌号最多，应用最广泛的一类合金。 2）Al-Cu合金系（≥4%Cu）该系合金添加的Cu起固溶强化的作用，所以合金具有较高的强度和耐热性能；但密度大，耐蚀性能
和铸造性能较差，易产生热裂，常用于制造较高温度下（<300℃)工作的高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。3）Al-Mg（≥５%Mg）该系合金具有优异的耐蚀性、强度高、密度小、切削及抛光性能也较好；但其铸造性能差，合金液易氧化，熔炼和铸造工艺较复杂。主要用于制造在大气和海水中工作的耐腐蚀性高且承受一定冲击载荷、形状较简单的零件，如船舶配件和机械壳体等。 4）Al-Zn合金系（Zn5-13%）该系合金是研究应用最早的铸造铝合金，其主要特点是价格较低，制备工艺简单，不需要热处理就能得到较高的强度；但密度大，耐蚀性能和铸造性能较差，高温性能低。主要用于制造压铸仪表壳体类零件、模具和模板等。3.1.2以ZL102合金为例，分析其组织形态在变质处理前后的变化。 答:（基本成分Si10-13%）；变质处理：钠盐变质—二元变质剂。铝硅合金室温下组织为α（Al）和β（Si）两相组成。未变质时，Al-Si合金中的相呈针片状或粗大块状导致铝合金力学性能不高。变质后共晶组织为：共晶体（α+β）。 3.1.3试分析亚共晶和过共晶Al-Si合金变质剂及其处理特点。答: 亚共晶Al-Si合金常采用钠变质剂。特点：1）变质效果稳定；2）变质效果保持时间短，变质剂易吸潮，腐蚀铁质坩埚。锶变质剂属于长效变质剂。
1、计算下列灰铸铁的碳当量及共晶度，并简述各铸铁的一次结晶过程。 （1）C：3.1%；Si：1.6%；Mn：0.6%；P：0.08%；S：0.08%； （2）C：3.6%；Si：2.6%；Mn：0.5%；P：0.06%；S：0.08%； 碳当量：将元素对共晶点实际碳量的影响折算成碳量的增减称为碳当量。 CE=C+1/3(Si+P) 共晶成分=4.26% 过共晶>4.26% 亚共晶<4.26% 共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量比值，表示铸铁偏离共晶点的程度。 S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)] 过共晶>1 共晶=1 亚共晶<1 答：（1）碳当量CE=C+1/3(Si+P)=3.2%+1/3(1.5%+0.08%)=3.73% 共晶度S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)]=3.2%/[4.26%-1/3(1.5%+0.08%)]=0.86 CE<4.26%为亚共晶成分，其一次结晶过程为：铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下析出初析奥氏体并逐渐长大，当进入共晶阶段后，开始形成共晶团。 （2）碳当量CE=C+1/3(Si+P)=3.6%+1/3(2.7%+0.06%)=4.52% 共晶度S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)]=3.6%/[4.26%-1/3(2.7%+0.06%)]=1.08 CE>4.26%为过共晶成分，其一次结晶过程为：铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大，当进入共晶阶段后，开始形成共晶团。 2、试分析为什么灰铸铁一般不能通过热处理提高其性能，而球墨铸铁可以通过热处理来提高其性能。 答：在灰铁件的生产中，之所以不能通过热处理大幅度提高其性能，其主要原因是由于灰铸铁的组织是有片状石墨和基体组成，并且片状石墨的数量、分布、状态和尺寸大小对灰铸铁和性能影响极大，对其性能起着关键的作用。而热处理只能改变基体，基本不能改变片状石墨的数量、分布、形态和大小，因此在灰铸铁的生产中难以通过热处理大幅度改善和提高其力学性能。 而球墨铸铁中石墨呈球状，对基体的切割和缩减作用大大降低。基体的机械性能对球墨铸铁的性能起决定性作用。通过热处理可以改善其基体组织，从而提高机械性能。因此在球墨铸铁的生产中可以通过热处理来提高其力学性能。 3、简述其碳当量、冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响。 答：当冷却速度一定时，碳当量越大，析出的铁素体越少，石墨越多，粗大，并且分布不均匀；灰铸铁的强度、硬度减小，塑性、韧性增大。碳当量越小，则反之。当碳当量一定时，随着冷却速度的增加，铁液的过冷度增大，灰铸铁的白口倾向越来越大，析出的铁素体增加，石墨减少，但石墨数量多，细小，并且分布均匀，灰铸铁的硬度、强度增大，塑性、韧性下降。随着冷却速度的减小，则反之。 4、简述灰铸铁与球墨铸铁在化学成分、金相组织及力学性能方面的主要差别。 答：灰铸铁和球墨铸铁在化学成分方面的差别是：灰铸铁碳量、硅量偏低，锰量、硫量、磷量偏高，而球墨铸铁碳量、硅量偏高，锰量、硫量、磷量较低，并含镁和稀土球化元素；二者在组织上的差别是：灰铸铁金相组织：片状石墨+珠光体+少量铁素体+极少量磷共晶和渗碳体，球墨铸铁的金相组织：球状石墨+基体（珠光体+铁素体）+极少量渗碳体（或没有）；二者在性能上的差别：灰铸铁强度低（σb=100~400MPa），且是脆性性材料。球墨铸铁强度较高（σb=400~800MPa），且具有良好的塑性、韧性（延伸率=2~20%），依据不同比例的基体种类，可实现强度和塑、韧性的匹配。 5、分析在球墨铸铁生产中，为什么必须进行孕育处理。（简述球墨铸铁孕育处理的作用或目的） 答：1）消除结晶过冷倾向，球墨铸铁加入了Mg,RE等球化剂，共晶转变温度降低，结晶过冷倾向大，易形成白口组织。孕育处理可以消除结晶过冷倾向，避免按介稳定系凝固。 2）促进石墨化，球铁铁液经球化净化了体系，形核率降低。加入孕育剂，增加了石墨核心，细化球状石墨，提高球状石墨生长的稳定性，提高了石墨球的圆整度。 3）减小晶间偏析，球铁共晶团生长过程中，结晶前沿富集了正偏析元素，并产生脆性相，降低了铸铁的塑韧性，孕育处理能够使共晶团细化，减小晶间偏析，提高铸铁的塑性和韧性。 6、为什么铸态球墨铸铁组织中易出现少量渗碳体？如何避免和消除？ 答：球墨铸铁铁液的结晶过冷倾向较灰铸铁大，并且球墨铸铁的结晶过冷倾向不随铁液硅含量的高低而变化，因此尽管球墨铸铁的碳硅含量比一般灰铸铁高，但人有较大的白口倾向，在球墨铸铁组织中常发现在共晶团边界上有少量渗碳体析出。若冷却较快，会形成局部或全部白口组织。所以在球化处理后，必须进行有效的孕育处理，以消除过冷倾向，避免铁液按介稳定系凝固。
“铸造合金及其熔炼” 实验指导书 赵忠兴王连琪张学萍 材料科学与工程学院 ２００６、８
实验一： 灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻 铸铁金相组织观察及分析 一、实验目的 1．观察灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织。 2．观察不同牌号灰铸铁的金相组织，分析石墨大小、数量对灰铸铁力学性能的影响。 3．观察不同形状石墨铸铁的金相组织，分析石墨形状对灰铸铁力学性能的影响。 4．观察不同基体铸铁的金相组织，分析基体组织对灰铸铁力学性能的影响。 5．了解石墨和基体组织的生成条件。 二、实验内容 1．画出HT100、HT150、HT200的金相组织示意图，并指出各相的名称。 2．画出球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织示意图，并指出各相的名称。 三、实验原理及方法 1．实验原理 铸铁的力学性能来源于基体，取决于石墨的大小、数量、形状。石墨以片状形态存在，对基体割裂作用较大，降低基体的有
效承载面积；同时在石墨的尖端产生较大的应力集中，从而使铸铁的力学性能降低。石墨以球状形态存在，对基体割裂作用最小，对于灰铸铁，片状石墨数量越多、越大，铸铁的力学性能相对较低。 2．实验方法 ①选择不同的铸铁试样。 ②将试样腐蚀吹干。 ③调整焦距，在清晰视野内将试样在光学显微镜下进行观察。 ④画出所观察铸铁试样的金相组织示意图。 四、填写实验报告 1．实验目的。 2．实验内容 3．实验仪器、设备、原理、步骤。 4．实验结果分析。 五、讨论题 1、分析灰铸铁中石墨数量、大小对其力学性能的影响。 2、试分析灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁中石墨形状的变化对铸铁力学性能的影响。