铸造合金原理及熔炼

铸造合金原理及熔炼一、名词解释l．铸铁：是C的含量大于2.14%或者组织中具有共晶组织，并含有较多Si.Mn.P.S杂质元素的铁碳合金。2．白口铸铁：少数C固溶于铁素体，其他以碳化物存在。3．灰口铸铁：c主要结晶成石墨，并呈片状形式存在于铸铁中，断口为暗灰色。4．球墨铸铁：铁水在浇注前经球化和孕育处理，C主要以球状形式存在于铸铁中。5．球化处理：向铁水中加入稀土镁合金（球化剂）。（其中镁是具有很强球化能力的元素）。球化剂的作用是使石墨呈球状析出。我国应用最广的球化剂是稀土镁合金。6．孕育处理：向铁水中加入硅铁合金（孕育剂）颗粒。孕育剂的作用是促进铸铁石墨化，防止产生白口，细化石墨。常用的孕育剂为硅的质量分数75%硅铁。7．蠕墨铸铁；是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的．由金属基体和蠕虫状石墨构成。8．可锻铸铁：是由白口铁经过退火而制得的一种高强度铸铁，白口铸铁中的渗碳体分解成团絮状石墨的灰口铸铁，性能优于灰铸铁，耐磨性和减震性优于普通碳索钢，可部分代替碳钢，合金钢和有色金属。9．奥氏体（A或γ）：碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体。晶格结构：面心立方晶格fcc。10．铁素体（F或α）：碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，晶格结构：体心立方晶格bcc。11.δ-铁素体：碳溶于δ-Fe中所形成的间隙固溶体。12．碳当量定义：将合金元素对共晶点碳量的影响折算成铸铁碳量的增减，折算后的值称之为碳当量，以CE表示。碳当量：CE=C+1/3(Si+p)13．共晶度：铁液实际含碳量和共晶点的实际碳量的比值为共晶度，以sc表示。共晶度：Sc=C/[4.26%-(Si+p)l/3l14．钢的腐蚀金属表面在周围介质的作用下逐渐被破坏的现象称为金属的腐蚀。15．化学腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学反应而引起的破坏，如高温下金属的氧化等。16．电化学腐蚀是指金属与电解质溶液发生电化学作用而使金属破坏的现象。17．耐热钢是指在高温下对氧化性气体具有抗氧化性的钢种。18．黑色金属：在工业生产中，通常把铁及其合金称为黑色金属。19．有色金属：把其他非铁金属及其合金称为有色金属。20．固溶强化：通过合金元素固溶于金属基体中，使晶格发生畸变，从而使塑性变形的抗力增加，合金强度和硬度提高的过程叫做固溶强化。21．时效强化（沉淀强化）：时效处理，又称低温回火。时效强化是指在网溶度随温庋降低而减少的合金系中，当合金元素含量超过一定限量后，淬火可获得过饱和固溶体。在较低的温度加热（时效），过饱和固溶体将发生分解并析出弥散相，引起合金强度、硬度升高而塑性下降的过程。它也被称为沉淀强化。22．自然时效是指时效强化在室温下进行的时效，通常需要较长的时间。23．人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效和过时效3种。24．过剩相强化：当过量的合金元素加人到基体中时，一部分溶人固溶体，而超过极限溶解度的部分则不能溶入，形成过剩的第二相，如铝硅合金中的硅相。过剩相强化主要利用较硬的过剩相来阻碍基体的变形，从而使合金强化，与时效强化有相似之处。25．变质处理：铸造合金的组织细化亦常称为变质处理26．淬火：工艺是将工件加热到足够高的温度，并保温足够长的时间，使强化相充分溶人固溶体，随后快速冷却（淬人水中或油中）的过程。27.时效：当铝合金通过高温下淬火形成过饱和固溶体后，再在一定温度下保温（或室温长时间放置）而使其强度、硬度升高的过程称为时效。28．紫铜：纯铜呈紫红色，故又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。29．青铜主要是CuSn台金，后来发展出一些代锡的铜合金，其组织和性能仍与锡青铜类似，称为无锡青铜，如铝青铜、铅青铜等。30．黄铜：以锌为主加元素的铜合金称为黄铜31．特殊黄铜：通常，Cu-Zn二元合金称为普通黄铜。以铜、锌为主要组元，再加人其他元素构成的合金，称为特殊黄铜32．锡汗：锡青铜有很强的枝晶偏析和反偏析现象，常在铸件表面渗出许多灰白色颗粒（富锡分泌物人在加工表面也常见到一些灰白色小点，俗称“锡汗”。33．焦炭：是将配制的煤在隔绝空气条件下，长时间（20h左右）高温（最高达1300℃左右）加热炼制而成的人工燃料。34．冲天炉熔化区：是指金属料块从开始熔化到熔化完毕这一段炉身高度范围。35．双联熔炼，即将冲天炉与电炉等其他熔化炉组合，冲天炉铁水经过其他熔炼炉升温及成分调接后才浇注。三、填空题1．蠕墨铸铁的蠕化剂为镁钛合金、稀土镁钛合金或稀土镁钙合金等。2．灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成。主要的金属基体形式有珠光体、铁索体及珠光体加铁素体三种。3．可锻铸铁种类；1）黑心可锻铸铁：KTH300-06：2)珠光体可锻铸铁KTZ450-06:3)白心可锻铸铁KTB380-124．获得合乎要求的白口铸铁是生产可锻铸铁的前提，所以选择好化学成分，保证铸铁浇铸后获得白口铁组织非常重要。5．石墨形态因结晶条件不同而有七种基本类型，即球状、团状、团絮状、蠕虫状、水草状、开花状和片状。在片状石墨中又可分为A、B、C、D、E、F六种形状。6．珠光体：奥氏体冷却到共析点以下即发生共析发应，一方面析出共析渗碳体，一方面转变为α-Fe，二者共同组成的共析体就是珠光体。7．渗碳体：由一个C原子和三个Fe原子组成的化合物Fe3C称为渗碳体。晶格结构：复杂正交。8．莱氏体：共晶反应时与奥氏体同时生长的渗碳体称为共晶渗碳体，它和共晶奥氏体形成的机械混合物称为莱氏体8．高温莱氏体：727℃以上，奥氏体与渗碳体，以Le表示。低温莱氏体：727℃以下，珠光体与渗碳体，以L'e表示。9．二元磷共晶：Fe3P+α-Fe:三元磷共晶：Fe3P+Fe3C+α-Fe。10．强化孕育条件，细化共晶团，控制磷共晶数量有可能得到断续网状磷共晶结构，既保持较高的强度又有较好的耐磨性。11．奥氏体中碳的脱溶：普通成分的铸铁，共晶转变后组织为含碳约2.10%的奥氏体加石墨。如继续冷却，奥氏体中的含碳量将减小，卧二次石墨的形式析出。12．目前各国使用的商业孕育剂和专利孕育剂的品种繁多，归纳起来可分两大类：石墨化孕育剂和稳定化孕育剂。13．现在我国生产的球墨铸铁普通用稀土硅铁镁合金作为球化剂，所以也称稀土镁球墨铸铁14．磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球墨铸铁的韧性。磷还增大球墨铸铁的缩松倾向。15．适用于球墨铸铁生产的优质铁液应该是高温，低硫、磷含量和低的杂质含量（如氧及反球化元素含量等）。16．在球墨铸铁生产中，除会产生一般的铸造缺陷外，还经常会产生一些特有的缺陷。主要有：缩孔及缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮及球化衰退等。17．根据铸态组织中有无自由渗碳体，而可分别采取高温石墨化退火和低温石墨化退火的两种方式。18．根据正火温度的不同，可分为高温完全奥氏体化正火以及部分奥氏体化正火。19．蠕虫状石墨是介于片状石墨及球状石墨之间的中问状态类型石墨，它既有在共晶团内部石墨互相连续的片状石墨的组织特征，又有石墨头部较圆、其位向特点和球状石墨相似的特征。20.蠕墨铸铁的化学成分与球墨铸铁的成分要求基本相似，即高碳、低磷。低硫，一定的硅、锰含量21．铸铁中石墨的润滑能力，与金属基体有关，与石墨的形状、尺寸和分布有关，还与摩擦面承载大小有关。22．一种优质抗磨材料应该在保证不破裂的前提下尽量提高耐磨性，因此要求材料有强韧性好的基体和足够数量的硬化相。23．材料在巨大的局部载荷作用下不损坏的关键是金属基体，只有强韧性特别好的基体才能够承受恶劣的工作条件，如马氏体、奥氏体，贝氏体都属于抗磨铸铁选择的基体。要避免铁索体、珠光体、石墨等显微组织存在。其次，要有足够数量的硬化相。24．铸钢材料的品种从普通碳钢、低合金钢至高合金钢。25．碳钢铸件热处理的目的是细化晶粒，消除魏氏体（或网状组织）和消除铸造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。26．纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4℃)，导电、导热性能优良。27．Al-Si系铸造铝合金，称硅铝明。其中ZL102(ZAlSi12)是含12%Si的铝硅二元合金，称为简单硅铝明．加入其他合金元素的铝硅铸造合金称复杂（或特殊）硅铝明。28．时效处理又分为自然时效及人工时效两大类。29．金属镁的密度（约1.7g/cm3小于铝，镁合金也比铝合金轻，密度约为锅台金的2/3。镁合金具有很高的比强度、比剐度和比弹性模量，且切削加工性能极好。30．影响冲天炉内焦炭燃烧过程的因素，主要是送人炉内空气的数量和质量用温度、含氧量等人焦炭的质量（灰分、块度）等。31.焦炭灰分含量不仅影响焦炭中固定碳含量及发热值大小，而且影响焦炭的燃烧速度。32．一般随焦炭块度增大，氧化带扩大，燃烧温度增高。33．空气温度对燃烧过程的影响一方面是空气带人的物理热，使反应的热量增大，从而提高燃烧温度。34。若风量不变、层焦用量增加时（焦耗增大）原来熔化一批金属炉料消耗的底焦少于补充的层焦，使底焦高度上升，但这样并不会造成底焦高度无限升高，经过3～5批料后，底焦高度会在一个新的高度上稳定下来，原因是层焦增多会使还原带增高，并使还原反应更充分，造成C2。含量降低，CO含量升高，燃烧系数ηv下降。35．当送风量增加时，燃烧速度加快，熔化一批料所消耗的底焦量增多，若层焦量不变时，必然造成底焦高度逐渐下降36．当送风量减少时，由于消耗的底焦量少于层焦补充量，底焦高度就会逐渐升高37.当底焦高度过低，使还原带高度减少到零时，这种平衡过程就无法再进行，冲天炉的熔炼过程就无法继续进行下去，生产中若出现这种情况时，必须立即打炉，否则会出现冻炉或结渣等严重事故。38．当焦耗过高而风量又不足时，可能出现底焦高度太高，使得还原带上部的温度低于还原反应的温度(1200℃)这时底焦顶面以上的金属炉料无法熔化，冲天炉的熔炼过程便出现暂时中断现象。39．预热区是指从加料口到金属炉料加热到平均熔点（一般取1200℃）为止的区间。40．过热区是冲天炉热交换最薄弱的环节。冲天炉的总热效率为35%左右，其中预热带热效率为50%—60%，熔化带为50%左右，但过热带的热效率仅为6%～8%。41．酸性冲天炉熔炼可能出现增硅现象，不可能出现增锰现象。42．碳作为铸铁的重要元素，在冲大炉熔炼过程中，既被O2，CO2和FeO氧化损失，又因焦炭中的碳向铁水溶解而增加。43．水冷冲大炉的关键结构是在冲天炉底焦区的钢板炉壳加冷却水套，形成水冷炉壁，其结构有内冷式和外冷式两种44．常用的双联熔炼有冲天炉一电炉（包括电弧炉、有芯工频妒、无芯工频炉）熔炼。45．冲天炉的预热及熔化的热效率高（约60%）但过热效率低（约7%）而电炉的过热效率高(60%)故冲天炉一电炉双联熔炼可晟大限度地降低能耗和成本，并获得高质量的铁水。46．常用的三相电弧炉结构主要由炉体、炉盖、装料机构、电极升降与夹持机构、倾炉机构、炉体开出机构、炉盖旋转机构、电气装置和水冷装置等部分构成。五、问答题1．可锻铸铁生产分两个步骤：第一步，先铸造纯白口铸铁，不允许有石墨出现，否则在随后的退火中，碳在已有的石墨上沉淀，得不到团絮状石墨：第二步，进行长时间的石墨化退火处理。将白口铸铁加热到900℃—960℃，长时间保温，使共晶渗碳体分解为团絮状石墨，完成第一阶段的石墨化过程。随后以较快的速度(100℃，h)冷却通过共析转变温度区，得到珠光体基体的可锻铸铁。若第一阶段石墨化保温后慢冷，使奥氏体中的碳充分析出，完成第二阶段石墨化，并在冷至720℃～760℃后继续保温，使共析渗碳体充分分解，完成第三阶段石墨化，在650℃—700℃出炉冷却至室温，可以得到铁素体基体的可锻铸铁。为了缩短时间，并细化组织，提高机械性能，可在铸造时采取孕育处理。孕育剂能强烈阻碍凝固时形成石墨和退火时促进石墨化。采用0.00l%硼、0.006%铋和0.008%铝的孕育剂，可将退火时间由70多小时缩短至30小时。2．石墨的结晶特点：在简单六方晶体中，碳原子是分层排列，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。容易形成片状石墨。3．Fe-C