【图文】铸造合金及其熔炼 第九章
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铸造合金及其熔炼 第九章
电弧炉炼钢
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你可能喜欢?第一章；1为什么有双重相图的存在？双重相图的存在对铸铁件；2分析讨论片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨的长大的；3试讨论磷共晶的分类、析出过程以及如何控制磷共晶；5碳当量：根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这；分配系数：Kp=元素在奥氏体中的浓度xA/元素在；8球状石墨的结构特征及形成条件：球状石墨具有多晶；度和较大的铁液与石墨间的界面张力；第二章；1灰铸铁
1 为什么有双重相图的存在？双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义？硅对双重相图的影响又有何实际意义？答：1&从热力学观点看，在一定条件下，按Fe-Fe3C相图转变亦是有可能的，因此就出现了二重性2&通过双重相同，可以明显的看出稳定平衡在发生共晶转变及共析转变时，其温度要比介稳定平衡发生时的温度高，而发生共晶、共析转变时所需含C量，以及转变后的r中的含碳量，稳定平衡要比介稳定平衡低。依此规律，就可以通过控制温度成分来控制凝固后的铸铁组织。3&硅元素的作用：a：共晶点和共析点含碳量随硅量的增加而减少b：硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三重共存区c：共晶和共析温度范围改变了，含硅量越高，稳定系的共晶温度高出介稳定系的共晶温度越多d：硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区
2 分析讨论片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨的长大的过程及形成条件。答：片状石墨：按晶体生长理论，石墨的正常生长方式沿基面择优生长，形成片状组织。实际石墨晶体中存在多种缺陷，螺旋位错缺陷能促进片状石墨的形成。螺旋位错为石墨的生长提供a、c两个互相垂直的两种生长方向，当a方向的生长速度大于c方向的生长速度时，便行程片状石墨。球状石墨：石墨晶体中的旋转晶界缺陷可促进球状石墨的形成，此外，在螺旋位错中，当c向的生长速度大于a向的生长速度时就会形成球状石墨。球状石墨的形成一般先有钙、镁的硫化物及氧化物组成的晶核开始，经球化处理后，还有利于向球状石墨生长。球状石墨的生长有两个必要条件：较大的过冷度和较大的铁液与石墨间的界面张力。蠕虫状石墨：有两种形成过程：1&小球墨→畸变球墨→蠕虫状石墨2&小片状石墨→蠕化元素局部富集→蠕虫状石墨
3 试讨论磷共晶的分类、析出过程以及如何控制磷共晶体的形态（粗细）及数量。答：按照组成不同可将磷共晶分为二元磷共晶及三元磷共晶。磷共晶的形成，是由于磷的偏析造成的，磷属于正偏析元素先析出的部分含P量较少，P不断富集，含量高到一定程度时便形成磷共晶。实践证明：若铸铁的石墨化能力较强或冷却速度较低，就形成稳定系三元磷共晶，形式与二元磷共晶相似，反之则形成亚稳定系三元磷共晶，在灰铸铁中，主要是稳定系元磷共晶。
5 碳当量：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。（CE=C+1/3（Si+P））共晶度：用铸铁的实际含碳量和共晶点的实际含碳量的比值 6 偏析：合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。奥氏体直径偏析特点：在初析奥氏体中有硅的富集，猛则较低，而在枝晶间的残存液体中则是碳高、锰高、硅低
分配系数：Kp=元素在奥氏体中的浓度xA/元素在铁液中的平均浓度xI（相间不均）偏析系数： Kl=元素在奥氏体枝晶心部的浓度/元素在奥氏体边缘的浓度（相内不均） 7 共晶团：以每个石墨核心为中心所形成的这样一个石墨-奥氏体两相共生生长的共晶晶粒
8球状石墨的结构特征及形成条件：球状石墨具有多晶体结构，从核心向外辐射状生长，每个放射角皆由垂直于球的径向而呈相互平行的石墨面堆积而成，石墨球就是由大约20~30个这样的锥体状的石墨单晶体组成。条件：铁液凝固时必须有较大的过冷
度和较大的铁液与石墨间的界面张力。
1 灰铸铁的金相组织及性能的特点是什么？答：灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成。金属基体形成有珠光体、铁素体及珠光体加铁素体三种。石墨的形状、大小数量及分布是决定灰铸铁性能的主要因素：1&强度性能较差2&硬度特点，同一强度，硬度有一范围，同一硬度3&较低的缺口敏感性4&良好的减震性5&良好的减摩性6&良好的铸造性7&良好的切削加工型
2 冷却速度是如何对铸铁组织发生影响的？答：冷却速度增加，铁液过冷度增大，共晶反应平台离莱氏体共晶线的距离越来越近，易生成白口，若过冷温度低于莱氏体共晶线的距离越来越近，易生成自由状共晶渗碳体，再考虑偏析因素，凝固后期碳化形成元素富集，莱氏体共晶温度提高，也会增加白口倾向。
3 品质系数：品质系数Qi是成熟度RG与硬化度HG之比。成熟度RG是直径为30mm的试棒测得的抗拉强度与由共晶度算出的抗拉强度之比。在1.15~130为佳，适当过热与孕育处理能提高RG值。若RG&1表明孕育不良，生产水平低，未能发挥材质的潜力。硬化度是测得的硬度与由共晶度算出的硬度之比。HG越低表明灰铁强度高，硬度低，有良好切削性。它为何能衡量铸铁的冶金质量？答：Qi值越高，说明冶金效果越好，在0.7~1.5之间波动，&1为佳。
4 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。2&进行孕育处理。3&低合金化5 常见气体对铸铁石墨化的影响答：氢：能使石墨形状变得较粗，同时都有强烈稳定渗碳体和阻碍石墨析出的能力。此外，还有形成反白口的倾向。氢量增加时，铸铁的力学性能和铸造性能皆会恶化。氮：阻碍石墨化，稳定渗碳体，促进D型石墨的形成，还能促进形成蠕虫状石墨。氮有稳定珠光体的作用，因而可以提高铸铁的强度。氧：阻碍石墨化，增高白口倾向，含氧增加，铸铁的断面敏感性增大，氧增高时，容易在铸件中产生气孔，增加孕育剂及变质剂的消耗量。
6 孕育处理的目的、孕育效果如何评价答：目的在于，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。
1 分析球墨铸铁比灰铸铁对切口的敏感性较强，而减震性和导热性较差的原因？铸铁的敏感性、减震性、导热性取决于金属基体和石墨的组织形态。灰铸铁内有大量片状石墨，等于在内部存在大量的缺口，因而减少了对外缺口对力学性能敏感性，同样的大量片状石墨割裂了基体，组织了震动的传播，并能转化成热能而发散，因而具有良好的减震性。而球墨铸铁的组织是金属基体和细小圆整的石墨，石墨均与对金属基体没有破坏作用因而比灰铸铁缺口敏感性强减震性差。同理由于石墨的导热性好，灰铸铁大量石墨片状，有利于热的传递，而球墨铸铁圆整球状，没有片状传递好，所以球墨比灰铸铁导热性差。
2球墨铸铁生产时化学成分的选择原则是？他和灰铸铁有何不同？选择既要有利于石墨的球化获得满意的基体，又要使铸铁具有较好的铸造性能，对于灰铸铁在碳当量保
持不变的条件下适当提高Si/C比（如由0.5-0.75）
3 球化处理过程中球化元素镁的主要去向哪几个方面？如何提高镁的吸收率？镁的去向-脱硫、去氧――对铁液的球化作用――烧损上浮气化。方法自建压力加镁法、转动包法、镁合金法。
4 试分析奥氏体――贝氏体球墨铸铁的热处理中，变更加热温度和等温淬火温度对生成组织及性能的影响、（1)要想获得贝氏体组织需要对球墨铸铁进行等温淬火处理。低温等温淬火可得下贝氏体，高温等温淬火得奥氏体和上贝氏体组织。（2)奥氏体――贝氏体组织还受等温温度的影响。等温温度高于330~350（一般为350~370）基体组织主要为上贝氏体和奥氏体，强度和硬度有损失，而且耐磨性好，此外等温温度的不同还会使基体中残余奥氏体的数量不同。
5试分析可锻铸铁孕育处理的目的与灰铸铁和球墨铸铁有何不同？灰铸铁的孕育处理的目的;促进石墨化，降低白口倾向，降低断面敏感度，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珠光体的形成。球墨铸铁的孕育目的：消除过冷倾向，促进石墨球化，减小晶间偏析。可锻铸铁的孕育处理目的：希望铁液在一次结晶时促进形成渗碳体组织，而在随后的石墨化退火过程中对石墨的形成没有影响或促进石墨形成。其最大的不同之处是可锻铸铁在第一次结晶时期望得到渗碳体而不是石墨。 6 强韧铸铁？分类？强韧铸铁是球墨铸铁和蠕墨铸铁，可锻铸铁的总称
7球铁的几种组织？生产环节?球铁的正常组织是细小圆整的石墨球加金属基体，在铸态，金属基体通常是铁素体与珠光体的混合组织。生产环节：熔炼合格的铁液、（成分和温度）球化处理、孕育处理、炉前检验，浇注铁件，清理及热处理，铸件质量检验。 8 对球墨铸铁的熔炼要求，常用球化剂，球化处理方法？对熔炼的要求优质的铁液应该是高温，低硫、低磷含量和低的杂质含量（如氧及反球化元素含量）。球化剂我国常用稀土镁合金，国外大都采用镁合金和纯镁球化剂。球化处理方法（1）镁作为球化剂，自建压力加镁法、转动包法、镁合金法（2）稀土镁合金 冲入法、型内球化法。
9 生产球墨铸铁为什么要孕育处理？目的消除结晶过冷倾向，促进石墨化，减小晶间偏析
10 球墨铸铁凝固特点1具有较宽的共晶凝固温度范围2糊状凝固特性3较大的共晶膨胀
11 球墨铸铁的常见缺陷?常见缺陷缩孔缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮及球化衰退等。
12 球化衰退的主要原因及采取措施原因镁、稀土元素不断由铁液中逃离有关，逃逸通常经过氧化损失，回硫及燃烧损失等等，另外和孕育作用的不断衰退有关。
13 措施1铁液中保持足够的球化元素含量2降低原铁液中的含硫量并防止铁液氧化3缩短铁液经球化处理后的停留时间4铁液经球化处理并扒渣后，为防止镁及稀土元素逃离，可用覆盖剂将铁液表面覆盖隔绝空气以减少逃离。
14 蠕墨铸铁的性能特点及常用于哪里？性能特点1强度性能：蠕墨铸铁的抗拉强度对碳当量变化的敏感性比普通灰铸铁小得多，2韧性及伸长率：蠕墨铸铁的冲击韧性及伸长率均较球墨铸铁低而高于灰铸铁，蠕化率低或基体中铁素体含量高，则韧性及伸长
率高，3导热性蠕墨铸铁的导热性主要取决于石墨的形状，当蠕化率高时导热性基本与灰铸铁相当，当较低时又接近于球墨铸铁。4铸造性能具有良好的流动性。应用1由于强度高对断面的敏感性小，铸造性能好因而可用来制造复杂的大型零件如变速箱箱体2由于蠕墨铸铁具有较高的力学性能还具有良好的导热性，因而常用来制造在热交换以及有较大温度梯度下工作的零件如汽车制动盘。
15 可锻铸铁的分类，可锻铸铁的成分选择原理。分类铁素体可锻铸铁，珠光体可锻铸铁，白心可锻铸铁。化学成分决定可锻铸铁力学性能和热处理时间的主要因素。选定原理1)在保证铸件整个断面上在铸态时能得到全白口，没有麻点否则会明显降低力学性能。2）石墨化过程要快，以保证在尽可能短的时间内完成石墨化退火，缩短生产周期3）有利于提高力学性能保证得到优质产品。4）在保证力学性能的前提下，具有较好的铸造性能，以利于得到健全铸件。
16 可锻铸铁石墨化过程及影响因素1)在奥氏体晶界上形成石墨核2）渗碳体不断向奥氏体内溶解3）碳原子由高浓度区向低浓度区扩散4)碳原子向石墨核心沉积，即石墨长大。影响因素1析出石墨核心的数量2碳原子的扩散。
第四章 特种性能铸铁
1常用特种铸铁有哪些？减摩铸铁，冷硬铸铁，抗磨铸铁，耐热铸铁，耐腐蚀铸铁。2.减摩铸铁：材料的摩擦系数小，磨损少及抗咬合性能好。组织特征：珠光体数量多，片间距小。常用减摩铸铁：含磷铸铁，钒钛铸铁，硼铸铁。3.冷硬铸铁的组织特点：可将其分为三个区域，最外层为白口区，紧挨的是麻口区，内层为灰口区。4.常用抗磨铸铁有哪些？普通白口铸铁，镍硬白口铸铁，铬系白口铸铁。5.耐热铸铁：指在高温条件下具有一定的抗氧化和抗生长性能，并能承受一定载荷的铸铁。分类：中硅耐热铸铁，含铝耐热铸铁，含铬耐热铸铁。6.PB比：氧化时所生成的金属氧化膜体积比生成这些氧化膜所消耗的金属体积要大，称pb比，用γ表示。Pb比有什么用：当γ1时，金属氧化膜才可能具有保护性。当γ＜1时，所形成的氧化膜疏松，多口，不可能完全覆盖整个金属表面。7.合金元素抗氧化的条件：（1）合金元素氧化物的pb比大于1，且具有低的电导率。（2）合金元素对氧的亲和力大于铁，即具有先于主金属氧化或能还原主金属氧化物的条件。（3）合金元素的氧化物与主金属铁的氧化物互不溶解，即合金元素的氧化物能单独存在。8.铸铁的高温生长：铸铁在高温下还会发生体积不可逆的膨胀。分哪几个阶段及预防措施：（1）低于相变温度时的生长。措施：一是使铸铁在使用温度下全部为全部为铁素体基体，可采用提高硅含量或采用低温石墨化退火来获得全部铁素体基体。（2）相变温度范围内的生。措施：一提高铸铁相变点温度，二是调整工作温度，使铸铁在工作温度范围内处于单相组织状态。（3）高于相变温度时生长。措施:一加入合金元素铝，硅，铬等，二采用孕育处理，使共晶团及石墨细化。三适当降低碳量。四采用球墨铸铁。9.提高铸铁耐蚀性的途径：（1）改变某些相在腐蚀剂中的电位，降低原电池的电动势。（2）改善基体组织，进而减少原电池数量，减小电动势。（3）在铸铁表皮层下形成一层致密，牢固的保护膜。10：常用耐蚀铸铁：高硅耐腐蚀铸铁，含铝耐腐蚀铸铁，高铬耐腐蚀铸铁。11.减摩铸铁的使用条件是摩擦易损，
一般要求材料摩擦系数小，磨损少及抗咬合性好。抗磨铸铁的使用条件是磨料磨损，用于抵抗由硬颗粒或突出物作用使材料迁移导致的磨损。12.冷硬铸铁最适宜的工作条件？获得高质量的冷硬铸铁掌握哪些原则？主要用于耐磨性及强度要求都比较高的场合。原则：（1）炉料性质的遗传性，炉料中白口铸铁的比例增加，铸件的白口深度亦增加。（2）熔炼工艺 增加铁液过热度及延长铁液在高温时的保持时间，都使铁液的形核能力降低，白口深度增加。（3）铸型工艺 冷铁厚度是影响白口层深度的主要因素。
13.分析高铬铸铁中二次碳化物在基体组织中的作用：高铬白口铸铁在热处理过程中，由于加热的温度不同，二次碳化物会有一个析出和溶解过程。加热温度低于一定温度时，二次碳化物以析出为主，高于时以溶解为主。二次碳化物的析出，将使奥氏体中碳及合金元素降低。提高马氏体转变温度
，有利于空淬时增加马氏体数量，减少残余奥氏体量，同时，亦导致奥氏体转变曲线左移，降低淬透性。14.总结硅，铝，铬三元素对提高铸铁耐热性的缘由有哪些。答案同第七题
铸铁的熔炼
一.冲天炉熔炼过程：
。冲天炉熔炼的基本要求：优质，高产，低耗，长寿，操作便利。基本构造：炉底与炉基，炉体与前炉，烟囱与除尘装置，送风系统，热风装置，风机。二）燃烧比：焦炭层燃烧的完全程度co2除以co2+co，co2越多越好。附壁效应（炉壁效应）：冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向 。三）根据热交换冲天炉分为，预热区，融化区，过热区，炉缸区。
四）冲天炉炉气：组成p157图5-22.。性质：对于铁无论什么区域炉气都是氧化性，硅，锰也是如此。氧化带内氧气二氧化碳浓度都很高，炉气氧化性最强，还原带内炉气一氧化碳含量高氧化性弱，但对于铁和其他合金元素即使在还原带内，仍然是氧化性的。
五）冲天炉炉渣来源：炉衬的侵蚀，焦炭的灰分，炉料带入的杂质，金属元素的烧损所形成的氧化物以及加入颅内的熔剂。作用：清除焦炭表面的灰渣，有利于颅内的燃烧反应，使焦炭在炉内的冶金反应中起更大作用，而且炉渣本身还直接参与了冶金反应，影响特也成分变化。
六）影响铁液增硫脱硫因素：增硫a炉料含硫量，炉料含硫越低增硫越快。b焦炭消耗率越高，增硫越多c焦炭含硫量越多，增硫多。脱硫因素：a炉渣碱度一定范围内提高b炉温升高c炉气氧化性强。
七）常用脱硫方法和脱硫剂a炉内脱硫（碱性冲天炉，脱硫剂*石灰，电石，白云石*）b炉外脱硫就是加脱硫剂（苏打，电石，石灰），方法①气动脱硫（喷射脱硫，多空塞气动脱离）②摇包和回转包脱硫。
八）影响硅锰烧损主要因素：炉温，炉气氧化性，炉渣性质（酸性冲天炉si烧损少，Mn烧损多，碱性相反），金属炉料。
九）影响铁液温度的主要因素1焦炭的影响a焦炭成分（含碳量高好），b焦炭强度与块度（强度小不能有很好的块度，块度小的话急速燃烧使高温区短，块度太大燃烧太慢）c反映能力（低反应能力好）2送风的影响a风量（最惠风量时好）b风速（太大对焦炭吹冷作用，稍大则强化燃烧，提高炉气温度）c风温（温度高可强化焦炭燃烧，
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