鑄造合金及其熔煉

1、一、名詞解釋：1、碳當量：根據(jù)各元素對共晶點實際碳量的影響，講這些元素的量折算成碳量的增減，用CE表示。2、共晶度：鑄鐵偏離共晶點的程度可用鑄鐵實際含碳量與共晶點實際含鐵量的比值來表示，稱這個比值為共晶度。3、共晶團：石墨奧氏體兩相共生生長的共晶晶粒稱為共晶團。4、成熟度：直徑30mm試棒上測得的b 有共晶度算出的抗拉強度比值5、球化元素：加入鐵液中能使石墨在結晶生長時長成球狀的元素稱為球化元素6、反球化元素：某些元素存在在鐵液中會使石墨在生長時無法長成球狀。7、石墨漂?。菏且环N嚴重的比重偏析現(xiàn)象，發(fā)生在碳當量大于4.6的情況，呈黑色。8、灰點：鑄態(tài)斷面上有灰點的可鍛鑄鐵毛坯退火后，石墨形狀惡

2、化，強度和韌性降低，這種缺陷稱為灰點。9、回火脆性：黑心可鍛鑄鐵退火后端口不成黑絨狀而成亮白色或灰亮色。但金相組織卻是正常的，仍為鐵素體加團絮狀石墨。其中既無自由滲碳體，又無片狀石墨。但強度和韌性明顯降低。這種端口發(fā)白，性能變脆的現(xiàn)象叫作“回火脆性”10、耐熱溫度：把鑄鐵在某一溫度下經(jīng)150小時加熱后的生長小于百分之0.2，平均氧化速度小于0.5g（m2.h）的溫度成為這種鑄鐵的耐熱溫度。11、集膚效應：由于金屬表面與中心電流電抗的不均勻性，實際上百分之80以上的電流集中在表面層，這種現(xiàn)象成為集膚效應。12、錫青銅的反偏析：錫青銅鑄件常見缺陷鑄件表面會滲出灰白色顆粒狀富錫分泌物，俗稱“冒錫汗”

3、13、晶質系數(shù)：成熟度與硬化度之比用Qi表示，Q在0.5-1.5之間波動，希望Qi控制在大于1。二、填空：1、石墨的正常生長方式應該是沿基面的擇優(yōu)生長，最后形成片狀組織。2、球狀石墨生成的兩個必要條件是鐵液凝固時必須有較大的過冷度和較大的鐵液與石墨之間的界面張力。3、在灰鑄鐵組織中，石墨與金屬基體是決定鑄鐵性能的主要因素。石墨的作用二重性，有使力學性能降低的一面，但又能賦予鑄鐵具有若干優(yōu)良性能的一面。4、孕育處理的目的（球墨鑄鐵）：消除結晶過冷傾向、促進石墨球化、減小晶間偏析。5、防止石墨漂浮的措施：嚴格控制碳當量、降低原鐵液的含硅量、提高冷卻速度。6、蠕墨鑄鐵的孕育處理：消除結晶過冷傾向（減

4、少自由滲碳體）、延緩蠕化衰退、提供足夠的石墨晶核，增加共晶團數(shù)，使石墨呈小均勻分布，提高力學性能。7、造成灰點的原因：鐵液中碳、硅含量過高、孕育處理不當。8、激冷層深度和硬度是決定冷硬鑄鐵件使用壽命的重要因素，而調(diào)冷激冷層深度和硬度是最直接的方式，就改變冷鑄鐵的化學成份。9、冷鑄鐵的生產(chǎn)工藝：一是在鑄件需要激冷部位放置著熱系數(shù)大的鑄型。二是采用符合鑄造方法。10、提高耐熱鑄鐵硬度的方式：一是提高鑄鐵中硬質相本身硬度。二是提高鑄鐵本身硬度。11、一般M3C碳化物為連續(xù)網(wǎng)狀或板狀形貌，而M7C3和M23C6型碳化物為條狀或條塊狀形貌。12、碳鋼鑄件熱處理的目的是細化晶粒，消除魏氏體組織和消除鑄造應

5、力。13、高錳鋼的鑄造性能：流動性、熱裂傾向、應力、粘沙。14、變質處理一般在精煉后進行，變質的熔點最好介于變質溫度和澆注溫度之間，不同牌號的合金應采用不同的變質劑。15、珠光體鑄鐵是以珠光體基體為主特點是強度和硬度較高，低的缺口敏感性和好的耐磨性。16、球墨鑄鐵常見缺陷：縮孔、縮松、夾渣、皮下氣孔、石墨漂浮、球化衰退17、鋁合金強化途徑：（1）固溶強化（2）彌散強化（3）時效強化（4）細晶強化。18、改進Al-Si合金性能途徑：（1）變質處理（2）減少有害雜質（3）改進鑄造方法（4）合金化和熱處理。三、問答：1、回火脆性的定義，溫度范圍及防止措施：答：可鍛鑄鐵如果溫度范圍在400-500攝氏

6、度溫度范圍內(nèi)停留或緩慢冷卻，便會產(chǎn)生回火脆性，這個溫度范圍成為脆性溫度范圍。防止措施：（1）、第二階段石墨化結束后，應在600-650攝氏度出爐空冷。（2）、鐵素體可鍛鑄鐵在熱鍍鋅時，從鋅的熔化溫度420-590攝氏度都是脆性溫度區(qū)，故應控制鋅的溫度在610-650攝氏度，是鑄件溫度越過脆性溫度區(qū)，鍍鋅后水淬速冷，可防止出現(xiàn)脆性。（3）、限制含磷量，并控制含硅量。（4）、這一類回火脆具有可逆性，如果已經(jīng)發(fā)生回火脆性，可將鑄件重新加熱到脆性溫度以上，約650-700攝氏度處，作短時間保溫，待鑄件受熱均勻后，迅速出爐空冷，韌性即可恢復。2、合金元素的一般選用原則：（1）、加入合金元素，使合金固相線

7、溫度升高。（2）、合金在工作溫度下固溶體溶解度變化較小。（3）、第二相熱硬度應該 ，阻礙合金在高溫下的變形。（4）、第二相可以彌是散的質變析出或是在晶界以網(wǎng)狀分布，同時應細化基體。（5）、合金元素在基體中擴散速度小。（6）、第二相與基體膨脹系數(shù)要相近。3、錫青銅出現(xiàn)反偏析的原因及防止措施：答：原因：錫青銅的結晶溫度寬，枝晶發(fā)達，以氫氣泡的形式析出，產(chǎn)生背壓把富錫熔體推向枝晶體間隙中心，而在凝固后期，使富錫熔體沿枝晶的顯微空道滲出，堆積在鑄件表面。防止措施：（1）、放置冷鐵，提高冷卻速度。（2）、調(diào)整化學成分，加入鋅，縮小結晶溫度范圍。（3）、采用有效的精煉除氣措施，減少合金中的含氣量。4、Cu

8、-Zn二元合金的鑄造性能及提高性能的途徑：鑄造性能：（1）、合金的結晶溫度范圍小，只有30攝氏度左右，流動性好，熔化溫度比錫青銅低。（2）、鋅本身是脫氧劑，因此不用脫氧，熔鑄工藝比較簡單。（3）、黃銅的收縮率較大，容易產(chǎn)生縮孔。提高性能途徑：(1)、合金化。（2）、細化晶粒。（3）、提高合金純度。5、鎂合金分類方法：（1）、化學成分：二元、三元、多元合金系，Mg-Mn系、Mg-Zz系、Mg-Al系、Mg-RE（稀土元素）系。（2）、成型工藝：變形鎂合金和鑄造鎂合金，其中鑄造鎂合金應用廣泛，可使用砂型，金屬型，擠壓，高壓，熔模鑄造等。(3)、是否含鋯：含鋯（Mg-RE-Zr、Mg-Zn-Zr）、

9、不含鋯（Mg-Al、Mg-Mn）6、鎂合金的熔鑄特點：（1）、結晶間隔大，其組織中共晶體數(shù)量較少。（2）、體收縮和線收縮較大。（3）、鎂合金的單位體積比熱和凝固潛熱都比鋁小。（4）、鎂的密度小，充型壓頭小。以上造成鎂合金鑄造性能差，容易產(chǎn)生疏松熱裂等缺陷。7、鋅合金的工藝性能：（1）、用作壓鑄的低鋁含量的鋅合金，成份在共晶點附近，熔化溫度低，流動性好。（2）、結晶溫度低，溫度范圍寬。（3）、由于富鋁相密度小，最先凝固，鋅合金比重偏析嚴重，還出現(xiàn)底部縮孔。8、對比Fe-C和Fe-C-Si準二元相圖，硅的作用如下：（1）、共晶點和共析點含碳量隨硅量的增加而減少。（2）、硅的加入使相圖上出現(xiàn)共晶和共

10、析轉變的三相共存區(qū)（共晶區(qū)：液相奧氏體加石墨，共析區(qū)：奧氏體，鐵素體加石墨）。（3）、共晶和共析溫度范圍改變了，硅對穩(wěn)定系和介穩(wěn)定系的共晶溫度的影響是不同的。（4）、硅量的增量，還縮小奧氏體相圖上的奧氏體區(qū)。9、灰鑄鐵的性能特點：（1）、強度較差。（2）、硬度和抗拉強度之間關系不明顯。（3）、較低的缺口敏感性。（4）、良好的減震性。（5）、良好的減摩性。10、冷卻速度對鑄鐵鑄鑄態(tài)組織影響：（1）、鑄件越厚，冷卻速度越慢。（2）、澆注溫度對鑄件冷卻速度略有影響。（3）、不同的鑄型材料有不同的導熱能力，能導致不同的冷卻速度。11、球磨鑄鐵化學成分的選定：化學成分的選定即利于石墨的球化和滿意的基體，

11、以期獲得所要求的性能，又要使鑄鐵有較好的鑄造性能。12、球墨鑄鐵的凝固特點：（1）球墨鑄鐵有較寬的共晶凝固溫度范圍。球鐵共晶凝固范圍是灰鑄鐵一倍以上。（2）球墨鑄鐵的糊狀凝固特性。在溫度梯度相同情況下，球鐵的凝固兩相區(qū)寬比灰鑄鐵大，使球鐵表現(xiàn)出具有糊狀凝固特性（3）球磨鑄鐵具有較大的共晶膨脹。由于球鐵糊狀凝固特性以及共晶凝固時間長，是凝固球鐵件外殼長期處于較軟狀態(tài)，而共晶凝固時，溶解于鐵液中的碳以石墨形式結晶出來，使其體積比原來增加2倍。 13、球磨鑄鐵球化衰退、原因及防止措施：（1）、定義：球化處理后鐵液在停留一段時間后，球化效果會下降甚至消失，這種現(xiàn)象成為球化衰退。（2）、產(chǎn)生原因：鎂、稀

12、土元素不斷由鐵液中逃逸。孕育作用不斷衰退。（3）、防止措施：鐵液中應保持足夠的球化元素含量。降低原鐵液中的含硫量?？s短鐵液經(jīng)球化處理后的時間。鐵液經(jīng)球化處理并扒渣后，為防止鎂及稀土元素逃逸，可以用覆蓋劑將鐵液表面覆蓋，隔絕空氣以減少元素逃逸。14、可鍛鑄鐵化學成分的選定原則：（1）、保證鑄件整個斷面上在鑄態(tài)時能得全白口，否則會明顯降低力學性能。（2）、石墨化過程要快，以保證在短時間內(nèi)完成石墨化退火，縮短生產(chǎn)周期。（3）、有利于提高力學性能，保證得到優(yōu)質產(chǎn)品。（4）、在保證力學性能的前提下，具有較好的力學性能，以利于得到健全的鑄件。15、合金化的影響因素：（1）、加入合金元素的目的是為阻礙主金屬

13、鐵離子的擴散，防止鐵的進一步氧化。（2）、合金元素選擇原則：合金元素氧化物的PB比大于1，且具有低的電導率。合金元素對氧的親和力大于鐵，即具有先于主金屬氧化或還原主金屬氧化物的條件。合金元素的氧化物與金屬鐵的氧化物互不溶解，即合金元素氧化物能單獨存在。16、防止鑄鐵氧化主要措施：（1）、加入合金元素，鋁硅鉻等，以形成連續(xù)的致密的能防止離子擴散的層下氧化膜。（2）、采用孕育處理，使共晶團及石墨細化。（3）、適當降低碳量，以減少石墨數(shù)量。（4）、采用球磨鑄鐵。17、加入合金元素，提高鑄鐵耐蝕性能的途徑：（1）、改變某些相在腐蝕劑中的電位，降低原電池的電動勢，使耐腐蝕性能提高。（2）、改善鑄鐵組織，

14、使基體組織，石墨大小，形狀和分布得到改善，進而改少原電池數(shù)量。（3）、在鑄鐵表面層下形成一層致密的，牢固的保護膜，如SiO2、Al2O3和Cr2O3膜具有很好的保護性。18、沖天爐的工作原理及優(yōu)點：（1）、工作原理：通過鼓風使底焦強烈燃燒產(chǎn)生高溫爐氣，沿爐體高度方向上升，使其上面一層鐵液熔化，熔化的鐵液在向下滴落過程中穿過紅熱的底焦層而被過熱，最后匯集到爐中，隨熔化過程的進程，底焦層逐漸被燒失，底焦層上平面下降，底焦進行補充，維持熔煉過程的正常持續(xù)進行。（2）、特點：優(yōu)點：a用焦碳作燃料，能耗方向比電爐和其他能爐節(jié)省，熔化率高，熱效率高。B成本地，能實現(xiàn)連續(xù)熔化。C設備簡單，大小工廠皆可采用。

15、缺點：a熔煉過程鐵液增碳增硫。B鐵液不容易大幅度提高。19、感應電爐優(yōu)點：（1）、優(yōu)點：不會增碳和增硫現(xiàn)象，鐵液比較純凈。正確控制鐵液成分和溫度，減少污染（2）、缺點：能耗高。20、在關于鋼中夾雜物的評級標準中將夾雜物按其組成和形態(tài)特征分為4類：（1）、硫化物類，如MnS、FeS（呈條狀沿晶界分布）。（2）、氧化鋁類，如Al2O3（呈鏈狀沿晶界分布）。（3）、硅酸鹽類，如FeSiO4、Fe·Al2O3·SiO2（呈多角形以孤立狀態(tài)分布）（3）、球化氧化物（孤立狀態(tài)分布）。21、鎳在鋼中的作用有一下幾方面：（1）、固溶強化。（2）、提高鋼的淬透性。（3）、細化珠光體。（4）、

16、降低鋼的韌脆轉變溫度。（5）、提高鋼在高溫下的抗氧化性。22、低合金高強度鑄鋼同時獲得高輕度和高韌性的途徑：（1）、低含碳量。（2）、多種合金復合強化。（3）、多階段熱處理。（4）、鋼液凈化。23、提高高猛鋼性能途徑：（1）、細化晶粒：孕育處理?？刂茲沧囟取２捎媒饘傩突蚶滂F的激冷。懸浮鑄造。（2）、消除碳化物。（3）、時效強化。（4）、合金化。24、合金元素提高耐蝕性的主要途徑：（1）、提高鋼基體的電極電位。（2）、使鋼在室溫下以單向組織存在。（3）、使鋼表面形成穩(wěn)定的完整的與鋼基體結合牢固的鈍化膜。（4）、提高極化能力使陽極極化曲線具有穩(wěn)定鈍化區(qū)。25、鉻：（1）、提高電極電位。（2）、減

17、小A相區(qū)，形成單向鐵素體組織。（3）、可以形成氧化鉻的氧化膜。（4）、強烈提高鋼的鈍化能力，使鈍化區(qū)擴大。26、鉻鎳不銹鋼的鑄造性能：（1）、流動性差，并易產(chǎn)生冷隔。（2）、體收縮率大，易產(chǎn)生縮孔和縮松。（3）、易產(chǎn)生熱裂。（4）、易產(chǎn)生熱粘沙。27、Al-Cu合金的耐熱特點：（1）、有較高的共晶溫度548攝氏度。（2）、Al-Cu的相在350以下固溶度變化很小。（3）、Al-Cu類第二相成分區(qū)域窄且結構復雜。（4）、第二相的熱硬性較好。（5）、銅在基體中擴散速度慢。28、鋁硅合金的耐熱特點：（1）、它的共晶溫度高，Si在Al中擴散速度快。（2）、第二相結構不復雜，且易析出長大。（3）、第二相

18、熱硬性較好，但以片狀形式析出。（4）、Si與基體熱膨脹系數(shù)相差較大。29、鋁合金的變質處理：（1）、第一類的變質處理：（Al）晶類細化處理。初晶硅細化處理。（2）、第二類變質處理：共晶硅變質處理：Si晶粒生長受抑制學說。Si生成受抑制學說。過冷處理。30、提高鑄鐵耐腐蝕性能的途徑：（1）改變某些相在腐蝕劑中電位，降低原電池的電動勢。（2）改善鑄鐵組織，使機體組織、石墨大小、形狀和分布得到改善。（3）在鑄鐵表皮下形成一層致密、牢固的保護膜。31、耐熱鑄鐵中加入合金元素的目的和原則：（1）目的 ：為了阻礙主金屬鐵離子擴散，防止進一步氧化。（2）原則：合金元素氧化物P B比大于1；對氧的親和力大于鐵

19、；合金元素氧化物與主金屬鐵的氧化物互不溶解32、可鍛鑄鐵分類，特點，用途（1）鐵素體可鍛鑄鐵KTH300-06特點：在非氧化性介質中石墨化退火。組織：鐵素體+團絮狀石墨（高韌性）應用：汽車，拖拉機，農(nóng)機，鐵路，水暖管件（2）珠光體可鍛鑄鐵KTZ450-06 特點：在非氧化介質中性質中石墨化退火。組織：珠光體+團絮狀石墨（高強度）應用：汽車發(fā)動機曲軸，連桿（3）白心可鍛鑄鐵KTB350-04 特點：在非氧化性介質中進行脫碳退火。組織：少量珠光體+團絮狀石墨（焊接性好）應用：國外用作水暖管件，國內(nèi)用的少。33、碳鋼的鑄造性能：（1）流動性；（2）體積收縮率、縮孔率；（3）線收縮率；（4）熱裂傾向；

20、（5）冷裂傾向。34、錳硅鋼中硅的作用：（1）硅小于1%能使錳鋼產(chǎn)生顯著的強化作用 ，而塑性幾乎不降低；（2）可提高鋼的表面強化效果；（3）具有良好的耐海水腐蝕的能力；（4）流動性高，鑄造性能好。35、Ni在Ni系鑄造低合金鋼中作用：（1）固溶強化；（2）提高鋼的淬透性；（3）細化珠光體；（4）降低韌性脆性轉變溫度；（5）提高鋼在高溫下抗氧化性。36、同時獲得高強度和高韌性主要途徑：（1）低含碳量；（2）多種合金元素復合強化；（3）多階段熱處理；（4）鋼液凈化。37、低合金鋼鑄造性能：（1）流動性差；（2）冷裂傾向大；（3）熱裂傾向大；（4）自身鑄造工藝特點。38、Cr-Ni不銹鋼鑄造性能：（

21、1）流動性差，易產(chǎn)生冷隔。（2）體收縮率大，易產(chǎn)生縮孔，縮松。（3）易產(chǎn)生熱裂。（4）易產(chǎn)生熱粘砂。39、煉鋼工藝要點：（1）補爐：補底和爐壁被侵蝕金額被碰壞的部位。操作要點：爐溫高，操作快，補層薄。（2）配料和裝料：爐料由碳素鋼和廢鋼逐漸組成。配好的爐料裝在開底式的料斗中備用。（3）熔化期：將固體爐料熔化成鋼液并脫磷。（4）氧化期：脫磷、去除鋼液中氣體和夾雜物，提高鋼液溫度。（5）還原期：脫氧、脫硫，調(diào)整鋼液溫度及化學成分。（6）出鋼澆注：鋼液經(jīng)充分還原后，調(diào)整化學成分到合格范圍，并在達到澆注溫度時用鋁脫氧，即可出鋼澆注。40、Al-Cu合金耐熱性：（1）較高的共晶溫度。（2）Al-Cu合金

22、相在350度以下固溶度變化很小。（3）第二相成分區(qū)域窄且結構復雜。（4）第二相熱硬性較好。（5）Cu在機體中擴散速度慢41、Al-Si合金耐熱性：（1）共晶溫度高，Si在Al中擴散速度快。（2）第二相結構不復雜且易析出長大。（3）第二相熱硬性好，但以片狀形式析出存在。（4）Si與Al機體熱膨脹系數(shù)相差較大。四、論述：1、分析討論片狀石墨、球狀石墨、蠕蟲狀石墨長大過程及形成條件：答：1、片狀石墨：按晶體生長理論石墨的生長方向為沿基面擇優(yōu)生長，形成片狀組織，實際石墨晶體中存在多種缺陷，螺旋位錯能促使片狀石墨形成，螺旋位錯為石墨的生長提供a、c兩個相互垂直的兩種生長方向，當a方向的生長速度大于c方向

23、生長速度時，便形成片狀石墨。2、球狀石墨：石墨晶體中的螺旋晶界缺陷可促進球狀石墨的形成，此外，在螺旋位錯中當c方向的方生長速度大于a方向的生長速度就會形成球狀石墨，球狀石墨形成一般先有鈣鎂的硫化物及氧化物組成的晶核開始，經(jīng)球化處理后，還有利于向球狀石墨生長。球狀石墨生長的兩個必要條件：較大的過冷度和較大的鐵液與石墨間界面張力。3、蠕蟲狀石墨：有兩種形成過程：（1）、小球墨畸變球墨蠕蟲狀石墨。（2）、小片狀石墨蠕化元素局部富集蠕蟲狀石墨。2、提高灰鑄鐵性能的主要途徑：（1）、合理選定化學成分：提高Si/C比。適當采用較高錳量。（2）、進行孕育處理：孕育處理的目的：促進石墨化，降低白口傾向，降低斷面敏感度，適當增高共晶團數(shù)和促進細片狀珠光體形成，從而達到改善灰鑄鐵強度和性能的目的。生產(chǎn)孕育鑄鐵的主要條件：A、選擇合適的化學成分。B、鐵液要有一定的過熱溫度。C、加入一定量的孕育劑。D、關于孕育方法。孕育效果的評估：常用白口傾向的減少共晶團數(shù)的增加，過冷度的降低。（3）低合金化目的：使石墨具有一定程度的細化，鐵素體量減少甚至消失。珠光體具有一定程度的細化，而且其中的鐵素體由于溶有一定量的合金元素而得到固溶強化。3、可鍛鑄鐵常見的缺陷及防止：（一）鑄件毛坯中固有的缺陷:（1）灰點，原因：鐵液中