铸造合金(高合金钢)

铸钢件材料及其熔炼1铸造碳钢我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。

表1列出铸造碳钢的国家标准中，关于钢的牌号，化学成份和机械性能的要求，牌号中的“ZG"表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。

铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低于0.04%的特质(Ⅰ级)钢;低于0.05%的优质(Ⅱ级)钢.低于0.06%的为普通（Ⅲ级）钢。

表1 铸造碳钢的牌号、化学成分及机械性能一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。

对钢中的基本化学成分只规定其质量分数的上限，对钢中残余合金元素的限制比较宽。

2铸造低合金钢2.1 通用铸造低合金钢系列钢种在机械制造中，通用的铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。

这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。

1）锰系低合金钢以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。

2）铬系低合金钢以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。

3）镍系低合金钢以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。

2.2 具有特殊性能和用途的低合金钢种根据对铸件提出的特殊使用性能要求，进行钢的合金设计，即是有专门用途的铸造低合金钢种，其中包括用于厚大截面而又不允许淬火处理的析出强化型低合金钢，耐热用低合金钢，低温用低合金钢以及抗磨用低合金钢等。

3 铸造高合金钢在铸造高合金钢中，加入有合金元素总量在10%（质量分数）以上，加入的合金元素可以是一种，两种，或更多种。

钢中含有大量合金元素后，组织发生了根本的变化。

使得钢具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奥氏体高锰钢，具有很高的抗冲击磨损的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奥氏体不锈钢，具有很好的耐腐性能等，因此，高合金铸钢实际上是特种铸钢。

铸钢1、铸钢的分类答：（1）按合金含量分类低合金钢：合金元素总含量≤ 5%的钢。

中合金钢：合金元素总含量在5-10%范围内的钢。

高合金钢：合金元素总含量＞ 10%的钢。

微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢（2）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢： 0.0218% ≤ wc ≤ 0.77%共析钢： wc = 0.77%过共析钢： 0.77%＜wc ≤2.11%（3）按含碳量：低碳钢：C: ≤ 0.25%中碳钢：C：＞ 0.25％≤ 0.6％高碳钢： C：＞0.6％2、铸钢特点优点：强度高，韧性良好，具有可焊性缺点：铸造流动性较差，易形成缩孔、热裂、冷裂及气孔，铸钢件的成品率低。

用途：制造承受重载荷、受冲击和振动的机件3、合金元素在铸钢中存在的形式答:1）形成铁基固溶体2）形成合金渗碳体3）形成金属间化合物4）形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相4、决定组元在置换固溶体中溶解度因素是什么？举例说明无限固溶和有限固溶。

答：元素的点阵结构、原子半径、电子结构相似-无限固溶，点阵结构、原子半径相近，但电子结构相差较大-有限固溶例如：Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与Fe形成无限固溶体。

其中Ni、Co和Mn 形成以γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。

Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。

如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。

5、无限扩大γ相区元素答：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。

如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温，故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。

6、无限扩大α相区答：当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。

当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。

第一章1.概念题1)铸铁：含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。

2)铁碳双重相图：Fe-Fe3C介稳定系相图和Fe-C（石墨)稳定系相图相结合的双重相图。

3)分配系数：4)偏析系数：5)珠光体领域：每个珠光体团由多个结构单元组成，每个结构单元中片层基本平行。

每个结构单元称作一个珠光体领域。

2.简答题1)普通灰铸铁，除铁外还还有哪些元素？C、Si、Mn、S、P。

2)介稳定和稳定相图的共晶共析点差异。

共晶点: Fe-Fe3C 1147℃ 4.3%(介稳定)Fe-C 1153℃ 4.26%(稳定)共析点：Fe-Fe3C 727℃ 0.77%Fe-C 736℃ 0.69%3)含Si量对稳定系相图的影响。

Si增加，共晶点和共析点含碳量减少，温度增加。

硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。

Si越多，奥氏体加石墨的共晶温度高出奥氏体加渗碳体的温度也越多。

硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区。

4)说明碳当量、共晶度的定义、意义，如何使用碳当量、共晶度确定铸铁的组织。

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，叫做碳当量CE。

CE>4.26%为过共晶成分 CE=4.26%为共晶成分； CE<4.26%亚共晶成分。

铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值，叫做共晶度S C。

S C >1为过共晶；S C =1为共晶；S C <1为亚共晶成分。

5)按石墨形态铸铁分为哪几种，做出各种石墨形态的示意图？灰铸铁（片状) 球墨铸铁蠕墨铸铁团絮状石墨铸铁（可锻铸铁)6)形成球状石墨的两个必要条件。

铁液凝固时必须有较大的过冷度和较大的铁液和石墨的界面张力。

第二章一、概念题1.灰口铸铁：通常是指断面呈灰色，其中的碳的主要以片状石墨形式存在的铸铁。

2.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孕育剂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。

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。