2013-2014-铸造合金及其熔炼试题与答案

成都理工大学2013－2014学年第一学期《铸造合金及其熔炼》试卷答案(A)一、名词解释1）HT200是指抗拉强度不低于200Mpa的灰口铸铁；2）QT500-7是指抗拉强度不小于500MPa，伸长率不小于7的球墨铸铁。3）ZL201：铸造铝铜合金ZAlCu5Mn，是重要的耐热高强度铸铝合金，成份Cu4.5~5.3%，Mn0.6%~1.0%，Ti0.15~0.35%，其余为Al。4）孕育处理：铸铁铁液在浇注前，在一定的温度和成分下，加入一定量的孕育剂如硅铁等，改变铁液的凝固过程，改善铸态组织，从而达到提高铸件性能为目的的处理方法，谓之孕育处理。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）铝合金的吸附精炼：是指在铝合金熔炼时通入不溶气体或加入精炼剂产生不溶于铝液的气体，在上浮的过程中吸附氧化夹杂，同时清除氧化夹杂及其表面依附的H2，达到净化铝液的方法。（3分）7）水韧处理：高锰钢的含碳量一般在0.9~1.4%，属于高碳钢，铸态组织为奥氏体和碳化物以及少量的珠光体组成，为了消除碳化物，铸件加热至奥氏体化温度，保温至组织全部奥氏体化后，淬火得到单一的奥氏体组织，从而提高铸件的韧性，这一处理成为水韧处理。8）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。9）T4固溶处理：将铸件加热至固相线附近，使强化相溶入α（Al）中，在淬入冷却介质中获得过饱和的α（Al）固溶体，提高铸件的强度和塑性的一种热处理工艺。10）吹氩精炼：利用氩是惰性气体，既不溶于钢液中，又不合钢液中的元素反应，因此向钢包内的钢液中吹氩，氩气泡在缓慢上升过程中吸附非金属夹杂和溶解在钢液中的气体，达到净化作用；同时由于氩气泡内CO的分压力为0，因此[C]和[O]在氩气泡和钢液界面上发生反应形成CO进入氩气泡，从而达到脱氧的目的。二、填空（20分）1、石墨形态的不同，铸铁分为灰口铸铁；球墨铸铁；蠕墨铸铁。2、球状石墨形成的两个必要条件：铁液凝固时必须有较大的过冷度；铁液与石墨间较大的表面张力。3、不锈钢中铬的主要作用，其作用包括：（1）在铸件表面形成致密的氧化膜；（2）提高铁素体的电极电位。4、铸钢件断面典型的晶粒分布如图所示，包括三个区域：1—表面细晶区；2—柱状晶区；3—中间等轴晶区。5、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。6、铝合金的变质处理包括三类：（1）α（Al）的晶粒细化处理；（2）初晶Si的细化处理；（3）共晶硅的变质处理。（3分）7、铸造黄铜是以Zn为主加元素的铜合金，铸造性能好表现在：（1）结晶温度范围小，充型能力强；（2）锌的沸点低，有自发除气作用。8、木炭是熔炼铜合金时应用的覆盖剂，主要作用是防氧化、脱氧和保温。三、简答（40）1、影响铸铁石墨化程度的主要因索？答：(1)、化学成分1)碳和硅：碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。含碳愈高，析出的石墨愈多、石墨片愈粗大。硅是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨显著增多。2)硫。硫是强烈阻碍石墨化元素。3)锰。锰是弱阻碍石墨化元素，具有稳定珠光体，提高铸铁强度和硬度的作用。4)磷。磷对铸铁的石墨化影响不显著。含磷过高将增加铸铁的冷脆性。（2)．冷却速度渗碳体的成分（碳含量）更接近于液态铸铁，与G相比，结构亦更近于A，在快冷时易得到渗碳体：而G是一种更稳定的相，在缓冷时易得到G。2、球墨铸铁常见缺陷及防止：缩孔缩松：防止措施：加大铸型刚度、增加石墨化膨胀的体积提高自补缩能力、采用适宜浇注温度减少液态收缩、结合生产条件合理选用冒口或冒口加冷铁夹渣：防治措施：降低原铁液含硫量、保证石墨化条件下降低铁液残留镁量和稀土量、提高浇注温度、浇注前熔渣清理干净石墨漂浮：措施：控制碳当量、降低原铁液含硅量皮下气孔：措施：严格控制铁液残留镁量及型砂含水量球化衰退：措施：足够的球化元素含量、降低原铁液含硫量、缩短球化后停留时间、球化扒渣后用覆盖剂防止镁及稀土元素逃逸。3、铸钢件热裂的原因？答：（1）含碳量：含碳量很低的钢比较容易形成热裂。（2）含硫量：硫促使钢形成热裂，由于硫化物在钢凝固过程终了时才凝固在钢的晶粒周围位置，显著降低钢的高温强度，促使热裂形成。（3）含锰量：锰在一定程度上能抵消硫的有害作用，有助于防止热裂形成。（4）含氧量：钢液中的氧以FeO形式存在，在钢凝固时析出在晶界上，降低钢的高温强度，促使热裂形成。4、高锰钢的加工硬化机理？1)位错堆积论这种理论认为，高锰钢在经受强力挤压或冲击作用下，晶粒内部产生最大切应力的许多互相平行的平面之间产生相对滑移，结果在滑移界面的两方造成高密度的位错，而位错阻碍滑移的进一步运动，即起到位错强化的作用。其结果是增强了钢抵抗变形的能力和提高了钢的硬度。2)形变诱导相变论认为高锰钢中奥氏体处于相对稳定的状态，在受力而发生变形时，由于应变诱导的作用，发生奥氏体向马氏体的转变，在钢的表面层中产生马氏体，因而具有高硬度。5、铝合金熔炼时三要素“防”“排”“溶”具体含义？“防”就是覆盖剂、变质剂烘焙除潮；工具烘干后喷刷涂料再烘干；炉料加入前除去水锈和油污，严防水气和各种含气脏物混入铝液中，产生Al2O3夹杂和H2等；“排”是指通过精炼，清除氧化夹杂和气体，除杂是除气的基础；“溶”是指通过快速凝固或加大凝固时的结晶压力，使铝液中的[H]全部溶于铝铸件中，不致形成气孔。6、细化铸造铝合金的组织的方法？1)基体的细化铝合金的基体圭要是αAl相，因此基体的细化主要是指铸造铝合金中初生αAl相的细化。生产中，常加人微量Ti、Zr、B等元素对铸造铝合金的基体进行细化。2)过剩相的细化对于过剩相的细化，亦称为变质处理，例如，Al-Si台金加钠处理使共晶Si细化，由未变质时的粗大针状或片状变为海藻状或球粒状，提高了合金的力学性能，尤其是塑性。3)有害相的细化在铸造铝合金的熔铸过程中，由于原材料或操作工艺等原因的影响，常带人许多有害杂质。例如，铝硅合金中铁杂质形成的粗大针状B相(Al5FeSi)削弱合金力学性能。可在铝硅合金中加人Mn使时β变成为团块状的AlSiMnFe相，从而改善了合金性能。7、5-5-5锡青铜的合金牌号为ZCuSn5Pb5Zn5，成份：Sn4~6%,Pb4~6%,Zn4~6%,其余为铜。说出Pb作为合金元素加入的作用:(1)Pb以细小分散的颗粒均匀分布在合金基体上，具有良好的自润滑作用，提高耐磨性；（2）Pb熔点较低，在最后凝固阶段填补枝晶间的缩松间隙，提高致密度，有助于耐水压性；（3）改善铸件的切削加工性能。8、冲天炉中的底焦层如图所示，请在图中示意出氧化带和还原带，并写出氧和焦炭的四个反应式及其是放热还是还原带吸热。（4）（１）C+O2=CO2＋Ｑ(2)2C+O2=2CO＋Ｑ(3)2CO+O2=2CO2＋Ｑ(4)CO2+C=2CO－Ｑ四、论述题（20）请绘出Fe-C稳定相图，写出共晶反应式，灰铸铁成份：C3.03%，Si1.45%，计算其碳当量，并在相图中标出位置，分析凝固过程中组织状态变化，并分析铸造条件下该成分孕育铸铁的组织。L4.26%—1154℃—A2.08%+GCE=C+1/3（Si+P）=3.51%属于亚共晶铸铁，在平衡凝固过程中：铁液温度降至１点开始析出A初析枝晶，随着温度的下降，A初晶进一步析出，液相的成分沿着1C’变化，至2点时，达到共晶成分，同时温度到达共晶点，开始共晶反应，生成共晶团；凝固完毕后，随着温度的下降，C在初析Ａ和共晶A中溶解度逐渐减小，随着E’S’变化，在平衡条件下析出二次石墨，依附在共晶石墨上；在温度到达3点时，发生共析反应：γ0.68%—738℃—α+G。最终平衡态的相组成为α+G在铸造条件下，由于冷却速度相对较快，共析转变属于固态相变，原子扩散速度缓慢，相变速度比共晶反应要慢得多，共析转变按照亚稳态相图转变，即γ0.77%—727℃—P（α+Fe3C），由于该成分属于低碳低硅成分的孕育铸铁，在室温下得到的基体组织一般是P或Ｓ，因此铸态组织为Ｐ和片状石墨组成。