铸造合金及熔炼思考题

第一篇铸造有色合金及其熔炼思考题及参考答案1.基本概念：屈服强度、抗拉强度、固溶强化、时效强化屈服强度就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；固溶强化是指形成固溶体使合金强化的方法；时效强化是指通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，造成的强化。2.金属材料的强化机制主要有哪些，对强度和塑性有什么影响？晶界强化、固溶强化、分散强化、形变强化、复合强化。形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。3.铸造合金的使用性能有哪些？机械性能、物理性能和化学性能4.铸造合金的工艺性能有哪些？铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能5.基本概念：变质处理、机械性能的壁厚效应所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善合金机械性能。这种随铸件壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。6.铝硅合金进行变质处理的原因及方法？原因：铝硅合金中的硅相在自发非控制生长条件下会长成粗大的片状，这种形态的脆性相严重割裂基体，大大降低合金的强度和塑性，为了改变这种状况，必须进行变质处理。方法：生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。7.镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能的影响？1）镁：少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。8.Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。9.稀土在铝合金中有什么作用？主要作用是提高铝合金的耐热性，同时还具有一定的变质作用。10.铝铜类合金的室温机械性能和耐热性很高，而铸造性能差，且抗腐蚀性特别低的原因？铝铜合金是最典型最重要的时效强化型合金，因此它有很高的室温机械性能；铝铜类合金具有较高的共晶温度，α基体的固溶度在350℃以下变化很小，加入一些难熔元素利于形成成分结构均复杂的第二相，这些相成分区很窄，热硬性很高，因此铝铜类合金具有较高的耐热性；铝铜合金的结晶温度范围较宽，并且液态粘度随铜含量的增加而上升，因此铝铜合金的铸造性能差；铜和铝的电极电位差大，容易引起电化学腐蚀，因此铝铜合金的抗腐蚀性低。11.Al-Mg合金铸件的机械性能壁厚效应大的原因及防止措施？由于铝镁二元合金的结晶温度范围很大，铸态组织中共晶体量较少，镁增大液态粘度，此类合金的铸造性能不好，因此其机械性能壁厚效应大。防止措施：1）熔炼和铸造时采取特殊的保护措施，防止合金氧化；2）加入少量的铍，提高合金的抗氧化性；3）细化晶粒12.铝合金热处理的目的是什么？1）改善合金的组织和亚结构，实现固溶强化和时效强化，充分提高机械性能。通过它还能改善合金的切削加工性能；2）消除铸造或冷加工引起的内应力；3）稳定铸件的组织和形态、尺寸、防止因高温引起合金相变产生体积膨大现象；4）消除偏析，改善合金的组织和性能。13.如果让你设计一种耐磨、耐热铝合金，请你指出该合金的主要成分和熔炼时需注意的要点，说明理由。采用共晶或过共晶铝硅合金，因为共晶及过共晶铝硅合金中含有大量共晶和初生硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。同时为了提高该合金的耐热性，还可以向合金中加少量的铜或稀土元素，因为铜和稀土都可以提高合金的高温强度；还可以加入少量的镁，使合金可热处理强化，提高室温性能；加入少量的锰，抵消铁的有害作用，也能改善高温强度。由于合金中含有大量的初生硅和共晶硅，因此在熔炼过程中，必须进行变质处理，改变合金的结晶组织，从而改善机械性能。14.基本概念：变质潜伏期和炉料遗传性许多变质元素加入铝液后，此保持时间称为变质潜伏期；所谓遗传性，就是质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽然经过正常的熔炼工艺处理仍无改善。15.铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？原因何在？铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高，铸件针孔越多。因为氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针孔的形成。16.浮游法精炼的基本原理和方法。原理：在铝液中吹入气体或产生气体，利用气泡在铝液中的浮升，将氢及夹杂排出液面。因为铝液内气泡中氢的分压起始为零，溶解氢按西华特定律不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。精炼方法：包括氯盐精炼、硝酸盐精炼、吹惰性或活性气体精炼等。17.铸造铝合金熔炼用熔剂的分类和作用？1）覆盖熔剂只起隔离保护作用；2）覆盖精炼熔剂兼有保护和精炼作用18.精炼效果检验的内容和方法？1）气体含量的检验（观察针孔度、观察减压凝固试样、气相色谱法、真空测气仪）；2）氧化夹杂的检测（Al2O3等氧化物夹杂常用溴—甲醇法的化学方法测定）19.影响变质处理效果的因素有哪些？1）冷却速度；2）变质潜伏期；3）变质衰退；4）变质合金中元素的相互作用20.铸造镁合金有什么特性？优点：1）密度小、质量轻；2）比强度和比刚度高；3）良好的导热导电性能；4）良好的电磁屏蔽能力；5）优良的阻尼减振性能；6）良好的压铸成型及塑性加工性能；7）疲劳强度比铝合金高；8）摩擦时不产生火花、无毒性；9）易于回收和切削加工。缺点：1）抗蚀性较差；2）镁合金的熔炼和铸造均需采用专门的防护措施。21.铸造镁合金分为哪几类？1）标准类铸镁合金（Mg-Al-Zn系合金）；2）高强度类铸镁合金（Mg-Zn-Zr系合金）：3）耐热类镁合金（Mg-RE-Zn-Zr系合金）22.锆和稀土对镁合金有什么影响？锆对镁合金的影响：1）改善铸造性能；2）除氢作用；3）除杂质作用；4）提高抗蚀性。稀土对镁合金的影响：1）提高机械性能；2）提高热强性；3）改善铸造性能23.在几类镁合金中，为什么Mg-Al类合金必须进行孕育处理？Mg-Al类合金自发凝固状态的晶粒很粗大，铸件壁厚时更明显。晶粒粗大将显著降低合金的机械、铸造性能，因此需要对合金进行孕育处理，细化基体晶粒。24.镁合金熔炼时为什么需要保护，其熔炼保护技术有哪几种，基本原理是什么？镁合金熔炼时特别容易氧化燃烧，因此熔炼时需要保护。保护方法有熔盐保护法、合金化保护法、气体保护法。熔盐保护的机理：融盐层直接物理隔离；合金化保护的机理：形成致密氧化膜后物理隔离；气体保护的机理：1）与合金反应形成致密保护膜，2）隔离空气25.镁合金气体保护熔炼的意义，SF6保护机理及存在的问题？熔剂保护熔炼时存在两大问题：一是熔剂粉尘和高温分解出Cl2、HCl和蒸发的盐雾，造成严重的公害；二是铸件容易出现熔剂夹杂，降低抗蚀性和机械性能。因此，发展了镁合金的气体保护熔炼。在含SF6气氛下熔炼，镁合金液面生成MgF2+MgO膜，这种MgF2表面膜致密，可起保护作用。但是SF6的温室效应比较显著，为CO2的几百万倍。26.Mg-Al类合金为什么不能加锆变质，其孕育处理方法有哪几种？因为Mg-Al类合金含有铝，铝阻碍锆的加入，锆与铝形成ZrAl3化合物下沉到坩埚底部，使Zr损耗掉。孕育处理方法有：1）过热孕育法；2）加碳孕育法。27.镁合金熔炼时加锆存在哪些困难，实际生产中是如何加锆的？1）锆的熔点高，密度大；2）锆的化学活性强，锆在高温下易和大气或炉气中的气体反应，形成的化合物也不溶于镁液中，使锆的损耗增加；3）许多元素阻碍增加锆，锆能和镁液中的许多元素等形成化合物，它们不溶于镁液中，沉淀在坩埚底部。一般采用含锆化合物或中间合金加锆。28.基本概念：脱锌腐蚀黄铜在流动的海水等介质中，锌逐渐溶失，留下海绵状铜，这种现象称为脱锌腐蚀。29.铸造锡青铜产生逆偏析的原因？锡青铜的结晶温度范围宽，枝晶发达，低熔点的富锡δ相被包围在α枝晶间隙中，此时氢的溶解度因温度下降而急剧降低，呈气泡形式析出，产生背压，把富锡熔体推向枝晶间隙中心。而在凝固后期，铸件从内到外仍存在着大量的显微通道，在氢气泡形成的背压和固态收缩力内外交攻下，迫使富锡熔体沿。枝晶间的显微通道向铸件表面渗出，堆积在铸件表面。30.铜合金熔炼时脱氧的原因及常用方法，哪一类铜合金不需要脱氧，为什么？原因：铜合金含氧过多将使铜的塑性和导电性能显著降低。常用方法：常用脱氧剂脱氧，磷铜（Cu-P）中间合金是最常用的脱氧剂。黄铜一般不需要脱氧，因为黄铜中含有锌，锌容易蒸发，能自动除氢和脱氧，所以一般无需精炼和磷铜脱氧31.铸造锌合金按铝量可分为哪几类？亚共晶型锌合金、过共晶型锌合金、包晶型锌合金32.钛合金按退火组织分为哪几类？α型钛合金、α+β型钛合金、β型钛合金33.铸造钛合金常见熔炼方法？非自耗电极电弧炉熔炼和自耗电极电弧炉熔炼第二篇铸铁思考题及参考答案1.基本概念：碳当量、共晶度、球化衰退、铁碳相图双重性答：根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称为“碳当量”。铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值称为共晶度。球化处理后的铁水，在停留一定时间以后，球化效果会消失，这种现象称为球化衰退。在一定条件下，Fe-C相图有按Fe-石墨和Fe-Fe3C转变的两种可能性，称为铁碳相图的双重性。2.根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为哪几种？答：白口铁，碳主要以碳化物的形式存在；灰口铁，碳主要以石墨的形式存在；麻口铁，碳主要以石墨与渗碳体的形式存在。3.灰铸铁中根据石墨的形态不同而分为哪几种铸铁？答：片状石墨铸铁(简称灰铁)、球状石墨铸铁（简称球铁）、可锻铸铁(简称可铁)、蠕虫状石墨铸铁(简称蠕铁)。4.铸铁的一次、二次结晶主要包括哪几个阶段？答：一次结晶过程包括初析石墨或初析奥氏体的结晶和共晶凝固过程；二次结晶过程包括奥氏体中碳的脱溶和共析转变。5.石墨对灰铸铁的性能有什么影响？答：在灰铸铁组织中，石墨是决定铸铁性能的主要方面，它对铸铁有双重影响。一方面使灰铸铁的力学性能比较低，虽然具有一定的强度与硬度，但是塑性与韧性几乎为零；另一方面赋予了灰铸铁特殊的性能比如缺口敏感性小、良好的减震性和减摩性。6.提高灰铸铁性能的主要途径是什么？答：1）合理选定化学成分。在碳当量较低时，适当提高Si/C比，强度性能会有所提高。2）孕育处理。促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除过冷石墨；适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成，从而达到改善铸铁的强度性能及其它性能的目的。3）微量或低合金化。7.铸铁中形成球状石墨的主要条件是什么？答：进行球化处理8.球墨铸铁孕育和球化处理的目的是什么？答：孕育处理的目的是：1）消除结晶过冷和白口倾向；2）促进石墨化，增加石墨核心，细化球状石墨，提高石墨球的圆整度，改善球化率；3）减小晶间偏析。球化处理的目的是获得球状石墨，提高铸铁力学性能。9.球墨铸铁常见的缺陷有哪些？答：在QT生产中，除了会产生一般的铸造缺陷以外，还经常会产生一些特有的缺陷。包括缩孔及缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及衰退。10.可锻铸铁的生产主要包括那两个步骤？答：1）浇注纯白口铸铁件；2）可锻化退火（使渗碳体分解为团絮状石墨）。11.基本概念：炉气燃烧比、炉壁效应答：表征焦炭层燃烧完全程度的指标称为炉气燃烧比，用ηv表示：ηv=CO2/(CO2+CO)×100%；冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向称为炉壁效应。12.铸铁熔炼的方法主要有哪些？答：冲天炉熔炼法、电炉（电弧炉、感应炉）熔炼、双联熔炼和三联熔炼。13.提高冲天炉铁水温度的措施有哪些？答：1）采用高质量的焦炭，2）高的焦炭比，3）合适的风速和风量，4）合理的风口位置，5）预热送风，6）富氧送风，7）改进炉膛形状。14.冲天炉熔炼过程中铁液中碳、硫、硅、锰、磷的含量发生了什么变