铸造合金及其熔炼

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1、第一章1. 铁碳相图的二重性从热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C (石墨)相图才是稳定的。从动力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变亦是可能的，因此就出现了二 重性。2. 对比Fe-G和Fe-G-Si准二元相图，硅的作用有如下各点：1、共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少。2、硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。(共晶区：液相、奥氏体 加石墨；共析区：奥氏体、铁素体加石墨)3、共晶和共析温度范围改变了，硅对稳定系和介稳定系的共晶温度的影响是不同的。4、硅量的增加，还缩小了相图上的奥氏体区。 实际意义：对分析铸铁的凝固过程、组织形成以及制定热处理

2、工艺。3. 碳当量和共晶度的意义及表达式。碳当量：CE=C+l/3(Si+P)根据各个元素对共晶点的影响，将这些元素的量折算成碳 量的增减。共晶度：Sc=C /Cc=C / (4.26%-1/3 (Si+P)铁铁C 铁铸铁实际含碳量(%)铁Cc稳定态共晶点的含碳量(%)Si、P铸铁中硅、磷含量(%)如Sc 1为过共晶、Sc=1为共晶、ScV 1为亚共晶成分铸铁。4. 初析石墨的结晶和初析奥氏体的结晶铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程，包括初析和共晶凝固两个阶段 初析石墨的结晶：当过共晶成分的铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下便会 析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大。初析奥氏体的结晶：

3、当凝固在平衡条件下进行时，只有当化学成分为亚共晶时才会析 出初析奥氏体。非平衡条件下，铸铁中存在一个共生生长区，而且偏向石墨的一方，因而在实际情况下，往往共晶甚至过共晶成分的铸铁在凝固过程中也会析出初析奥氏体。5. 亚共晶灰铸铁共晶转变工程示意图(文字)看书6. 球墨铸铁共晶转变示意图。(文字)看书 课后习题：分析讨论片状石墨、球状石墨的长大过程及形成条件。石墨类型形成条件长大过程片状石墨石墨成核能力强，冷却速 度慢，过冷度小。石墨的正常生长方式应是延基面的择优 生长，最后形成片状组织。球状石墨铁液凝固时必须有较大 的过冷度和较大的铁液 与石墨间的界面张力。一定成分的铁液，经过球化处理，使铁液

4、 中的硫和氧含量显著下降,此时球化元素 在铁液中有 定的残留量,这种铸铁在共 晶凝固过程中将形成球状石墨。第二章灰铸铁的金相组织特点：由金属基体和片状石墨组成，还有少量的非金属夹杂物。 灰铸铁的性能特点：1、强度性能较差（石墨的缩减作用、缺口作用）2、硬度的特点（布氏硬度和抗拉强度比值不恒定）3、较低的缺口敏感性4、良好的减震性5、良好的摩擦性缩减作用：由于石墨在铸铁中占有一定量的体积，使金属基体承受负荷的有效截面积 减少。缺口作用（切割作用）：在承受负荷时造成应力集中现象。普通铸铁中主要有C、Si、Mn、P、S五种元素。其中C和Si是最基本的成分铸铁中各元素对石墨形状、分布、大小卜的影响。C

5、、Si 增 高一定限 度前降 低C、 Si量C、Si很低（孕育不良 时）Cu、Ni、Mo、Mn、Cr、Sn （一定限 度）0、S较 高0、S 很低Mg、RE（一定 含量）石墨粗化石墨细 化有形成D型 石墨倾向石墨细化石墨成 片状石墨 有成 球、团 趋势。石墨成 球状铁液过热和高温静置的影响。在一定范围内提高铁液的过热温度，延长高温静置的时间，都会导致铸铁的石墨及基 体组织的细化，使铸铁强度提高；进一步提高过热温度，铸铁的成核能力下降，因而使石 墨形态变差，甚至出现自由渗碳体，使强度性能反而下降。孕育处理的目的孕育处理：铁液浇注以前，在一定条件下，向铁液中加入一定量的物质以改变铁液的 凝固过程，

6、改善铸态组织，从而达到提高性能为目的的处理方法。目的：a.促进石墨化，降低白口倾向；b. 降低断面敏感性；c. 控制石墨形态，消除过冷石墨；d. 适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成,从而达到改善铸铁的强度性能及其它性能（如致密性、耐磨性及切削性能）。用的最多的孕育剂是75%Si-Fe灰铸铁的铸造性能1、流动性：铁液充填铸型的能力。2、收缩特性极其伴生现象普通灰铸铁是铁碳合金中铸造应力较小的一种课后习题：灰铸铁的金相组织特点及性能特点。为什么在铸件总产量中灰铸铁件的产量 要占70%或以上？金相组织由金属基体、片状石墨和非金属夹杂物组成。 主要金属基体形式：珠光体、铁素体、珠光体加铁素体。性

7、能特点：a强度性能较差。b硬度的特点：同一硬度时，抗拉强度有一范围，同一强度时，硬度也有一范围。c较低的缺口敏感性。d良好的减震性。e良好的减磨性。原因：成本较低、生产工艺简单、具有良好的减震性和减磨性。5. 提高灰铸铁性能的主要途径是什么？当前灰铸铁研究及生产领域中的发展方向及最受 到人们关注的问题是什么？ 途径：合理选定化学成分。进行孕育处理。低合金化。第三章强韧铸铁是球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁的总称。球墨铸铁的生产 衡量石墨球化状况的标准是球化率、石墨球径和石墨球的圆整度。 球墨铸铁的熔炼要求：高温，低硫、磷含量和低的杂质含量。 球墨铸铁生产的孕育处理的目的1、消除结晶过冷倾向。2、促

8、进石墨球化。3、减小晶间偏析。 球墨铸铁的凝固特点1、球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围。2、球墨铸铁的糊状凝固特性。3、球墨铸铁具有较大的共晶膨胀。 球墨铸铁的流动性性能。铁液经球化处理后，由于脱硫、去气和去除了部分金属夹杂物，使铁液净化，对提高 流动性的有利的，因此，在化学成分和浇注温度相同时，球墨铸铁的流动性较灰铸铁好。 但通常由于铁液经球化、孕育处理后，温度降低较多，从而使实际的浇注温度偏低，再加 之铁液中含有一定量镁，会使铁液的表面张力增加，因此在实际生产中往往感到流动性叫 灰铸铁差。所以，为了改善其充填铸型能力，应适当注意提高球迷铸铁的浇注温度。 石墨漂浮：在铸件上表面或型芯的下表面

9、呈密集的黑斑分布，漂浮层和正常端口组织上有 明显的分界线，黑白分明。球化衰退的定义，防止措施。定义：球化处理后的铁液在停留一定时间后，球化效果会下降甚至消失的现象。 防止措施：1、铁液中应保持有足够的球化元素含量。2、降低原铁液中的含硫量，并防止铁液氧化。3、缩短铁液经球化处理后的停留时间。4、铁液经球化处理并扒渣后，为防止镁及稀土元素逃逸，可以用覆盖剂将铁液表面覆盖 严，隔绝空气以减少元素的逃逸。蠕墨铸铁孕育处理；铸造性能。（1）孕育处理的作用：1、消除结晶过冷倾向，减少自由渗碳体；2、提供足够的石墨晶核，增加共晶团数，使石墨呈细小均匀分布，提高力学性能；3、延缓蠕化衰退。孕育与球墨铸铁想似

10、，通常采用Si75%的硅铁，也有用Ba硅铁及其他孕育剂，为防 止衰退，尽量做到迟后孕育，必要时采用两次孕育。孕育剂加入量：按铁液的0.4%0.6%计算（考虑壁厚条件，薄壁应适当加强孕育） （2）铸造性能：具有良好流动性。蠕墨铸铁的体收缩及线收缩与蠕化率有关。蠕化率越高，其性能特点越靠近于灰铸铁， 蠕化率越低，则其性能特点越靠近于球墨铸铁。其型壁移动倾向也介于灰铸铁和球墨铸铁 间。因而要获得无内外缩孔及所送的致密铸件比球墨铸铁容易，但比灰铸铁要稍困难些。 可锻铸铁的定义，化学成分的选定及工艺特点。可锻铸铁：将一定成分的白口铸铁毛坯经退火处理，使白口铸铁中的渗碳体分解成为 团絮状石墨，从而得到由团

11、絮状石墨和不同基体组织组成的铸铁。化学成分的选定原则：1、保证铸件整个断面上在铸态时能得全白口，没有麻点，否则会明显降低力学性能。2、石墨化过程要快，以保证在尽可能短的时间内完成石墨化退火，缩短生产周期。3、有利于提高力学性能，保证得到优质产品。4、在保证力学性能前提下，具有较好的铸造性能，以利于得到健全铸件。各元素的选定C和Si可锻铸铁的工艺特点：可锻铸铁由于碳低、硅低，铸铁为白口组织，凝固时没有石墨析出，所以凝固时收缩 较大，易产生缩孔、缩松、断裂等缺陷。因此，其工艺设计应特别注意冒口及冷铁的设置， 以增强补缩能力。线收缩率约为1.4%1.8%，薄件较大些。可锻铸铁的孕育处理可锻铸铁孕育处

12、理的目的：希望铁液在一次结晶时促进形成渗碳体组织，而在随后的 石墨化退火过程中对石墨的形成没有影响或促进石墨的形成。孕育剂的选择原则与灰铸铁和球墨铸铁的完全不同：1、孕育剂可以用单一元素也可用几个元素联合，后者称为复合孕育处理2、复合孕育剂的配合原则：一种元素促进石墨化，但在凝固时对石墨化没有强烈促进作用； 另一元素阻碍凝固时的石墨化作用，允许选择较高的硅量，同时对退火时的石墨 化没有强烈阻碍作用3、经复合孕育处理后，既能保证在凝固时得到全白口组织，又能加速石墨化过程， 从而缩短退火时间。课后习题：3. 球墨铸铁生产时化学成分的选择原则是什么？；它和灰铸铁有何不同？选择：选择适当化学成分是保证

13、铸件获得良好的组织状态和高性能的基本条件，化学 成分的选择既要有利于石墨的球化和获得满意基体，以期获得所要求的性能，又要使铸铁 有较好的铸造性能。不同：与灰铸铁相比，其组织上的最大差别在于石墨形状的改善；球铁中的石墨避免 了灰铸铁中尖锐石墨边缘的存在，使石墨对金属基体的破坏作用得到了缓和，从而使铸铁 中金属基体的性能得到了不同程度的发挥。灰铸铁强度低，韧性差，而球墨铸铁有较高的强度和较好的韧性。7. 提高孕育效果的基本思路有哪几个方面？目前是如何来实现的？基本思路：1）长时间保持孕育效果，即”长效孕育剂“ 2）孕育处理方法上，迟后孕育实现途径：1）各种含钡、锶、锆或锰的硅基孕育剂。2）炉前一次

14、孕育和多次孕育、瞬时孕育。10.蠕墨铸铁生产中应注意控制哪些因素？如何设法拓宽有蠕化剂含量的范围？1、选择合适的化学成分并熔炼合格的铁液；2、炉前处理（蠕化处理及孕育处理）3、炉前检验及浇注。利用反球化元素，即用球化元素加反球化元素制成复合蠕化剂。12.试分析可锻铸铁孕育处理的目的与灰铸铁及球墨铸铁有何不同？ 可锻铸铁的目的：希望铁液在一次结晶时促进形成渗碳体组织，而在随后的石墨化退 火过程中对石墨的形成没有影响或促进石墨的形成。灰铸铁的目的：促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除 过冷石墨；改善铸铁的强度性能及其它性能（如致密性、耐磨性及切削性能）。球墨铸铁的目的：消除

15、结晶过冷倾向、促进石墨球化、减小晶向偏析。第四章减摩铸铁的定义；常用的减摩铸铁种类举例 定义：两个接触表面作相对运动时就会产生摩擦和磨损，摩擦系数小，磨损少及抗咬 合性能好，在摩擦磨损条件下具备上述性能的铸铁。种类：含磷铸铁、钒钛铸铁、硼铸铁。冷硬铸铁的定义 冷硬铸铁轧辊的铸造方法 冷硬铸铁是通过一定的工艺方法，使铸铁激冷层的组织形成白口或麻口，铸件内部组 织仍保持灰口的铸铁。冷硬铸铁轧辊的方法：一体铸造、溢流铸造和离心铸造。第五章冲天炉熔炼的基本要求： 优质、高产、低耗、长寿与操作便利五个方面。前炉的作用是1、储存铁液，使铁液成分和温度均匀；2、减少铁液在炉缸停留的时间， 从而降低铁液在炉缸中的增碳和增硫作用；3、分离渣铁，净化铁液。 冲天炉内的热交换。冲天炉内可划分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区。 预热区内的热交换特点：1、炉气给热以对流传热为主；2、传递热量大；3、预热区高度变化大。冲天炉强化熔炼的主要措施1、预热送风2、富氧送风：是在送风过程中加入一定比例的氧气，以提高送风中氧的浓