合金熔炼知识点总结.docx

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合金熔炼知识点总结

合金熔炼知识点总结

1.铸造性能：

流动性，充型能力，收缩性，偏析。

气体及夹杂物等

2.合金的流动性与充型能力的区别

1）充型能力是液态金属充满型腔获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力

流动性是指液态铸造合金本身的流动能力。

2）流动性好的合金，其充型能力强

3）流动性影响因素：

合金的种类，化学成分及结晶特点

3.收缩性：

铸造合金从液态冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩性。

1）收缩的三个阶段;液态收缩阶段，凝固收缩阶段，固态收缩阶段。

2）收缩方法：

体收缩，线收缩

3）影响收缩的因素：

化学成分，浇注温度，铸件结构与铸型条件

4）收缩对铸件质量的影响：

产生缩松和缩孔[主要原因是液态收缩和凝固收缩]

防治措施：

调整化学成分，降低浇注温度和减少浇注速度，增加补缩能力，增加铸型激冷能力。

6.铸造应力：

铸件在凝固冷却的过程中因温度的下降而产生收缩使铸件和长度发生变化，若这些变化受到阻碍便会在铸件中产生应力称为铸造应力。

1）铸造应力按其产生的原因可分为三种：

热应力，固态相变应力，收缩应力

2））铸造应力的防止和消除措施：

采用同时凝固的原则提高铸型温度改善铸型和型芯的退让性进行去应力退火

7.铸铁：

铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称[铁，碳，硅，锰，磷，硫及其其他合金元素]

1）铸铁中的碳以化合态渗碳体和游离态石墨形式存在

2）.影响铸铁组织和性能的因素：

a.碳和硅[铸铁中碳、硅含量均高时，析出的石墨就愈多、愈粗大]

b.硫[强烈阻碍石墨化,增加热脆性，恶化铸铁铸造性能硫含量限制在0.1-0.15%以下]

c.锰[弱阻碍石墨化，具有提高铸铁强度和硬度的作用锰含量控制在0.6~1.2%之间]

d.磷[对铸铁的石墨化影响不显著。

含磷过高将增加铸铁的冷脆性磷含量限制在0.5%以下]

8.铸铁分类：

1）按碳存在形式分：

白口铸铁，灰口铸铁，麻口铸铁

2）按石墨存在形式分：

灰铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁

3）按化学成分分：

普通铸铁，合金铸铁

4）按性能分：

耐热铸铁，耐磨铸铁，耐腐蚀铸铁

9.灰铸铁（HT）：

指碳主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色。

它是工业中应用最广的铸铁。

1）灰口铸铁的组织：

铁素体+片状石墨铁素体．珠光体+片状石墨珠光体+片状石墨

2）灰铸铁的性能特点：

抗拉强度，塑性韧性均不如钢属于脆性材料;铸造性能较好;具有良好的减振性;耐磨性好缺口敏感性低.

3）灰铸铁的孕育处理目的：

消除白口、细化组织，改善石墨形态，提高组织均匀性

4）灰铸铁孕育处理工艺过程：

在浇注前往铁水中加入硅铁（FeSi75）和硅钙合金。

等孕育剂，使铁水产生大量均匀分布晶核，使石墨片及基体组织得到细化

5）灰铸铁孕育剂：

硅铁（FeSi75）和硅钙合金。

6）孕育铸铁特点：

强度和韧性优于普通灰铸铁组织较均匀，性能基本一致

9）灰铸铁炉前检验方法：

试样冷却至暗红色（600-700度）淬水打断测量试样白口宽度，观察截面组织。

[白口宽度大，碳当量低，断口发暗，硅量低，发亮则硅量合适，发黑，则碳高，色淡中心细粒则碳低]

7）灰铸铁牌号：

HT”+数字﹛数字表示其最低抗拉强度σb（MPa）﹜

8）提高灰铸铁性能的途径：

合理选择化学成分（提高Si/C）；孕育处理（孕育铸铁；低合金化（Ni,Cu,Mn,Cr,Mo,V）；合成铸铁，改进炉料质量；对铸件进行热处理

9.灰铸铁热处理特点：

去应力处理，石墨化退火

10.碳当量：

是表示铸铁中贵和磷对铁碳共晶综合影响指标

11.共晶度：

普通灰铸铁中含碳量与共晶点含碳量的比值

12.铸件的冷却速度大小与那些有关：

a.铸件壁厚（铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体），

b.浇注温度（浇注温度高，冷却速度慢，石墨化倾向愈大）

C.铸型散热条件

13.球墨铸铁：

球墨铸铁是铁液经过球化处理后使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。

1）.球墨铸铁化学成分：

一般碳当量质量分数选在共晶点附近（4.6~4.7%），碳的质量分数一般为3.5~3.9%；

硅：

珠光体球铁1.7~2.6%Si，铁素体球铁2.5~3.2%Si；锰、硫、磷：

适当控制；

镁和稀土：

适当控制.

2）球墨铸铁组织：

铁素体（F）+球状石墨（G），铁索体（F）-珠光体（P）+球状石墨（G），

珠光体（P）+球状石墨（G），下贝氏体（B下）+球状石墨（G）。

3）球墨铸铁的性能：

a.有高的强度和良好的塑性与韧性;

b.良好的铸造性能、减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性

4）..球墨铸铁的牌号：

QT500-07[抗拉强度最低值为500MPa，伸长率最低值为7%]

5）．球墨铸铁的生产工艺过程：

ａ控制原铁水化学成分[S和P。

Mn含量要低　C含量要高（3.6～4.0%C）]

b.较高的铁水温度[出炉温度应高于1400℃]

注【铁水→孕育处理→球化处理】

6）.球墨铸铁球化处理

a）.球化剂的作用是使石墨呈球状析出。

b）.球化剂：

稀土镁合金。

8）.镁球化剂在铁水中的作用：

化学性质活泼，脱硫，去氧能力强。

镁对石墨起球化作用，能够促进石墨呈球状。

9）.球化处理工艺有：

冲入法和型内球化法。

冲入法：

a）.H／D＞1.5常用堤坝式包底

b）先将处理包预热＞600－800度（暗红色）

c）.再将碎成一定粒度的球化剂（15-30mm）装入堤坝内紧实，上面覆盖硅铁粒（粒度＜或等于球化剂，然后再覆盖草木灰，珍珠岩等集渣剂。

d）出铁液时不能正对球化剂，冲入2／3—1／2包铁液是停止出铁让铁液沸腾1-3mim后扒渣，再′补入其他的1／3—1／2铁液同时在铁曹内进行孕育，再补加铁液时若液面逸出镁光及白黄火焰表示球化正常

10）球墨铸铁孕育处理：

a）孕育剂的主要作用是促进石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向,细化共晶团，，提高力学性能

b）.孕育剂：

FeSi750合金

C）孕育处理方法：

炉前一次孕育法，倒包孕育法，瞬时孕育法

11）球墨铸铁的炉前检测

A）.炉前三角试片检验法:

a）.先取样，将铁液浇入炉前三角试片砂型中，待试样冷至暗红色时，淬入水中冷却，

b）.打断试样，观察断口来判断球化是否良好

c）.判断标准：

断口呈银白色光泽，尖角白口清晰，侧面有明显的缩陷，组织较细，遇水有电石臭味。

12）球墨铸铁常见铸造缺陷：

球化不良，球化衰退，石墨漂浮，缩孔缩松，皮下气孔，夹渣。

13）球墨铸铁的热处理工艺：

a）.石墨退火

目的：

得到塑性韧性高的铁素体，球墨铸铁。

b）.正火与回火，使晶粒细化，组织均匀，强度和硬度提高。

目的：

获得以珠光体为主的基体组织

c）.淬火与回火

淬火目的：

将组织转变为含碳低的细小马氏体

回火目的:

降低铸件中残余应力和脆性，保持铸件的高硬度和耐磨性。

问答题

1、在球墨铸铁生产中对原铁液有什么要求？

铁液化学成分确定依据什么原则？

要求：

铁水温度要高，＞1450度，对原材料要求高，

原则：

高碳，低硅，锰，硫，磷，强化孕育。

2、球化处理后为什么还必须进行孕育处理？

目的;促进石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向,细化共晶团，，提高力学性能

14）铸钢种类

按化学成分分

a）．碳素钢

1）低碳钢C<0.25%铸造性能差、应用较少

2）中碳钢C=0.25~0.45%铸造性能较好、应用广泛

3）高碳钢C=0.50~0.60铸造性能差、应用较少。

b）.合金钢【耐蚀.耐磨.耐热等特殊性能】

1）低合金钢

2）高合金钢

按钢的用途分：

碳素结构钢，碳素工具钢，合金结构钢，合金工具钢，不锈钢，耐热钢，

15）碳钢

a）碳钢的主要元素是铁和碳

b）铸造钢分为：

亚共析钢，（wc＜0.77％﹚共析钢（wc＝0.77％﹚过共析钢（wc＞0.77％﹚

铸造低碳钢（wc＜0.25％﹚中碳钢（wc＝0.25％－0.5％﹚高碳钢（wc＞0.5％

16）牌号表示方法:

（1）强度法——ZG（后面加两组数字，第一组表示屈服强度，第二组表示抗拉强度。

之间用“—”隔开，例如：

2）以化学成分表示的铸钢牌号

18）铸态组织其特征

a）晶粒粗大，有些情况还存在魏氏（或网状）组织（先共析铁素体形态）。

b）具有粒状铁素体和珠光体相互交错分布的组织

c）使钢具有良好的强度和韧性。

通过适当的热处理（退火或正火），魏氏体或网状组织即令转变为粒状组织。

注：

Ⅰ细化晶粒方法:

增大冷却速度，降低浇注温度，加强钢液在凝固期间运动，变质处理，表面层晶粒细化

Ⅱ魏氏组织：

是先共析的铁素体或渗碳体结晶时沿着奥氏体晶面呈针片状析出，并由晶界插入晶粒内部，冷却后在亚共析钢中。

魏氏组织危害：

是碳钢铸件常见缺陷，能够使铸件的力学性能降低，脆性增加，冲击韧度急剧下降，

消除魏氏组织的方法：

进行退火或正火处理，使钢的晶粒细化

19）铸造碳钢的化学成分

a）主要是：

碳，硅，锰，磷，硫五大元素，碳是主要元素，硫磷是杂质元素。

b）碳，碳量增加，强度增加，塑性韧性降低，

c）硅，具有脱氧作用，是有益元素

d）硫，有害元素，能够降低钢的力学性能，产生热脆现象

e）锰的作用：

具有固溶强化作用，脱氧作用，减少硫的危害作用

f）磷，有害元素，降低钢的塑性韧性，引起冷脆现象

20）碳钢的热处理

a）处理的目的是细化晶粒，消除魏氏体（或网状组织）和消除铸造应力。

b）处理方法：

退火、正火或正火加回火。

由于碳钢的淬造性较差，不采用淬火处理。

注：

Ⅰ,正火的力学性能比退火高，且生产率高、成本低、应尽量采用正火代替退火

Ⅱ,正火比退火的内应力大，易产生裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。

Ⅲ,对于小型中碳钢铸件，则常用调质处理，以提高其综合力学性能。

21）碳钢的铸造性能

a）流动性差，缩孔倾向较大，

b）易形成热裂和冷裂等缺陷。

22）铸造工艺特点

a）钢水的浇注温度高

b），收缩大，流动性差，易氧化、吸气，因此铸造困难，

c）易产生浇不到、气孔、缩孔、缩松、热裂、粘砂等缺陷。

23）获得健全铸钢件应采用的工艺措施：

a）铸钢用砂具有高耐火性，良好的透气性和退让性，低的发气性等。

b）铸钢件要安置冒口和冷铁，以实现定向凝固。

防止铸件产生缩孔和缩松。

c）铸钢件的热处理：

是生产铸钢件的必要工序

d）铸件的壁不能太薄；

24）铸造合金钢

注：

低合金钢的主要作用是提高力学性能，高合金钢的主要作用是改善物理化学性能

25）铸造高锰钢

a）性能特点﹕加工硬化，高韧性

b）化学成分对高锰钢的影响：

碳，锰【碳高，硬度高，韧性差。

锰小，不能形成单一奥氏体，过大不易加工硬化】磷，降低钢的韧性，硫，作用小

c）组织：

奥氏体＋碳化物＋磷﹙少量﹚

d）水韧处理：

将铸件重新加热到奥氏体区保温，使碳化物全部溶于奥氏体中，然后迅速淬入水中得到单一的奥氏体组织，这种热处理叫水韧处理

f﹚高锰钢进行水韧处理目的：

为了消除碳化物，获得单一奥氏体组织

e）工艺性能：

流动性好，收缩性大，内应力大，加工性能差，易产生裂纹，易粘砂

26﹚铬元素性能作用：

a﹚提高淬透性，b﹚缩小奥氏体区c﹚形成致密氧化膜

26）铬不锈钢耐蚀原理

a）铬不锈钢具有耐腐蚀性的合金元素。

b）Cr达到13%时在钢的晶粒表面会形成一层致密的含氧化铬Cr2O3钝化保护膜。

c）能提高它的电极电位

27）铬不锈钢组织

a）平衡状态：

铁素体＋碳化物

b）铸造态：

铁素体＋马氏体＋碳化物

28﹚热处理工艺

a﹚退火目的：

消除应力，

b﹚淬火目的：

固溶处理

c﹚回火目的：

消除钻火应力。

提高冲击能力

29﹚铬镍不锈钢组织

a﹚平衡态：

A＋F＋碳化物

b﹚铸造态：

A＋碳化物

30）铬镍不锈钢工艺：

通过固溶处理得到单一的奥氏体组织

31）铬镍不锈钢的铸造性：

流动性差，体收缩大，易产生缩孔，易产生热裂，易产生粘砂具有良好的塑性，韧性

32）铬镍不锈钢的缺陷：

晶界贫铬，降低耐蚀性

33）问答题

高锰钢为什么必须进行水韧处理后才能使用？

处理工艺如何，处理后得到什么金相组织？

a）原因：

高锰钢铸件外表耐磨，内部有韧性，结晶过程不能全部按照平衡状态下进行，共析转变来不及发生，实际得到的组织是奥氏体加入少量的碳化物，而这些的碳化物的存在铸件性能不利，所以为了消除碳化物获得单一奥氏体组织，进行。

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b）工艺：

温度加热到1050—1400度，保温一段时间，一般为3—5小时为保证淬火过程中有足够冷却能力，水温不应高于50度

c）金相组织：

单一奥氏体组织

34）碱性电弧炉氧化法炼钢

a）炼钢步骤：

扒渣补炉，配料与装料，熔化期，氧化期，还原期，出钢

b）扒补炉原则：

快扒扒净，高温快补薄补

c）熔化期主要任务：

①将炉料熔成钢液，②进行部分脱磷，

③防止吸气和金属发挥，④把钢液加热到下一阶段冶炼所需温度

d）熔化期过程：

①低压初熔阶段（起弧阶段），②高压初熔阶段（穿井），

③高压熔化阶段（电极回升），④低压未熔阶段

f）熔化期元素变化：

碱性炉，硅烧损，基本烧完。

锰烧50％—100％

e）氧化期主要任务：

①脱P，②除气，③去除夹杂物，④在还原期加碳，⑤提高钢液温度

注：

氧化方法＜氧气氧化，矿石氧化，矿石，氧气综合氧化法＞

f）还原期主要任务：

①脱氧、②脱硫，③调整钢液温度及化学成分。

补充：

固溶处理（solutiontreatment）

指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

目的

主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。

使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工或成型。

适用

多种特殊钢，高温合金，特殊性能合金，有色金属。

尤其适用：

①热处理后须要再加工的零件。

　　②消除成形工序间的冷作硬化。

　　③焊接后工件。

原理

固溶处理是为了得到均匀的过饱和固溶体，消除由于冷热加工产生的应力，使合金发生再结晶。

固溶处理是为了获得适宜的晶粒度，以保证合金高温抗蠕变性能。

固溶处理的温度范围大约在980~1250℃之间，

淬火

①钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3或Ac1以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下进行马氏体转变的热处理工艺。

②淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，

③淬火能使钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织。

B.孕育处理：

铸铁铁液在浇注前，在一定的温度和成分下，加入一定量的孕育剂如硅铁等，改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高铸件性能为目的的处理方法，谓之孕育处理。

C.铸铁生产过程中，孕育处理的目的：

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，适当增加珠光体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他性能。

D、球铁生产过程中采用孕育处理的目的：

①消除结晶过冷倾向；

②促进石墨球化；

③减小晶间偏析。

F、球墨铸铁的退火处理目的是除去铸态组织中的自由渗碳体及获得铁素体球墨铸铁；

G、球墨铸铁正火处理的目的在于增加金属基体中珠光体的含量和提高珠光体的分散度；