常用铸造合金及其熔炼
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熔模铸造合金及熔炼技术
可 在 600-1100℃ 的 高 温 、 高 腐 蚀 的 环 境下稳定工作,被广泛用于航空、航天、 船舰、能源和化工行业.
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
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(铸铁熔炼)
铸造工(高级)
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。
9
铸造工(高级)
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。
2
铸造工(高级)
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
3
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
10
铸造工(高级)
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。
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。
铸造合金及其熔炼
16.说明硅锰二元素的含量对基体组织的影响。
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。
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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04
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。
铸造合金及其熔炼
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。
铸造合金及其熔炼(铸钢及其熔练)ppt课件
6
断面收缩率 ψ
（ %） 35 35 35 35 30 25 22 20
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
常用的一些特殊铸造高合金钢有不锈耐
酸钢（如ZG1Cr17、ZG1Cr18Ni9Ti）、 耐磨高锰钢 （如ZGMn13-1）、耐热钢 （如ZG35Cr26Ni12）等。
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
2）装料 补炉完毕，即可装料。一 般小容量电弧炉由人工进行装料，3t以 上的电弧炉用料罐从炉顶装料。在往料 罐中装料时，需要合理地布置炉料。原 则是尽量多装料并使炉料熔化快，炉料 要装得紧密，以利于导电和电热。
3）熔化期 熔化期的任务是将固体 炉料熔化成钢液，并进行脱磷。
锡青铜不易形成集中缩孔，所以不用很大的补缩冒口。其线 收缩率不大，铸件变形、缩裂的倾向较小。
为了进一步改善锡青铜的性能，常加入一些锌、铅、磷、 镍等元素。
铸造锡青铜的牌号、成分及性能见表2-11。
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
表2-11 铸造锡青铜
牌号 ZCuS n3Zn8Pb6Ni1 ZCuS n3Zn11Pb4 ZCuS n5Pb5Zn5 ZCuS n10P1 ZCuS n10Pb5 ZCuS n10Zn2
1）补炉 一般每炼完一炉钢以后， 在装料前，照例要进行补炉。目的是修 补侵蚀和损坏的炉衬。补炉材料用卤水 镁砂。补炉工具和方法一般为大铲贴补、 铁锹投补或用机械化设备补炉。出钢后 打开炉门，升起电极，立即扒净残钢、 残渣，迅速进行补炉操作。补炉操作的 要点是：炉温高、操作快、补层薄，以 利于补炉材料的烧结。
0.9
ZG310-570 0.5 0.6
常用铸造合金及其熔炼
蠕化剂：镁钛合金、稀土镁钛合金或 稀土镁钙合金等。
2．性能及应用
石墨形态：
比灰铸铁中的石墨片的长厚比要 珠光体基体
小的片状，端部较钝、较圆，介于 片状和球状之间的一种石墨形态：
牌号：RuT420、RuT380、RuT340、
RuT300、RuT260
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸 铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
球化处理：
以冲入法最为普 遍，球化处理后 的铁液应及时浇 注，以防孕育和 球化作用的衰退。
（3）铸型工艺
凝固特性：球墨铸铁 含碳量较高，近共晶成 分，凝固收缩率低，但 缩孔、缩松倾向较大。 凝固的外壳强度较低；
而球状石墨析出时的 膨胀力却很大，若铸 型的刚度不够，铸件 的外壳将向外胀大， 造成铸件内部金属液 的不足，在铸件最后 凝固的部位产生缩孔 和缩松。
应用：
1）农业机械中占40～60％； 2）汽车拖拉机中约占50～70％； 3）机床制造中约占60～90％。
铸铁特点：
1）生产设备和工艺简单、价 格便宜；
2）有良好的铸造性、切削加 工性及减震性等优良的使用性能 和工艺性能。
分类
①按碳的存在形式分: 白口铸铁、 灰口铸铁和麻口铸铁。 ②按石墨存在形式分：灰口铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。 ③按成分分：普通铸铁、合金铸铁。
石墨（G）的力学性能与作用
①性能： σb=20MPa、HB3~5、δ、ak = 0。
②割裂作用：减振、机械性能降低； 断屑性能好。
③尖端效应：应力集中； ④润滑作用（自润滑和储油）：减
摩和耐磨、切削性能好。 石墨（G）的形态
片状、球状、絮状。
2．性能及应用
石墨形态：
比灰铸铁中的石墨片的长厚比要 珠光体基体
小的片状，端部较钝、较圆，介于 片状和球状之间的一种石墨形态：
牌号：RuT420、RuT380、RuT340、
RuT300、RuT260
铁素体基体
蠕墨铸铁中的石墨
蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸 铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
球化处理：
以冲入法最为普 遍，球化处理后 的铁液应及时浇 注，以防孕育和 球化作用的衰退。
（3）铸型工艺
凝固特性：球墨铸铁 含碳量较高，近共晶成 分，凝固收缩率低，但 缩孔、缩松倾向较大。 凝固的外壳强度较低；
而球状石墨析出时的 膨胀力却很大，若铸 型的刚度不够，铸件 的外壳将向外胀大， 造成铸件内部金属液 的不足，在铸件最后 凝固的部位产生缩孔 和缩松。
应用：
1）农业机械中占40～60％； 2）汽车拖拉机中约占50～70％； 3）机床制造中约占60～90％。
铸铁特点：
1）生产设备和工艺简单、价 格便宜；
2）有良好的铸造性、切削加 工性及减震性等优良的使用性能 和工艺性能。
分类
①按碳的存在形式分: 白口铸铁、 灰口铸铁和麻口铸铁。 ②按石墨存在形式分：灰口铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。 ③按成分分：普通铸铁、合金铸铁。
石墨（G）的力学性能与作用
①性能： σb=20MPa、HB3~5、δ、ak = 0。
②割裂作用：减振、机械性能降低； 断屑性能好。
③尖端效应：应力集中； ④润滑作用（自润滑和储油）：减
摩和耐磨、切削性能好。 石墨（G）的形态
片状、球状、絮状。
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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Fe3C 和 G（graphite） Fe3C是一种亚稳定相，G是一种稳定的相。
Fe3C →3 Fe +C（高温）
由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ： Fe -Fe3C 亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图
18
铁－碳双重相图
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一 的相图称铁－碳双重相图
特殊镇静钢
5
炼钢设备不同，分为
炼钢
① 转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
② 平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、低合金钢
③ 电炉炼钢——优质钢（成本高）
（感应电炉或电弧炉）
6
沸腾钢：在冶炼时脱氧不充分，浇注时C与O反应 发生沸腾。
特点：其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，
用途：这类钢一般为低碳钢，主要用于制造用量 大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。
结构及其他要求强度较高的构件。
8
半镇静钢：为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。
半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似，而性能 却与镇静钢钢锭相近，成分偏析小，综合机械性 能好。
9
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
灰口铸铁：
（根据G形态）
灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状
14
1．普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。
2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
铸铁 是以Fe、C元素为主的铁基材料，其含碳量 Wc >2.11%。
铸铁成形只能用铸造方法，不能用锻或轧制方法。 与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差，但具 有优良的铸造和切削加工性能。
按碳元素在铸铁中存在的方式不同，可将铸铁分 为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。
根据石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
11
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
一、铸铁及其熔炼
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。
铸铁的常用成分范围
组元
wC wSi wMn wP wS wFe
成分（%） 2.4~4.0 0.6~3.0 0.4~1.2 ≤0.3 ≤0.15 其余
L+
A
H
B J
N
+
L+
E’ 2.08
E
L
1154℃ C C’ 4.26
L+G D F
+
G S’ 0.68
+ Fe3C A+G
738℃
L+Fe3C
I
PS
F+G
K
+ Fe3C
19
Q
第一阶段石 墨化
A
H
B J
L
N
L+
L+G
E’
1154℃ C
2.08 E
C’ 4.26
G S’ 0.68
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料， 发生反应
3
①还原反应: C、CO将FeO中氧分离→还原Fe ②造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣） ③渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高，熔点低的生铁水
a
b
c
d 15
16
麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡 组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
17
铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。 铁碳合金中，C的存在方式有两种：
炼钢生铁——用于炼钢（大多数） 铸造生铁——熔炼铸钢（少量）
4
二、炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含C量低（<1.4%） Si, Mn S, P杂质低
炼钢主要任务 ——生铁多余的C、杂质→氧化物
1. 钢的熔炼方法 平炉钢
按炉别分
转炉钢 电炉钢
按 脱 氧 程 度分
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
12
铸铁的分类
根据C铸铁中存在形式的不同：
铸铁
白口铸铁：Fe3C 麻口铸铁：Fe3C+G 灰口铸铁：G
白口铸铁： 碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
13
灰口铸铁：
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。优质钢， 合金钢的钢锭
半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
7
镇静钢： 浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上 部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这 节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收缩率低， 但组织致密，偏析小，质量均匀。
镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接
第二章 常用铸造合金及其熔炼
1
本章主要内容与目的： 了解铸钢、铸铁的生产过程。 了解铸铁的分类。 理解铸铁石墨化及影响因素。 掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。
钢铁过程
钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液 并浇注成钢锭的过程。
钢 （ 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %）
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁
（2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
10
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
A+G 738℃
PS
F+G
第二 阶段 D石墨 化 F
K
Q
第三阶段石
墨化
铸铁的石墨化过程
共晶石墨
1600A
L+δ
第一阶段(液态阶段) ：
LC’ 1154℃ AE'+G 第二阶段： A 1154～738℃ G
温度/ ℃
δ δ+A
H
B
J
1400 1394℃
1200 A
1000
G 912℃
F+A 800
Fe3C →3 Fe +C（高温）
由于条件的不同 ，铁碳合金存在两种相图 ： Fe -Fe3C 亚稳系状态图 ，Fe - G 稳定系状态图
18
铁－碳双重相图
为了便于比较，习惯上把两个相图画在一起。此种合二为一 的相图称铁－碳双重相图
特殊镇静钢
5
炼钢设备不同，分为
炼钢
① 转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
② 平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、低合金钢
③ 电炉炼钢——优质钢（成本高）
（感应电炉或电弧炉）
6
沸腾钢：在冶炼时脱氧不充分，浇注时C与O反应 发生沸腾。
特点：其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，
用途：这类钢一般为低碳钢，主要用于制造用量 大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。
结构及其他要求强度较高的构件。
8
半镇静钢：为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸 腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸 腾钢弱。
半镇静钢钢锭的结构与沸腾钢钢锭相似，而性能 却与镇静钢钢锭相近，成分偏析小，综合机械性 能好。
9
第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
根据铸铁中石墨形态的不同，灰口铸铁又可分为：
灰口铸铁：
（根据G形态）
灰 铸 铁：片状 球墨铸铁：球状 可锻铸铁：团絮状 蠕墨铸铁：蠕虫状
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1．普通灰铸铁 ：简称灰铸铁，其石墨呈片状。
2．可锻铸铁： 其石墨呈团絮状。如图b所示。 3．球墨铸铁： 其石墨呈球状。如图c所示。 4．蠕墨铸铁 ： 其石墨呈蠕虫状。如图d所示。
铸铁 是以Fe、C元素为主的铁基材料，其含碳量 Wc >2.11%。
铸铁成形只能用铸造方法，不能用锻或轧制方法。 与钢相比，铸铁的强度低、塑性、韧性差，但具 有优良的铸造和切削加工性能。
按碳元素在铸铁中存在的方式不同，可将铸铁分 为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁。
根据石墨形状的不同，灰口铸铁又可分为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。
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第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
一、铸铁及其熔炼
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金，铸造合金中 应用最广。铸铁是以铁、碳和硅为主要元素 的多元合金。常用成分范围见下表。
铸铁的常用成分范围
组元
wC wSi wMn wP wS wFe
成分（%） 2.4~4.0 0.6~3.0 0.4~1.2 ≤0.3 ≤0.15 其余
L+
A
H
B J
N
+
L+
E’ 2.08
E
L
1154℃ C C’ 4.26
L+G D F
+
G S’ 0.68
+ Fe3C A+G
738℃
L+Fe3C
I
PS
F+G
K
+ Fe3C
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Q
第一阶段石 墨化
A
H
B J
L
N
L+
L+G
E’
1154℃ C
2.08 E
C’ 4.26
G S’ 0.68
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
铁矿石、焦炭、石灰石→生铁→钢水→钢锭
一、炼铁
在高炉中进行:
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 →高炉
预热900～1200℃ → 焦碳燃烧，产生CO → 加热炉料， 发生反应
3
①还原反应: C、CO将FeO中氧分离→还原Fe ②造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3（炉渣） ③渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高，熔点低的生铁水
a
b
c
d 15
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麻口铸铁：
组织中既存在石墨、又有莱氏体，是白口和灰口之间的过渡 组织，因断口处有黑白相间的麻点，故而得名。
根据铸铁的化学成分，铸铁分为：
普通铸铁 合金铸铁——含Si>4%、Mn>2%，或Ti，V，
Mo， Cr, Cu等
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铸铁中的石墨化过程
石墨组织的形成，称为铸铁的石墨化过程。 铁碳合金中，C的存在方式有两种：
炼钢生铁——用于炼钢（大多数） 铸造生铁——熔炼铸钢（少量）
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二、炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别： 钢含C量低（<1.4%） Si, Mn S, P杂质低
炼钢主要任务 ——生铁多余的C、杂质→氧化物
1. 钢的熔炼方法 平炉钢
按炉别分
转炉钢 电炉钢
按 脱 氧 程 度分
沸腾钢 镇静钢 半镇静钢
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铸铁的分类
根据C铸铁中存在形式的不同：
铸铁
白口铸铁：Fe3C 麻口铸铁：Fe3C+G 灰口铸铁：G
白口铸铁： 碳全部以Fe3C的形式存在，断口呈银色。
由于白口铸铁具有良好的耐磨性，所以有时也用来制造一些耐 磨件，如轧辊、粉碎机锤头、衬板、球磨机磨球和犁铧等。
13
灰口铸铁：
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。优质钢， 合金钢的钢锭
半镇静钢：介于前两者之间。
特殊镇静钢
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镇静钢： 浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上 部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这 节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收缩率低， 但组织致密，偏析小，质量均匀。
镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。 镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接
第二章 常用铸造合金及其熔炼
1
本章主要内容与目的： 了解铸钢、铸铁的生产过程。 了解铸铁的分类。 理解铸铁石墨化及影响因素。 掌握普通灰口铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸
铁和蠕虫铸铁的生产特点、牌号、性能。
钢铁过程
钢铁的生产过程是一个由铁矿石练成生铁、由生铁练成钢液 并浇注成钢锭的过程。
钢 （ 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 %）
亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁
（2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %）
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
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第二节 工业中常用的铸造合金及其熔炼
A+G 738℃
PS
F+G
第二 阶段 D石墨 化 F
K
Q
第三阶段石
墨化
铸铁的石墨化过程
共晶石墨
1600A
L+δ
第一阶段(液态阶段) ：
LC’ 1154℃ AE'+G 第二阶段： A 1154～738℃ G
温度/ ℃
δ δ+A
H
B
J
1400 1394℃
1200 A
1000
G 912℃
F+A 800