经典：常用铸造合金及其熔炼
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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。
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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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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
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第三章 铸造合金及其熔炼
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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。
铸造合金及其熔炼(铸钢及其熔练)ppt课件
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断面收缩率 ψ
（ %） 35 35 35 35 30 25 22 20
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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。
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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
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。
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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
铸造合金及其熔炼_铸造铝合金的熔炼
由式(13-25)可见，氢分压和铝液温度越高，扩散热 越小，扩散系数越大，即氢的溶解速度越大。
铝液中的合金元素及氧化夹杂物对氢的扩散系数有很 大的影响，通常降低氢的扩散速。
四、氧化铝的形态、性能对吸氢的影响
根据结构分析，铝及其合金中存在着三种不同形态的 无水氧化铝：γ 、η 和α ，它们各自的特性列于表13-2中。
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。
2、皮下气孔 气孔位于铸件表皮下面，因铝液和铸型中水分反应产
生气体所造成，一般和铝液质量无 关口
3、单个大气孔 这种气孔产生的原因是由于铸件工艺设计不合理，如
铸型或型芯排气不畅，或者是由于操作不小心，如浇注时 堵死气眼，型腔中的气体被憋在铸件中所引起，也和铝液 纯净度无关。
二、铝铸件中氧化夹杂物形态及对性能的影响
第十三章 铸造铝合金的熔炼
概述
熔炼工艺是铸件生产过程中的一个有机组成。一个 优质铝铸件的获得，需要有一整套优化的铸造方法、铸造 工艺、熔炼工艺及浇注工艺相配合。
铝合金熔炼的内容包括配料计算，炉料处理，熔炼 设备选用，熔炼工具处理及熔炼工艺过程控制。
熔炼工艺过程控制的内容包括正确的加料次序。严格 控制熔炼温度和时间、实现快速熔炼、效果显著的铝液净 化处理和变质处理及掌握可靠的铝液炉前质量检测手段等。
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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铸造有色合金及其熔炼
3
2. 铸造有色合金
——以一种有色金属为基础，加入另一种或几种其他元素， 使之熔合一起，构成新的金属组成物。 有色合金（又称非铁合金）分为：形变合金 铸造合金 1）铸造铝合金、铸造镁合金——密度小、比强度高 2）铜合金——优良导电、导热性能，良好耐蚀性、耐磨性 及力学性能 3）钛合金——很高的比强度、耐蚀性 4）铸造锌合金——良好的压铸成型性能 5）锡基合金（Sn-Sb合金）、铅基合金（Pb-Sb合金）— 油润滑条件下良好的耐磨性能
Cu：>4%
要热处理
Al-Mg
Mg：>5%
合金液易氧化 铸造工艺复杂 最便宜
5
Al-Zn
Zn：5~13%
2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 1 Al-Si二元相图
6
2.Байду номын сангаас铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 2 含Si量对Al-Si二元合金铸造性能的影响
7
2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
10
2.1 Al-Si合金的变质
其它变质剂： 锶（Sr）变质：加入0.02~0.06%Sr，（720℃，Al-Sr合金）
长效6~8小时，缺点形成SrH，除氢不易，且易产生铸型反应，易 产生针孔。
锑（Sb）变质
稀土元素变质
精炼—变质剂（复合作用）
过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金（含P10%），加1%
14
2.4 Al-Si铸造合金中有害杂质
Fe 来自坩埚、熔炼工具和炉料，形成Al3Fe、 α(Al12Fe3Si)和粗大针状的脆性β (Al9Fe2Si2)等相， 它们大大削弱基体，降低塑性和耐蚀性。（加入 Mn<0.5%可使相减少，形成新的复杂多元化合物） Sn、Pb 它们在中固溶度很小，形成共晶体的熔点 低，热处理时引起过烧，Sn还降低耐蚀性（应 ≤0.01%）。 热处理
2. 铸造有色合金
——以一种有色金属为基础，加入另一种或几种其他元素， 使之熔合一起，构成新的金属组成物。 有色合金（又称非铁合金）分为：形变合金 铸造合金 1）铸造铝合金、铸造镁合金——密度小、比强度高 2）铜合金——优良导电、导热性能，良好耐蚀性、耐磨性 及力学性能 3）钛合金——很高的比强度、耐蚀性 4）铸造锌合金——良好的压铸成型性能 5）锡基合金（Sn-Sb合金）、铅基合金（Pb-Sb合金）— 油润滑条件下良好的耐磨性能
Cu：>4%
要热处理
Al-Mg
Mg：>5%
合金液易氧化 铸造工艺复杂 最便宜
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Al-Zn
Zn：5~13%
2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 1 Al-Si二元相图
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2.Байду номын сангаас铸造Al-Si合金成分、组织、性能
图 2 含Si量对Al-Si二元合金铸造性能的影响
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2. 铸造Al-Si合金成分、组织、性能
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2.1 Al-Si合金的变质
其它变质剂： 锶（Sr）变质：加入0.02~0.06%Sr，（720℃，Al-Sr合金）
长效6~8小时，缺点形成SrH，除氢不易，且易产生铸型反应，易 产生针孔。
锑（Sb）变质
稀土元素变质
精炼—变质剂（复合作用）
过共晶Al-Si合金变质：P-Cu合金（含P10%），加1%
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2.4 Al-Si铸造合金中有害杂质
Fe 来自坩埚、熔炼工具和炉料，形成Al3Fe、 α(Al12Fe3Si)和粗大针状的脆性β (Al9Fe2Si2)等相， 它们大大削弱基体，降低塑性和耐蚀性。（加入 Mn<0.5%可使相减少，形成新的复杂多元化合物） Sn、Pb 它们在中固溶度很小，形成共晶体的熔点 低，热处理时引起过烧，Sn还降低耐蚀性（应 ≤0.01%）。 热处理
铝合金熔炼与铸造
铝合金熔炼与铸造铝合金是一种常见且广泛使用的金属材料，具有较低的密度、良好的导热性和耐腐蚀性，因此在许多行业中得到了广泛的应用。
铝合金的熔炼和铸造是制造铝合金制品的关键步骤。
本文将介绍铝合金熔炼和铸造的基本原理、工艺和注意事项。
一、铝合金熔炼1.1 熔炼原理铝合金熔炼的主要原理是将铝及其他合金元素加热至其熔点，使其融化成液态，以便进行后续的铸造工艺。
铝的熔点较低，约为660°C，因此相对较容易熔化。
而其他合金元素的加入可以改变铝合金的性质，例如提高其强度、耐腐蚀性或者改善加工性能。
1.2 熔炼工艺铝合金熔炼工艺一般分为两种：批量熔炼和连续熔炼。
批量熔炼是将一定量的铝和其他合金元素加入炉内，通过加热熔化成液态，并进行充分混合。
这种方法适用于小规模生产，常用的炉型有电阻炉和燃气炉。
而连续熔炼是将铝合金材料加入熔炉的顶部，通过炉内的加热和熔化过程，使得底部的液态铝合金不断流出。
这种方法适用于大规模生产，常用的炉型有回转炉和隧道炉。
1.3 熔炼注意事项在铝合金的熔炼过程中，需要注意以下几个方面。
首先，炉内的温度需要控制在适当的范围内，以避免过度燃烧或者过度冷却。
其次，需要保持良好的熔炼环境，防止氧气、水分或杂质等对炉内材料的影响。
最后，在加入其他合金元素时，需要根据配比和工艺要求进行准确的添加，以保证最终铝合金的性能。
二、铝合金铸造2.1 铸型设计铝合金铸造的第一步是进行铸型设计。
铸型设计的目的是根据最终产品的形状和要求，确定合适的铸造方法和材料，以及适当的铸型结构。
常见的铸型结构有砂型、金属型和陶瓷型等。
其中砂型是最常用的铸造方法，可以应用于各种形状和尺寸的产品。
2.2 铸造工艺铝合金的铸造工艺可以分为传统铸造和压铸两种。
传统铸造是将熔融的铝合金液体倒入铸型中，并通过自然冷却形成最终产品。
这种方法适用于小批量生产，但精度和表面光滑度相对较低。
压铸是将高压液压机将铝合金液体注入铸型中，通过压力传递和快速冷却，实现快速成型。
铸造合金材料及其熔炼知识全部在这里了
铸造合金材料及其熔炼知识全部在这里了铸造合金是高温合金合金化程度较高，不易变形而采用精密铸造成型的合金，属于高温合金中高温强度最高的一种；也是适于熔融状态下充填铸型获得一定形状和尺寸铸件毛坯的合金。
在有色金属合金中，铜合金、铝合金、镁合金、锌合金等都可用于铸造。
有色金属铸件广泛使用于机器制造、航空、汽车、建筑等工业中。
铸钢件在钢铁材料的使用中所占份额甚少，钢铁厂大多以钢材形式供货，因之冶炼厂大多和加工厂设于一地。
有色金属铸件在有色金属材料的使用中所占份额很大(有时几近半数)，形成庞大复杂的铸造合金系列。
1 灰铸铁灰铸铁通常是指具有片状石墨的灰口铸铁，这中铸铁具有一定的机械性能、良好的铸造性能以及其它多方面的优良性能，因而在机械制造中业获得最广泛的应用。
表2为灰铸铁的新的国家标准。
该标准是以灰铸铁的抗拉强度作为分级依据的。
由于灰铸铁对冷却速率的敏感性（壁厚效应），同一种牌号铸铁在不同铸件壁厚条件下的实际强度有很大的差别（薄壁与厚壁之间在强度上的差别达50-80MPa）。
表2 灰铸铁分级2 球墨铸铁及蠕墨铸铁球墨铸铁和蠕墨铸铁一般是用稀土镁合金对铁液进行处理，以改善石墨形态，从而得到比灰铸铁有更高机械性能的铸铁。
球墨铸铁依照其基体和性能特点而分为六种：即铁素体（高韧性）球墨铸铁，珠光体（高强度）球墨铸铁，贝氏体（耐磨）球墨铸铁，奥氏体一贝氏体（耐磨）球墨铸铁，马氏体一奥氏体（抗磨）球墨铸铁及奥氏体（耐热、耐蚀）球墨铸铁。
蠕墨铸铁具有不同比例的珠光体—铁素体基体组织。
铸铁性能与其石墨的蠕化程度（蠕化率）及基体有关。
在石墨蠕化良好条件下，珠光体蠕墨铸铁的强度和硬度较高，耐磨性强。
适于制造耐磨零件，如汽车的刹车鼓等。
而铁素体蠕墨铸铁的导热性较好，在高温作用下，不存在珠光体分解问题，组织较稳定，适用于制造在高温下工作、需要有良好的抗热疲劳能力、导热性的零件，如内燃机汽缸盖、进排气岐管等。
3 可锻铸铁可锻铸铁是将白口铸铁通过固态石墨化热处理（包括有或无脱碳过程）得到的具有团絮状石墨的铁碳合金。
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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
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
A+G 738℃
C'
E 1148℃
C
A+Fe3C A+G
738℃
• 第三阶段：
二次石墨F P S 600 Q
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。
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
特殊镇静钢
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 %
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
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）
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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。
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Leabharlann 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
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
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。
钢铁的生产过程影片
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第一节 钢铁的生产过程
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。
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
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
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。
≤0.3
≤0.15
其余
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：
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
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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：
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
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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
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
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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
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
A+G 738℃
C'
E 1148℃
C
A+Fe3C A+G
738℃
• 第三阶段：
二次石墨F P S 600 Q
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。
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
特殊镇静钢
结构及其他要求强度较高的构件。
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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。
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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 %
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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
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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）
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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。
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Leabharlann 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
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
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。
钢铁的生产过程影片
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第一节 钢铁的生产过程
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。
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
P' S'
L
L+A
E' 1154℃
—碳大部或全部以石墨形式存在，断口呈暗灰色。
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。
≤0.3
≤0.15
其余
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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。
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灰口铸铁：
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：
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
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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