铸造合金及熔炼 第1章

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;(2)Cr是缩小γ区元素;(3) 在含量超过2%易形成白口组织,(4) Cr含量在10%~30%,形成高碳化合物以及在铸件表面形成氧化膜，从而用作耐磨、耐热零件。

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。

第一部分有色金属熔炼的基本原理第一章：金属的氧化、挥发和除渣精炼一、响氧化烧损的因素及降低烧损的方法1、影响因素：(1) 金属及其氧化物的性质：与氧的亲和力越大，烧损就越大致密度越大，则烧损就越大(2) 熔炼温度越高，氧化反应就越厉害，烧损也就越严重(3) 炉气性质：炉气的氧化性强，一般烧损程度也大对于Cu熔炼来说，CO2、H2O呈中性，但有时H2O会有烧损影响，H2、CO 呈还原性。

Cu+H2O=Cu2O+H2(4) 其它因素：炉料的块度越大，烧损程度就越大；熔炼时间越长，烧损程度也会越大；2、降低氧化烧损的方法从分析影响氧化烧损的诸因素可以看出，当所熔炼的合金一定时，主要从熔炼设备和熔炼工艺两方面来考虑。

(1) 选择合理炉型：尽量选用熔池面积较小、加热速度快的熔炉。

(2) 采用合理的加料顺序和炉料处理工艺：易氧化烧损的炉料应加在炉料下层或待其他炉料熔化后再加入到熔体中，也可以中间合多形式加入。

(3) 采用覆盖剂(4) 正确控制炉温(5) 正确控制炉气性质：对于氧化精炼的紫铜及易于吸氢的合金，宜采用氧化性炉气。

在紫铜熔炼的还原阶段及无氧铜熔炼时，宜用还原性炉气，并且用还原剂还原基体金属氧化物。

(6) 合理的操作方法：例如熔炼含铝、硅的青铜时，应注意操作方法，避免频繁搅拌，以保持氧化膜完整。

(7) 加入少量α>1的表面活性元素，其目的是改善熔体表面氧化膜的性质，能有效地降低烧损。

二、减少杂质污染金属的途径1、选用化学稳定性高的耐火材料。

紫铜、黄铜、硅青铜、锡青铜可用硅砂炉衬。

2、要可能条件下采用纯度较高的新金属料以保证某些合金纯度的要求。

3、火焰炉应选用低硫燃料4、所有与金属炉料接触的工具，尽可能采用不会带入杂质的材料制作，或用适当涂料保护好。

5、变料或转换合金时，应根据前后两种合金的纯度和性能的要求，对熔炉进行必要的清洗处理。

6、注意辅助材料的选用。

7、加强炉料管理，杜绝混料现象。

三、金属的脱氧所谓脱氧就是向金属液中加入与氧亲和力比基金属与氧亲和力更大的物质，将基体金属氧化物还原，本身形成不溶于金属熔体的固态、液态或气态脱氧产物而被排除的工艺过程。

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第一章顶坯铸造技术
1.1 合金铸材的制备
1.1.1 合金铸材的冶炼
1.1.2 合金铸材的熔炼
1.1.3 顶坯的制作
1.2 模具的制作
1.2.1 模具的准备
1.2.2 模具的加工
1.2.3 模具的固定
1.2.4 模具的调整
第二章锻造技术
2.1 热处理技术
2.1.1 加热和退火
2.1.2 激磨和硬度测试
2.2 锻件加工技术
2.2.1 切割技术
2.2.2 冷镦技术
2.2.3 焊接技术
2.2.4 压力施加技术
第三章热处理技术
3.1 加热处理
3.1.1 电火花技术
3.1.2 电弧熔焊技术
3.1.3 温度测量技术
3.2 淬火处理
3.2.1 合金材料的准备
3.2.2 淬火的加热
3.2.3 淬火的火焰处理
第四章焊接技术
4.1 焊接材料的准备
4.1.1 钢材的准备
4.1.2 熔料的准备
4.2 焊接工艺设计
4.2.1 焊接参数的设定
4.2.2 热处理工艺设计
4.2.3 热处理后的金相检测
第五章后处理
5.1 热处理后的磨具处理5.1.1 磨削工艺设计
5.1.2 磨削精度校正
5.1.3 材料表面处理
5.2 涂装工艺
5.2.1 涂装前的准备5.2.2 涂装工艺设计5.2.3 涂装工艺的检测。

第一章 A356合金的熔炼（内部资料）杨澄宇编著华泰铝轮毂有限公司目录第1章A356合金的熔炼………………………………………………………………1-1 1.1 熔炼用的原材料…………………………………………………………………1-11.1.1 A356合金锭和各合金元素的作用…………………………………………1-11.1.2 回炉料的分级和回用………………………………………………………1-11.1.3 精炼剂………………………………………………………………………1-21.1.4 清渣剂………………………………………………………………………1-31.1.5 合金细化用的中间合金……………………………………………………1-31.2 A356合金熔炼设备………………………………………………………………1-31.2.1 铝合金快速集中熔化炉及投料机…………………………………………1-31.2.2 2.1t/h铝锭、铝屑兼用熔化保持炉…………………………………………1-41.熔化炉设备主要构成…………………………………………………………1-42.2.1t/h铝锭、铝屑兼用熔化炉正面配置图……………………………………1-53.铝锭、铝屑熔化炉设备流程图………………………………………………1-54.铝屑熔化炉熔化示意图………………………………………………………1-65.主要技术指标和操作要点……………………………………………………1-71.2.3 中间包及中间包预热装置…………………………………………………1-81.2.4 熔炼用的工具………………………………………………………………1-91.浇包…………………………………………………………………………1-92.撇渣勺…………………………………………………………………………1-93.钟形罩…………………………………………………………………………1-94.压罩…………………………………………………………………………1-101.2.5 石墨转子除气机……………………………………………………………1-101.石墨转子使用寿命……………………………………………………………1-112.石墨转子尺寸…………………………………………………………………1-111.3 A356合金熔炼工艺………………………………………………………………1-111.3.1 熔炼温度和时间……………………………………………………………1-111.3.2 熔炼过程中的吸气…………………………………………………………1-121.3.3 熔炼过程中的氧化…………………………………………………………1-121.3.4 熔炼过程中的精炼（炉内精炼）…………………………………………1-13 1.3.5 熔炼过程中的清渣…………………………………………………………1-14 1.3.6 熔炼过程中的合金细化……………………………………………………1-14 1.3.7 熔炼中的合金变质…………………………………………………………1-14 1.3.8 A356合金的炉外精炼………………………………………………………1-15 1.3.9 A356合金典型熔炼工艺……………………………………………………1-161.熔炼前的准备…………………………………………………………………1-162.配料准备………………………………………………………………………1-163.装料次序………………………………………………………………………1-164.熔化和精炼……………………………………………………………………1-16 1.4 A356合金熔炼铝液质量…………………………………………………………1-17 1.4.1 什么铝液为合格的铝液……………………………………………………1-17 1.4.2 铝液中氢含量与铸件的针孔………………………………………………1-17 1.4.3 铝液中夹杂物含量与铸件的渣孔…………………………………………1-18 1.4.4 A356合金铝液的流动性……………………………………………………1-19 1.4.5 A356合金铝液凝固时的收缩性……………………………………………1-19 1.5 熔炼工序设备……………………………………………………………………1-19 1.5.1快速集中熔化炉………………………………………………………………1-191.设备值点检……………………………………………………………………1-192.泄漏试验………………………………………………………………………1-203.安全动作确认…………………………………………………………………1-20 1.5.2保温炉………………………………………………………………………1-21 1.5.3除气机………………………………………………………………………1-211.传动机构………………………………………………………………………1-212.升降机构………………………………………………………………………1-21第1章 A356合金的熔炼1.1 熔炼用的原材料1.1.1 A356合金锭和各合金元素的作用生产铝合金车轮各工厂采购进来的A356合金锭称作A356.2，熔炼过程中的合金称A356.1，产品的合金称A356.0。

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。

《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。

铸造合金原理及熔炼一、名词解释l．铸铁：的铁碳合金。

2．白口铸铁：少数C固溶于铁素体，其他以碳化物存在。

3．灰口铸铁：c主要结晶成石墨，并呈片状形式存在于铸铁中，断口为暗灰色。

4．球墨铸铁：铁水在浇注前经球化和孕育处理，C主要以球状形式存在于铸铁中。

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．孕育处理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。

孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨。

常用的孕育剂为硅的质量分数75%硅铁。

7．蠕墨铸铁；是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的．由金属基体和蠕虫状石墨构成。

8．可锻铸铁：是由白口铁经过退火而制得的一种高强度铸铁，白口铸铁中的渗碳体分解成团絮状石墨的灰口铸铁，性能优于灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳索钢，可部分代替碳钢，合金钢和有色金属。

9．奥氏体（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。

晶格结构：面心立方晶格fcc。

10．铁素体（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，晶格结构：体心立方晶格bcc。

11.δ-铁素体：碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体。

12．碳当量定义：将合金元素对共晶点碳量的影响折算成铸铁碳量的增减，折算后的值称之为碳当量，以CE表示。

碳当量：CE=C+1/3(Si+p) 13．共晶度：铁液实际含碳量和共晶点的实际碳量的比值为共晶度，以sc表示。

共晶度：Sc=C/[%-(Si+p)l/3l 14．钢的腐蚀金属表面在周围介质的作用下逐渐被破坏的现象称为金属的腐蚀。

15．化学腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学反应而引起的破坏，如高温下金属的氧化等。

16．电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而使金属破坏的现象。

17．耐热钢是指在高温下对氧化性气体具有抗氧化性的钢种。

18．黑色金属：在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属。

铸造铜及铜合金的熔炼第一章炉料和配料第一节金属熔炼损耗定义：金属熔炼损耗指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。

一、挥发在熔炼过程中，金属的挥发是难以避免的，特别是一些易挥发元素有时会因挥发损失过大致使控制成分发生困难；故在熔炼工艺上应视情况采取相应措施。

挥发损失主要取决于金属的蒸汽压；此外，与其浓度和氧化膜性质、熔炼温度和时间、炉气性质和压力、熔炼设备和炉膛面积等因素有关。

金属的蒸汽压随温度的升高而增加。

金属的蒸汽压愈大或沸点愈低，挥发损失愈大。

提高金属的熔炼温度，其蒸汽压和挥发损失也相应增加。

在实际生产中，一般熔炼温度越高、时间越长、易挥发的元素含量越多、炉膛内气压越低、熔池面积越大、覆盖条件越差、挥发损失就越大。

铝、铍等在熔池表面形成保护性氧化膜，能显著减少合金中易挥发成分的损失。

熔炼设备对金属挥发影响较大，一般感应电炉的挥发损失较少，而反射炉的损耗较大。

常见元素的蒸汽压从大到小排序：Hg > As > Cd > Zn > Mg > Ba > Ca > Sb > Bi > Pb > Al > Ag > Sn > Cu > Si > Au汞砷镉锌镁钡钙锑铋铅铝银锡铜硅金二、氧化烧损熔融金属中合金元素的氧化烧损，与合金元素对氧的亲和力及含量有关，凡与氧的亲和力比基体金属大、表面活性强的元素，必然易于烧损；如铜合金中的铝、锆、钛、硅、锰、铬、锌、磷、铅等，均比铜更易氧化烧损。

所以，从各种合金元素对氧的亲和力及氧化膜的性质，便可估计出合金元素氧化烧损的趋势。

三、其他金属损耗1、熔融金属或金属氧化物与炉衬材料之间的化学作用，造成金属损耗。

2、金属在熔炼时，熔融金属因静压力作用可能渗入炉衬缝隙，而导致高温区局部熔化，使渣量及渣中金属损耗增加，这种情况在新炉开始生产和炉子快损坏时较易出现。

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。