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1、School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering铸造合金及其熔炼Casting Alloy and Its Melting主讲教师：王悔改 王爱琴河南科技大学 1School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering第一篇 铸铁及其熔炼绪 论2School of Materials Science and School of Materials Scien
2、ce and EngineeringEngineering一.铸造合金材料及其熔炼方法的发展历史铸造合金材料及其熔炼方法的发展历史1.锡青铜：熔点较低（锡青铜：熔点较低（700-900），），Cu、Sn不易被氧化，熔炼较容不易被氧化，熔炼较容易。早在公元前易。早在公元前2000多年已出现，在商周达到鼎盛时期。多年已出现，在商周达到鼎盛时期。3School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering3.铸钢：熔点较铸铁高（铸钢：熔点较铸铁高（1400 左右），熔炼比较困难。最早发源
3、于左右），熔炼比较困难。最早发源于欧洲，我国直到欧洲，我国直到19世纪下半叶才有真正的炼钢技术。世纪下半叶才有真正的炼钢技术。4. 铝合金：由于铝合金：由于Al易氧化，故出现较晚，大约在易氧化，故出现较晚，大约在19世纪末至世纪末至20 世纪初。世纪初。5.其他合金：随着科技的发展，在其他合金：随着科技的发展，在20世纪后半叶，出现了新的合金世纪后半叶，出现了新的合金（铸造（铸造Mg、Zn、Ti等合金）及其熔炼方法。等合金）及其熔炼方法。2.铸铁：熔点较高（铸铁：熔点较高（1200 左右），熔炼较困难。出现在春秋末期（公左右），熔炼较困难。出现在春秋末期（公元前元前513年）至汉代。年）至汉代
4、。4School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering1.铸铁铸铁二二. .铸造合金材料的分类、特性及应用铸造合金材料的分类、特性及应用 灰口铸铁：具有良好的导热性、减震性、减摩性和低的缺口敏感灰口铸铁：具有良好的导热性、减震性、减摩性和低的缺口敏感性，较易熔炼，因此在机械行业中应用广泛。性，较易熔炼，因此在机械行业中应用广泛。 负荷较大的机器零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。根据基体负荷较大的机器零件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴等。根据基体不同又可分为：不同又可分为：
5、a. 铁素体球墨铸铁：韧性较高，变形能力较强，主要用于制造管类铁素体球墨铸铁：韧性较高，变形能力较强，主要用于制造管类零件；零件； b. 珠光体球墨铸铁：高强度，用于齿轮的生产；珠光体球墨铸铁：高强度，用于齿轮的生产； c. 贝氏体球墨铸铁：高的强度、硬度和耐磨性，用于曲轴类零件的贝氏体球墨铸铁：高的强度、硬度和耐磨性，用于曲轴类零件的生产；生产； 白口铸铁：较高的硬度及脆性。不能承受冷加工，也不能承受热白口铸铁：较高的硬度及脆性。不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。加工，只能直接用于铸造状态。5School of Materials Science and School
6、of Materials Science and EngineeringEngineering d. 奥奥-贝球墨铸铁：高强度和韧性，适用于制造要求同时具备耐磨及贝球墨铸铁：高强度和韧性，适用于制造要求同时具备耐磨及耐冲击疲劳性能的铸件，如汽车差速器的大伞齿轮。耐冲击疲劳性能的铸件，如汽车差速器的大伞齿轮。 可锻铸铁：可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，可锻铸铁：可锻铸铁中的石墨呈团絮状，对基体的割裂作用较小，因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行因此它的力学性能比灰铸铁高，塑性和韧性好，但可锻铸铁并不能进行锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，
7、其中黑心可锻锻压加工。可锻铸铁的基体组织不同，其性能也不一样，其中黑心可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度铸铁具有较高的塑性和韧性，而珠光体可锻铸铁具有较高的强度，硬度和耐磨性和耐磨性 。 特种性能铸铁：服役过程中能满足特殊使用性能的铸铁。特种性能铸铁：服役过程中能满足特殊使用性能的铸铁。 a. 耐磨铸铁；耐磨铸铁； b. 耐热铸铁；耐热铸铁； c. 耐腐蚀铸铁。耐腐蚀铸铁。 蠕墨铸铁：较高的强度，良好的导热性及耐热疲劳性能。按基体蠕墨铸铁：较高的强度，良好的导热性及耐热疲劳性能。按基体可分为珠光体蠕墨铸铁和铁素体蠕墨铸铁，主要用于生可分为珠光体蠕墨铸铁和铁素体蠕
8、墨铸铁，主要用于生 产刹车鼓铸件及产刹车鼓铸件及发动机进排气管铸件。发动机进排气管铸件。6School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering a. a.铸造低碳钢：含碳小于铸造低碳钢：含碳小于0.2%0.2%； b. b.铸造中碳钢：含碳铸造中碳钢：含碳0.2%0.2%0.5%0.5%； c. c.铸造高碳钢：含碳大于铸造高碳钢：含碳大于0.5%0.5%。 铸铸造造低低合合金金钢钢：含含有有锰锰 、铬铬、铜铜等等合合金金元元素素的的铸铸钢钢。合合金金元元素素总总量量一一般般
9、小小于于5%，具具有有较较大大的的冲冲击击韧韧性性，并并能能通通过过热热处处理理获获得得更更好好的的机机械械性性能能。主要用于机械零件中。主要用于机械零件中。 铸铸造造高高合合金金钢钢（铸铸造造特特种种钢钢）：为为适适应应特特殊殊需需要要而而炼炼制制的的合合金金铸铸钢钢，品品种种繁繁多多，通通常常含含有有一一种种或或多多种种的的高高量量合合金金元元素素，以以获获得得某某种种特特殊殊性性能能。如如高高锰锰钢钢常常用用于于矿矿山山机机械械、工工程程机机械械的的耐耐磨磨零零件件；铬铬镍镍不不锈锈钢钢常常用用于于有有腐腐蚀或在高温条件下工作的零件。蚀或在高温条件下工作的零件。 铸造碳钢：铸造碳钢：以碳
10、为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。具有具有较高的强度、塑性和韧性，耐磨性和耐蚀性差，成本较低，用于制造承受较高的强度、塑性和韧性，耐磨性和耐蚀性差，成本较低，用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等。大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等。 2. 铸钢铸钢 7School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering3. 铸造有色合金铸造有色合金 铝合金：日常生活中。铝合金：日常生活中。 铜合金：较好的力学性能和切削加
11、工性，主要用于大型铜合金铸铜合金：较好的力学性能和切削加工性，主要用于大型铜合金铸件，如螺旋桨等；用于工艺美术品方面。件，如螺旋桨等；用于工艺美术品方面。 钛合金：高的比强度和好的耐蚀性，主要用于航空航天、船舶、钛合金：高的比强度和好的耐蚀性，主要用于航空航天、船舶、化工等领域。化工等领域。8School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering三三. .学习本课程的目的学习本课程的目的四四. .本课程的主要内容本课程的主要内容 主要讲授常用铸铁、铸造碳钢、铸造非铁合金凝固组织
12、形成的基本理主要讲授常用铸铁、铸造碳钢、铸造非铁合金凝固组织形成的基本理论，化学成分、处理工艺、金相组织对力学性能、使用性能、铸造性能的论，化学成分、处理工艺、金相组织对力学性能、使用性能、铸造性能的影响规律，改善组织、提高性能之途径，以及各种合金的熔炼原理与精炼影响规律，改善组织、提高性能之途径，以及各种合金的熔炼原理与精炼技术。技术。 本课程是铸造专业的主干课，通过本课程的学习，学会利用相图分析本课程是铸造专业的主干课，通过本课程的学习，学会利用相图分析各种铸造合金的结晶过程，判断其金相组织，预测其性能；能够根据实际各种铸造合金的结晶过程，判断其金相组织，预测其性能；能够根据实际要求制定常
13、用铸造合金的化学成分、熔炼工艺、炉前处理工艺；并了解近要求制定常用铸造合金的化学成分、熔炼工艺、炉前处理工艺；并了解近期铸造合金材料和精炼技术的发展趋势。期铸造合金材料和精炼技术的发展趋势。9School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineeringl理论知识方面理论知识方面 具有利用相图分析灰铸铁、球墨铸铁、铸造碳钢、铸造铝合金和具有利用相图分析灰铸铁、球墨铸铁、铸造碳钢、铸造铝合金和铜合金的结晶过程、判断其组织、预测其性能的能力。铜合金的结晶过程、判断其组织、预测其性能的能力。
14、 具有改善各种铸造合金的金相组织，提高力学性能的思维能力。具有改善各种铸造合金的金相组织，提高力学性能的思维能力。 具有正确选择各种铸造合金的熔炼方法、熔炼设备的能力，并掌具有正确选择各种铸造合金的熔炼方法、熔炼设备的能力，并掌握其熔炼原理。握其熔炼原理。 具有对铸造合金金属液进行精炼处理的基本知识。具有对铸造合金金属液进行精炼处理的基本知识。 对新型铸造合金材料和先进的熔炼技术及发展方向有一定了解。对新型铸造合金材料和先进的熔炼技术及发展方向有一定了解。五五. .教学要求教学要求10School of Materials Science and School of Materials Sci
15、ence and EngineeringEngineering2基本技能训练方面基本技能训练方面 具有根据铸造合金牌号和铸件壁厚正确制定化学成分、熔炼工艺、具有根据铸造合金牌号和铸件壁厚正确制定化学成分、熔炼工艺、炉前处理工艺的能力，并能依据原材料的化学成分计算出配料比例。炉前处理工艺的能力，并能依据原材料的化学成分计算出配料比例。 具有一般铸件生产的实际操作技能。具有一般铸件生产的实际操作技能。 具有制备金相试样并观察分析显微组织的能力。具有制备金相试样并观察分析显微组织的能力。 具有测定并计算拉伸强度和延伸率的基本技能。具有测定并计算拉伸强度和延伸率的基本技能。11School of Materials Science and School of Materials Science and EngineeringEngineering六. 教材及参考书l使用教材使用教材 陆文华、李隆盛、黄良余主编陆文华、李隆盛、黄良余主编铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼北京：机械北京：机械工业出版社，工业出版社，20072主要参考书主要参考书 1 陆文华主编陆文华主编.铸铁及其熔炼铸铁及其熔炼.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，1981. 2 李隆盛主编李隆盛主编.铸造合金及熔炼铸造合金及熔炼.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，1996. 12
