合金熔炼期末复习题精简版

第一章

1.概念题

1)铸铁：含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。

2)铁碳双重相图：Fe-Fe3C介稳定系相图与Fe-C（石墨)稳定系相图相结合的双重相图。

3)分配系数：

4)偏析系数：

5)珠光体领域：每个珠光体团由多个结构单元组成，每个结构单元中片层基本平行。每个结

构单元称作一个珠光体领域。

2.简答题

1)普通灰铸铁，除铁外还还有哪些元素？

C、Si、Mn、S、P。

2)介稳定与稳定相图的共晶共析点差异。

共晶点: Fe-Fe3C 1147℃ 4.3%(介稳定)

Fe-C 1153℃ 4.26%(稳定)

共析点：Fe-Fe3C 727℃ 0.77%

Fe-C 736℃ 0.69%

3)含Si量对稳定系相图的影响。

Si增加，共晶点和共析点含碳量减少，温度增加。

硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。

Si越多，奥氏体加石墨的共晶温度高出奥氏体加渗碳体的温度也越多。

硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区。

4)说明碳当量、共晶度的定义、意义，如何使用碳当量、共晶度确定铸铁的组织。

元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，叫做碳当量CE。CE>4.26%为过共晶成分 CE=4.26%为共晶成分； CE<4.26%亚共晶成分。

铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值，叫做共晶度S C。

S C >1为过共晶；S C =1为共晶；S C <1为亚共晶成分。

5)按石墨形态铸铁分为哪几种，做出各种石墨形态的示意图？

灰铸铁（片状) 球墨铸铁蠕墨铸铁团絮状石墨铸铁（可锻铸铁)

6)形成球状石墨的两个必要条件。

铁液凝固时必须有较大的过冷度和较大的铁液与石墨的界面张力。

第二章

一、概念题

1.灰口铸铁：通常是指断面呈灰色，其中的碳的主要以片状石墨形式存在的铸铁。

2.孕育处理：铁液浇注以前，在一定的条件下，向铁液中加入一定量的孕育剂以改变铁液的

凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高性能为目的的处理方法。

3.铸铁的遗传性：更换炉料后，铸铁的主要成分不变，但组织发生明显变化，炉料与铸件组

织之间的这种关系成为铸铁的遗传性。

二、简答题

1.灰铸铁的室温组织？

由金属基体和片状石墨所组成。主要的金属基体形式有珠光体、铁素体及珠光体加铁素体

三种。

2.基体组织相同时，为什么灰铁的强度比碳钢低？

由于灰铁中石墨的存在。石墨几乎没有强度，又因为片端好像是存在于铸铁中的裂口。3.哪些因素影响灰铸铁的强度性能？

1)珠光体的数量和分散度2)片状石墨的分布形态 3)非金属夹杂物

4.灰铸铁的性能特点？

1)强度性能较差2)布氏硬度和抗拉强度比值分散3)较低的缺口敏感性4)良好的减震性5)良好的减磨性

5.哪些因素影响铸铁的铸态组织？

1)铸件的冷却速度2)化学成分3)铁液的过热和高温静置的影响4)气体

5)炉料的影响6)孕育的影响

6.冷却速度对灰铸铁组织的影响？

1) 冷却速度影响共晶组织2) 冷却速度快偏析严重

7.哪些因素影响铸铁的冷却速度？

1)铸件壁厚2)铸件模数3)浇注温度4)铸型材料的导热能力

8.过热和高温静置对灰铸铁组织和性能的影响？

1)在一定范围内提高铁液温度，延长高温静置时间，导致石墨及基体细化，提高铸铁强度。

2)进一步提高过热温度，铸铁的成核能力下降，强度下降。

9.孕育处理的作用？

降低铁液的过冷倾向，促使铁液按稳定系凝固；改善铸铁的组织；提高铸铁的性能。10.解释灰铸铁牌号的含义？

HT350：灰口铸铁抗拉强度d b

HT100：灰口铸铁抗拉强度d b

11.孕育铸铁的组织和性能特点？

1) C、Si含量较低，Mn量高。珠光体弥散度高，共晶团细小，石墨分布均匀、数量适中、

头部较钝。

2)性能特点、力学性能较普通灰铁高，断面敏感性小。在同一断面上的性能齐一性很好。

12.石墨的减缩作用及缺口作用？

缩减作用：由于它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：在承受负荷时造成应力集中现象。

13.为什么热处理不能大幅度提高灰铸铁的力学性能？

一般热处理改变不了石墨的片状特征。

第三章

1.概念

球墨铸铁：正常组织是细小圆整的石墨球加金属基体的铸铁。

球化率：在铸铁微观组织的有代表性的视场中，在单位面积上，球状石墨数目与全部石墨数目的比值（百分数表示)。

球化元素：加入铁液中能使石墨在结晶生长时长成球状的元素。

反球化元素：在铁液中能使石墨在结晶生长时无法长成球状的元素。

石墨漂浮：发生在铁液的碳硅含量过高的情况下，大量石墨聚集在铸件上部或型芯的下部。蠕墨铸铁：石墨既有在共晶团内部石墨相互连续的片状石墨的组织特征，又有和球状石墨相似的特点，石墨形态是蠕虫状的铸铁。

蠕化率：在有代表性的显微视场内，蠕虫状石墨数与全部石墨的百分比。

蠕化率（VG)=

复合蠕化系数：

-反球化元素的当量值-铁液中残留的镁量

黑心可锻铁：铁素体为基体+团絮状石墨的可锻铸铁。高韧性。

珠光体可锻铁：基体以珠光体为主+团絮状石墨的可锻铸铁。高强度。

白心可锻铁：基体外缘铁素体，中心脱碳不全，有少量珠光体+团絮状石墨的可锻铸铁。

可锻铸铁：由团絮状石墨和不同基体组成的铸铁。

2.解答题

1)解释球墨、蠕墨、可锻铸铁牌号，如QT600-3,RuT420,KTH350-10，KTZ650-02,KTB400-05。QT600-3：球墨铸铁，抗拉强度为不小于600Mpa，伸长率不小于6%

RuT420：蠕墨铸铁，抗拉强度不小于420MPa

KTH350-10：黑心可锻铁，抗拉强度不小于350MPa，伸长率不小于10%

KTZ650-02：珠光体可锻铁，抗拉强度不小于650MPa，伸长率不小于2%

KTB400-05：白心可锻铁，抗拉强度不小于400MPa，伸长率不小于5%

2)生产球铁时，进行孕育处理的目的。

消除结晶过冷倾向；促进石墨化；减小晶间偏析；

3)用稀土镁合金进行球化处理时，球化处理方法有哪些，优缺点是什么。

冲入法：稀土镁合金密度较大，与铁液平稳反应。吸收率低；有球化衰退问题。处理时有闪光浓烟。

型内球化法：球化元素吸收率高，没有球化衰退问题，但应设置挡渣系统。

4)球铁凝固特性

有较宽的共晶凝固温度曲线；糊状凝固特性；有较大的共晶膨胀。

5)为什么热处理能大幅提高球铁力学性能

由于石墨的有利的形状，使得它对基体的破坏作用减到了最低限度。使得热处理更好的对基体组织的调整和改善。

6)球墨铸铁的铸造特性

流动性：球化处理，使铁液净化，提高了流动性，球化、孕育处理导致铁液温度降低，流动性较灰铸铁差。

收缩特性：球铁凝固后期的膨胀比灰铁大。

内应力：收缩、温差应力比灰铁大。

7)为什么复合蠕化剂中既含有球化元素又含有反球化元素

利用球化元素使石墨球化，反球化元素使石墨不能成为球状。

同时加入球化元素和反球化元素时，加入量也易于控制。

8)蠕铁的性能特点和应用

强度高、断面敏感性小、铸造性能好。用于生产复杂、大型零件，如变速箱。

有较高的力学性能和导热性能。用于生产热交换零件，如汽车制动盘、金属型等。

强度较高、致密性好。用于制造液压件。

9)可锻铸铁的生产过程

第一步铸造出亚共晶白口铁铸件：一次结晶为L→γ, L→(γ+Fe3C)；共析转变γ→P；室温组织 P +Fe3C。

第二步退火处理：高温下一次结晶的Fe3C分解为γ+G，室温组织为F+G或P+G

10)黑心可锻铁、珠光体可锻铁的力学性能和用途

黑心：有一定的强度和较高的塑性、韧性。制造汽车和拖拉机的后桥、转向机构，输电用的各金属件，低压阀门、管件，纺织机、农机具零件。

珠光体：强度高、硬度高,塑性较低。制造耐磨件，如曲轴、连杆、齿轮、凸轮等。11)影响可锻铸铁固态石墨化过程的主要因素。

石墨核心的数量；碳原子的扩散。

12)加速可锻铸铁固态石墨化的措施

正确选定铁液成分；适当提高退火温度；增加铸件凝固速度；正确设计和选用退火炉。

13)可锻铁孕育处理目的

一次结晶时，促进形成渗碳体；退火过程中，促进石墨形成。

14)可锻铸铁复合孕育剂的配合原则

一种元素，强烈地阻碍凝固时的石墨化，对退火时的石墨化没有强烈的阻碍作用。另一种元素起增加石墨核心、缩短碳原子扩散距离、加速固态石墨化的作用，但对凝固时铸铁的石墨化没有强烈的促进作用。

3.论述题

1)球铁常见缺陷及防止措施。

缩松缩孔：采用刚度大的铸型；增加石墨化膨胀体积；适当降低浇注温度；合理选用冒口冷铁。

夹渣：降低原铁液的含硫量；降低球化剂的残留量；提高浇注温度；熔渣清除干净后浇注。石墨漂浮：碳当量控制在4.6～4.7％以下；降低含硅量；快速凝固。

皮下气孔：控制铁液镁量、型砂水分。在型砂中加入适量的煤粉。

球化衰退：增加球化剂用量；降低原铁液硫、氧量；缩短球化后的停留时间；覆盖铁液。

2)作出铁素体、片状、粒状珠光体可锻铁的退火工艺曲线。说明退火过程中的组织变化。

铁素体：0点,室温：组织为珠光体和渗碳体。

0-1，升温阶段：珠光体转变为奥氏体。

1-2，石墨化第一阶段：共晶渗碳体转变为奥氏体和石墨。

2-3，中间冷却阶段：奥氏体中过饱和碳析出，形成的石墨附着在已形成的石墨上；

奥氏体转变为珠光体。

3-4，第二阶段石墨化：珠光体转变为铁素体和石墨，形成的石墨附着在已形成的

石墨上。

4点以下：组织不变，组织为铁素体和石墨

室温组织：片状珠光体上分布团絮状石墨。

2点以前的石墨化过程与铁素体可锻铁退火过程相同。

2-3：随炉冷至略低于共析温度，奥氏体中过饱和碳析出，形成的石墨附着在已有的石墨上。

奥氏体转变为片状珠光体。

3-4：保温6～8h，片状珠光体转变为粒状珠光体。

4点以下：组织不变。

室温组织：粒状珠光体上分布团絮状石墨。

第四章

1.概念题

1)有效高度：炉身的高度。

2)炉气燃烧比：炉气燃烧比的概念在炉气中，C2O占C2O与CO之和的体积百分数，即：

3)炉壁效应：沿冲天炉纵截面，炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向。

2.简答题

1)说明焦炭成分、强度、块度和反应能力对铁液温度的影响。

焦炭成分：固定碳含量越高，灰分越少，越有利于提高铁液温度。

焦炭强度与块度：焦炭强度高，不易破碎，料柱的透气性好有利于焦炭燃烧。

焦炭炉块度适中，有利于提高铁液温度。

反应能力：反应能力R值大，焦炭燃烧不充分，炉气温度低，金属液温度低。要求R<30％。

2)说明送风量、风速、风温、风中含氧量对铁液温度的影响。

提高风量，强化焦炭燃烧，铁液温度提高。

风量过大，料层下移过快，预热不足，不利于铁料过热。

提高风速，强化焦碳燃烧，提高铁液温度。风速过大对焦炭有吹冷作用，降低铁液温度。风温越高，炉气最高温度越高，越有利于提高铁液温度。

风中氧气浓度越高，越有利于提高铁液温度。

3)预热送风、富碳送风对强化冲天炉熔炼有哪些作用

预热送风的作用：强化底焦燃烧，提高炉气温度，提高铁液温度。

若维持铁液温度不变，则可减少焦耗，提高熔化率。

提高增C率；减少Si、Mn烧损；降低增S率。

富氧送风的作用：提高铁液温度和熔化速度。

降低焦耗量，减小送风量。

Si、Mn烧损减小。

4)冲天炉熔炼中，五大元素变化的总趋势

C、S增，Si、Mn减，P不变。

3.论述题

做出炉气成分，金属料温度、炉气温度沿冲天炉高度的分布曲线，并标出氧化带、还原带、预热区、熔化区、过热区、炉缸区。

冲天炉内炉气成分沿高度的分布金属料温度、炉气温度沿冲天炉高度的分布

第五章

一、概念题

1.魏氏组织：铁素体在奥氏体中以一定方向呈条状析出。

2.网状组织：铁素体在奥氏体的晶界上析出。

3.铸造低合金钢：在铸造碳钢基础上，加入一种或几种合金元素，其总量不超过5%。

4. 铸造高合金钢：含有一种或多种合金元素，合金元素总量大于10％的铸造合金钢。

5.高锰钢的水韧处理：将高锰钢钢加热至奥氏体区，保温一段时间后，碳化物固溶到奥氏体中，然后水淬，得单一奥氏体组织。

6.不锈钢的固溶处理：将不锈钢加热至奥氏体区，保温，待碳化物完全溶入奥氏体后，水淬。得到单一奥氏体组织。

不锈钢的稳定化处理：将Cr稳定在奥氏体晶粒内的热处理。

7.沉淀脱氧：将脱氧剂（Mn-Fe、Si-Fe、Al)加到钢液中，与氧气反应生成脱氧产物并分离上浮进入炉渣，进行脱氧。。

8.扩散脱氧：脱氧剂（炭粉、硅铁粉)加在炉渣中，与炉渣中的（FeO)反应，进行脱氧。

二、简答题

1.解释合金牌号？

ZG270-500：铸钢屈服强度s s抗拉强度s b

ZG25Mn2：ZG25Mn2：铸造低合金钢 0.25%C 2%Mn

2.铸造碳钢、铸造低合金钢的含碳量是多少？

铸造碳钢：0.0218%~2.11%；铸造低合金钢：0.2%~0.6%

3.常用的铸造低合金钢有哪几类？

锰系铸造低合金钢；铬系铸造低合金钢；镍系铸造低合金钢

4. 高锰钢性能特点及用途？

高锰钢的性能特点：受强烈冲击、挤压时具有很高的抗磨性。

高锰钢的用途：用于制造坦克、拖拉机的履带，挖掘机的斗齿等受冲击、挤压的磨损件。

5.简述高锰钢的铸造性能？

1)流动性：高锰钢导热性低，流动性好。

2)热裂倾向：线收缩大，高温强度低，易发生热裂。

3)应力：导热性差，热应力大。

4)粘砂：钢液含有氧化锰，是碱性氧化物，用石英砂造型时，易产生化学粘砂。

6.电弧炉氧化法炼钢，熔化期、氧化期、还原期的任务是什么？

熔化期的任务：熔化固体炉料、脱磷。

氧化期的任务：脱磷、去气去渣、提高钢液温度。

还原期的任务：脱氧、脱硫、调整钢液温度及成分。

7.碱性电弧炉炼钢中，脱碳处理的目的是什么？

脱碳中产生大量CO气泡，熔池受到强烈搅动，使钢液的温度和成分均匀；钢液中溶解的[H]、[N]等向CO气泡中扩散，夹杂物粘附在上浮的CO气泡表面，能清除钢液中的气体和夹杂物。

8. 碱性电弧炉炼钢中，沉淀脱氧、扩散脱氧的方法及优缺点？

沉淀脱氧

方法：将脱氧剂（Mn-Fe、Si-Fe、Al)加到钢液中，进行脱氧

优缺点：脱氧速度快，但脱氧产物(MnO)、(SiO2)、(Al2O3)容易留在钢液中，降低钢的质量。

扩散脱氧

方法：脱氧剂（炭粉、硅铁粉)加在炉渣中，与炉渣中的（FeO)反应，进行脱氧。

优缺点：脱氧产物留在炉渣中，钢液纯净；但脱氧速度慢。

9.用碱性电弧炉氧化法炼钢，为什么配料时炉料的碳量要比规定的碳量高0.3～0.4％？

氧化期氧化脱碳，会消耗 0.3～0.4％C。

三、论述题

说明高锰钢的碳、锰含量，碳、锰含量对高锰钢性能的影响，提高高锰钢性能的途径(包括原理)？

1)高锰钢的碳含量为0.9～1.5％，锰含量为11～14％。

2)含碳量的影响：含碳量越高，形变产生的硬化作用越大，高锰钢的抗磨性越高；含碳量

过高，水韧处理后仍有少量碳化物析出，导致钢的韧性降低。

含锰量的影响：为了保证水韧处理后，高锰钢的组织为单相奥氏体，需要有足够的锰量。

但锰量过高，不利于加工硬化的形成。

3)提高高锰钢性能的途径

a.孕育处理：加0.1-0.35%的 Ti（Zr、Nb、V)，形成碳化物、氮化物，作为异质晶核，

细化晶粒；浇注中，将钨粉或锰铁碎屑撒在液流上，进入铁液后它们起异质晶核作用。

b.变质处理：在高锰钢液体中，加入0.1-0.2%的稀土元素，稀土元素在生长中的奥氏体

前沿富集，抑制了奥氏体的生长，缩小了柱状晶区的比例，能提高高锰钢的韧性。

c.时效强化：在高锰钢中加入强碳化物形成元素V、Ti、Mo等。高锰钢水韧处理后，在

350℃保温8～12h。在保温中，奥氏体中析出高度弥散的、富 V、Ti、Mo的微细颗粒状碳化物，从而提高了钢的硬度和抗磨性。

d.合金化：高锰钢的屈服强度比抗拉强度低很多，不能充分发挥强度作用。加入2%Cr或

1%Mo等，能提高高锰钢的屈服强度，还能提高抗拉强度和抗磨性能。

第六章

1.概念题

1)铸造非铁合金：除铸铁、铸钢外所有的合金。

2)黄铜：以锌为主加合金元素的铜合金。

3)青铜：不以锌为主加合金元素的铜合金。

4)锡青铜：主加合金元素为锡的铜合金。

5)铝青铜：主加合金元素为铝的铜合金。

2.简答题

1)过共晶铝硅合金分类及性能

Ⅰ组：17～19％Si；Ⅱ组：20～23％Si；Ⅲ组：24％～26％Si

Ⅰ、Ⅱ组：铸造性能较好，室温下有一定塑性，使用较多.其中Ⅰ组的结晶温度范围小，铸造性能更好；Ⅱ组的耐磨性、导热性更好，热膨胀更小.

Ⅲ组：结晶温度范围大，铸造性能差，脆性大，耐磨性好、热膨胀小、导热性好。

2)铸造铝合金精炼处理的目的。

清楚铝液中的气体和各类有害气体，净化铝液，防止气孔、夹渣。

3)熔炼铝合金，经常搅动铝液带来哪些危害

划破铝液表面的氧化膜并卷入铝液，铝液与氧化膜小孔中水汽反应，使铝液氧化，产生氧化物夹杂，吸入氢气。

4)提高铝液除氢速度的措施

增加气泡数目，增加气泡与铝液接触的比面积A/V；

减小气泡直径，不飞溅前提下，增大液流速度，使K增大；

增加气泡在铝液内的停留时间t；

高纯度惰性气体或不溶于铝液的气体除气真空除气,降低C m。

5)熔炼铜合金常用脱氧方法

沉淀脱氧；扩散脱氧；沸腾脱氧。

3论述题

1)说明铝铜合金初生α相和第二相的成分、结构、形态等对合金耐热性的影响。

α相的成分和组织结构的影响

1)固溶多种合金元素时，α相有较高的耐热性。

2)W、Mo、Fe等元素的原子结合强度高，提高α相的耐热性。

3)α相的亚结构越不均匀，嵌镶块越多，合金的耐热性越好。

4)Ni、Mn、Cr等，提高铝合金的再结晶温度，提高合金的耐热性。

第二相的性质、形状和分布的影响

①第二相的化学成分和晶格结构越复杂，与α相的成分和结构差别越大，在工作温度下溶

解度变化越小，合金的耐热性越高。

②Ce等元素，沿晶界分布，提高晶界强度和蠕变抗力，提高合金的耐热性。

③第二相为片状、多面体、球状时，对α相变形阻碍作用小；在晶界上呈封闭的网状或骨

架状分布时，对耐热性有利。

④单相合金晶粒越粗大耐热性越好；多相合金晶粒越细耐热性越好。

2)铸造锡青铜反偏析产生的原因、危害和防止措施。

反偏析形成的原因

锡青铜结晶温度范围宽、枝晶发达。凝固时，铸件从外到内形成的枝晶间有大量显微通道，富Sn金属液位于通道中。

温度下降，金属液中氢的溶解度急剧降低，析出氢气泡，产生背压。在背压和凝固收缩力的共同作用下，富Sn金属液沿通道在铸件表面渗出。

形成反偏析的危害

铸件表面渗出的富Sn灰白色颗粒称为“锡汗”。

①形成锡汗，加重了铸件的缩松，并引起渗漏；

②锡汗中的富锡硬脆相，恶化切削性能，影响铸件表面质量；

③锡汗使铸件内外成分不均匀，降低了力学性能。

防止形成锡汗的措施

①设置冷铁，提高冷却速度，使之逐层凝固。

②调整合金化学成分，缩小结晶温度范围。

③采取措施，减少合金液中的含气量。