铸造合金及其熔炼
铸造合金及其熔炼(铸铁熔炼)

第三章 铸造合金及其熔炼
二、铸铁熔炼
铸铁熔炼是铸铁件生产的首要环节,也是决定 铸铁件质量的一项重要因素。它的基本任务是 提供成分和温度符合要求,非金属夹杂物与气 体含量少的优质铁液。
对铸铁熔炼的基本要求可概括为优质、高产、 低耗、长寿与简便等五个方面,即铁液质量高、 熔化速度快、熔炼耗费少,炉衬寿命长及操作 条件好。
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第三章 铸造合金及其熔炼
(5)熔化与出渣 在正常熔化过程中,
应严格控制风量、风压、不得随意停风。按 规定及时取样,测量铁液温度、风量、风压、 风温等。经常观察风口、出渣口、出铁口、 加料口,注意铁液、炉渣质量,风量、风压、 三角试块白口变化。及时发现和排除故障, 保证熔化正常。应按时打开出渣口出渣,一 般每隔30~45min出一次渣。
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第三章 铸造合金及其熔炼
图3-12 冲天炉结构简图
1—炉脚 2—炉底板 3—炉底门 4—风口窥视孔 5—风箱 6—耐火砖
7—加料口 8—烟囱 9—除尘器 10—风口 11—过桥 12—前炉盖 13—前炉窥视孔 14—出渣口及出渣槽
15—出铁口及出铁槽
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第三章 铸造合金及其熔炼
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第三章 铸造合金及其熔炼
从炉渣的颜色、状态可以判断冲天炉的 熔化质量。观察酸性冲天炉炉渣时,一般 用铁棒蘸些炉渣,抽拉成丝,在亮处观察。 炉况正常的炉渣为黄绿色玻璃状。炉渣呈 深咖啡色,说明铁液含硫偏高;炉渣上带 白道或白点,说明石灰石加入量过多;炉 渣呈黑色玻璃状,致密、密度大,说明铁 液已严重氧化。
打炉前,应在炉底铺上干砂不能有积水或潮湿。 打开炉底门,用铁棒将底焦和未熔炉料捅下, 用水浇灭。
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答:蠕墨铸铁中硅量通常是用来调整机体组织的,随着硅含量的增加基体中珠光体量减少,而铁素体含量增加,而硅含量过低会产生白口。锰在常规含量范围内对石墨的蠕化无影响。锰在铸铁中其稳定珠光体的作用。
17铸铁中加入合金元素,进行合金化的目的。
答:1.细化石墨和共晶团2. 增加基体中珠光体的含量,并使珠光体的片间距细化;3.生成碳化物或含有合金元素的复合磷共晶等硬化相;4.提高渗碳体的热稳定性,防止珠光体在高温下发生分解,提高铸铁的耐热性。
29.分析冲天炉风口以上的炉气成分及含量分布。
30.说明对铸造用铁液铁液质量的基本要求。
答:1.出炉温度:满足下列要求
8.说明S\P含量对铸铁石墨化合机械性能的影响
答:S:阻碍石墨化,易形成P(珠),结晶前沿形成低熔点偏析层,使Fe、C结合力上升。
P:影响不大,C‘左移,Tc’下降
9.灰铸铁件进行低温退火和高温退火的目的是什么?
答:低温退火:消除内应力的热处理,亦称热时效。高温退火:改善加工性能的降低硬度(去除铸件内残留的少量自由碳化物)的热处理。
D.焦炭块度小,表面积增大,与铁水接触多,增碳;
E.铁液在炉缸中停留时间长,接触时间长,增碳;
F.送风强度小,熔化率下降,铁液在过热区停留时间长,增碳;
G.无前炉,铁水在炉缸内停留时间长,增碳;
H.炉渣,有利于增碳,提高碱度。
27.指出冲天炉熔化铁水时,影响增硫和脱硫的因素,并介绍一种炉外脱硫的方法。
18.试论述加速黑心可锻铸铁退火过程的途径和措施
答:在第二阶段石墨化过程中,可以采用从780°左右开始逐步缓缓冷却,通过共析区域的方法进行,一般以3~5℃ /h的速度通过共析转变温度区,奥氏体直接转化为铁素体加石墨。这一方法石墨化速度可较快些,但控制冷速是很重要的。
铸造有色合金及其熔炼

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熔化
合金在高温下由固态变为液态 ,发生物理变化。
氧化
合金在熔炼过程中与空气中的 氧气发生化学反应,形成氧化
物。
脱气
去除合金中的气体,如氢气和 氧气。
成分调整
通过添加或去除合金元素,调 整合金的化学成分。
合金元素的熔炼行为
溶解
合金元素在液态合金中溶解, 形成固溶体。
析出
合金元素以化合物形式从液态 合金中析出。
铸造有色合金及其熔炼
• 引言 • 有色合金基础知识 • 铸造有色合金的制备工艺 • 有色合金的熔炼原理 • 铸造有色合金的性能优化 • 铸造有色合金的应用实例 • 未来展望与研究方向
01
引言
主题简介
铸造有色合金及其熔炼是材料科学和工程领域的重要分支,主要涉及有色金属的熔 炼、凝固、组织和性能调控等方面的研究。
热处理工艺优化
总结词
热处理工艺优化是铸造有色合金性能优 化的重要环节,通过调整热处理工艺参 数,可以改变合金的相组成、析出相的 形貌和分布,进一步提高合金的综合性 能。
VS
详细描述
热处理是铸造有色合金的重要加工工艺之 一,通过控制热处理工艺参数,如加热温 度、加热时间、冷却速度等,可以改变合 金的相组成和析出相的形貌和分布,从而 进一步提高合金的力学性能、耐腐蚀性和 热稳定性。同时,合理的热处理工艺还可 以降低能耗和减少材料浪费,提高经济效 益。
熔炼工艺优化
总结词
熔炼工艺优化是铸造有色合金性能优化的重要手段,通过改进熔炼技术和工艺参数,可以降低杂质元 素含量、减少气体和夹杂物、提高合金纯净度。
详细描述
熔炼工艺对铸造有色合金的性能具有显著影响。优化熔炼工艺参数,如熔炼温度、熔炼时间、搅拌强 度等,可以提高合金的纯净度和均匀性。同时,采用先进的熔炼技术和设备,如真空熔炼、高频感应 熔炼等,可以进一步降低杂质元素含量、减少气体和夹杂物,提高合金的综合性能。
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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:减少杂质含量一一原材料预处理、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:一一加大铸型刚度。
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一一浇注系统设计,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一一挥发、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。
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第三章 铸造合金及其熔炼
以上均为氧化放热反应,根据上述反应及 图3-13可见,在氧化带内:
①焦炭燃烧生成的炉气,既有二氧化碳,也有一 氧化碳,但主要是二氧化碳。
②从主排风口开始,随着炉气的上升,反应不断 进行,炉气中的氧逐渐减少,二氧化碳不断增 加。当上升到氧化带顶面时,炉气的氧基本耗 尽,氧化反应终止,二氧化碳达到最高值。
图3-13 冲天炉熔炼过程原理图
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第三章 铸造合金及其熔炼
1)预热区 从加料口下沿料面到铁料开始熔化这 段高度为预热区。预热区的炉料在下降过程中, 与上升的炉气之间的热交换方式以对流为主,金 属料逐渐被加热至熔化温度。
预热区高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的 实际位置、炉料块度、炉料下落速度、炉气分布、 铁焦比等许多因素的影响,波动很大。其中金属 料的块度特别重要。金属料的块度愈大,预热所 需的时间愈长,预热区高度愈大,严重时金属料 块可能进入风口区,造成“落生”现象,妨碍冲 天炉的正常操作。因此应限制金属料的块度。但 金属料的块度也不能过小,以免造成严重氧化。
铸铁熔炼可以用冲天炉、非焦化铁炉、电炉、 反射炉、坩锅或冲天炉与电炉双联等方法,其 中以冲天炉熔炼的应用最为广泛。
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第三章 铸造合金及其熔炼
1. 冲天炉的结构(图3-12)
冲天炉的类型很多,但基本结构大体相 同。常用的冲天炉由四部分组成:炉底部 分、炉身部分(包括送风系统)、前炉部 分、炉顶部分(烟囱及除尘系统)。
修炉完毕,用木柴或烘干器慢火充分烘干前、后 炉。前炉必须烘透,以保证铁液温度。
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第三章 铸造合金及其熔炼
(3)点火与加底焦 烘炉后,加入木柴,引
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球墨铸铁
3.球墨铸铁孕育处理的目的?孕育的方法主要有哪些? a.消除结晶过冷倾向 b.促进石墨化 c.b.瞬时孕育
冲天炉
冲天炉的基本结构: 1.炉底与炉基:支撑作用 2.炉体与前炉:炉体包括炉身和炉缸
3.烟囱和除尘装置(9)
碳钢
碳钢主用应用于重型的和承受重载荷的机械 零件部位。通常对碳钢件要进行热处理来完善 性能,热处理的目的是细化晶粒,消除魏氏体 和消除铸造应力。热处理的方法有退火,正火 和正火加回火。
球墨铸铁
球墨铸铁是强韧铸铁的一种,与灰铸铁相比较,其组织上最 大的差别是石墨形状的改变,从而具有较高的强度。 1.球化元素:加入铁液中能使石墨在结晶过程中生长成球状 的元素称为球化元素。 2.球化处理的方法。 a.冲入法(如左图所示) b.型内球化法:通过把球 化剂及孕育剂放置在浇注系 统中特设的一个反应室内, 使铁液在流经浇注系统时和 反应室内球化剂作用,而得 到球墨铸铁的一种处理方法。
4.送风系统(4) 5.热风装置
6.风机
焦炭
焦炭是冲天炉熔炼的重要的组成部分 1.焦炭的反应能力:指焦炭还原CO2的能力,通常以 R表示,指CO2通过900℃的焦炭粒,测定反应后的气体 成分。 2.根据冲天炉内焦炭存在的状态,冲天炉内可以划 分为预热区、熔化区、过热区和炉缸区。
铸钢
高锰钢
由于钢具有高的强度和良好的韧性,在机械制造业 种的应用更为广泛
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灰铸铁
铸铁
1.定义:铸铁是指含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组 织的铁碳合金。 2.分类:按照铸铁的断口色泽,可将铸铁分为:灰口、白口、 麻口三大类。
灰铸铁
1.灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨所组成。 2.其中石墨在铸铁中的形态有着重要的影响。石墨的缺口作
铸造合金及其熔炼---第1章 铸铁的结晶及组织的形成

第三节 铸铁的固态相变
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一、A中碳的析出
稳定系 A A+ G 亚稳定系 A A+ Fe3C
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二、铸铁的共析转变
1、形貌 片状Fe3C G (难存在) 2、形核 白口铁 先Fe3C、后F 灰口铁 先G 、后F 3、生长 过冷度大、片小、晶细
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三、过冷A的中低温转变
(以 C曲线介绍即可) A B下、 B上、 M、 A
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(四)影响A枝晶数量、粗细的因素
(骨架 对组织性能影响很大)
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1、合金元素的影响
Si/C比的影响(相同碳当量) 越大,初析 A 增多 图 1-5 C%增大,枝晶细化 图 1-6
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其它元素ห้องสมุดไป่ตู้ S的影响:增大,粗化 V、Ti促使A形成并细化 其它元素有待研究 2、冷却速度 越大,A越多,并细化 (五)初始A的显示方法(自己看)
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二、铁 -碳双重相图及分析
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1、共晶系:L----A+G L----A+Fe 3C 2、共析系:A----F+G A----F+Fe 3C 按那个转变与什么有关? 3、应用: 应用:按那个转变与什么有关? 冷却速度 化学成分 C Si
三、铁 -碳-硅准二元相图
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1、A和Fe3C以片状协同生长(莱氏体) 侧向蜂窝状结构
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2、板条状Fe3C+A(离异型共晶体) 过冷度大时易形成 3、加稀土元素变质处理细化 图1-21
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铸造合金及其熔炼 第十三章 铸造铝合金的熔炼

浇注过程中生成的氧化夹杂称为二次氧化夹杂,多分 布在铸件壁的转角处及最后凝固的部位。
一次氧化夹杂按形态可分为二类。 第一类是分布不均匀的大块夹杂物,它的危害性很大, 使合金基体不连续,引起铸件渗漏或成为腐蚀的根源,明 显降低铸件的力学性能。
五、合金元素对铝液吸氢的影响
1、对溶解度的影响 在pH2 =0. 1MPa的条件下,测得硅、铜、镁对溶解
度影响,按公式(13-21)算得常数A、B值列于表13-3中。 从表中可见、含镁量越高,氢的溶解度越高;反之,
硅、铜含量越高,氢的溶解度越低。
2、对氧化膜性能的影响
Mg、Na、Ca等氧的亲和力比铝大,是表面活性元 素,密度又比铝小,富集于铝液表面,熔炼时,优先被炉 气氧化。铝液中含镁量高于1%,表面氧化膜即全部由 MgO所组成,这层MgO组织疏松,对铝液不起保护作用, 故Al-Mg类合金必须在熔剂覆盖下进行熔炼。
点状针孔由铸件凝固时析出的气泡所形成,多发生于 结晶温度范围小、补缩能力良好的铸件中,如ZL102合金 铸件中。当凝固速度较快时,离共晶成分较远的ZL105合 金铸件中也会出现点状针孔。
(2) 网状针孔 此类针孔在低倍显微组织中呈密集相 联成网状,伴有少数较大的孔洞,不易清点针孔数目,难 以测量针孔的直径,往往带有末梢,俗称“苍蝇脚”。
库应保持清洁,干燥,以防生成铝锈。对已生成铝锈的铝
锭,投入熔炉前应彻底清除铝锈,否则即使熔炼工艺操作
很严格,也不易获得高质量的铝液。
各种油污都是由复杂结构的碳氢化合物所组成,与铝 液接触后都会发生下列反应,生成氢气
4/3mAl+CmHn=1/3mAl4C3+1/2nH2