铸造合金及其熔炼复习总结1

1、计算下列灰铸铁的碳当量及共晶度，并简述各铸铁的一次结晶过程。

（1）C：3.1%；Si：1.6%；Mn：0.6%；P：0.08%；S：0.08%；

（2）C：3.6%；Si：2.6%；Mn：0.5%；P：0.06%；S：0.08%；

碳当量：将元素对共晶点实际碳量的影响折算成碳量的增减称为碳当量。

CE=C+1/3(Si+P) 共晶成分=4.26% 过共晶>4.26% 亚共晶<4.26%

共晶度：铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量比值，表示铸铁偏离共晶点的程度。

S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)] 过共晶>1 共晶=1 亚共晶<1

答：（1）碳当量CE=C+1/3(Si+P)=3.2%+1/3(1.5%+0.08%)=3.73%

共晶度S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)]=3.2%/[4.26%-1/3(1.5%+0.08%)]=0.86

CE<4.26%为亚共晶成分，其一次结晶过程为：铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下析出初析奥氏体并逐渐长大，当进入共晶阶段后，开始形成共晶团。

（2）碳当量CE=C+1/3(Si+P)=3.6%+1/3(2.7%+0.06%)=4.52%

共晶度S c=C铁/[4.26%-1/3(Si+P)]=3.6%/[4.26%-1/3(2.7%+0.06%)]=1.08

CE>4.26%为过共晶成分，其一次结晶过程为：铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大，当进入共晶阶段后，开始形成共晶团。

2、试分析为什么灰铸铁一般不能通过热处理提高其性能，而球墨铸铁可以通过热处理来提高其性能。

答：在灰铁件的生产中，之所以不能通过热处理大幅度提高其性能，其主要原因是由于灰铸铁的组织是有片状石墨和基体组成，并且片状石墨的数量、分布、状态和尺寸大小对灰铸铁和性能影响极大，对其性能起着关键的作用。而热处理只能改变基体，基本不能改变片状石墨的数量、分布、形态和大小，因此在灰铸铁的生产中难以通过热处理大幅度改善和提高其力学性能。

而球墨铸铁中石墨呈球状，对基体的切割和缩减作用大大降低。基体的机械性能对球墨铸铁的性能起决定性作用。通过热处理可以改善其基体组织，从而提高机械性能。因此在球墨铸铁的生产中可以通过热处理来提高其力学性能。

3、简述其碳当量、冷却速度对灰铸铁组织和性能的影响。

答：当冷却速度一定时，碳当量越大，析出的铁素体越少，石墨越多，粗大，并且分布不均匀；灰铸铁的强度、硬度减小，塑性、韧性增大。碳当量越小，则反之。当碳当量一定时，随着冷却速度的增加，铁液的过冷度增大，灰铸铁的白口倾向越来越大，析出的铁素体增加，石墨减少，但石墨数量多，细小，并且分布均匀，灰铸铁的硬度、强度增大，塑性、韧性下降。随着冷却速度的减小，则反之。

4、简述灰铸铁与球墨铸铁在化学成分、金相组织及力学性能方面的主要差别。

答：灰铸铁和球墨铸铁在化学成分方面的差别是：灰铸铁碳量、硅量偏低，锰量、硫量、磷量偏高，而球墨铸铁碳量、硅量偏高，锰量、硫量、磷量较低，并含镁和稀土球化元素；二者在组织上的差别是：灰铸铁金相组织：片状石墨+珠光体+少量铁素体+极少量磷共晶和渗碳体，球墨铸铁的金相组织：球状石墨+基体（珠光体+铁素体）+极少量渗碳体（或没有）；二者在性能上的差别：灰铸铁强度低（σb=100~400MPa），且是脆性性材料。球墨铸铁强度较高（σb=400~800MPa），且具有良好的塑性、韧性（延伸率=2~20%），依据不同比例的基体种类，可实现强度和塑、韧性的匹配。

5、分析在球墨铸铁生产中，为什么必须进行孕育处理。（简述球墨铸铁孕育处理的作用或目的）

答：1）消除结晶过冷倾向，球墨铸铁加入了Mg,RE等球化剂，共晶转变温度降低，结晶过冷倾向大，易形成白口组织。孕育处理可以消除结晶过冷倾向，避免按介稳定系凝固。

2）促进石墨化，球铁铁液经球化净化了体系，形核率降低。加入孕育剂，增加了石墨核心，细化球状石墨，提高球状石墨生长的稳定性，提高了石墨球的圆整度。

3）减小晶间偏析，球铁共晶团生长过程中，结晶前沿富集了正偏析元素，并产生脆性相，降低了铸铁的塑韧性，孕育处理能够使共晶团细化，减小晶间偏析，提高铸铁的塑性和韧性。

6、为什么铸态球墨铸铁组织中易出现少量渗碳体？如何避免和消除？

答：球墨铸铁铁液的结晶过冷倾向较灰铸铁大，并且球墨铸铁的结晶过冷倾向不随铁液硅含量的高低而变化，因此尽管球墨铸铁的碳硅含量比一般灰铸铁高，但人有较大的白口倾向，在球墨铸铁组织中常发现在共晶团边界上有少量渗碳体析出。若冷却较快，会形成局部或全部白口组织。所以在球化处理后，必须进行有效的孕育处理，以消除过冷倾向，避免铁液按介稳定系凝固。

7、（1）简述高锰钢铸件水韧处理工艺？为什么高锰钢铸件必须进行水韧处理？

答：水韧处理工艺：将钢加热至奥氏体区温度，并保温一段时间，使铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中进行淬火，这就是通常所说的水韧处理。

高锰钢的铸态组织主要由奥氏体、碳化物及少数的珠光体组成，沿奥氏体晶界析出的碳化物降低钢的韧性，为消除碳化物，得到单一的奥氏体组织，必须进行水韧处理。水韧处理后得到的奥氏体钢在经受冲击或挤压后，将在表面层发生变形，因而产生强化，硬度提高，这种表面高硬度，内部高韧性，使高锰钢有很高的抗冲击磨损能力，即通过水韧处理后高锰钢的力学性能得到很大提高。

（2）含碳量含锰量对高锰钢性能的影响：

答：钢中含碳量和含锰量之间应有适当的配合。含碳量过低时，则由形变而产生的硬化效果较低。含碳量过高时，则在水韧处理状态下仍不能避免碳化合物析出。同时，含碳量高时，还使碳化物长得粗大，以致在固溶处理过程中难以完全固溶到奥氏体中，从而导致钢的性能降低。为了保证高锰钢形成单一的奥氏体组织，需要有足够的含锰量，而过高的含锰量不易于钢的加工硬化性能，一般选择Mn/C为8~10，铸件越厚，其中心部分越容易析出碳化物，因而要取较高的锰碳比值，当含锰量实在规格范围内时，增加含碳量会使钢的抗磨性能提高，但会降低其韧性。

（3）试述在铸造锰系低合金钢中，锰的作用和在铸造碳钢中有什么不同。

答：在锰系铸造低合金钢中，含锰量一般为 1.1－1.8%,其主要作用是：提高淬透性、固溶强化及促进，细化珠光体，降低韧脆性转变温度。

铸造碳钢中，含锰量为0.8%-0.9%，主要作用是：脱氧及减轻硫的有害作用。

8、简述低合金钢获得高强度和高韧性的主要途径。

答：1）低含碳量，碳提高强度同时降低塑韧性，应尽量减少。

2）多种合金元素复合强化，同时加入多种合金元素可强烈提高淬透性，细化钢的晶粒，从而获得高强度。

3）多阶段热处理，可充分发挥合金元素提高淬透性的作用，细化组织提高性能。

4）钢液净化，钢中的气体夹杂物降低钢的强度和韧性，通过精炼法使气体夹杂物含量降低，保持钢的高强度和高韧性。

9、说明ZCuZn40Mn3Fe1表达的内容，计算其锌当量，并判断其组织（锰和铁的锌当量系数分别为0.5和0.9）。答：ZCuZn40Mn3Fe1表达的内容：

铸造铜合金，黄铜，含铜56％、锌40％、锰3％、铁1％。

锌当量：X=[40＋(0.5×3＋0.9×1)]/[40+56+(0.5×3+0.9×1)]=43%

组织：β׀＋α

10、铸造碳钢中先共析铁素体的形态有哪几种？并简述魏氏体组织形态特征、形成条件及防止措施。

答：铸造碳钢中先共析铁素体的形态主要有三种，分别是粒状、条状、网状。

铸钢魏氏组织的特征：铁素体在奥氏体晶粒内部以一定的方向呈条状析出。

形成条件：中等含碳量的，冷却速度快，原奥氏体晶粒粗大。

生产中为避免和消除这种现象，常通过适当的热处理（退火或正火），使魏氏组织转变为粒状组织，从而提高钢的性能。