合金及其熔煉課本要點總結(jié)

名詞解釋

碳當量：根據(jù)各元素對共晶點實際碳量的影響，將這些元素的量折算成碳量增減，謂之碳當量。

共晶度：鑄鐵偏離共晶點的程度還可用鑄鐵的實際含碳量和共晶點的實際含碳量的比值來表示，這個比值稱為共晶度。

縮減作用：石墨本身沒有強度，在鑄鐵中占有一定量的體積，使金屬基體承受負荷的有效面積減少，因而使鑄鐵的力學性能降低。

缺口作用：由于石墨在鑄鐵中的存在，在承受負荷時造成應力集中現(xiàn)象，使力學性能降低。一次結(jié)晶：鑄鐵從液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程稱為一次結(jié)晶。包括共析和共晶凝固兩階段。

二次結(jié)晶：鑄鐵的固態(tài)相變稱為二次結(jié)晶。包括：奧氏體中碳的脫溶、鑄鐵的共析轉(zhuǎn)變和過冷奧氏體的中溫及低溫轉(zhuǎn)變。

二重性：從熱力學觀點上看，F(xiàn)e-Fe3相圖只是介穩(wěn)定的，F(xiàn)e-C相圖才是穩(wěn)定的。但從動力學觀點看，在一定條件下按Fe-Fe3C相圖轉(zhuǎn)變也是可能的。由此顯出二重性。

過冷度：金屬液的實際開始凝固溫度與理論凝固溫度的差值。

球化率：在鑄鐵微觀組織的有代表性的視場中，在單位面積上，球狀石墨數(shù)目與全部石墨數(shù)目的比值（以百分數(shù)表示）蠕化率（VG）：在具有代表性的顯微視場內(nèi)，蠕蟲狀石墨數(shù)與全部石墨數(shù)的百分比。但其本身不能精確地反映石墨形狀。

球化處理：在鐵液中加入球化元素，使石墨在結(jié)晶生長時長成球狀的處理過程。

球化衰退：球化處理后的鐵液在停留一段時間后，球化處理效果會下降甚至是消失的現(xiàn)象�？鼓ヨT鐵：用于抵抗磨料磨損的鑄鐵。

磨料磨損：由硬顆�；蛲怀鑫镒饔檬共牧线w移導致的磨損。

相對耐磨性：標準試樣的磨損量/試驗試樣的磨損量。值越高說明試驗試樣磨損量越小，即耐磨性越好。耐熱鑄鐵：指在高溫條件下具有一定的抗氧化和抗生長性能，并能承受一定載荷的鑄鐵。焦鐵比：加入沖天爐內(nèi)的焦炭量與金屬爐料量的比值。爐料的遺傳性：更換爐料后，雖然鐵液的化學成分不變，但鑄鐵的組織都會發(fā)生變化，爐料與鑄件組織之間的關系。孕育處理：鐵液澆注以前，在一定條件下（如一定的過熱溫度、一定的化學成分、合適的加入方法等），向鐵液中加入一定量的物質(zhì)（孕育劑）以改變鐵液的凝固過程，改善鑄態(tài)組織，從而達到提高性能的目的的處理方法。鑄造低合金鋼在鑄造碳鋼化學成分的基礎上，加入為量不多的一種或幾種合金元素，所構(gòu)成的鋼種，其合金元素的總量一般不超過5%。

T6固溶處理后完全人工時效，人工時效時間取強度峰值段，鑄件可獲得最大的抗拉強度，塑性有所下降，大部分鑄鋁合金采用T6規(guī)范。

細化在合金成分、冷卻速度、凝固時外加力場不變的條件下，在鋁液中加入少量細化劑，使晶粒得到細化，得到理想的合金組織。

青銅鑄造銅合金中不以鋅為主加元素的統(tǒng)稱為青銅（錫青銅、鋁、鉛、鈹青銅）。黃銅鑄造銅合金中以鋅為主加元素的統(tǒng)稱為黃銅（錳、鋁、硅、鉛黃銅）。

熱處理：熱處理是將固態(tài)金屬加熱到預定的溫度保溫一段時間然后以一定的速度冷卻下來的加熱工藝�；钊�合金是密度小，質(zhì)量小，導熱性好，熱膨脹系數(shù)小，有足夠的高溫強度，耐磨耐蝕，尺寸穩(wěn)定性好的鋁硅類合金。變質(zhì)在合金熔煉過程中加入少量合金元素，凝固過程中改變結(jié)晶和生長方式從而細化晶粒。

簡答

1，硅含量對Fe-C-Si相圖的影響（作用）：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)了共晶和共析轉(zhuǎn)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。隨硅含量增加，兩個共晶溫度的差別擴大，即含硅量越高，奧氏體加石墨的共晶溫度高出奧氏體加滲碳體的共晶溫度越多。由于硅的增高，共析轉(zhuǎn)變的溫度提高更多，因此有利于鐵素體基體的獲得。4）硅量的增加，還縮小了相圖上的奧氏體區(qū)。

2，初生奧氏體的結(jié)晶：初生奧氏體對鑄鐵的組織和性能有直接和間接的影響，他在灰鑄鐵中的作用與鋼筋在鋼筋混凝土中的作用一樣，能起到骨架的加固作用，并能阻止裂紋的擴展。1、初生奧氏體的形態(tài)：fcc2、奧氏體枝晶的偏析：先析出的奧氏體枝晶心部碳量較低,在逐漸長大的以后各層奧氏體中的碳量逐漸增高，形成所謂芯狀組織。（1）相間偏析：Kp=元素在奧氏體中的濃度/元素在鐵液中的濃度。（2）kl=元素在奧氏體枝晶心部的濃度/元素在奧氏體邊緣的濃度。

與碳親和力小的石墨化元素（Al、Cu、Si、Ni、Co）在奧氏體中皆有富集Kp>1，這些元素在奧氏體內(nèi)的偏析系數(shù)kl>1,說明奧氏體心部含量大于邊緣含量，形成晶內(nèi)反偏析。

與碳親和力大的白口化元素（Mn、Cr、W、Mo，V）富集與共晶液中，Kp二、熔化區(qū)內(nèi)的熱交換從金屬爐料開始熔化至熔化完畢這一段爐身高度稱為熔化區(qū)。特點：1、爐氣給熱以對流傳熱為主熔化區(qū)內(nèi)爐氣與鐵料之間的熱交換，以對流傳熱為主。在熔化區(qū)內(nèi)，鐵料不僅吸收209251kJ/kg的熔化潛熱，還吸收使鐵料熔化所必需的一定的過熱熱量。2、區(qū)域呈凹形分布沖天爐內(nèi)的熔化區(qū)，由于爐氣與溫度分布的不均勻性，在爐內(nèi)呈凹形分布。爐氣分布越不均勻，熔化區(qū)下凹就越嚴重。這表明在熔化區(qū)內(nèi)爐壁附近的傳熱比較強烈。3、區(qū)域高度波動大在熔化過程中，底焦因燃燒消耗而下降，金屬料也隨之下移，逐步熔化。三、過熱區(qū)內(nèi)的熱交換通常將鐵料熔化完畢至第一排風口平面之間這一段爐身高度稱為過熱區(qū)。特點：1、鐵液的受熱以與焦炭接觸傳導傳熱為主在過熱區(qū)中焦炭對鐵液的傳導傳熱系數(shù)占74.91%，焦炭對鐵液的輻射傳熱系數(shù)占18.38%，而爐氣對鐵液的對流和輻射僅占6.71%。2、傳熱強度大鐵液在過熱區(qū)內(nèi)，以小鐵滴或小流股穿過熾熱的底焦層，停留時間短，而溫度升高則達150250度以上，每千克鐵液受熱量達147209kJ以上。所以提高鐵液溫度比較困難，要耗費較多的焦炭。3、爐氣最高溫度與區(qū)域高度起決定作用鐵液在過熱區(qū)的受熱強度，隨爐氣最高溫度的提高而增大，其受熱時間不受下料速度的限制，直接取決于過熱區(qū)域的高度和鐵滴的下落速度。四、爐缸內(nèi)的熱交換對高溫鐵液來說，爐缸是個深冷區(qū)。爐缸越深，冷卻作用就越大。但如果在操作過程中間歇式地打開渣口，或在前爐頂上開設放氣口，則使爐缸內(nèi)的部分焦炭燃燒發(fā)熱，可減少鐵液在爐缸內(nèi)的冷卻情況，而有利于鐵液的過熱。但進風量必須嚴格控制，否則會增強爐缸內(nèi)的氧化氣氛。

影響鐵液溫度的主要因素：一、焦炭對沖天爐鐵液溫度的影響1、焦炭成分焦炭固定含碳量越高，灰分和其形成的渣量減少，有利于提高爐氣最高溫度，加強焦炭對鐵液的熱傳導，有利于鐵液過熱2、焦炭強度與塊度如焦炭機械強度低，不能保持入爐時的塊度，惡化料柱透氣性，影響熔化的穩(wěn)定性3、反應能力焦炭反應能力大，會降低爐氣溫度。作為沖天爐燃料的焦炭，要求有低的反應能力。二、送風對沖天爐溫度的影響1、風量的影響提高沖天爐的進風量有利于提高鐵液溫度2、風速的影響提高沖天爐進風速度，可清除焦炭表面阻礙燃燒的灰渣，強化焦炭燃燒，提高爐氣最高溫3、風溫的影響提高送入爐內(nèi)空氣的溫度，可強化焦炭燃燒，提高燃燒速度和爐氣最高溫度4、風中氧氣濃度影響提高送風中氧的濃度，加速底焦燃燒速度，縮短氧化帶，擴大還原帶。三、金屬爐料金屬爐料塊度越大，過熱區(qū)高度縮短，不利于鐵液的過熱，還會造成卡料，惡化熱交換條件。四、熔煉操作參數(shù)。五、沖天爐結(jié)構(gòu)參數(shù)

沖天爐熔煉過程鐵液化學成分的變化：一、含碳量變化過程焦炭、金屬爐料平均含碳量低于共晶碳量、適當提高爐渣堿度有利于鐵液的增碳；提高風量則使其脫碳。二、含硅量和含錳量的變化在熔煉過程中，硅和錳存在氧化和燒損。高的爐溫，低的爐氣氧化性及合適的爐渣性質(zhì)減少硅和錳的氧化燒損。三、含硫量的變化酸性沖天爐、爐料含硫量低、焦炭含硫量高及爐氣氧化性強使硫增加；堿性沖天爐、提高爐渣堿度及提高爐溫有利于脫硫。四、含磷量的變化爐渣具有高堿度、強氧化性和較低的爐溫可以有效脫磷。

鑄造碳鋼為什么熱處理，處理方法：碳鋼鑄件的鑄態(tài)組織特征是結(jié)晶粗大，有些情況還存在魏氏組織或網(wǎng)狀組織。晶粒粗大則晶界比表面積小，鋼的強度低，韌性較低，碳鋼在鑄態(tài)力學性能低，不耐沖擊。鑄造碳鋼在其二次結(jié)晶過程中，因鋼的含碳量和冷速的不同而形成不同的形態(tài)，有粒狀、條狀（魏氏體）和網(wǎng)狀三種，實際上只有在含

碳量低而且壁又較厚的鋼鑄件中，才會在鑄態(tài)下得到這種組織。魏氏組織屬于亞穩(wěn)定組織。通過適當?shù)臒崽幚砦菏辖M織或網(wǎng)狀組織使之轉(zhuǎn)變?yōu)榱�狀組織，從而提高鋼的性能，碳鋼鑄件熱處理的目的是細化晶粒，消除魏氏組織和網(wǎng)狀組織和消除鑄造應力。碳鋼鑄件的熱處理方法有退火、正火或正火加回火。

氣體和非金屬夾雜物

1氣體鋼中的氣體主要是氫，氮和氧。它們之中危害最大的是氫。鋼中氣體的來源和造成的危害如下：

氫在煉鋼的的過程中，空氣中的水蒸氣在電弧的作用下離解為氫原子和氧原子，它們能溶解于煉鋼中。在凝固較慢的條件下，氫氣孔往往是在鑄鋼件表皮以下存在，呈眾多的小氣孔。而在鋼的快速凝固條件下，以極微細的質(zhì)點在鐵的晶格內(nèi)部析出，從而在晶格內(nèi)部形成很高的應力狀態(tài)，從而顯著降低鋼的塑性和韌性，嚴重時會造成‘氫脆’。

氮在煉鋼過程中，空氣中的氮氣在電弧的作用被離解成氮原子，溶解于鋼液中。少量氮化物在鋼液凝固過程中能起到非均質(zhì)結(jié)晶核心的作用，具有細化鋼的晶粒，提高鋼的力學性能的作用。但當鋼中氮化物多時，又會是鋼的塑性和韌性降低。

氧氧在鋼液中存在的形式是以FeO分子形態(tài)存在。由于氧化亞鐵的熔點比鋼低，所以它經(jīng)常析出在鋼的晶粒周界處，減弱晶粒之間的連結(jié)，使鋼的力學性能降低，特別是鋼的塑性和韌性會受到比較明顯的消弱。

2．非金屬夾雜物

鋼中的非金屬夾雜物的來源中有的是在煉鋼過程中產(chǎn)生的，也有的是在澆注過程鋼液二次氧化或鋼液沖蝕鑄型而形成的。在鋼液凝固后，非金屬夾雜物存在于鋼中，起到割裂金屬集體的作用，從而使鋼的力學性能，特別是韌性降低。非金屬夾雜物對鋼的危害程度以其數(shù)量，形態(tài)及分布特征所決定。在有關鋼中夾雜物的評級標準中將夾雜物按其組成和形態(tài)劃分為4類：硫化物類，氧化鋁類，硅酸鹽類，球狀氧化物。鋼中非金屬夾雜物數(shù)量多時會顯著影響鋼的力學性能，特別是使韌性降低，因此在煉鋼過程中應采取措施，盡量將鋼液中的非金屬夾雜物清除出去。

鉻鎳不銹鋼與鉻鎳耐熱鋼的化學成分性能方面的特點：鉻鎳不銹鋼的化學成分：C≤0.12%，Si≤1.0%，，Mn1.0%2.0%，Cr17.0%20.0%，Ni8.0%--11.0%，P≤0.04%，S≤0.03%。鋼的力學性能指標如下：ζs≥200MPa，ζb≥450MPa，δ5≥25%，ψ≥32%，ak≥10×10J/m。這種鋼由于含有大量的鉻，故在焊接中易形成氧化鉻夾雜物而影響焊接強度，焊接性能差。

鉻鎳耐熱鋼化學成分：C0.3%0.4%，Si2.0%3.0%，Mn≤1.5%，Cr17.0%20.0%，Ni23.0%26%，其力學性能指標如下：ζs≥300MPa，ζb≥560MPa，δ5≥20%，ψ≥25%。在高溫下有良好的抗氧化性適于鑄造在高溫下工作的零件。

分析比較在電弧爐煉鋼氧化期中通過碳的氧化形成的鋼液沸騰所引起的精煉作用與戶外精煉中通過吹氬攪拌所引起的精煉作用的優(yōu)缺點：脫碳：在脫碳的過程中，產(chǎn)生大量的CO氣泡使熔池受到強烈的攪動，使得鋼液溫度和化學成分均勻，并能有效的清除鋼液中的氣體和非金屬夾雜物。如果沒有脫碳所造成的鋼液沸騰，則鋼液中的氣體和夾雜物雖然比鋼液輕，但也不會自己上浮，因此說脫碳是手段而不是目的。吹氬精煉原理氬氣是一種惰性氣體，不溶解于鋼液且不與鋼液中的元素化合不會形成非金屬夾雜物。吹氬所形成的鋼液沸騰，不僅能清除鋼液溶解的氣體和懸浮的非金屬夾雜物，起凈化作用，還可起到一定的脫氧作用。原理是處于鋼業(yè)中的氬氣泡內(nèi)CO的分壓力為零，因而促使鋼液中的碳與氧化亞鐵進行反應。生成的CO氣體隨即進入氬氣泡內(nèi)，并隨之浮出。

反偏析：反偏析是錫青銅鑄件中常見的缺陷，鑄件表面會滲出灰白色顆粒狀的富錫分泌物，俗稱“冒錫汗”。錫汗中富集δ相，造成鑄件內(nèi)外成分不均，降低合金力學性能，而且使組織更加疏松引起滲漏，同時，表面富集堅硬的δ相，惡化切削加工性能，加工后的表面會出現(xiàn)灰白色斑點，影響表面質(zhì)量。出現(xiàn)反偏析的原因是錫青銅的結(jié)晶溫度范圍寬，枝晶發(fā)達，低熔點的富錫δ相被包圍在α枝晶間隙中，此時氫的溶解度因溫度下降而急劇降低成氣泡形式析出，產(chǎn)生背壓，把富錫熔體推向枝晶間隙中心。而在凝固后期，鑄件從內(nèi)到外仍存在著大量的顯微通道，在氫氣泡形成的背壓和固態(tài)收縮力內(nèi)外交攻下，迫使富錫熔體沿α枝晶間的顯微通道向鑄件表面滲出，堆積在鑄件表面。

防止反偏析的工藝措施：1、放置冷鐵提高冷卻速度，出現(xiàn)層狀凝固。2、調(diào)整化學成分，如加入鋅，縮小結(jié)晶溫度范圍。3、采取有效地精煉除氣措施，減少合金中的含氣量。

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分析

一：六種石墨分布分類：1、片狀：在冷卻速度慢，過冷度小的時候形成，石墨成核能力強，強度高，對機體割裂作用小。2、菊花狀：開始時冷卻大，成核條件差、顯出D型，后期放出凝固潛熱，過冷減小而析出A型。外層沿熱流方向長得較大，熱流方向性明顯減少而逐漸卷曲最后形成菊花狀，對機體的消弱程度大于A；3、塊片狀：過共晶時在冷速較小時形成，對機體有嚴重的消弱作用；4、枝晶點狀：冷缺速度很大過冷度也很大導致石墨強烈分枝。5、枝晶片狀與初生γ枝晶相比冷速小，亞共晶在冷卻速度小時形成，對機體的消弱作用更大；6、星狀：散熱較快，過共晶冷速較大，對機體具有較大的消弱作用。

二：球墨鑄鐵的熱處理：目的：獲得理想的晶體組織；

熱處理基礎：共析線以下溫度范圍內(nèi)的反應。1、QT的固態(tài)相變臨界點Ac3840度鐵素體-奧氏體；Ar3810度奧氏

s

體-鐵素體；Ac1珠光體-奧氏體，終止溫度為780-810Ac1P-γ轉(zhuǎn)變開始溫度760-780度；Ar1s冷卻時γ-P轉(zhuǎn)變開

s

始溫度為730-750度；Arzγ-P轉(zhuǎn)變終止溫度720-740度；2、QT加熱過程組織變化⑴Ac1以下為P500-550度機

szz

體為P機體不發(fā)生變化，600度時P粒化，700度時P的石墨化⑵Ac1-Ac1P-γ⑶Ac1α-P⑷Acs以上滲碳體逐漸溶解到奧氏體中，當碳飽和的時候滲碳體-奧氏體和石墨進行高溫石墨化

QT的熱處理工藝：1退火得到的是鐵素體機體的QT①高溫石墨化的退火Ac3以上50-100度，②低溫石墨化退火，珠光體轉(zhuǎn)化為鐵素體加石墨（1、Ac1以上珠光體轉(zhuǎn)化為鐵素體緩慢通過共析區(qū)，轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，2、Ac1zP-α保溫3-6小時2正火增加金屬基體中的P含量，及提高P的分散度①高溫石墨化的退火（正火前）得到的是滲碳體②高溫完全奧實體化正火Ac1z以上30-50度，奧氏體轉(zhuǎn)化為珠光體③高溫部分奧實體化正火，Ac1s-Ac1zα+G+γ-γ+α塑韌性提高3等溫淬火①下貝氏體轉(zhuǎn)化為QT在250度時進行低溫回火，大于300度時貝氏體分解②鐵素體奧氏體和上貝氏體住哪華為QT.

三、灰鑄鐵、球鐵的鑄造性能區(qū)別：灰鑄鐵的鑄造性能：1、流動性就是鐵液充填鑄型的能力。主要影響因素是化學成分和澆注溫度。普通灰鑄鐵，離共晶點不遠，結(jié)晶范圍小，初生奧氏體枝晶不發(fā)達，正常澆注溫度下，流動性最好。C、Si影響共晶度，Si小于1，加C、Si提高流動性，Si大于1，初析石墨析出，流動性差，提高只能減少碳和硅。2、收縮特性及伴生現(xiàn)象鑄鐵的收縮包括液態(tài)收縮ε液、凝固收縮ε凝、固態(tài)收縮ε固三部分。澆注溫度越高、含碳量越高，液態(tài)收縮率ε液越高。C,G增加，ε凝減小，可能是負值，形成縮孔縮松主要與ε液+ε凝有關，其越大，傾向越大；灰鑄鐵收縮問題必須考慮鑄型條件，濕型時，鐵液靜壓力和石墨化膨脹使鑄型型壁向后移動，其與鑄件含碳量、鑄型剛度、有無孕育有關�；诣T鐵固態(tài)收縮過程由開始石墨化膨脹、收縮過程、（共析轉(zhuǎn)變共析石墨化）二次膨脹、繼續(xù)收縮組成。由收縮伴生縮孔縮松、熱裂、內(nèi)應力、變形和冷裂。

球墨鑄鐵的鑄造性能：1、流動性因鐵液凈化，在化學成分和澆注溫度相同時，球鐵流動性較灰鐵好。因孕育等使?jié)沧�溫度偏低，實際生產(chǎn)中球鐵流動性較灰鐵差。2、收縮特性球、灰鐵收縮過程基本相同，主要在于球鐵收縮前的膨脹比灰鐵大得多，總的線收縮值顯得小。在實際生產(chǎn)中，若鑄型剛度大球鐵膨脹受阻與灰鐵收縮量接近。若鑄型剛度小共晶石墨化膨脹嚴重，增加縮孔縮松量鑄件致密度下降。3、內(nèi)應力球鐵彈性模量較灰鐵大熱導率低，內(nèi)應力較灰鐵大，球鐵變形開裂傾向高。

四、可鍛鑄鐵的熱處理：退火過程及控制：1、鐵素體可鍛鑄鐵的退火過程（87頁圖）：a、升溫過程950度左右：溫度升高太快，使鑄件內(nèi)部產(chǎn)生很大應力，造成斷裂，≤100℃/h。b、石墨化第一階段940~970度，在第一階段保溫，自由滲碳體不斷溶入奧氏體而消失，團絮狀石墨逐漸形成。第一階段結(jié)束，組織為奧氏體加團裝石墨。溫度太高，組織粗大。C、中間冷卻階段：從高溫冷卻到共析轉(zhuǎn)變溫度稍下的溫度710730度。隨著溫度的降低，奧氏體中的碳溶解度減小，過飽和的碳從奧氏體中脫溶，附著在已生成的團狀石墨上，使石墨長大，冷至共析點下組織轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w加團狀石墨。冷的太慢延長退火時間，太快會出現(xiàn)二次滲碳體。d、第二階段石墨化：780度35hγ→αG；710730度P→αG。e、冷卻階段：可用較快速度冷卻，為防止回火脆性，到500600度即出爐空冷。2、珠光體可鍛鑄鐵的退火過程：熱處理規(guī)范有以下幾種a、第一階段石墨化后隨爐冷至820880度即出爐空冷，得到高強度低韌性的片狀珠光體可鍛鑄鐵。b、第一階段石墨化后，隨爐冷至680度保溫六到八小時在化學成分上珠光體的穩(wěn)定作用較強的條件下，可得到粒狀珠光體可鍛鑄鐵，有較好的延伸性和韌性。c、第一階段石墨化后，淬火成馬氏體，再高溫回火成回火粒狀珠光體。3、白口可鍛鑄鐵的退火將白口鑄坯和氧化鐵一起裝入退火爐，以使鑄件有表面向中心逐層脫碳，從而韌化鑄件。固態(tài)石墨化原理：KT

‘

中G的形成a、高溫石墨化：Ld→γ化→（保溫）Fe3C→γ+G，γ/Fe3C晶界處→G核心。b、低溫石墨化：γ→α+G；P→α+G。影響石墨化過程的因素：a、在奧氏體晶界上形成石墨晶核b、滲碳體在不斷向奧氏體內(nèi)溶解c、碳原子有滲碳體奧氏體界面（高濃度）向石墨奧氏體界面（低濃度）擴散。d、碳原子向石墨核心沉淀，既石墨長大。

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《鑄造合金及其熔煉》總結(jié)

前言：全書一共有三部分組成第一篇鑄造及其熔煉主要講的是幾種

鑄鐵和鑄鐵的熔煉重點在第一章，主要內(nèi)容為鑄鐵的凝固劑組織形成的基本理論；熔煉部分重點為沖天爐熔煉。第二篇鑄鋼及其熔煉，主要講的是各種鑄鋼和鑄鋼的熔煉重點為鑄造低合金鋼、電弧剛及鋼液的爐外精煉。第三篇鑄造非鐵合金及其熔煉主要的內(nèi)容是鋁銅等其他非鐵合金的性能及其熔煉方法，重點為鑄造鋁合金及其變質(zhì)、精煉。

第一篇鑄造及其熔煉

1.鐵碳合金二元相圖

合金相圖是分析合金相組織的有用工具。通過鐵碳合金相圖可以知道各種相得相變溫度，合金成分含量，為熱加工等工藝提供基礎2。鑄鐵的生產(chǎn)

主要講解了灰鑄鐵、強韌鑄鐵、以及其他特種性能鑄鐵（減摩鑄鐵，

冷硬鑄鐵，抗磨鑄鐵，耐熱的鑄鐵，耐腐蝕鑄鐵）的力學性能特點機械性能特點，金相組織的性能特點，以及鑄鐵的生產(chǎn)、分類和牌號。(1)影響鑄態(tài)組織的因素冷卻速度的影響化學成分的影響

鐵液的過熱和高溫靜止的影響孕育的影響爐料的影響

3鑄鐵的熔煉---沖天爐熔煉

1、沖天爐熔煉基本原理

（1）底焦燃燒：沖天爐底焦燃燒可以劃分為兩個區(qū)帶：A、氧化帶：從主排風口到自由氧基本耗盡，二氧化碳濃度達到最大值的區(qū)域。

B、還原帶：從氧化帶頂面到爐氣中[CO2]/[CO]濃度基本不變的區(qū)域，從風口引入的風容易趨向爐壁，形成爐壁效應，形成一個下凹的氧化帶和還原帶，對熔化造成不利影響。①不易形成一個集中的高溫區(qū)，不利于鐵水過熱；②加速了爐壁的侵蝕；

③鐵料熔化不均勻，鐵液不易穩(wěn)定下降,影響化學成分。解決方法：

①采用較大焦炭塊度，使風均勻送入；②采用插入式風嘴；

③采用曲線爐膛；④采用中央送風系統(tǒng)；

⑤熔煉過程中為使焦炭不易損耗，送風量要與焦炭損耗相適應。根據(jù)爐氣、爐料、鐵水濃度和溫度，爐身分為4個區(qū)域：（1）預熱區(qū)（2）熔化區(qū)（3）過熱區(qū)（4）爐缸區(qū)。：沖天爐熔煉過程

在熔化過程中底焦燃燒而消耗，為了保證整個熔煉過程連續(xù)正常進行就必須及時得補充底焦，以此來始終保持底焦的高度。隨同鐵料一起加入的焦碳就可以補嘗底焦的消耗，熔化過程的底焦同點火前所加底焦不是同一高度，底焦的頂面是指金屬爐料大體熔清的位置。在底焦高度內(nèi)只有鐵水和熔渣不斷的穿過焦炭柱，它的高度和上界面的形狀隨熔化工藝和供風方式而改變，底焦燃燒狀況（爐溫、爐氣成份、爐氣成分的分布）是沖天爐熔化過程的基礎，沖天爐的熔化過程就是合理的組織底焦燃燒，以此來獲得爐內(nèi)的高溫，同時造成鐵料與焦碳爐氣間的最佳熱交換過程。（一）、造渣過程

（二）、單個焦碳或炭柱的燃燒（三）、焦層的燃燒過程

（四）、影響底焦燃燒的主要因素。（五）、沖天爐內(nèi)鐵料的預熱熔化及過程（六）、影響沖天爐燃燒、熔化過程的因素

第二篇鑄鋼及其熔煉

在機械制造業(yè)，鑄鋼的應用頗為廣泛。由于鋼具有高的強度和好的韌性，故適用于制造承受載荷及經(jīng)受沖擊的機件。而具有抗磨、耐蝕、耐熱、等特殊使用性能的專用鋼種，適合用于一些特殊的工作情況。鑄鋼的材料品種從普通碳鋼、低合金鋼至高合金鋼。本片主要講解了碳鋼，低合金鋼，高和金剛的組織性能、結(jié)晶過程熱處理以及鑄造方法。1碳鋼

鑄造碳鋼是在鑄鋼材料應用量大面廣的鋼種，在鑄造碳鋼中，長存的元素有碳、硅、鎂、硫、磷。鑄造碳鋼屬于亞共析鋼，其結(jié)晶過程分為兩個階段，即一次結(jié)晶和二次結(jié)晶。鑄態(tài)組織特征為晶粒粗大的魏氏組織2鑄造低合金剛錳系鑄造低合金鋼鉻系鑄造低合金鋼鎳系鑄造低合金剛微量合金化鑄鋼

a釩鈮系微量合金化鑄鋼b系微合金化鑄鋼

3煉鋼的方法A電弧爐煉弧爐煉鋼-原料

電爐鋼以廢鋼為主要原料，有些電弧爐采用直接還原的海綿鐵來代替部分(30～70％)廢鋼。廢鋼經(jīng)多次循環(huán)冶煉，會使某些對鋼質(zhì)有害而又不能在冶煉過程中除去的元素（如銅、鉛等）富集。海綿鐵比廢鋼純凈得多，摻和使用就可起“凈化”的作用。冶煉合金鋼時，大多數(shù)采用成分相近或相應的合金廢鋼為爐料，以節(jié)約昂貴的鐵合金，不足之數(shù)在冶煉過程中再用鐵合金補充。電弧爐煉鋼-冶煉工序補爐

上一爐的鋼水和渣出凈以后，立即把被侵蝕的爐襯補好。補爐動作要快，以便利用爐內(nèi)的殘余高溫，將補爐料和原爐襯燒結(jié)在一起，并可減少熱損失，節(jié)約電能。裝料

補爐完畢后，移開爐蓋，用料筐從爐子頂部把爐料裝入爐內(nèi)。不易氧化和難熔的合金料如鎳、鉬等可與廢鋼同時裝入。爐料的塊度應適當搭配，堆密度以1.6～2.0噸／米為宜。

爐料的熔化和供電制度裝好爐料,合上爐蓋后,即降下電極到爐料面近處,接通主電路開關,將電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關放到自動控制位置，以次高級電壓通電起弧。約5～10分鐘,電弧伸入爐料熔成的“小井”后，改用最高電壓，達到輸入變壓器的最大有效功率，加

速熔化爐料。電極隨“小井”底部的熔化而逐漸下降，直到電弧觸到鋼液，然后電極又隨鋼液面的升高而上提。當大部分爐料熔化，電弧就完全暴露在熔池面上,這時,為減少電弧對爐頂?shù)膹娏逸椛�，要改用較低電壓，直到爐料完全熔化。爐子輸入能量的制度，隨爐子的容量、冶煉鋼種和冶煉工藝而不同。附圖是一座電弧爐冶煉的能量供給和溫度制度示例。

電弧爐煉鋼

吹氧助熔

電弧暴露在熔池面上并降低輸入功率后，可即向熔池吹入氧氣，以加速廢鋼的熔化。氧氣壓力為6～10公斤力／厘米。吹氧不宜過早，否則所生成的氧化鐵將積聚在溫度尚低的熔池中，待溫度上升時會發(fā)生急劇的氧化反應，引起爆炸式的大沸騰，導致惡性事故。熔化期的氧化

在爐料將近全部熔化，而被爐渣覆蓋時，取樣分析并根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整鋼和渣的成分。此時，爐內(nèi)是氧化性氣氛，加上熔池中有來自銹蝕廢鋼和在熔化過程中廢鋼氧化產(chǎn)生的氧化鐵，或者來自爐料鐵礦石的氧化鐵，鋼液中的硅、磷、錳等元素會大量氧化。如果熔池有足夠高的溫度尤其是在吹氧時，氧炬附近的鋼水就可引起碳的氧化。

在熔化期，合金廢鋼中除了硅、磷、錳、碳等元素氧化外，鉻、釩、鈦、鋁、硼等元素也會氧化，硫、鉛有少量氧化，只有鎳、鉬、銅、錫不氧化。精煉

精煉過程通過對各階段鋼樣和渣樣的分析、溫度的測定來調(diào)整和控制。在精煉期，除碳的氧化物成為氣態(tài)逸出外，其他元素的化合物為固態(tài)或液態(tài)，分別浮入渣中，或留在鋼液內(nèi)。精煉就是把對鋼質(zhì)有害的一些元素和化合物，盡可能地從鋼液中排除掉。B電爐煉鋼

主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。

以廢鋼為原料的電爐煉鋼，比之高爐轉(zhuǎn)爐法基建投資少，同時由于直接還原的發(fā)展，為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼，因此就大大地推動了電爐煉鋼。世界上現(xiàn)有較大型的電爐約1400座，目前電爐正在向大型、超高功率以及電子計算機自動控制等方面發(fā)展，最大電爐容量為400t。

國外150t以上的電爐幾乎都用于冶煉普通鋼，許多國家電爐鋼產(chǎn)量的60～80％均為低碳鋼。我國由于電力和廢鋼不足，目前主要用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼

第三篇鑄造非鐵合金及其熔煉

1鑄造鋁合金

castaluminiumalloy

可用金屬鑄造成形工藝直接獲得零件的鋁合金，鋁合金鑄件該類合金的合金元素含量一般多于相應的變形鋁合金的含量。據(jù)主要合金元素差異有四類鑄造鋁合金。

(1)鋁硅系合金，也叫“硅鋁明”或“矽鋁明”。有良好鑄造性能和耐磨性能，熱脹系數(shù)小，在鑄造鋁合金中品種最多，用量最大的合金，含硅量在10％～25％。有時添加0.2％～0.6％鎂的硅鋁合金，廣泛用于結(jié)構(gòu)件，如殼體、缸體、箱體和框架等。有時添加適量的銅和鎂，能提高合金的力學性能和耐熱性。此類合金廣泛用于制造活塞等部件。(2)鋁銅合金，含銅4.5％～5.3％合金強化效果最佳，適當加入錳和鈦能顯著提高室溫、高溫強度和鑄造性能。主要用于制作承受大的動、靜載荷和形狀不復雜的砂型鑄件。

(3)鋁鎂合金，密度最小(2.55g/cm3)，強度最高(355MPa左右)的鑄造鋁合金，含鎂12％，強化效果最佳。合金在大氣和海水中的抗腐蝕性能好，室溫下有良好的綜合力學性能和可切削性，可用于作雷達底座、飛機的發(fā)動機機匣、螺旋槳、起落架等零件，也可作裝飾材料。(4)鋁鋅系合金，為改善性能常加入硅、鎂元素，常稱為“鋅硅鋁明”。在鑄造條件下，該合金有淬火作用，即“自行淬火”。不經(jīng)熱處理就可使用，以變質(zhì)熱處理后，鑄件有較高的強度。經(jīng)穩(wěn)定化處理后，尺寸穩(wěn)定，常用于制作模型、型板及設備支架等。

鑄造鋁合金具有與變形鋁合金相同的合金體系，具有與變形鋁合金相同的強化機理除應變強化外，他們主要的差別在于：鑄造鋁合金中合金化元素硅的最大含量超過多數(shù)變形鋁合金中的硅含量。鑄造鋁合金除含有強化元素之外，還必須含有足夠量的共晶型元素通常是硅，以使合金有相當?shù)牧鲃有�，易與填充鑄造時鑄件的收縮縫。目前基本的合金只有以下6類；

①

AI-Cu合金,②AI-Cu-Si合金③AI-Si合金，④AI-Mg合金，⑤AI-Zn-Mg合金，⑥AI-Sn合金

2鑄造銅合金

castcopperalloy

（一）用于生產(chǎn)鑄件的銅合金。多數(shù)鑄造銅合金不能進行壓力加

工，例如鑄造鈹青銅和鑄造錫青銅(Cu5Sn5Zn5Pb)，這類合金塑性極差，不能進行壓力加工。鑄造鈹青銅主要用作防爆工具、模具、海底電纜中繼器的結(jié)構(gòu)件、焊接電極等。鑄造錫青銅，鑄造鋁青銅，鑄造黃銅主要用作軸瓦、軸套、襯套、軸承、齒輪、管件等。鑄造銅合金在工藝美術品方面得到廣泛應用，古代青銅器就是一個典型例子。（二）ZCuZn38Mn2Pb2標準：GB/T1176-1987●特性及適用范圍：

有較高的力學性能和耐蝕性,耐磨性較好，可切削性能良好。●化學成份：

銅Cu：57.0～60.0

錫Sn：≤2.0(不計入雜質(zhì)總和)鋅Zn：其余鉛Pb：1.5～2.5鉛Pb：1.5～2.5

鋁Al：≤1.0(不計入雜質(zhì)總和)鐵Fe：≤0.8(雜質(zhì))錳Mn：1.5～2.5鈹Sb：≤0.1(雜質(zhì))注：雜質(zhì)總和≤2.0●力學性能：

抗拉強度σb(MPa)：≥245伸長率δ5(％)：≥10硬度：≥685HB3鑄造鎂合金

鑄造鎂合金的發(fā)展按成形工藝，鎂合金可分為鑄造鎂合金和變形鎂合金，兩者在成分、組織性能上存在很大差異。鑄造鎂合金主要用于汽車零件、機件殼罩和電氣構(gòu)件等；變形鎂合金主要用于薄板、擠壓件和鍛件等。鑄造鎂合金比變形鎂合金的應用要廣泛得多。在此主要介紹鑄造鎂合金的發(fā)展。

鑄造鎂合金大致可以分為三個階段：

（1）第一個階段是一個基礎階段主要在鎂中加入鋁和鋅，即Mg-A1-Zn系合金。這類合金可得到與鑄造鋁合金相近的抗拉強度。我國的ZM5、英國的L121及美國的AM80A都屬于這類合金，主要添加元素為鋁，而鋅的含量較低，主要是因為鋅含量增加時，容易出現(xiàn)顯微疏松。

（2）第二個階段是一個改進階段在鎂中加入鋯，常見的含鋯合金系有Mg-Zn-Zr，Mg-RE-Zr等。鋯在鎂合金中的主要作用就是細化鎂合金晶粒，從而提高鎂合金的屈服強度，并使鎂合金具有良好的抗疲勞性能和較低的缺口敏感性。缺點仍然是因為結(jié)晶間隔較寬，容易出現(xiàn)顯微疏松和熱裂傾向。所以目前應用最多的是不含鋯壓鑄鎂合金Mg-Al。另外為了提高鎂合金高溫抗蠕變性能，產(chǎn)生了以稀土元素為主要組元的鎂合金。

（3）第三個階段是提高階段在鎂合金中加入銀，銀合金化后能增強時效強化效應，大大提高了鎂合金的高溫強度和蠕變抗力，但會降低合金耐蝕性能。

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