铸造合金及其熔炼

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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——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：——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——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——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。应用于机床、内燃机、汽车等零件。（2）球铁：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等合金元素及球化元素Mg、RE；碳主要以球状石墨形式存在，基体可为F、P+F、P、B；断口呈银灰色；铸造性能较差、强度高（达900MPa)、冲击韧性及伸长率好。应用于曲轴、齿轮、连杆等零件。（3）蠕铁：成分类似球铁，但Mg、RE较少； 基体为P+F；断口呈斑点状；铸造性能和力学性能介于HT和QT之间，但抗热疲劳性好。（4）可锻铸铁：以C、Si、Mn、P、S五元素为主，但CE较低，生坯为白口，石墨化退火后呈灰口，石墨呈团絮状，强度、塑性较高，适应于薄壁耐压件5）抗磨铸铁：包括普通白口铸铁：主要以五元素组成，碳当量较低，碳以Fe3C存在，白口，硬而脆，耐磨，常用于受冲击不大的耐磨件；合金白口铸铁：除五元素外，常含有Cr、Mo、Cu、B、Ni等合金元素，碳主要以合金碳化物为主，硬度更高、韧性较好，可用于冲击载荷不太大的耐磨件；冷硬铸铁：成份一般含有较少量的Cr、Ni、Mo等合金元素，且C、Si量较低，急冷层以碳化物为主，内层以石墨为主，石墨可为片/球，常用于轧辊、车轮等；中锰球铁：含有4-6%Mn，石墨呈球状，中国特有，目前应用较少。（6）耐热铸铁：除五元素外，还含有Cr、Al、Si抗氧化元素及Mo、Ni等热强元素；根据成分不同，碳以片/球/蠕墨或Fe3C/MC等形式存在，用于高温件。（7）耐蚀铸铁：含有较高的Si、Ni、Cr等合金元素，石墨呈片/球，用于酸、碱、盐工作环境零件（重点记住各种铸铁的性能特点）4.说明一下Fe—C双重相图的纯在的原因或铸铁中为什么出现白口（麻口，灰口）现象或铸铁产生不同组织的原因？一、从热力学观点看，Fe—F3C相图是介稳定的，而Fe—C相图才是稳定的，但从动力学观点看，由于形成石墨与形成F3C相比，碳原子扩散更难，所以形成F3C更容易的，所以形成F3C也是有可能的。二、产生不同组织的原因，1，由于冷却的不同导致共晶凝固温度的高低不同所致2，化学成分不同也会住铸铁组织影响很大，尤其是Si（除碳以外）的影响最大。5.指明铸铁，铸钢，铸造非铁合金的牌号的表示方法及含义。灰铁：HT100、HT150、HT200、HT300、HT350、HT400——后面数字表示抗拉强度（MPa）球铁：QT400-18、QT400-15、QT450-10、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT900-2前面数字表示抗拉强度，后面数字表示延伸率。如QT400-18表示抗拉强度威400MPa，延伸率为18%蠕铁：RuT420、RuT380、RuT340、RuT300、RuT260，后面数字表示抗拉强度（MPa）可锻铸铁：如：KTH300-06，表示抗拉强度300MPa，延伸率为6%碳钢：如ZG200-400.表示屈服强度为200MPa，抗拉强度为400MPa低合金钢：：ZG+碳量公称值+元素符号+元素含量公称值（+A）。碳含量公称值——平均碳量的万分之几合金元素含量公称值——<1.5%不标；1.5-2.49%标“2”；2.5-3.49%标“3”，以此类推。“A”表示优质钢：S<0.03%，P<0.035%如ZG35Cr2V表示C0.32-0.40%,Cr1.5-2.49%,V<1.5%高合金钢：详见课件铸铝牌号：ZAlSi12Cu1MgNi1.ZAl表示铸造铝合金，Si12Cu1MgNi1表示元素及其公称含量代号：ZL101、ZL201、ZL301、ZL401.其中ZL表示铸造铝合金，第一位数字，1表示Al-Si合金，2表示Al-Cu合金、3表示Al-Mg合金，4表示Al-Zn合金。ZL101—SB—T6，表示铸造Al-Si合金，砂型铸造（S表示砂型，J表示金属型等课本264页下面小字部分），变质处理，固溶处理加完全人工时效。6.铸铁中合金元素的作用1）Ni：促进共晶石墨化、细化并增加珠光体，提高强度、耐磨(、耐蚀、耐热(12）Cu：促进共晶石墨化、细化并增加珠光体，提高强度，改善耐蚀性3）Cr：中强反石墨化、细化并增加珠光体、提高强度及耐热、耐磨、耐蚀性4）Mo、W：细化珠光体及石墨，强化作用较大，提高淬透性、提高高温强度5）Mn：细化并增加珠光体、固溶强化、提高淬透性、促进马、贝转变，>7%时获得奥氏体基体6）V、Ti:强碳、氮化合物形成元素，细化石墨、促进珠光体形成，提高耐磨性、降加工性 7）Sn、Sb：强烈促进珠光体，反球化，可用稀土中和，大断面球铁细化石墨球8）Bi、Te：强反石墨化，缩短可锻铸铁退火时间（允许提高硅量，0.006-0.015），反球化，可用稀土中和，大断面球铁细化石墨球（0.005%Bi），9）Pb：灰铁有害，反球化，RE中和，大断面球铁消除厚片G（0.003%)10）Zn：脱氧（0.3%)、细化石墨、提高强度、硬度（0.1-0.3%)7.铸钢为甚要进行热处理？说明目的。铸钢件铸态组织一般纯在较严重的枝晶偏析，组织不均匀，以及晶粒粗大和魏氏组织，尤其是不耐冲击性是是其必须进行热处理的根本原因目的：细化组织，消除应力，消除魏氏组织等8.铸造铝合金的精炼目的，方法。目的：除气，减少氢含量；除渣，减少非金属夹杂物含量，去除有害杂质元素如Zn、Na、Ca等方法：炉内精炼与炉外精炼、吸附法、非吸附法、过滤法9.细化Al-Si合金组织的原理和方法初晶Si的细化：P细化，机理为：形成AlP作为Si形核的非自发形核的核心。加入方式：赤磷、磷盐、Al-P中间合金、Cu-P中间合金共晶硅的细化——变质，机理：抑制硅的形核与生长、促进α-Al的形核，增加结晶过冷度、改变硅的生长方式，常用变质元素：Na、K、Sr、Sb、Ba、RE、Te。变质元素加入方式：纯钠（铝桶定量包装，国外用）、钠盐（NaF、NaCO3-Mg）/锶盐、Al-Sr中间合金/Al-Sb/Al-Ba/Al-RE、纯碲。10.ZL102一般不进行热处理的原因是因为Si在Al的固溶量很少，热处理强化效果不好。（个人看法）11.Al-Si合金为什么流动性最好的点不在共晶成分，而在含Si16%-18%？原因是硅的结晶潜热大，初晶硅呈板块状，在液体中分散分布、不易形成固态骨架。且Si减小线收缩、体积收缩、热裂倾向，改善致密性，从而改善铸造性能。共晶成分的综合铸造性能最好12.Si对铝合金的影响Si提高铝合金的强度（第二相、界面强化）、但降低塑性（Si本身是脆性相）。Si改善耐磨性（软基体+硬质点）Si降低热膨胀系数、改善体积稳定性Al-Si合金热处理强化效果不明显、组织稳定性好、高温性能好。变质处理、可显著细化Si，提高室温力学性能，但Si尺寸太小对高温强度、耐磨性利。13，铸铁孕育目的及其机理及其方法和球化机理孕育目的：（1）减少或消除过冷倾向（自由渗碳体）（2）增加石墨结晶核心、细化石墨尺寸（3）改善石墨形状（QT-石墨园整度，HT-防止D型石墨）（4）减小组织及性能的壁厚敏感性（5）强化和细化基体组织（6）提高力学性能及切削加工性能孕育机理：SiO2-FeO核心说；SiO2核心说；石墨核心说；硫化物核心说；硫化物-氧化物核心说；碳化物核心说等起伏理论：铁液本身存在“结构起伏”，孕育剂加入使“温度起伏”，孕育剂的扩散造成“成分起伏”，共同作用产生碳过饱和区——石墨析出。随着时间延长，温度起伏、成分起伏减小，析出石墨重溶，孕育衰退。孕育方法：包内孕育、瞬时孕育（型内孕育、随流孕育、浮硅孕育、喂丝孕育)、二次孕育球化机理：气泡学说——石墨球在气泡中长大吸附学说——球化剂吸附在石墨周围，限制石墨生长核心学说——硫化物核心，自发形核详见课件14铸造合金熔炼的作用是什么？熔炼设备的特点？ 作用：提供化学成分符合要求、温度合适、杂质含量低的合金熔体，并要满足生产平衡要求、环保要求、节能降耗要求熔炼设备的特点：感应电炉——较小（小于5吨）、快、非连续、易控制、合金元素损耗少、只熔不炼，对原材料要求高，适于各种合金熔炼电弧炉——大（大于5吨）、熔炼、对原材料要求较低，尤其适应于大型铸钢冲天炉—系列（1-30吨）、连续、成分控制难度大、有污染、成本较低，仅适应于铸铁电阻炉坩埚炉——较小、非连续、适应于熔点较低的有色合金燃油、燃气反射炉——产量大连续、主要用于铝合金15.雨季生产铸铁（如是铝合金请看课件，原理差不多）易出现气孔缺陷，分析其原因？在雨季主要形成析出性气孔，反应性气孔，侵入性气孔析出性气孔形成原因：铁水高温溶解大量的N、H原子，在铸件凝固过程中，随温度下降，N、H溶解度下降，并以气体形式，如来不及溢出，便在铸件中形成气孔反应性气孔：铁水中的碳与FeO反应生成CO气体，雨季时，由于空气湿度比较大，金属表面迅速氧化，同时，空气中的大量水汽随风吹入炉内，产生大量氢气的同时还会降低铁液的温度，使铁水极度氧化，生成更多的FeO，从而产生更多的CO气体。侵入性气孔：因铸型。型芯发气，或浇注过程中卷气而产生16.提高灰铸铁性能的方法？1、适当降低CE，但不能太低，防止出现晶间石墨及晶间碳化物2、在CE一定的条件下，适当提高Si/C比3、适当的Mn、S含量，降低P含量：Mn、S本身具有反石墨化作用，但共存时却促进石墨化（非自发核心），只有中和后剩余部分才表现为反石墨化特性。中和S需要Mn的量约为：Mn=1.73S；锰有中和S、增加并细化珠光体，提高强度作用。适当的含S量有利于改善铸铁的切削性。P降低灰铁的强度及致密性，但改善流动性及减摩性。4、原材料控制：废钢+增碳，有利于改善铸铁的性能5、适当过热处理：1480-1500℃6、孕育处理：细化石墨及共晶团7、合金化：增加并细化P、固溶强化17锡青铜出现“冒锡汗”原因及其预防措施？原因：凝固范围宽、枝晶发达，气体析出产生背压、固态骨架收缩，使低熔点富锡相沿枝晶骨架间隙向铸件表面渗出措施：冷铁、金属型，加快冷速；加锌等合金元素，减小温度间隔；精炼除气18.铸件试块包括单铸试块，附铸试块，本体试块。个试块的强度不一样的原因是因为所处的温度场不一样，冷却速度不一样，得到的力学性能就会不一样。19.提高钢的耐腐蚀途径？1）加入足够量的Cr形成钝化膜，隔绝腐蚀介质，抑制化学腐蚀及电化学腐蚀，提高基体电极电位，减少电化学腐蚀(n/8),Cr12.5at%(11.7wt%),25at%(23.4wt%)。能够形成钝化膜的元素还有Al、Si，但其力学性能较低，一般不用。钝化膜作用只有在强氧化介质（如硝酸）下才能起作用（2）加入Ni、Mo、Cu等提高电极电位，减小电化学腐蚀（3）降低碳量或加入Ti等强碳化物形成元素，抑制晶界贫Cr引起的晶间腐蚀（4）热处理获得单相组织，减少原电池数量（5）钢液净化，消除夹杂物，保证钝化膜的连续性20,熔炼铜合金为什么要用木炭做覆盖剂？木炭在铜液表面燃烧，生成还原性气体CO，形成保护膜，阻止铜液被进一步氧化，还能扩散脱氧使Cu2O还原，起辅助脱氧。同时木炭燃烧发热又是良好的保温剂。含镍铜合金不能用木炭做覆盖剂，因为木炭会与镍发生有害反应，析出CO，在铸件中形成气孔夹渣等缺陷。（铜合金一般不用精炼熔剂，因为增加了熔渣量，给清渣带来不便，但铝合金一般用精炼溶剂，因为溶解在铝液中的夹杂很容易上浮，且渣的分离性能好，净化效果好。）（个人看法）由于时间仓促，总结的不是很到位且内容中有些错别字，请多担待，复习以看课件为主，祝同学们考个好成绩！—小万