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《熔模铸造课程设计》教学大纲课程代码：050151001 学时/学分：2周/4一、大纲使用说明本大纲依据材料成型与控制工程专业2010版教学计划制订。
（一）适用专业成型与控制工程专业。
（二）课程设计性质熔模铸造课程设计是材料成型专业铸造方向必修的专业课。
（三）主要先修课程和后续课程学生在学完并掌握了《机械制图》、《零件设计》、《铸造工艺》、《铸造生产机械化》、《铸件形成理论》、《铸造合金》、《造型材料》、《特种铸造》等课程之后，进行本课程设计，要求具有一定的分析问题、解决问题的能力，能理论联系实际。
通过该课程的学习，为后续的毕业设计和今后从事特种铸造技术工作打下一个坚实的基础打下坚实的基础。
二、课程设计目的及基本要求（一）目的通过课程设计使学生能够运用所学的基础理论和专业知识，独立地完成熔模铸件的工艺和压型的设计任务。
对熔模铸造工艺和压型的设计要求，设计内容，设计步骤和设计方法进行一次系统的全面的训练。
从而巩固和深化已学的基础理论知识，并从设计实践中掌握有关实际运用的设计能力和必要的设计数据。
（二）基本要求（1）首先有实验室准备几套设计好的压型模具体，学生认真观察不同结构铸件的压型模具结构，并结合发给自己的零件图，设计出合理的模具零件结构，可以设计出几套方案，在对比的基础上选择最佳的一种方案。
（2）认真复习特种铸造等专业课，复习工程制图等专业基础课，为课程设计打下坚实的理论基础。
（3）理论联系实际，要求学生掌握熔模铸造工艺及压型设计方法。
以便将来能在生产中解决实际问题。
选择几个方案进行比较，特别是浇铸位置、分型面、浇铸系统等要认真研究，确定出最佳方案，画出工艺图。
（4）压型装配图、零件图的视图正确、完整，符合国家标准。
（5）设计书明书用钢笔书写或计算机打印，要求文字简练、语句通顺、字迹工整，并附有必要的插图，将所选择的各个工艺参数单列在说明书的右侧。
装订成册。
与设计图纸一起形成一个完整的设计资料。
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。
1．铁-碳相图的二重性： Fe-C合金中的碳有渗碳体Fe3C和石墨两种存在形式。
在通常情况下，碳以Fe3C的形式存在，即Fe-C 合金按Fe-Fe3C系转变。
但Fe3C是一亚稳相，在一定条件下分解为铁和石墨，所以石墨是碳存在的更稳定状态。
这样Fe-C相图就有Fe-Fe3C和Fe-G两种形式。
2．. Fe-C相图的应用①铸造工艺方面：根据相图确定合金的浇注温度，一般在液相线以上50-100 ℃。
共晶成分附近合金的流动性好，分散缩孔少，可获得致密铸件。
②热锻和热轧方面：钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏区进行。
一般始锻或始轧温度控制在固相线以下100-200 ℃。
③热处理方面：一些热处理工艺如退火，正火，淬火的加热温度都是依据相图确定的。
3．碳当量：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，称之碳当量。
以CE表示，一般只考虑Si和P。
CE=C+1/3（Si+P）。
4．共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点实际含碳量的比值。
以Sc来表示。
S C=C铁/C c′。
5．热过冷：因纯金属的理论凝固温度是恒定的，凝固过程中过冷度完全取决于实际温度分布，即过冷度的大小和过冷区的形态是由传热所控制，这种过冷称为热过冷。
6．硅对相图的影响：①硅使共晶点和共析点左移，即减小共晶和共析含碳量，其中对共晶含碳量影响较显著。
②硅略微提高共晶和共析转变温度，并使转变在一个温度区间中进行，对共析转变温度范围的作用更为显著。
③硅的加入，使相图出现了共晶和共析转变的三相共存区④随着硅含量的增加，相图上的奥氏体区逐渐缩小。
7.片状G的形成过程：①形成条件： a. 螺位错台阶：即沿a向，又沿c向生长，最后长成具有一定厚度的片状石墨。
b. 旋转晶界：取决于Va/Vc。
普通HT中G呈片状，这是由于O、S等活性元素在G棱面上的吸附，使这个原本光滑的界面变得粗糙，只需小的过冷即沿a向生长，使Va﹥Vc，长成片状石墨。
合金熔化及炉外精炼课程代码:1012035总学时：36 (讲课36学时，实验0学时)先修课程：高等数学、物理化学等开课对象：材料成型与控制工程专业一、课程的性质、目的与任务1、性质：本课程既是材料成型与控制工程本科专业选修课，是金属塑性成型的选修课之一。
2、任务：本课程主要阐述合金熔化过程中的基本反应、基本原理以及炉外精炼原理。
3、目的：通过本门课程的学习，使学生了解炼钢过程中的基本反应、基本原理以及炉外精炼原理。
二、教学基本内容与基本要求1 了解合金熔化原理。
2掌握合金熔化过程中常见的基础知识——合金熔化过程中常见的物理化学基础知识及其应用；合金熔化过程热力学基础；合金熔化过程动力学基础,3掌握金属熔体和炼钢炉渣——了解金属溶体的基本物理化学性质，掌握炉渣的组成，熟悉其作用和基本性质。
4掌握氧化熔炼反应——掌握炼钢过程中硅、镒、络氧化还原机理及炼钢过程中元素变化规律,掌握脱碳、脱磷、脱硫的基本原理及规律，掌握脱氧的基本原理，理解去气、去夹杂的机理。
5氧气转炉炼钢法简介——了解顶吹、底吹、侧吹氧气转炉炼钢法，各种炼钢法冶金过程的特点和优缺点，了解氧化过程中的工艺设备以及杂质走向。
6电炉炼钢简介——了解电炉炼钢设备，了解电炉炼钢的工艺过程。
7掌握铁水预处理——熟悉关于铁水预处理脱硅、脱磷、脱硫的基本知识和镁脱硫原理。
（教学要求：熟练掌握掌握；了解）四、建议实验项目与学时分配无实验项目五、教学方法与教学手段采用以多媒体教学为主，学生自学为辅的教学手段，每章配以一定数量的思考题，加强理论联系实际的训练。
六、建议教材与参考书目[1]黄希祜.钢铁冶金原理.冶金工业出版社，2002.第三版[2]蒋国昌编著.纯净钢及二次精炼.上海科学技术出版社[3]魏寿昆编著.冶金过程热力学.上海科学技术出版社[4]赵荣玖主编.国外转炉顶底复合吹炼技术.钢铁编辑部出版.1985[5]曲英.炼钢学原理（第二版）.冶金工业出版社. 2001[6]朱苗勇.现代冶金学（钢铁冶金卷）.冶金工业出版社.2005[7]徐文派.转炉炼钢学.冶金工业出版社.1991[8]徐曾启.炉外精炼.冶金工业出版社.1996七、大纲编写的依据与说明本是根据材料成型与控制工程专业专科生培养目标与要求、结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求编写的。
《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）（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.试分析在奥一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、镒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），高镒钢、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（镒、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）。
镒系及镒硅系铸造低合金钢，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.镒、铬、镍、钼、铜在低合金钢中的作用。
37.试分析高镒钢作为最通用的一种抗磨钢的道理。
38.指出改善高镒钢性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：铝一硅类合金，铝一铜类合金，铝一镁类合金，铝一锌类合金，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，铝一硅类合金（成分、组织与性能，提高铝一硅类合金性能的主要途径），铝一铜类合金（成分、组织与性能），铝一镁类合金（成分、组织与性能），铝一锌类合金（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）。
