铸造工程学铸造合金及熔炼
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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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。
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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(铸铁熔炼)
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
铸造合金及其熔炼特种性能铸铁.pptx
•
形成氧化膜Al2O3、形成单一F基体、
•
提高相变温度。
• 2、成分、组织
Al：2—6%（低），16—26%（高）
图4-30
F+G+铁铝化合物 硬度高、耐热
3、工艺特点：
熔制困难：Al密度小，偏析、氧化，烧损大、易 产生G漂浮等
第29页/共36页
• 2）与氧的亲和力大于铁
• 3）元素的氧化物与铁的氧化物互不溶解
•
稀土氧化物也很好，可以抗高温氧化
• 3、铸铁组织对氧化的影响
• G形状 QT>RuT>HT
• G大小，晶粒细，不利于内部氧化，
第26页/共36页
二、铸铁高温下生长
• 1、低于相变温度的生长（400-600 ℃）
•
P—F+G 膨胀生长
• 一、化学成分、组织特点
• 激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键， • 1、成分：C、Si • C调整硬度 （C多，渗碳体多） • Si调整深度 （ Si多，深度浅）石墨化
第7页/共36页
• 合金元素：
• 增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）
• 减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（Ti有问题）
•
强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）
•
取决于基体和M7C3
•
M7C3规则排列强度可达3100MP
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• 6、应用
• 球磨机，输送煤灰管道，工业杂质泵
•
表4-23
第22页/共36页
第四节 耐热铸铁
• 铸铁高温缺陷：
• 生长、氧化、机械性能下降 • 1、定义：抗高温氧化生长、具有高温强度、硬度的铸
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。
铸造合金及其熔炼---教学大纲
《铸造合金及其熔炼》课程教学大纲课程代码：050141002课程英文名称：Casting Alloy and Smelting课程总学时：56讲课：48实验：8上机：0适用专业：材料成型及控制工程专业大纲编写(修订)时间：2017、7一、大纲使用说明(一)课程的地位及教学目标《铸造合金及其熔炼》课试材料加工及控制工程专业的骨干课之一，本课程的教学目的是使学生掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握铸铁熔炼的基本原理，了解各种铸铁的生产方法及冲天炉的操作工艺，为获得合格的铸铁件奠定合金及熔炼方面的基础。
掌握铸造碳钢、低合金钢、高合金钢的化学成分、金相组织、力学性能的关系，掌握铸钢结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握合金元素在铸钢中的作用，掌握炼钢工艺特点，了解炼钢设备的基本构造。
掌握常用的铸造铝合金、铸造铜合金的成分、组织、性能及应用的关系，掌握合金的铸造性能及熔炼工艺原理的基础知识，常用合金及其典型熔炼工艺。
了解铸造镁合金、钛合金的基本知识。
(二)知识、能力及技能方面的基本要求(1).掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系的规律性，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，掌握常用合金元素的作用。
(2).了解孕育机理、球化机理及固态石墨化机理，了解各种铸铁的生产方法。
(3).掌握冲天炉熔炼的基本原理和获得高温优质铁水的途径。
(4).了解冲天炉的结构、操作工艺和熔炼过程的控制方法。
(5).全面、系统的讲授常用的铸造碳钢及铸造合金钢的牌号、化学成分、组织与性能，掌握铸铁结晶凝固的基本原理及结晶凝固过程对组织形成的影响，阐明铸态组织的形成机理和热处理方法。
(6).介绍国内外在铸钢材料方面的研究成果、发展方向及动态，以扩大思路，开阔眼界。
(7).讲授电弧炉炼钢及感应炉炼钢的工艺过程，阐明炼钢过程中各期主要的物理化学反应，对钢水质量和铸件质量的影响。
铸造合金及其熔炼(铸钢及其熔练)
铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
3）其它辅料 有氧化剂、还原剂 （脱氧剂）、增碳剂和造渣剂等。 电弧炉用的氧化剂有铁矿石和氧气； 还原剂有锰铁、硅铁、铝、焦炭等；增 碳剂有碎电极、焦炭及专用商品增碳剂； 造渣剂有石灰石、石灰和氟石等。 所有炉料应分类妥善保管，严防混 杂和潮湿。
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铸造工(高级)
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第三章 铸造合金及其熔炼
第三节 铸造非铁合金及其熔炼
一、铸造铜合金 1. 铸造青铜 （ 1 ）铸造锡青铜 锡青铜具有良好的耐磨性、耐蚀性， 同时还具有足够的强度和一定塑性，常用于制造耐磨和耐 蚀零件，如轴套、轴瓦和要求耐蚀的管配件、阀门、泵体 等。铸造锡青铜的锡的质量分数一般在4%～10%范围内。增 加锡量，使塑性下降而强度增高。锡量较高，易产生“锡 汗”。 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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铸造工(高级)
第三章 铸造合金及其熔炼
装料完毕，盖好炉盖，检查无误即可通电熔化。炉料的 熔化过程是电极下面的炉料先被熔化，形成三个熔井，随后 电极不断向下移动，炉料不断熔化，经15～25min即达最低位 置，形成三个小井，即所谓“穿井”。随着熔化的进行，炉 底钢液液面上升，电极也应相应地向上回升。于是电极周围 的炉料就会塌落下来，即所谓“塌料”。这样，炉料被逐渐 熔化。为加快熔化过程，可以人工用耙子将边缘离电极较远 而不易被熔化的炉料推到电极下面，这种操作称为“推料助 熔”。在炉内有一定钢液后，也可采取“吹氧助熔”的方法 来加速炉料的熔化。吹氧压力一般控制在0.5MPa左右。吹氧 管从炉门插入钢液内吹氧，但不能深入到炉底或靠近炉壁以 防损坏炉衬。 在熔化过程中，应造好炉渣。目的是为了覆盖钢液，避 免钢液直接暴露在电弧下而吸气和氧化，并在熔化期就能够 脱去一部分磷，同时可稳定电弧。
铸造合金及熔炼教学设计
铸造合金及熔炼教学设计1.引言铸造合金是一种常见的制造材料，它广泛应用于航空、汽车等行业。
铸造合金的制备过程需要进行熔炼、铸造和后处理等步骤。
为了能够更好地教授相关知识，特制定了本教学设计，希望能够对教学工作起到一定的指导作用。
2.重点内容2.1 铸造合金的制备铸造合金的制备需要进行熔炼和铸造操作。
在熔炼过程中，需要将原料放入熔炉进行预热。
当原料达到一定温度时，加入熔剂，并进行充分搅拌，使其达到融合状态。
在铸造操作中，需要将熔化的合金倒入模具中进行成型。
模具形状有很多种类型，例如：砂型、金属型等。
2.2 合金的后处理铸造合金制备好后，需要进行一些后处理操作以提高其性能。
具体操作包括：热处理、表面处理、清洗处理等。
其中热处理是重要的一步，通过加热和冷却来调节材料的晶体结构和力学性能。
2.3 实验操作为了能够更好地教授相关知识，我们可以设计一些实验来加深学生的理解。
例如：制备铸造合金和热处理过程。
在实验中，学生可以亲身体验相关操作，并深入理解相关物理原理。
同时，实验过程中还可以提高学生的动手能力和实践能力。
3.教学方法3.1 讲授法教师可以利用课堂时间，采用普通的讲授法，通过图像、案例分析、实验操作等多种形式，对合金铸造和热处理等知识点进行系统的讲解和阐述。
通过讲解对学生的认识和理解更加直观明了。
3.2 实践性教学法为了能够更好地提升学生的能力，我们应该给学生创造合适的环境和机会，让他们通过实践活动来探究相关知识点。
例如：组织形式各异的实验活动、课外实践等。
通过实践，使学生真正体验到铸造合金的制备过程，加深对相关知识的理解和掌握。
3.3 互动教学法现代教育注重互动，让学生参与感更强，教学效果也更好。
在传授知识的过程中，可以采用互动教学法。
学生能够通过小组讨论、技能竞赛、提问和回答等方式来促进和增强师生之间的交流。
4.教学评估与反思在过程中，对学生的理解和掌握情况应进行多方面评估，评估内容应包括：考试成绩、作业完成质量以及实践操作表现。
铸造工程学-铸造合金及熔炼
在铸造过程中，由于合金的收缩特性以及模具结构设计不当等原因，容易导致铸件出现缩孔与缩松缺 陷。这些缺陷会导致铸件局部强度和致密度下降，影响其机械性能和耐腐蚀性。
裂纹与变形
总结词
裂纹与变形是铸造合金冷却和加工过程中常见的问题，会导致铸件报废。
详细描述
在铸造过程中，由于冷却速度过快、模具设计不合理、浇注系统不当等因素，容易导致 铸件出现裂纹与变形缺陷。裂纹会导致铸件强度下降，变形则会使铸件无法满足精度要
熔炼的基本原理
熔炼是指将金属材料加热至熔点以上，使其成为液态，并加入所需的合金元素，通 过搅拌和化学反应等手段，使合金成分均匀混合的过程。
熔炼过程中，金属材料的熔点、密度、粘度等物理性质和化学性质都会发生变化， 这些变化对熔炼过程和产品质量产生重要影响。
熔炼过程中需要控制温度、压力、气氛等工艺参数，以确保合金成分的准确性和均 匀性，以及避免金属氧化、吸气等不良现象。
熔炼温度控制
严格控制熔炼温度，以保 证合金成分的均匀性和避 免烧损。
合金的熔炼与搅拌
通过搅拌和合金化处理， 确保合金成分均匀分布， 提高合金性能。
精炼与除渣
精炼
通过除气、去除非金属夹杂物等手段，提高合金的纯净度。
除渣
去除熔融金属中的熔渣和杂质，以保证铸件的质量和性能。
浇注与冷却
浇注
将熔融金属浇注入铸型中，形成符合要求的铸件。
熔炼技术的创新与改进
真空熔炼技术
利用真空技术进行合金熔炼，可 去除有害气体和杂质，提高合金
的纯净度和质量。
电渣重熔技术
通过电流作用下的熔渣进行二次熔 炼，使金属更加纯净和致密，提高 材料的机械性能。
定向凝固技术
使合金在凝固过程中保持一定的结 晶方向，提高材料的定向性能和机 械强度。
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G-石墨；Fe3C -渗碳体
铁碳合金双重相图中各组成相
• 纯铁碳二元系统相图的共晶点C′4.26（或C4.30）是一 个重要分界点，它决定了结晶时是先析出C相还是奥氏体 相，当有其它合金元素加入时，由于会出现相当于增加或 减少了体系中的含C量的效果，就会使体系结晶时的状况 发生变化，把体系中的实际C和合金元素的影响效能（折 算为正负C）相叠加，即为碳当量--CE。 CE=（4.26+0.31 Si +0.27 P+0.4S+0.74Cu-0.312Cr0.027Mn）
• 铸铁合金成分范围：C 2.4-4.0%, Si 0.6-3.0%, Mn 0.21.2%, P 0.04-1.2%, S 0.04-0.20%。过共晶白口铸铁含碳 量4.3%--6.69%。
• 铸铁是近代工业生产中应用最为广泛的一种铸造金属材料。 在一般机械制造、冶金矿山、石油化工、交通运输和国防 工业中，铸铁件约占整个机器质量的45-90%。
• 合金元素增C效果的本质是，可以在晶体构造中占据本 该由C元素占据的位置，因而起到了增加C同样的效果， 结晶时，也促进C的析出。
• 合金元素减C效果的本质是，与C有较强的生成化合物的 能力，相当于消耗了本该处于晶体构造中的C，因而起到 了减少C同样的效果，结晶时，降低C的析出。
• 需要注意：合金元素对铁碳合金结晶的影响暨可看成是对
仅含C,SiMn,P或少 150-400MPa，基
量合金元素
本无塑性
5元素或少量合金 400-900MPa，2元素，Mg≥0.03%， 20% RE ≥0.02%
基体+蠕虫状石墨
生坯：珠光体+莱氏体 退火后：基体+团絮状 石墨 基体+渗碳体
基体+片状或球状石墨
基体+片状或球状石墨
灰口（斑点 状断口） 生坯：白口 退火后：灰 口 白口
第3章 铸造合金及熔炼
• 参考书目
• 铸造合金及其熔炼，机械工业出版社。 • 铸造工程基础，北京大学出版社。 • 现代铸铁学，冶金工业出版社。
上图：渗碳体晶格结构
右图：初生渗碳体板片 状树枝晶
讲课内容
• 简述铸铁、铸钢及非铁合金的化学成分、 组织和性能，以及各种合金材料的熔炼方 法的理论及生产工艺基础知识。
＋0.312Cr＋0.027Mn）
• 此时实际体系的共晶点含C量=纯铁碳体系的C4.26与合金 元素对共晶点的影响叠加后计算出来。Sc＞1、SC=1、 Sc＜1分别表示过共晶、共晶、亚共晶成分。
典型铁碳合金的平衡凝固
3.1.1 铸 铁
• 铸铁是指碳含量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁 碳合金。
• 根据化学成份、冷却速度、形核能力等条件不同，片状石 墨可出现不同的分布及尺寸。一般形状分为6种，其形成 条件参见教材P78。
• 灰铸铁抗拉强度可以因含碳量的变化在100-400MPa间 ，可满足一系列不同用途。
• 灰铸铁的的发展趋势是：选择性能良好的孕育剂，在高 碳当量条件下得到性能优良的铸件。
• 课程以传输原理、物理化学、工程材料学 和材料成型原理与成形方法等课程为先修 课。
学习本课程要求学生
• 了解： • 常用铸造合金牌号、成分和典型组织； • 各种铸造合金成份、组织和性能之间的关系； • 常用的铸造合金熔炼工艺；
3.1 铸造合金的种类
• 铸造生产中很少采用纯金属，而是采用各种合金。其中有 铸铁、铸钢、铸铜合金、铸铝合金等，铸铁和铸钢是最重 要的品种。
• 从性能上看，具有灰铁和球铁的综合优点，抗拉强度、 屈服强度、疲劳极限、冲击韧性优于灰铁，而热传导性、 耐热疲劳性、切削加工性以及减振性又高于球铁。铸造性 能接近灰铁，成本较低，成品率高。
• 4）可锻铸铁--石墨形状为团絮状（热处理）
• 可锻铸铁的生产有其特殊性，是将白口铸件毛坯，在密 闭的中性炉内气氛条件下退火，使共晶渗碳体（Fe3C） 在高温下分解为团絮状石墨，再通过不同的热处理工艺使 基体组织成为铁素体或珠光体组织，得到黑心可锻铸铁。
• 铸铁种类很多。灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、 抗磨铸铁、耐热铸铁和耐腐蚀铸铁等。
铸铁分类及用途
类别
组织特征
断口特征 成分特征
性能特征
工 灰铸铁
程
结 构 件
球墨铸 铁
用
铸 铁 蠕墨铸
铁
可锻铸 铁
特 抗磨铸
殊铁
用 途 铸
耐热铸 铁
铁 耐腐蚀
铸铁
基体+片状石墨 基体+球状石墨
灰口
灰口（银白 色断口）
• 铸造有色合金通常市场上有配合好的合金供应，可直接购 买熔化后浇铸。
• 铸铁是由铸造生铁（Ｃ以片状石墨存在）为主材料加废钢、 合金原素熔制而成。
• 铸钢依据熔练设备不同，可由炼钢生铁（C以Fe３Ｃ存在） 或回用废钢单独或混合作主材料炼制。
钢铁生产加工概略图
铁-碳合金双重相图
铁-碳合金双重相图
• 2）球墨铸铁--石墨呈近似球状（稀土镁球化剂） • 以球状石墨最理想，也可以有少量的非球状石墨，如团
状、团絮状、蠕虫状等，与球化剂的质量和生铁中杂质的 含量关系密切。球墨铸铁中石墨对基体的分割作用较灰铁 大为削弱，所以强度大幅提高，几乎是从灰铁的最高值到 翻番（400-900）。
• 3）蠕墨铸铁--石墨形状介于片状和球状（少量球化剂）
合金液中C量的增（减）带来的，也可看成是对相图共晶
点含碳量的减（增）带来的，两者刚好相反。前一种表现
在CE值与C4.26相比：
•
CE＞4.26%时，过共晶成分
•
CE=4.26%时，共晶成分
•
CE＜4.26%时，亚共晶成分
后一种表现在共晶度Sc上：铸铁的实际含碳量与共晶点 实际含碳量的比值。
Sc＝C/C′ C′=（4.26－0.31 Si －0.27 P－0.4S－0.74Cu
灰口
灰口
同球墨铸铁，但 Mg，RE可稍低
低碳，低硅，铬 <0.06%
介于球铁，灰铁之 间
3含量合金元素 有Si，Al，Cr系
主要合金元素Si， Ni含量高
高抗磨性能，韧度 较低
高的耐热性及抗氧 化性能，但强度较 低，较脆
高的耐腐蚀性能
• 1）灰铸铁--石墨呈片状（75SiFe孕育）