铸钢件材料及其熔炼
铸钢件材料及其熔炼1铸造碳钢我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。
表1列出铸造碳钢的国家标准中，关于钢的牌号，化学成份和机械性能的要求，牌号中的“ZG"表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。
铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低于0.04%的特质(Ⅰ级)钢;低于0.05%的优质(Ⅱ级)钢.低于0.06%的为普通（Ⅲ级）钢。
表1 铸造碳钢的牌号、化学成分及机械性能一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。
对钢中的基本化学成分只规定其质量分数的上限，对钢中残余合金元素的限制比较宽。
2铸造低合金钢2.1 通用铸造低合金钢系列钢种在机械制造中，通用的铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。
这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。
1）锰系低合金钢以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。
2）铬系低合金钢以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。
3）镍系低合金钢以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。
2.2 具有特殊性能和用途的低合金钢种根据对铸件提出的特殊使用性能要求，进行钢的合金设计，即是有专门用途的铸造低合金钢种，其中包括用于厚大截面而又不允许淬火处理的析出强化型低合金钢，耐热用低合金钢，低温用低合金钢以及抗磨用低合金钢等。
3 铸造高合金钢在铸造高合金钢中，加入有合金元素总量在10%（质量分数）以上，加入的合金元素可以是一种，两种，或更多种。
钢中含有大量合金元素后，组织发生了根本的变化。
使得钢具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奥氏体高锰钢，具有很高的抗冲击磨损的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奥氏体不锈钢，具有很好的耐腐性能等，因此，高合金铸钢实际上是特种铸钢。
与特种铸铁相比，高合金铸钢具有更高的性能，特别是机械性能，如高铬抗磨白口铸铁，虽有很高的抗磨性，但其韧性则较差，不适于在高冲击力的作用下工作，而高锰钢则既有很高的抗磨性，又有很高的冲击韧性，能经受高冲击磨损。
又如高硅铸铁在酸类公质中有强而蚀性，但其强度很低，极易脆裂。
而奥氏体不锈钢则既具有而蚀性，又有较高的强度和很高的冲击韧性，适用于经受冲击或震动条件下的耐蚀铸件，如而酸泵的旰轮等。
再如高铬铸铁虽有很高的耐热性，但也是低强度、高脆性的材料，而高铬镍钢和铬锰氮钢则具有很高的强度和韧性。
因此，高合金铸钢比特种铸铁更适合于在重载荷、冲击和震动条件下工作的机器零件，比特种铸铁具有更大的可靠性和安全性。
由于高合金钢中含有大量合金元素，故在铸造性能、焊接性能以及切削加工性能方面均比碳钢和低合金钢差。
在铸造性能方面，每种高合金钢均有其特点，生产上需要根据其铸造性能特点来制定相应的铸造工艺。
在焊接方面，一般需要使用特定的合金焊条。
有些钢种焊接时还需要采取惰性气体保护，必在时还需要在焊前进行铸件预热和在焊后进行的改善焊接部位组织以及消除焊接应力的热处理等。
在切削加工方面，由于高合金钢种硬度很高，有的钢种韧性很强，以至于用加工一般碳钢及低合金所用的刀具和切削工具，不能进行加工，而必须采用特定的刀具切削工艺。
3.1 铸造抗磨钢（高锰钢）在铸造抗磨钢中，高锰钢是最通用的一种。
高锰钢中锰的公称含量为13%（质量分数），牌号为Z GMn13，钢经过热处理后具有单一奥氏体组织，韧性很好，但硬度并不高，但这种奥氏体有加工硬性，铸件在工作中经受强烈的冲击或挤压时，其表面层组织发生加工硬化，硬度大为提高，因而具有很高的抗磨性。
3.2 铸造耐蚀钢（不锈钢）铸造耐蚀钢的钢种很多，但基本上都以铬作为耐蚀的主要合金元素。
依照化学成分和组织可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两类。
1）铬不锈钢铬不锈钢的公称含量为13%，是不锈钢钢种当中含铬量最低的一种。
Cr13型钢是一个系列，按照钢含量不同而分为五种钢号，即0Cr13，1Cr13，2Cr13，3Cr13和4Cr13。
作为铸造不锈钢使用的是耐蚀性较好的ZG 0Cr13和ZG1Cr13两种。
2）铬镍不锈钢铬镍不锈钢中铬的公称含量ωcr=18%，其耐蚀性能优于Cr13钢。
3.3 抗磨耐蚀合金钢（不锈钢）由于水力发电和其它工业的需要，近年来国内外发展了抗磨耐蚀合金钢，其中典型的是用于制造水轮机转子和单浆叶片所用的铬镍钼马氏体不锈钢和析出硬化型铸造不锈钢。
抗磨耐蚀不锈钢也是以铬为主要耐蚀合金元素的，为了使钢具有高硬度，应使钢具有马氏体组织。
为此在钢中添加镍和钼，以便在铬镍的联合作用下，使钢具仍很高的淬透性，从而使大型厚壁铸件能在油淬或空泠条件下，得到沿全断面厚度的马氏体组织。
在析出硬化型不锈钢中，由于有弥散硬化相在马氏体基体上析出，因而更进一步提高了钢的硬度和抗磨性。
为了保证有良好的耐蚀性和焊接性，这类钢中碳的质量分数比较低，一般在0.1%以下。
3.4 铸造耐热钢耐热用低于合金钢在400℃以下的温度具有抗氧化性，并能保持其强度，但在更高的温度下具有耐热性，就需要用高合金钢。
钢的高温性能包括抗氧化性及热强性两个方面，抗氧化性是钢在高温下具有对气体介质的氧化腐蚀的稳定性，热强性则是钢在高温下能长期保持承受机械负荷的能力。
高温下使用的钢种即按照这两种性能而分为两类。
1）耐热不起皮钢（抗氧化钢），这是在高温下具有良好的抗氧化性的钢，但对钢的高温强度无严格要求。
2）热强钢，这是在高温下既具有良好的抗氧化性，又能长期保持高强度的钢。
生产上所用的耐热温度在800℃以上的钢有铬耐热钢、铬镍耐热钢、铬锰氮耐热钢和铝锰耐热钢等四大类。
3.5 铸造热强钢1）钢在高温下的强度及热强性钢在高温下受力时，发生两种现象，即软化和蠕变。
软化的表现是强度降低，而塑性升高。
蠕变的表现是钢在高温下受力时，在应力不变的条件下，其变形量不断增长，直至最后断裂。
2）低体热强钢热强钢通常按其金相组织而分为珠光体型、马氏体型和奥氏体型。
前两种含的强化元素较少，热强性较差，一般用于600℃以下的温度。
奥氏体能固溶大量合金元素，有利于提高钢的热强性。
因此，在60 0。
C以上的温度使用的热强钢，基本上都是奥氏体型在更高温度（800℃以上）使用的热强性材料已不是钢（铁基合金），而是镍基合金或钴基合金了。
4铸钢的熔炼4.1 炼钢的目的和要求炼钢的目的和要求包括以下四个方面：1）将炉料熔化成钢液，并提高其过热温度，保证浇注的需要。
2）将钢液中的硅，锰和碳（治炼合金钢时，还包括有合金元素）的含量，控制在规则范围以内。
3）降低钢液中的有害元素硫和磷，使共含量降低到规定限度以下。
4）清除钢液中的非金属夹杂物和气体，使钢液纯净。
4.2 炼钢的方法，特点和应用1）电弧炉炼钢电弧炉的基本构造如图1所示。
利用电弧产生的热量来熔化炉料和提高钢液过热温度。
由于电弧炉不用燃料燃烧的方法加热，故容易控制炉气的性质。
可按照冶炼的要求，使之成为氧化性或还原性。
电弧炉成为在铸钢方面应用最普遍的炼钢炉。
2）感应电炉炼钢炼钢采用无芯感应电炉，其工作原理和构造铸铁的电炉相同。
炉体结构与外观如图2所示，主要包括感应器和坩埚两部分。
但由于炼钢需要消耗更多的热量，故在输入功率方面比同样容量的熔炼铸铁用炉大。
炼钢用的感应电炉依炉子容量（坩埚直径）的不同而采用不同的频率，容量在10kg左右的用高频（1 0000Hz以上），容量从100~500kg的用中频（1000~3000Hz），而容量在500kg以上的感应电炉采用工业用电频率（50Hz）。
3）平炉炼钢平炉的构造如图2所示。
用煤气或重油作燃料，与预热送风相混合，进行燃烧，产生的火焰直接喷射在炉料上，进行加热和熔化，由于是靠火焰加热，故炉气呈氧化性，炼钢过程中元素烧损较电炉重，平炉的容量大，一般自几十吨至数百吨，适用于浇注重型铸件。
4）钢包精炼炉用电弧炉熔化炉料，然后将钢液倾入钢包精炼炉中（图3），用氩气进行吹炼，能有效地清除钢液中的气体和夹杂物，提高钢液的质量。
在钢包精炼炉基础上发展起来的氩氧脱碳（AOD）法和真空氩氧脱碳（VOD）法是冶炼高纯净度钢液，特别是低碳的高纯净度钢液的先进方法，特别适用于生产高强度钢、超高强度钢等钢种。
图1 炼钢电弧炉结构示意图1-倾炉液压缸 2-倾炉摇架 3-炉门 4-熔池 5-炉盖 6-电极 7-电极夹紧器 8-炉体 9-电弧 10-出钢槽图2 感应电炉炉体结构和外观1-水泥石棉盖板 2-坩埚 3-感应线圈 4-水泥石棉防护板 5-耐火砖底座 6-铝制边框图3 钢包精炼炉示意图1－氩气瓶 2－减压阀 3－耐压橡皮管 4－活接头 5－透气塞 6－盛钢筒支架铸铁是含碳量大于2.11或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。
工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁一碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。
铸铁的成分范围大致为：C2.4-4. 0%,Si0.6-3.0%,Mn0.2-1.2%,P 0.1-1.2%,S 0.08-0.15%。
有时还加入各种合金元素，以便获得具有各种性能的合金铸铁。
根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。
而灰铸铁中又可根据石墨的形态不同而分为普通灰铸铁，蠕虫状石黑铸铁，球黑铸铁以及可锻铸铁。
5 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6 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。
铸造合金及其熔炼---第8章 铸造高合金钢
Cr2C3溶解,而TiC不溶解,
保温,可消除Cr2C3 .
6、耐蚀性
对硝酸等氧化性酸,耐蚀性好.
对硫酸耐蚀性差,不耐碱.
措施：加入Mo、Cu提高
三、合金元素对钢组织的影响
按对组织的影响,合金元素可分为两大：
以Cr为主形成F元素：
Cr当量=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb
4、性能：强度高 可达1548MP
5、应用：水轮机叶片
第五节 铸造耐热钢
一、钢在高温下氧化和抗氧化性
1、氧化：氧化过程 图8-17、18
Fe2O3层比容小于邻近的Fe3O4,
所以剥落,不断形成氧化.
2、抗氧化：
加入Cr、Si、Al 可以
形成稳定的氧化膜
二、常用几种铸造耐热钢
1、铬钢
随含铬量增大,抗氧化性提高 图8-19
措施：碱性涂料,小铸件,可采用湿沙型.
第三节 铸造不锈钢
一、不锈钢及耐蚀原理 表8-2
1、形成氧化保护膜
2、形成单相组织
3、提高基体的电极电位
二、铸造铬镍不锈钢的化学成分及性能
1、成分：Cr18、Ni9、C﹤0.12%
2、组织：平衡态,A+F+碳化物
铸造态, A+碳化物 图8-11
3、热处理：固溶处理,形成A,1050-1100℃,
4、性能：具有良好的塑性、韧性 图8-12
5、常存缺陷：晶界贫铬,降低耐蚀性 图8-13
1〕原因：形成碳铬化合物,降低含铬量
2〕措施：①降低含碳量〔尽可能〕.
②加入Ti、Nb碳化物形成元素,
避免产生铬碳化物.
③热处理,加热至850-900℃,
5、应用：是用大断面、形状复杂零件.
铸钢件材料及其熔炼
铸钢件材料及其熔炼1铸造碳钢我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。
表1列出铸造碳钢的国家标准中，关于钢的牌号，化学成份和机械性能的要求，牌号中的“ZG"表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。
铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低于0.04%的特质(Ⅰ级)钢;低于0.05%的优质(Ⅱ级)钢.低于0.06%的为普通（Ⅲ级）钢。
表1 铸造碳钢的牌号、化学成分及机械性能一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。
对钢中的基本化学成分只规定其质量分数的上限，对钢中残余合金元素的限制比较宽。
2铸造低合金钢2.1 通用铸造低合金钢系列钢种在机械制造中，通用的铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。
这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。
1）锰系低合金钢以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。
2）铬系低合金钢以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。
3）镍系低合金钢以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。
2.2 具有特殊性能和用途的低合金钢种根据对铸件提出的特殊使用性能要求，进行钢的合金设计，即是有专门用途的铸造低合金钢种，其中包括用于厚大截面而又不允许淬火处理的析出强化型低合金钢，耐热用低合金钢，低温用低合金钢以及抗磨用低合金钢等。
3 铸造高合金钢在铸造高合金钢中，加入有合金元素总量在10%（质量分数）以上，加入的合金元素可以是一种，两种，或更多种。
钢中含有大量合金元素后，组织发生了根本的变化。
使得钢具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奥氏体高锰钢，具有很高的抗冲击磨损的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奥氏体不锈钢，具有很好的耐腐性能等，因此，高合金铸钢实际上是特种铸钢。
常用铸造合金及其熔炼
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Fe -C合金结晶过程中为什么一般形成Fe -Fe3C 而不是Fe - G ？ 从热力学上，G比Fe3C要稳定； 从动力学上，渗碳体的成分与铁液更接近，
Fe的排列与A也有相似之处。
因而，A中析出渗碳体较易形核，而G的晶体 结构与A相差较大，不易从A中形核和长大。
铁碳合金中，C以何种形式存在取决于化学成 分和冷却速度。
同一层上的原子间距小 (0.142nm),结合力强
层间原子间距大 (0.340nm)结合力弱
0.340nm 0.142nm
容易形成片状石墨
石墨的晶体结构
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力学性能
Fe3C 硬而脆, 硬度800HB，能轻易划破玻璃， 塑性几乎为零。
G 抗拉强度约为20MPa 、 伸长率和韧性几乎为零， 硬度仅为3HB。
铁矿石→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
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。
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铁－碳双重相图
2024年铸钢件的安全生产技术（三篇）
2024年铸钢件的安全生产技术对于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件，需要采用铸钢件。
铸钢件的产量仅次于铸铁，约占铸件总产量的15%。
一、按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。
其中以碳素铸钢应用最广，占铸钢总产量的80%以上。
1、碳素铸钢一般的，低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差，仅用于制造电机零件或渗碳零件；中碳钢ZG25～ZG45，具有高于各类铸铁的综合性能，即强度高、有优良的塑性和韧性，因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等，是碳素铸钢中应用最多的一类；高碳钢ZG55的熔点低，其铸造性能较中碳钢的好，但其塑性和韧性较差，仅用于制造少数的耐磨件。
2、合金铸钢根据合金元素总量的多少，合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。
(1)低合金铸钢，我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。
如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。
用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件，而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。
(2)高合金铸钢，具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。
如高锰钢ZGMn13，是一种抗磨钢，主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件，如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等；铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等，对硝酸的耐腐蚀性很高，主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。
二、铸钢的铸造工艺特点铸钢的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差。
因为铸钢的熔点较高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大，其体收缩率为10～14%，线收缩为1.8～2.5%。
为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷，必须采取比铸铁复杂的工艺措施：1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇不足，铸钢件的壁厚不能小于8mm；浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大；采用干铸型或热铸型；适当提高浇注温度，一般为1520～1600℃，因为浇注温度高，钢水的过热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。
铸造合金及其熔炼-铸钢、有色
1.2 近年来铸钢生产技术水平发展状况 近年来国内外在铸钢生产技术水平方面有很大的提高， 近年来国内外在铸钢生产技术水平方面有很大的提高，主要表现在以下几 方面。 方面。 (1) 铸钢的性能不断提高，品种日益齐全：碳钢 合金钢 低合金高强度 铸钢的性能不断提高，品种日益齐全：碳钢→合金钢 合金钢→低合金高强度 铸造高合金钢。 钢 →铸造高合金钢。 铸造高合金钢 (2) 采用炼钢新技术，提高钢液质量：采用炉外使钢的性能大幅提高，出现 采用炼钢新技术，提高钢液质量：采用炉外使钢的性能大幅提高， 了高强度、超高强铸钢。 了高强度、超高强铸钢。 (3) 控制钢的结晶过程，改善铸态组织：一次结晶的控制，改善铸钢组织、 控制钢的结晶过程，改善铸态组织：一次结晶的控制，改善铸钢组织、 ↑ 性能（孕育处理、微量元素合金化 细化钢的晶粒、改善铸态组织）。 性能（孕育处理、微量元素合金化→细化钢的晶粒 改善铸态组织 细化钢的晶粒、 组织）。
School of Materials Science and Engineering
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2.2 铸造碳钢的结晶过程和铸态组织 1、结晶过程 、 以亚共析钢为例介绍钢的结晶过程 （1）一次结晶：当钢液温度降至 ）一次结晶： 液相线(AB)时，有高温铁素体(δ-Fe) 时 有高温铁素体 液相线 析出。温度下降至包晶温度时， 析出。温度下降至包晶温度时，发生 包晶转变，生成奥氏体。温度继续下 包晶转变，生成奥氏体。 区时， 降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢 穿过 区时 液中析出， 液中析出，此析出过程进行到固相线 (JE)温度为止，结晶完毕进入γ相区， 温度为止，结晶完毕进入 相区 相区， 温度为止 相区， 粒化 树枝晶→等轴晶 粒化， 等轴晶。 在γ相区，γ粒化，树枝晶 等轴晶。 相区 （2）二次结晶：当温度下降至 线 ）二次结晶：当温度下降至GS线 线之间的区域时， 与PS线之间的区域时，有先共析铁素 线之间的区域时
碳素铸钢熔炼熔炼工艺技术
碳素铸钢熔炼熔炼工艺技术
碳素铸钢是一种重要的金属材料，广泛应用于机械制造、船舶建造、桥梁建设等领域。
其性能取决于合金元素的含量和熔炼工艺技术。
在生产过程中，通过优化熔炼工艺，可以获得优质的碳素铸钢。
碳素铸钢的熔炼工艺主要包括原料选用、炉料配比、熔炼炉型、熔炼温度等环节。
首先是原料选用，要选择优质的生铁、废钢等原料，保证合金元素的含量符合要求。
其次是炉料配比，要根据碳素铸钢的品种和要求确定不同的配比比例，确保合金元素的均匀分布。
再者是熔炼炉型，常用的熔炼炉有电炉、高炉、转炉等，不同的炉型适用于不同规格的碳素铸钢。
最后是熔炼温度，要控制好炉内温度，保证熔炼过程充分进行，同时避免合金元素的挥发和氧化。
在碳素铸钢的熔炼过程中，需要遵循以下原则：一是保持炉内通风，减少氧化反应产生的氧化物；二是控制熔炼时间，避免合金元素的蒸发和过度燃烧；三是控制熔炼温度，加入助熔剂提高熔化性能，保证合金元素的均匀溶解；四是加入脱氧剂，消除氧化物，提高碳素铸钢的抗氧化性能。
碳素铸钢的熔炼工艺技术是一个复杂的过程，需要熔炼工人具备丰富的经验和技术。
在实践中，通过实验室检测和生产控制，可以不断改进工艺流程，提高碳素铸钢的质量和生产效率。
同时，加强设备维护和人员培训，确保熔炼设备正常运行，提高工作效率。
总的来说，碳素铸钢的熔炼工艺技术是一个综合性的技术领域，需要对原材料、炉料、炉型、温度等方面进行全面考虑，保证碳素铸钢的质量。
只有不断改进和创新，才能使碳素铸钢在工业领域中得到更广泛的应用和发展。
铸钢的熔炼技术与规范PPT课件
2. 铸造工艺特点
（1）铸钢件的结构设计要合理 （2）浇注系统的开设 正确引导钢液入型是防止铸件产生裂纹和缩孔的有效办法。开设浇注系 统时要明确铸件的凝固顺序。
3. 铸钢件用造型材料
（1）铸钢件干型用砂 铸钢件造型时，型砂一般分为面砂和背砂。采用砂粒较细的面砂，型砂塑性 好，可得到较光洁的铸件，而背砂使用较粗的砂粒可以提高透气性，还可以降低 成本。 （2）铸钢件湿型用砂 有些小型铸钢件可以采用湿型铸造。 （3）铸钢件用芯砂 要提高铸钢件的表面质量，除了要求芯砂有高的耐火性外，还要增加它的退 让性，不易出砂的型芯可采用油砂。
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（4）铸钢用涂料 铸钢干型涂料一般采用石英粉；重型铸钢件可采用铬矿粉。
二、铸钢熔炼用原材料
1. 耐火材料
（1）炉衬材料 炼钢炉炉衬的耐火材料有碱性、酸性和中性三种。 （2）黏结剂 炉衬材料的黏结剂有焦油、沥青、卤水、硼酸和水玻璃。
2. 炉料
（1）钢铁材料
（2）铁合金
（3）造渣材料
（4）氧化剂
（5）脱氧剂和增碳材料
（4）氧化期 炼钢过程中进行硅、锰、磷和碳等元素氧化反应的阶段叫氧化期。 （5）还原期 还原期的主要任务是: 造好还原渣，对钢液进行脱氧、脱硫，调整化学成 分，控制好出钢温度。 （7）出钢 出钢时要求钢液流柱要粗，不能散流，将钢液和钢渣全部倾入盛钢桶中， 然后在钢液表面盖上保温材料。
4.评分标准 评分标准见下表。
图8-16 三相电弧炉结构
（1）炉体 炉体是电弧炉的主要部分，它的外壳由钢板焊成，内部用耐火材料砌筑而成。 （2）炉盖 炉盖是用钢板焊成的炉盖圈(空心的，内部通水冷却)，在圈内用耐火砖砌筑。 （3）电极升降机构 电弧炉中的电极上升与下降一般是自动控制的，电极升降的自动控制系统由 电气部分和电极升降机构两部分组成。 电极夹持机构一般用弹簧固紧的夹板或螺栓固紧的夹板夹持电极。
铸钢及其熔炼
4 铸造碳钢结晶过程的特点： 4. 铸造碳钢结晶过程的特点
4）A区特点 铸造碳钢——A粒化，无枝晶； 铸造合金钢——有枝晶。
2-16
5* 碳钢结晶对其铸造性能的影响 5*.
1）流动性： 定义：钢液充填铸型的能力称为流动性。用螺旋试样测 定义 钢液充填铸型的能力称为流动性 螺旋试样测 定。 零流动线：钢液在注入铸型后开始冷却并析出固相树枝 晶，当钢液的20%重量凝固成固相时，钢液停止流动。 真正流动性——同一过热度下（零流动线温度之上）； 实际流动性——同一浇注温度下。
先加Mn-Fe Mn Fe 后加Si-Fe
Al-Mn-Si Al Mn Si 或Si-Ca
流动性（螺旋试 样，mm）
65
140
150-180
2-21
讨论：原因：对氧的亲和力：Mn <Si<Al
①先加Mn-Fe后加Si-Fe Si ： 则先生成MnO，后生成SiO2，然后互相作用生成 MnSiO3——低熔点，呈球状，容易集聚上浮，去除。 ②先加Si Si-Fe Fe，后加Mn Mn-Fe Fe： 则先生成大量SiO2，加Mn-Fe后只生成少量MnO，最 后也只有少量MnSiO3 ，而大量的SiO2以固态尖角形 质点存在于钢液中，不易积聚，尺寸小，成为夹杂。 ③复合脱氧剂（Al Al-Mn-Si Mn Si，Si Si-Ca Ca）：更易形成复合 低熔点盐。
2-19
影响因素
（2）钢液中的气体和夹杂物： 气体↑，夹杂物↑ →流动性↓ ① 脱碳处理越好→ 气体、夹杂上浮，清理越彻底 气体 夹杂上浮 清理越彻底 →流动性↑ ② 脱氧操作越合适→流动性↑
20
例：脱氧操作对钢水流动性影响
Si Fe 脱氧剂种类及加 先加 Si-Fe 入次序 后加Mn-Fe
铸钢合金的熔炼电弧炉炼钢项目
教学重点： 电弧炉炼钢的工作原 理 教学难点：电弧炉炼钢的工作原理
铸钢合金的熔炼——电弧炉炼钢
铸钢合金的熔炼发展源远流长，并且广泛应 用于各个领域，是由于铸钢件具有许多优点。 铸钢件的优点之一是其具有设计的灵活性。 设计人员可根具铸件的形状和尺寸有最大的 选择设计的自由，对于形状复杂、特别是截 面中空的零件，可采取组芯的方法来制造。 从图样到成品转化速度快，有利于快速报价 和缩短交货期。最小的应力集中系数、形状 和质量的完善化设计以及整体结构性最强等， 都体现铸钢件设计的工艺优势和灵活性。
任务1.1电弧炉炼钢的工作原理
电弧炉炼钢是铸钢生产中应用最广泛的 炼钢方法。这种方法是利用电极与金属炉 料之间放电产生的电弧所发出的热量来熔 化固体炉料，使钢液过热，从而实现冶炼 目标。
任务1.2 三相电弧炉的基本结构
1.2.1电弧炉的 构造概述
1—升降电极液压缸；2— 提升炉盖支承臂；3—电 缆；4—升降电极立柱； 5—电极支承横臂；6—提 升炉盖液压缸；7—电极 夹持器；8—拉杆；9—滑 轮；10—提升炉盖链条； 11—炉盖；12—炉体； 13—倾炉液压缸；14—出 钢槽；15—月牙板；16— 支承轨道；17—1号电极； 18—2号电极；19—3号电 极；20—转动炉盖机构
铸钢合金的熔炼——电弧炉炼钢
其二、铸钢件冶金制造适应性和可变性最强，可以选择不 同的化学成分和组织控制，可适用于各种不同用途的工程 要求。可以通过热处理工艺选择较大范围铸钢件的力学性 能和使用性能，并且具有良好的焊接性和加工性。 其三，铸钢件的重量可在很大范围内变动。小者可以是重 量仅几十斤的的容模精密铸件，而大型铸钢件可达到几吨、 几十吨、几百吨的重量。 其四、铸钢材料的各向同性和铸钢件整体结构性强，提高 了工程可靠性。再加上铸件重量减轻的设计与交货期短， 在价格和经济性方面具有竞争优势。
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。