第六章 铸造锌合金及其熔炼
熔模铸造合金及熔炼技术
1.3.1超级合金的分类 按合金的基体元素可分为四大类 ●铁基 ●镍基 ●钴基 ●金属间化合物
铁基铸造高温合金（或称为铁-镍-铬 基） 如K213 化学成份为
Cr /% Ni /% W /%
2 我国熔模铸造常用合金
▲铸造炭钢和低合金钢 ▲铸造不锈钢
2.1 我国与发达国家所用熔模铸造 合金对比
铁基合金 非铁合金 超级合金
北美 欧洲 中国
20% 36% 83.7%
31%
49%
12%
52%
16.3%
2.2 铸造碳钢和低合金钢
铸造碳钢和低合金钢是我国熔模铸 造工艺，特别是水玻璃工艺使用最多 的合金。
1.2.3铸造镁合金
镁是最轻的工程金属，密度1.751.85g/cm3 ， 是 纯 铝 的 2/3 。 但 力 学 性 能差，不能用来制造结构零件。加入 铝、锌、锰、稀土的镁合金，可用于 铸造零件。
铸造镁合金经热处理后的性能： 比强度高 减震性好 切削加工性好 抗蚀性差—镁合金铸件要经氧化处 理或涂漆保护
控制好两个温度是获得合格铸件的关键。
常用精铸合金熔点范围如下表。精密铸 造的浇注温度大致为熔点加100-170℃。
3)合金的纯净度高
以钢为例,钢中的有害元素(硫、磷 氧、氮、氢)和非金属夹杂物(氧化物、 硫化物、硫氧化物)降低到一定的低水 平后,钢的性能将产生质的提高,它表 现在以下几方面:
14~16 34~38 4~7
Al /% Ti /% B /% 1.5~2 3~4 0.05~0.1
其余成分为Fe, 价格相对便宜,但高 温性能较差
铸造合金及其熔炼全解 工程材料学
第一章：根据各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增减，谓之碳当量，以CE表示，只考虑Si、P时，CE=C+1/3(Si+P) 共晶度：铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以S c表示。
S c=铁/（4.26%-1/3（Si+P））如S c＞1过共晶、S c=共晶S c＜1为亚共晶铸铁六种石墨分布分类1、片状：形成条件：石墨成核能力强，冷却速度慢，过冷度小2、菊花状：实际上中心是D形外围是A形，开始时过冷大，成核条件差、先出D型，后期放出凝固潜热，过冷减小而析出A型3、块片状：过共晶时在冷速较小时形成4、枝晶点状：冷速打过冷大导致G强烈分枝5、枝晶片状冷速小初生γ枝晶6、星状：过共晶冷速较大。
第二章：金相组织由金属基体和片状石墨组成。
主要金属基体：p F 及p+F石墨片以不同的数量、大小、形态分布于基体中。
此外，还有少量非金属夹杂物：硫化物、磷化物等。
硫化物：1、硫可以以硫化铁的形式完全溶解于铁液中，但凝固时硫在固溶体或渗碳体中的溶解度很小。
锰较低、冷速较大时，形成三元硫化物或以富铁硫化物形态存在共晶团晶界上，能降低铸铁的强度性能2、当锰量较高时，则形成高熔点的MnS或S质点，对强度性能则无多大影响。
3、磷共晶常沿晶团晶界呈网状、岛状或鱼骨状分布。
它的性质硬而脆，是铸铁的性能降低，脆性增加，因此质量要求高的铸件常要限制磷的含量。
灰铸铁的性能特点1、强度性能：一方面由于它在铸铁中占有一定量的体积，是金属基体承受负荷的有效面积减少;另一方面，更为重要的是，在承受负荷时造成应力集中现象。
石墨的缺口作用主要取决于石墨的形状和分布，尤其形状为主，石墨的缩减作用取决于石墨的大小、数量和分布。
灰铸铁的硬度取决与基体，细化共晶团的措施是提高铸铁力学性能的有力手段。
灰铸铁中由于有大量的石墨片存在，减少了对外来缺口对力学性能影响的敏感性。
2.硬度分散。
铸造合金及其熔炼铸铁讲义共62页
铸造合金及其熔炼铸铁讲义
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
Байду номын сангаас 31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
铸造合金及其熔炼课程重点
1．铁-碳相图的二重性： Fe-C合金中的碳有渗碳体Fe3C和石墨两种存在形式。
在通常情况下，碳以Fe3C的形式存在，即Fe-C 合金按Fe-Fe3C系转变。
但Fe3C是一亚稳相，在一定条件下分解为铁和石墨，所以石墨是碳存在的更稳定状态。
这样Fe-C相图就有Fe-Fe3C和Fe-G两种形式。
2．. Fe-C相图的应用①铸造工艺方面：根据相图确定合金的浇注温度，一般在液相线以上50-100 ℃。
共晶成分附近合金的流动性好，分散缩孔少，可获得致密铸件。
②热锻和热轧方面：钢处于奥氏体状态时强度较低，塑性较好，因此锻造或轧制选在单相奥氏区进行。
一般始锻或始轧温度控制在固相线以下100-200 ℃。
③热处理方面：一些热处理工艺如退火，正火，淬火的加热温度都是依据相图确定的。
3．碳当量：根据各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，称之碳当量。
以CE表示，一般只考虑Si和P。
CE=C+1/3（Si+P）。
4．共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点实际含碳量的比值。
以Sc来表示。
S C=C铁/C c′。
5．热过冷：因纯金属的理论凝固温度是恒定的，凝固过程中过冷度完全取决于实际温度分布，即过冷度的大小和过冷区的形态是由传热所控制，这种过冷称为热过冷。
6．硅对相图的影响：①硅使共晶点和共析点左移，即减小共晶和共析含碳量，其中对共晶含碳量影响较显著。
②硅略微提高共晶和共析转变温度，并使转变在一个温度区间中进行，对共析转变温度范围的作用更为显著。
③硅的加入，使相图出现了共晶和共析转变的三相共存区④随着硅含量的增加，相图上的奥氏体区逐渐缩小。
7.片状G的形成过程：①形成条件： a. 螺位错台阶：即沿a向，又沿c向生长，最后长成具有一定厚度的片状石墨。
b. 旋转晶界：取决于Va/Vc。
普通HT中G呈片状，这是由于O、S等活性元素在G棱面上的吸附，使这个原本光滑的界面变得粗糙，只需小的过冷即沿a向生长，使Va﹥Vc，长成片状石墨。
铸造合金及其熔炼复习摘要
铸造合金及其熔炼复习思考题铸铁及其熔炼1.什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？2.什么是碳当量、共晶度，有何意义。
3.分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。
4.铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？5.冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？6.灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及形核等方面说明其形成条件。
7.灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？8.灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？9.影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径和措施。
10.灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提高孕育效果有那些途径和措施？11.说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？12.球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？13.球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？14.根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性、高强度球墨铸铁的途径与措施。
15.球墨铸铁比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，分析其原因和防止措施。
16.铸铁的热处理有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？17.蠕墨铸铁有何性能特点？18.蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？19.简述可锻铸铁生产工艺过程，化学成分选择原则，为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产有优越性？20.减摩铸铁与抗磨铸铁的组织要求有何不同，常用减摩铸铁和抗磨铸铁有那些？21.提高铸铁的耐热性能的途径和措施有那些？常用耐热铸铁有那些？22.提高铸铁的耐蚀性能的途径和措施有那些，硅、铭、铬三元素在耐热铸铁及耐蚀铸铁中的作用是什么？23.简述冲天炉的结构与熔炼的一般过程。
锌压铸工艺
锌压铸工艺锌合金压铸熔炼是锌合金压铸过程的一个重要环节，熔炼过程不仅是为了获得熔炼的金属液，更重要的是得到化学成分符合规定，能使压铸件得到良好的结晶组织以及气体、夹杂物都很小的金属液。
在熔炼过程中，金属与气体的相互作用和金属液与坩埚的相互作用使成分发生变化，产生夹杂物和吸气。
所以制定正确的熔化工艺规程，并严格执行，是获得高质量铸件的重要保证。
常用锌合金压铸用锌合金熔炼方法：锌合金压铸件1.熔炼前准备坩埚使用前必须清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣和氧化物。
工具：熔炼工具在使用前应清楚表面脏物，与金属接触的部分，必须预热并刷上涂料。
工具不能沾水，否则会引起熔液的飞溅及爆炸。
合金料：熔炼前要清理赶紧并预热，去除表面水分。
2.熔炼工艺过程准备好锌料、多孔把、锭槽、熔剂等，注意所以工具在使用前须先预热刷涂料烘干。
合上电源开关，启动燃料机开关，点燃火焰，盖上炉盖。
将温控器温度设定在420-430摄氏度向炉内加入碎锌料垫底，待其熔至办固态后向内加入锌锭。
及时清除锌埚液面上的浮渣，及时补充锌料，保持熔液面正常的高度，因为过多的浮渣和过低的液面都容易造成料渣进入压射系统，导致热作件拉伤、卡死。
停机时把锌熔液舀出，重新熔炼时按三段调温，可以避免冷料爆料和烧坏坩埚。
3.坩埚的使用和维护坩埚在使用前须先进行清理，去除表面的油污、铁锈、熔渣及氧化物。
使用过程中严禁向坩埚内砸放锌锭，以免损坏坩埚。
生产完成后停炉前须将坩埚内锌液舀干。
坩埚在使用过程中须根据表面涂料的脱落程度定期进行清理重喷。
以上就是锌合金压铸件熔炼工艺的大体操作步骤，希望您在看完这篇文章之后，可以对锌合金压铸件的熔炼工艺有一个大致的了解。
铸造锌合金及其熔炼
四、锌合金“老化”的原因
铅、锡、镉是锌合金中的有害杂质，它们在锌中的 溶解度极微，吸附于晶界上，构成众多的微电池， 在合适的温度、湿度下，加速电化学腐蚀过程，使 晶界结合松弛，强度、硬度下降，因此必须严格控 制这些杂质元素的含量。另外，锌压铸件中的α、β 相均为过饱和态，在使用过程中，相继脱溶，加上 晶界上腐蚀产物的体积也比基体金属大，于是在力 学性能明显下降的同时，铸件尺寸长大，引起“老 化”。
点附近，凝固温度范围小，熔化温度低，流 动性好，含铜高的锌合金凝固温度范围扩大， 降低流动性，加入镁时，会在液面生成氧化 镁，也降低流动性。
在相同的过热度条件下，高铝的锌合金流动性和铝硅合金相 当，由于凝固温度较宽，会引进偏析，偏析倾向随凝固温度 区间的增大而增大。在ZA型锌合金中，ZA-27的含铝量最高， 凝固温度最宽，枝晶偏析和区域偏析倾向最严重。
本章主要内容
1、锌合金成分、组织 2、锌合金工艺性能 3、工业锌合金 4、熔炼工艺
锌的密度7.133g/cm3，熔点420℃，沸点911℃，具有闪锌晶 格，无同素异构体，纯锌的强度、塑性都较差。锌的电化学 次序在铬、铁之前，标准电极电位为-0.763V，易和Cl-、O-2 等离子化合，故在空气、各种酸类及海水等介质中易被腐蚀， 因而纯锌、Zn-Al-Cd合金可用钢质船舶或钢铁大型设备的牺 牲阳极，以保护船舶、大型设备。作构件是进行镀铬或磷化 处理，以防腐蚀。
（二）铜
Zl-Al二元合金中加入铜， 除少量固溶于α、β相中 外，还形成以电子化合物 CuZn3为基的ε固溶体。
（三）镁
镁固溶于α、β中，能减轻晶间腐蚀，提高强 度、硬度，降低共析转变温度，抑制α相的分 解，防止合金“老化”。
第二节 锌合金的工艺性能
合金熔炼第6章
第6章 铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.1 铝硅类合金
4. 活塞合金
对活塞合金性能的要求： 密度小、热膨胀系数小、导热性好、尺寸稳定性 好、耐磨、耐蚀，有足够的高温强度。 铝硅活塞合金的分类： Al-Si共晶合金; Al-Si过共晶合金。
第6章 铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.1 铝硅类合金
第6章 铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.1 铝硅类合金
5）切削性能 铝的塑性大，切削时消耗的功率大。随硅量的增 加，切削功减小，但硅相的硬度大，切削刀具的磨损 量增加，零件表面不光洁。
变质处理细化共晶硅、初晶硅，能减少切削刀具 的磨损；在合金中加入铋、铅等元素，采用镶嵌钻石 的刀具，选用合适的切削速度和切削液能获得光洁的
（3）初晶硅加磷细化机理 Al-Si过共晶合金中含有微量的P，能够形成 AlP，AlP是Si的异质晶核，促进Si相析出。由于 AlP晶核数量少，因此形成了大块状的初晶Si。 在Al-Si过共晶合金液中加入P，由于形成了大 量的AlP晶核，因此，初晶硅细化并均匀分布。
第6章 铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.1 铝硅类合金
第6章铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.2 铝铜类合金
(2)常用合金
1）ZAlCu10 铸态组织：α+(α+θ)
性能及用途：铸态使用，力学性能不高。制造装饰性小零件。 2）ZAlCu4 铸态组织：α+θ 热处理：固溶+人工时效，α基体上弥散分布θ相。 性能及用途：铸造性能差，热处理后力学性能提高。铸造形 状简单、承受中等载荷、在较高温度下工作的中、小零件。
第6章 铸造非铁合金及其熔炼 6.1 铸造铝合金 6.1.1 铝硅类合金
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以纯锌为基加入合金元素铝、铜、镁等可 组成一系列锌合金。锌合金有一定的强度，足 够的硬度，熔点低，流动性好，广泛地用作压 铸合金，压铸件的尺寸精度高，电镀性能好， 在汽车、拖拉机制造和仪表制造中应用很广。 锌合金的耐磨性好，也可用砂型铸造大中 型轴承、轴套等耐磨件。
3
第一节 锌合金的成分、组织
第六章 铸造锌合金及其熔炼
1
锌的密度7.133g/cm3，熔点420℃，沸点 911℃，具有闪锌晶格，无同素异构体，纯锌的 强度、塑性都较差。锌的电化学次序在铬、铁 之前，标准电极电位为-0.763V，易和Cl-、O-2 等离子化合，故在空气、各种酸类及海水等介 质中易被腐蚀，因而纯锌、Zn-Al-Cd合金可用 钢质船舶或钢铁大型设备的牺牲阳极，以保护 船舶、大型设备。作构件是进行镀铬或磷化处 理，以防腐蚀。
17
第三节 熔炼工艺
（一）钛、硼
ZA系列合金的含铝量高，初晶是α固溶体，和铝合 金一样，加入钛、硼后同样能细化晶粒，提高力学 性能。
（二）稀土铈
ZA27中加入铈0.1%，强度、塑性均出现峰值，晶粒 尺寸，枝晶间距、枝晶体积分数均变小，还能减轻 铝，尤其是铜的偏析。
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分、组织
锌合金中主要合金元素是 铝、铜、镁，它对锌合金的作 用如下。
5
第一节 锌合金的成分、组织
（一）铝
在平衡条件下，含铝低于22.3%的锌合金其组织由β＋（β＋ α1）共析体组成。在铸造条件下的非平衡组织，不发生共析 转变，由β＋（β＋α）组成，在室温下的α相实际上是含锌的 过饱和固溶体，它随时间逐渐分解为富铝的α1相和富锌的β 相。在分解过程中伴随有体积膨胀，在铸件内形成巨大的内 应力，促进晶间腐蚀，塑性明显降低，使合金变脆，这种分 解过程即自然时效过程，常称为“老化”。
9
第二节 锌合金的工艺性能
一、铸造性能
用作压铸的低铝含量的锌合金，成分在共 晶点附近，凝固温度范围小，熔化温度低， 流动性好，含铜高的锌合金凝固温度范围 扩大，降低流动性，加入镁时，会在液面 生成氧化镁，也降低流动性。
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第二节 锌合金的工艺性能
在相同的过热度条件下，高铝的锌合金流动性和铝 硅合金相当，由于凝固温度较宽，会引进偏析，偏 析倾向随凝固温度区间的增大而增大。在ZA型锌合 金中，ZA-27的含铝量最高，凝固温度最宽，枝晶 偏析和区域偏析倾向最严重。 由于富铝α相密度小，最先凝固，区域偏析的结果， 锌合金容易发生底部缩孔，缩孔集中在底部，冷却 缓慢时尤其明显。
6
第一节 锌合金的成分、组织
（二）铜
Zl-Al二元合金中加入 铜，除少量固溶于α、 β相中外，还形成以 电子化合物CuZn3为 基的ε固溶体。
7
第一节 锌合金的成分、组织
（三）镁
镁固溶于α、β中，能减轻晶间腐 蚀，提高强度、硬度，降低共析转 变温度，抑制α相的分解，防止合 金“老化”。
8
第二节 锌合金的工艺性能
11
第二节 锌合金的工艺性能
二、焊补性能
压铸锌合金由于含有铝，焊补时形成一层 Al2O3，给操作带来困难，唯一获得实际应 用的焊补方法是补焊。
12
第二节 锌合金的工艺性能
三、切削加工性能
锌合金具有优良的切削加工性能，切削速 度可以比灰铸铁高数倍，与易切削黄铜相 当，刀具磨损也较小。
13
第二节 锌合金的工艺性能
14
第三节 熔炼工艺
15
第三节 熔炼工艺
一、特点
锌合金的熔炼温度低，熔炼铝合金的各种熔 炼设备均可用于熔炼锌合金，使用寿命也较长； 铅和锡严重降低锌合金的耐蚀性，故应与熔炼铜 合金的坩埚严格分开，ZA系列合金易渗铁，用铸 铁坩埚时，应和熔炼工具一起刷好涂料。
16
第三节 熔炼工艺
二、ZA系列合金的变质处理
四、锌合金“老化”的原因
铅、锡、镉是锌合金中的有害杂质，它们在锌中的溶解 度极微，吸附于晶界上，构成众多的微电池，在合适的 温度、湿度下，加速电化学腐蚀过程，使晶界结合松弛， 强度、硬度下降，因此必须严格控制这些杂质元素的含 量。另外，锌压铸件中的α、β相均为过饱和态，在使 用过程中，相继脱溶，加上晶界上腐蚀产物的体积也比 基体金属大，于是在力学性能明显下降的同时，铸件尺 寸长大，引起“老化”。