铸造合金及其熔炼(铸钢及其熔练)

1、第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )1第二节第二节 铸钢及其熔练铸钢及其熔练 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )2第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )3一、铸钢一、铸钢 铸钢的碳的质量分数小于铸钢的碳的质量分数小于2.14%2.14%，硅、锰、磷、，硅、锰、磷、硫等元素含量一般比铸铁少。硫等元素含量一般比铸铁少。 铸钢在强度和韧性方面比一般铸铁要高得多，铸钢在强度和韧性方面比一般铸铁要高得多，常用于承受重载荷和冲击作用的工作条件。铸钢常用于承受重载荷和冲击作用的

2、工作条件。铸钢具有焊接性，不仅有利于缺陷的修补，而且能够具有焊接性，不仅有利于缺陷的修补，而且能够采用铸焊结合的方法，将一些重型、复杂铸件分采用铸焊结合的方法，将一些重型、复杂铸件分段铸造，然后焊成整体。铸钢与锻钢相比，用铸段铸造，然后焊成整体。铸钢与锻钢相比，用铸造方法能够生产出结构非常复杂的零件或毛坯。造方法能够生产出结构非常复杂的零件或毛坯。但铸钢熔点高，铸造性能差，生产工艺和熔炼设但铸钢熔点高，铸造性能差，生产工艺和熔炼设备复杂，对原材料要求高。虽然如此，铸钢仍是备复杂，对原材料要求高。虽然如此，铸钢仍是一种优良的结构材料，在工业上应用极广。一种优良的结构材料，在工业上应用极广。第三章

3、第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )4 铸钢按化学成分可以分为铸造碳钢和铸造铸钢按化学成分可以分为铸造碳钢和铸造合金钢两大类。合金钢两大类。 1. 铸造碳钢铸造碳钢 根据含碳量的不同，铸造碳钢可根据含碳量的不同，铸造碳钢可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三种。其中中分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三种。其中中碳钢应用最多。一般工程用铸造碳钢的化学碳钢应用最多。一般工程用铸造碳钢的化学成 分 见 表成 分 见 表 3 - 1 2 、 力 学 性 能 见 表、 力 学 性 能 见 表 3 - 1 3（GB11352-1989）。）。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及

4、其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )5表表3-12 3-12 一般工程用铸造碳钢的化学成分的上限值（质量分数）一般工程用铸造碳钢的化学成分的上限值（质量分数） （% %）NiCrCuMoVZG200200-4004000.20.20.80.8ZG230230-4504500.30.3ZG270270-5005000.40.4ZG310310-5705700.50.5ZG340340-6406400.60.6铸钢牌号铸钢牌号CSiMn残余元素残余元素0.50.50.040.040.30.30.350.350.30.30.20.20.050.050.90.90.60.6SP第三章第三章 铸造合

5、金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )6表表3-13 3-13 一般工程用铸造碳钢的力学性能一般工程用铸造碳钢的力学性能 屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率s或或0 0.2 2/b/MPaMPa（%）（%）Akv/Jk/（J/cm2 2）ZG200200-4004002002004004002525404030306060ZG230230-4504502302304504502222323225254545ZG270270-5005002702705005001818252522223535ZG310310-57057031031057057

6、01515212115153030ZG340340-6406403403406406401010181810102020铸钢牌号铸钢牌号最最 小小 值值根据合同选择其一根据合同选择其一冲击韧度冲击韧度第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )7 2. 铸造合金钢铸造合金钢 为了改善和提高铸造碳钢为了改善和提高铸造碳钢的某些性能，在铸钢中加入一种或几种合金的某些性能，在铸钢中加入一种或几种合金元素，即为铸造合金钢。常用于加入钢中的元素，即为铸造合金钢。常用于加入钢中的合金元素主要有铬、钼、镍、钨、钴、铝、合金元素主要有铬、钼、镍、钨、钴、铝、钒、钛、硼等，当

7、锰的质量分数大于钒、钛、硼等，当锰的质量分数大于0.8%、硅的质量分数大于硅的质量分数大于0.4%也为铸造合金钢。按也为铸造合金钢。按加入合金元素的含量多少，铸造合金钢可分加入合金元素的含量多少，铸造合金钢可分为低合金钢、中合金钢、高合金钢三种。为低合金钢、中合金钢、高合金钢三种。 一般工程与结构用低合金铸钢的化学成分一般工程与结构用低合金铸钢的化学成分及力学性能见表及力学性能见表3 3-1414（GB/T1440814408-19931993）。）。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )8表表3-14 3-14 一般工程与结构用低合金铸钢的化学成分及

8、力学性能一般工程与结构用低合金铸钢的化学成分及力学性能 屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度伸长率伸长率断面收缩率断面收缩率s或或0 0.2 2/b/MPaMPa（%）（%）ZGD270270-48048027027048048018183535ZGD290290-51051029029051051016163535ZGD345345-57057034534557057014143535ZGD410410-62062041041062062013133535ZGD535535-72072053553572072012123030ZGD650650-8308306506508308301010252

9、5ZGD730730-9109107307309109108 82222ZGD840840-10301030840840103010306 62020牌牌 号号化学成分（化学成分（%）（不大于）（不大于）力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）SP0.040.040.040.040.0350.0350.0350.035第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )9 常用的一些特殊铸造高合金钢有不锈耐常用的一些特殊铸造高合金钢有不锈耐酸钢（如酸钢（如ZG1Cr17、ZG1Cr18Ni9Ti）、）、耐磨高锰钢（如耐磨高锰钢（如ZGMn13-1）、耐热钢）、耐热

10、钢（如（如ZG35Cr26Ni12）等。）等。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )10二、铸钢熔炼二、铸钢熔炼 1. 铸钢熔炼设备铸钢熔炼设备 铸钢车间所用的炼钢设铸钢车间所用的炼钢设备有电弧炉、钢包精炼炉、平炉、感应电炉备有电弧炉、钢包精炼炉、平炉、感应电炉及等离子电弧炉等。感应电炉及等离子电弧及等离子电弧炉等。感应电炉及等离子电弧炉主要用于熔炼高级合金钢及高温合金，用炉主要用于熔炼高级合金钢及高温合金，用来浇注要求较高而且比较复杂的铸件。电弧来浇注要求较高而且比较复杂的铸件。电弧炉在铸钢车间使用最广，它熔炼速度快，钢炉在铸钢车间使用最广，它熔炼速

11、度快，钢液温度高，而且容易控制，有良好的脱磷、液温度高，而且容易控制，有良好的脱磷、脱硫条件，可以熔炼出质量较高的碳钢和合脱硫条件，可以熔炼出质量较高的碳钢和合金钢，适宜于浇注各种类型的铸件。金钢，适宜于浇注各种类型的铸件。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )11 电弧炉熔炼是利用电极与金属料之电弧炉熔炼是利用电极与金属料之间放电产生的电弧所发出的热量来熔化间放电产生的电弧所发出的热量来熔化金属料和使钢液进行过热的。铸钢车间金属料和使钢液进行过热的。铸钢车间使用的多是三相电弧炉。我国目前使用使用的多是三相电弧炉。我国目前使用的电弧炉最小容量为的电弧炉

12、最小容量为0.5t，最大容量可，最大容量可达达100t。 三相电弧炉主要由炉体、炉盖、电三相电弧炉主要由炉体、炉盖、电极、电极升降与夹持机构、倾炉机构、极、电极升降与夹持机构、倾炉机构、电气装置和水冷装置等构成。见图电气装置和水冷装置等构成。见图3 3-1616。 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )12图图3 3-1616 三相电弧炉结构三相电弧炉结构 1炉体炉体 2出钢槽出钢槽 3炉盖炉盖 4电极夹持机构电极夹持机构5电极电极 6电极升降机构电极升降机构 7变压器变压器 8倾炉机构倾炉机构第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造

13、工( (高级高级) )13 2 2. 铸钢的熔炼操作铸钢的熔炼操作 电弧炉按照所采用炉渣和电弧炉按照所采用炉渣和炉衬耐火材料的性质分为碱性电弧炉和酸性电弧炉。炉衬耐火材料的性质分为碱性电弧炉和酸性电弧炉。碱性电弧炉具有较强的脱磷和脱硫能力，对炉料的碱性电弧炉具有较强的脱磷和脱硫能力，对炉料的适应能力强。铸钢多用碱性电弧炉炼钢。适应能力强。铸钢多用碱性电弧炉炼钢。 （1 1）炼钢材料）炼钢材料 炼钢所用的材料主要分耐火材炼钢所用的材料主要分耐火材料、金属炉料和其它辅助材料。料、金属炉料和其它辅助材料。 1 1）耐火材料）耐火材料 碱性电弧炉的耐火材料主要是镁碱性电弧炉的耐火材料主要是镁砖和镁砂，

14、用来砌筑、打结和修补电弧炉炉衬。砖和镁砂，用来砌筑、打结和修补电弧炉炉衬。 镁砂用的粘结剂是焦油沥青或卤水，一般打结炉镁砂用的粘结剂是焦油沥青或卤水，一般打结炉衬时用焦油沥青，修补炉衬时用卤水。衬时用焦油沥青，修补炉衬时用卤水。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )14 2 2）金属炉料）金属炉料 电弧炉炼钢的金属材电弧炉炼钢的金属材料包括废钢、生铁、废铁，铁合金和脱料包括废钢、生铁、废铁，铁合金和脱氧剂等。氧剂等。 生铁。生铁。为炼钢生铁，要求磷的质量分数小为炼钢生铁，要求磷的质量分数小于于0.1%，硫的质量分数小于，硫的质量分数小于0.05%。废钢

15、。废钢。因一般废钢来源复杂，应分类保管，因一般废钢来源复杂，应分类保管，以便在配料时能合理地利用各种合金元素。以便在配料时能合理地利用各种合金元素。铁合金。铁合金。作为合金元素添加剂，用于调整作为合金元素添加剂，用于调整钢液的化学成分。有硅铁、锰铁、铬铁、钼钢液的化学成分。有硅铁、锰铁、铬铁、钼铁、钛铁、钨铁和钒铁等。铁、钛铁、钨铁和钒铁等。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )15 3）其它辅料）其它辅料 有氧化剂、还原剂有氧化剂、还原剂（脱氧剂）、增碳剂和造渣剂等。（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；电弧炉用的氧化剂有铁

16、矿石和氧气；还原剂有锰铁、硅铁、铝、焦炭等；增还原剂有锰铁、硅铁、铝、焦炭等；增碳剂有碎电极、焦炭及专用商品增碳剂；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。造渣剂有石灰石、石灰和氟石等。 所有炉料应分类妥善保管，严防混所有炉料应分类妥善保管，严防混杂和潮湿。杂和潮湿。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )16 （2）碱性电弧炉炼钢工艺过程）碱性电弧炉炼钢工艺过程 在炼在炼钢工艺上有两种基本方法，即氧化法和钢工艺上有两种基本方法，即氧化法和不氧化法。两种方法的区别在于是否有不氧化法。两种方法的区别在于是否有氧化期。此外，还有一种

17、从氧化法演变氧化期。此外，还有一种从氧化法演变出来的方法叫吹氧返回法。铸钢车间炼出来的方法叫吹氧返回法。铸钢车间炼钢一般采用氧化法。钢一般采用氧化法。 氧化法炼钢的工艺过程包括补炉、氧化法炼钢的工艺过程包括补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢。装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )17 1 1）补炉）补炉 一般每炼完一炉钢以后，一般每炼完一炉钢以后，在装料前，照例要进行补炉。目的是修在装料前，照例要进行补炉。目的是修补侵蚀和损坏的炉衬。补炉材料用卤水补侵蚀和损坏的炉衬。补炉材料用卤水镁砂。补炉工具和方法一般为大铲

18、贴补、镁砂。补炉工具和方法一般为大铲贴补、铁锹投补或用机械化设备补炉。出钢后铁锹投补或用机械化设备补炉。出钢后打开炉门，升起电极，立即扒净残钢、打开炉门，升起电极，立即扒净残钢、残渣，迅速进行补炉操作。补炉操作的残渣，迅速进行补炉操作。补炉操作的要点是：炉温高、操作快、补层薄，以要点是：炉温高、操作快、补层薄，以利于补炉材料的烧结。利于补炉材料的烧结。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )18 2 2）装料）装料 补炉完毕，即可装料。一补炉完毕，即可装料。一般小容量电弧炉由人工进行装料，般小容量电弧炉由人工进行装料，3t3t以以上的电弧炉用料罐从炉顶装

19、料。在往料上的电弧炉用料罐从炉顶装料。在往料罐中装料时，需要合理地布置炉料。原罐中装料时，需要合理地布置炉料。原则是尽量多装料并使炉料熔化快，炉料则是尽量多装料并使炉料熔化快，炉料要装得紧密，以利于导电和电热。要装得紧密，以利于导电和电热。 3 3）熔化期）熔化期 熔化期的任务是将固体熔化期的任务是将固体炉料熔化成钢液，并进行脱磷。炉料熔化成钢液，并进行脱磷。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )19 装料完毕，盖好炉盖，检查无误即可通电熔化。炉料的装料完毕，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，随后熔化

20、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，经电极不断向下移动，炉料不断熔化，经151525min25min即达最低位即达最低位置，形成三个小井，即所谓置，形成三个小井，即所谓“穿井穿井”。随着熔化的进行，炉。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，即所谓的炉料就会塌落下来，即所谓“塌料塌料”。这样，炉料被逐渐。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

21、面，这种操作称为而不易被熔化的炉料推到电极下面，这种操作称为“推料助推料助熔熔”。在炉内有一定钢液后，也可采取。在炉内有一定钢液后，也可采取“吹氧助熔吹氧助熔”的方法的方法来加速炉料的熔化。吹氧压力一般控制在来加速炉料的熔化。吹氧压力一般控制在0.5MPa0.5MPa左右。吹氧左右。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。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，并在熔化期就能够免钢液直接暴露在电弧下而吸气和氧化

22、，并在熔化期就能够脱去一部分磷，同时可稳定电弧。脱去一部分磷，同时可稳定电弧。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )20 4 4）氧化期）氧化期 氧化期的主要任务是脱磷，氧化期的主要任务是脱磷，去除钢液中的气体和夹杂物，并提高钢液的去除钢液中的气体和夹杂物，并提高钢液的温度。温度。 5 5）还原期）还原期 还原期的任务是脱氧、脱硫还原期的任务是脱氧、脱硫和调整钢液温度及化学成分。和调整钢液温度及化学成分。 6 6）出钢）出钢 出钢时要求钢液流柱要粗，不出钢时要求钢液流柱要粗，不能散流，而且要使钢液与炉渣一起出到盛钢能散流，而且要使钢液与炉渣一起出到盛钢

23、桶中（即所谓桶中（即所谓“大口出钢大口出钢”、“钢渣混钢渣混出出”）。钢液全部倾出后，在钢液表面盖上）。钢液全部倾出后，在钢液表面盖上保温材料，镇静保温材料，镇静5min5min后开始浇注。后开始浇注。 第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )21第三节第三节 铸造非铁合金及其熔炼铸造非铁合金及其熔炼 一、铸造铜合金一、铸造铜合金 1. 1. 铸造青铜铸造青铜 （1 1）铸造锡青铜）铸造锡青铜 锡青铜具有良好的耐磨性、耐蚀性，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同时还具有足够的强度和一定塑性，常用于制造耐磨和

24、耐蚀零件，如轴套、轴瓦和要求耐蚀的管配件、阀门、泵体蚀零件，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等。铸造锡青铜的锡的质量分数一般在4%4%10%10%范围内。增范围内。增加锡量，使塑性下降而强度增高。锡量较高，易产生加锡量，使塑性下降而强度增高。锡量较高，易产生“锡锡汗汗”。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。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、为了进一步改善锡青铜的性能，常加入一些锌、铅、磷、镍

25、等元素。镍等元素。 铸造锡青铜的牌号、成分及性能见表铸造锡青铜的牌号、成分及性能见表2-112-11。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )22表表2-11 2-11 铸造锡青铜铸造锡青铜 b/0 0.2 2/5 5MPaMPa（%）S1751758 8590590J2152151010685685S1751758 8590590J2152151010590590S、J20020090901313590590Li、La2502501001001313635635S2202201301303 3785785J3103101701702 2885885Li

26、3303301701704 4885885La3603601701706 6885885S1951951010685685J2452451010685685S2402401201201212685685J2452451401406 6785785Li、La2702701401407 7785785化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）铸造铸造方法方法力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）SnZnPbPNiCuHBSZCuSn3 3Zn8 8Pb6 6Ni1 12 2.004 4.0 06 6.009 9.0 04 4.007 7.0 00 0.551 1.5 5其余其余牌牌 号号ZCuS

27、n3 3Zn1111Pb4 42 2.004 4.0 09 9.001313.0 03 3.006 6.0 0其余其余ZCuSn5 5Pb5 5Zn5 54 4.006 6.0 04 4.006 6.0 04 4.006 6.0 0其余其余ZCuSn1010P1 19 9.001111.5 50 0.551 1.0 0其余其余ZCuSn1010Pb5 59 9.001111.0 04 4.006 6.0 0其余其余其余其余ZCuSn1010Zn2 29 9.001111.0 01 1.003 3.0 0第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )23（2 2

28、）铸造铝青铜）铸造铝青铜 铝青铜是应用最多的一种无锡青铝青铜是应用最多的一种无锡青铜。其铝的质量分数通常为铜。其铝的质量分数通常为6 6%1111%。随铝量的增。随铝量的增加，合金的强度、硬度提高，而塑性下降。加，合金的强度、硬度提高，而塑性下降。 铝青铜比锡青铜有更高的力学性能，更好的耐磨铝青铜比锡青铜有更高的力学性能，更好的耐磨性和耐蚀性。常用于制造在高负荷、高速条件下工性和耐蚀性。常用于制造在高负荷、高速条件下工件的耐磨零件，如轴套、齿轮、蜗轮等。件的耐磨零件，如轴套、齿轮、蜗轮等。 两元铝青铜在缓慢冷却的情况下，易产生两元铝青铜在缓慢冷却的情况下，易产生“缓冷缓冷脆性脆性”，在砂型铸造

29、厚大铸件时，显得特别突出。，在砂型铸造厚大铸件时，显得特别突出。加入锰、铁、镍可以防止缓冷脆性。加入锰、铁、镍可以防止缓冷脆性。 铝青铜的结晶温度范围小，属于层状凝固，流动铝青铜的结晶温度范围小，属于层状凝固，流动性好，体积收缩大，易形成集中缩孔，采用大冒口性好，体积收缩大，易形成集中缩孔，采用大冒口补缩能够获得组织致密的铸件。铝青铜易氧化和吸补缩能够获得组织致密的铸件。铝青铜易氧化和吸气，铸件易产生夹渣和气孔。气，铸件易产生夹渣和气孔。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )24铸造铝青铜的牌号、成分及性能见表铸造铝青铜的牌号、成分及性能见表2-122

30、-12。 表表2-12 2-12 铸造铝青铜铸造铝青铜 b/0 0.2 2/5 5MPaMPa（%）S600600270270151515701570J650650280280101016651665S645645280280202015701570J670670310310181816651665S3903902020835835J4404402020930930ZCuAl9 9Fe4 4Ni4 4Mn2 28 8.551010.0 04 4.005 5.0 00 0.882 2.5 54 4.005 5.0 0其余其余S630630250250161615701570S4904901801

31、801313980980J540540200200151510801080Li、La540540200200151510801080S490490151510801080J540540202011751175牌牌 号号化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）铸造铸造方法方法力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）AlFeMnNiCuHBSZCuAl8 8Mn1313Fe3 37 7.009 9.0 02 2.004 4.0 01212.001414.5 5ZCuAl8 8Mn1313Fe3 3Ni2 27 7.008 8.5 52 2.554 4.0 01111.551414.0 01 1.

32、552 2.5 5其余其余1 1.882 2.5 5其余其余其余其余ZCuAl1010Fe3 38 8.551111.0 02 2.004 4.0 0其余其余ZCuAl9 9Mn2 28 8.001010.0 0其余其余ZCuAl1010Fe3 3Mn2 29 9.001111.0 02 2.004 4.0 01 1.002 2.0 0第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )25 2 2. 铸造黄铜铸造黄铜 普通黄铜的力学性能比纯铜普通黄铜的力学性能比纯铜高，不生锈，耐腐蚀，能很好地承受压力加高，不生锈，耐腐蚀，能很好地承受压力加工。通常锌的质量分数为工

33、。通常锌的质量分数为3030%，铜的质量分，铜的质量分数为数为7070%，即所谓三七黄铜。特殊黄铜随加，即所谓三七黄铜。特殊黄铜随加入的元素不同，其性能特点各异。加入质量入的元素不同，其性能特点各异。加入质量分数为分数为0 0.5 5%1 1.5 5%的锡，能改善抗海水的腐的锡，能改善抗海水的腐蚀能力，故锡黄铜有著名的海军黄铜之称。蚀能力，故锡黄铜有著名的海军黄铜之称。 铸造黄铜的牌号、成分及性能见表铸造黄铜的牌号、成分及性能见表2-13第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )26表表2-13 2-13 铸造黄铜铸造黄铜 铸造铸造方法方法b/0 0.2

34、2/5 5MPaMPa（%）S2952953030590590J2952953030685685S725725380380101015701570J7407404004007 716651665Li、La7407404004007 716651665S600600300300181811751175J600600300300181812751275Li、La600600300300181812751275S2952951212785785J3903901515885885S4504501701702020980980J475475200200181810801080Li、La475475200

35、200181810801080牌牌 号号化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）CuPbAlFeMnSiZnHBSZCuZn38386060.006363.0 0余余ZCuZn2525Al6 6Fe3 3Mn3 36060.006666.0 04 4.557 7.0 02 2.004 4.0 01 1.554 4.0 0余余ZCuZn2626Al4 4Fe3 3Mn3 36060.006666.0 02 2.555 5.0 01 1.554 4.0 01 1.554 4.0 0余余ZCuZn3131Al2 26666.006868.0 02 2.003

36、 3.0 0余余ZCuZn3535Al2 2Mn2 2Fe1 15757.006565.0 00 0.552 2.5 50 0.552 2.0 00 0.113 3.0 0余余第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )27表表2-13 2-13 铸造黄铜铸造黄铜（续）（续）铸造铸造方法方法b/0 0.2 2/5 5MPaMPa（%）S2452451010685685J3453451818785785S3453452020785785J3903902525885885S4404401818980980J490490151510801080ZCuZn3333P

37、b2 26363.006767.0 01 1.003 3.0 0余余S18018070701212490490S2202201515785785J2802801201202020885885S3453451515885885J3903902020980980牌牌 号号化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）CuPbAlFeMnSiZnHBSZCuZn3838Mn2 2Pb2 25757.006060.0 01 1.552 2.5 51 1.552 2.5 5余余ZCuZn4040Mn2 25757.006060.0 01 1.002 2.0 0余余ZC

38、uZn4040Mn3 3Fe1 15353.005858.0 00 0.551 1.5 53 3.004 4.0 0余余ZCuZn4040Pb2 25858.006363.0 00 0.552 2.5 50 0.220 0.8 8余余ZCuZn1616Si4 47979.008181.0 02 2.554 4.5 5余余第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )28二、铸造铝合金二、铸造铝合金 铸造铝合金密度小，塑性高，具有良好的导电、铸造铝合金密度小，塑性高，具有良好的导电、导热、耐蚀性能，力学性能好，铸造性能亦好。导热、耐蚀性能，力学性能好，铸造性能亦

39、好。因此，在航空工业、机械制造、电气工业、铁路因此，在航空工业、机械制造、电气工业、铁路运输及日用工业中得到广泛应用。运输及日用工业中得到广泛应用。 铸造铝合金按主要加入元素的不同分为四类，铸造铝合金按主要加入元素的不同分为四类，即铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金，即铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金，其代号分别用其代号分别用ZL1xx、ZL2xx、ZL3xx、ZL4xx表表示。部分铸造铝合金的代号、化学成分及力学性示。部分铸造铝合金的代号、化学成分及力学性能见表能见表2-14（GB/T11731995）。）。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级

40、) )29表表2-14 2-14 铸造铝合金铸造铝合金 杂质杂质（）（）b/5 5MPa（%）ZL1011016 6.5757.5 50 0.250250.4545其余其余1.51.5135225135225141445704570ZL101101A6 6.5757.5 50 0.250250.4545Ti0 0.080080.2020其余其余0.70.7195295195295252560806080ZL1021021010.013013.0 0其余其余2.22.213515513515524245050ZL1041048 8.010010.5 50 0.170170.35350 0.202

41、0.5 5其余其余1.41.41452351452351 1.525250705070ZL1051054 4.5555.5 51 1.0101.5 50 0.4040.6 6其余其余1.41.41552351552350 0.515165706570ZL105105A4 4.5555.5 51 1.0101.5 50 0.4040.5555其余其余0.50.527529527529512128080ZL1061067 7.5858.5 51 1.0101.5 50 0.3030.5 50 0.3030.5 5Ti0 0.100100.2525其余其余1 11752651752651212608

42、06080ZL1071076 6.5757.5 53 3.5454.5 5其余其余1.21.21652751652752222.5 56510065100ZL1081081111.013013.0 01 1.0202.0 00 0.4141.0 00 0.3030.9 9其余其余1.21.219525519525585908590ZL1091091111.013013.0 00 0.5151.5 50 0.8181.5 5Ni0 0.8181.5 5其余其余1.21.21952451952450.50.59010090100ZL1101104 4.0606.0 05 5.0808.0 00 0

43、.2020.5 5其余其余2.72.712516512516580908090ZL1111118 8.010010.0 01 1.3131.8 80 0.4040.6 60 0.1010.3535Ti0 0.100100.3535其余其余1 12053152053151 1.52528010080100MgMn其它其它类别类别代号代号化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）SiCu铝硅铝硅合金合金AlHBS第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )30表表2-14 2-14 铸造铝合金铸造铝合金（续）（续）杂质杂质

44、（）（）b/5 5MPa（%）ZL2012014 4.5555.3 30 0.6161.0 0Ti0 0.150150.3535其余其余1 1395335395335282870907090ZL201201A4 4.8585.3 30 0.6161.0 0Ti0 0.150150.3535其余其余0.40.43903908 8100100ZL2032034 4.0505.0 0其余其余2.12.1195225195225363660706070ZL3013019 9.511511.0 0其余其余1 128028010106060ZL3033030 0.8181.3 34 4.5555.5 50

45、 0.1010.4 4其余其余0.70.71451451 15555ZL4014016 6.0808.0 00 0.1010.3 3Zn9 9.013013.0 0其余其余2 21952451952451 1.525280908090Ti0 0.150150.2525Zn5 5.0606.5 5Cr0 0.4040.6 6类别类别代号代号化学成分（质量分数化学成分（质量分数%）力力 学学 性性 能能（不小于）（不小于）SiCuMgMn其它其它AlHBSZL4024020 0.5050.6565其余其余1.651.652152352152354 465706570铝铜铝铜合金合金铝镁铝镁合金合金

46、铝锌铝锌合金合金第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )311 1. 铸造铝硅合金铸造铝硅合金 又称硅铝明，其常用的硅的质量分又称硅铝明，其常用的硅的质量分数为数为4 4%1313%。硅铝明是共晶合金，流动性好、收。硅铝明是共晶合金，流动性好、收缩小、裂纹倾向小，易获得致密铸件。常用来制造缩小、裂纹倾向小，易获得致密铸件。常用来制造活塞、气缸盖、电动机外壳、风叶片等。活塞、气缸盖、电动机外壳、风叶片等。 在铝硅合金的共晶组织中，硅呈粗大片状，所以在铝硅合金的共晶组织中，硅呈粗大片状，所以合金的抗拉强度和伸长率都不高。对合金液进行变合金的抗拉强度和伸长率都

47、不高。对合金液进行变质处理，可以改善合金的力学性能。一般铝硅合金质处理，可以改善合金的力学性能。一般铝硅合金都要进行变质处理。都要进行变质处理。 普通铝硅合金（普通铝硅合金（Al-Si二元合金）不能进行热处理二元合金）不能进行热处理强化，单纯靠变质处理仍不能满足所需的强度要求。强化，单纯靠变质处理仍不能满足所需的强度要求。在此基础上加入镁或铜，可以实现热处理强化，例在此基础上加入镁或铜，可以实现热处理强化，例如加镁的如加镁的ZL101、ZL104，加铜的，加铜的ZL107，同时加，同时加镁和铜的镁和铜的ZL105、ZL110等。等。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工(

48、 (高级高级) )32 2 2. 铸造铝铜合金铸造铝铜合金 其常用的铜的质量其常用的铜的质量分数一般为分数一般为4 4%5 5%。铝铜合金有较好的。铝铜合金有较好的高温力学性能，随着含铜量的增加，合金高温力学性能，随着含铜量的增加，合金的高温强度也增加，但同时脆性增大。的高温强度也增加，但同时脆性增大。 铝铜合金可进行热处理强化，含铜铝铜合金可进行热处理强化，含铜5%5%的合金强化效果最佳。的合金强化效果最佳。 铝铜合金的切削性能较好，但耐蚀性铝铜合金的切削性能较好，但耐蚀性和铸造性能比铝硅合金差，易出现缩松、和铸造性能比铝硅合金差，易出现缩松、热裂等缺陷。热裂等缺陷。第三章第三章 铸造合金及

49、其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )33三、铸造非铁合金的熔炼设备三、铸造非铁合金的熔炼设备 用于铸造非铁合金熔炼的熔化用于铸造非铁合金熔炼的熔化炉很多，常用的有坩埚炉、反射炉很多，常用的有坩埚炉、反射炉和感应电炉炉和感应电炉 1. 1. 坩埚炉坩埚炉 坩埚炉结构简单、坩埚炉结构简单、操作方便。见图操作方便。见图2-102-10。工作时，。工作时，把金属炉料放在坩蜗中，加热坩把金属炉料放在坩蜗中，加热坩埚使其熔化、升温。由于坩埚内埚使其熔化、升温。由于坩埚内的炉料不与热源直接接触，金属的炉料不与热源直接接触，金属不受燃料和炉气的污染，在成分不受燃料和炉气的污染，在成分控制、

50、降低烧损和熔炼纯净合金控制、降低烧损和熔炼纯净合金方面，效果都较理想。但坩埚炉方面，效果都较理想。但坩埚炉的热惯性较大，合金温度难于控的热惯性较大，合金温度难于控制，适用于小批量生产。制，适用于小批量生产。图图2 2-1010 回转式坩埚炉回转式坩埚炉第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )34 坩埚炉常用的坩埚有石墨坩埚和铁质坩埚两坩埚炉常用的坩埚有石墨坩埚和铁质坩埚两种。石墨坩埚用石墨和耐火材料的混合料烧制而种。石墨坩埚用石墨和耐火材料的混合料烧制而成，适用于熔化熔点较高的铜合金等。铁质坩埚成，适用于熔化熔点较高的铜合金等。铁质坩埚是由铸铁、铸钢或钢

51、板制成，常用于熔化低熔点是由铸铁、铸钢或钢板制成，常用于熔化低熔点的铝合金等。的铝合金等。 坩埚的规格，是按充满坩蜗坩埚的规格，是按充满坩蜗95%95%的锡青铜液的的锡青铜液的重量分号表示的，如重量分号表示的，如120120号坩埚表示充满坩蜗号坩埚表示充满坩蜗95%95%的锡青铜液的重量为的锡青铜液的重量为120kg120kg。熔炼其它合金时，。熔炼其它合金时，其容量可根据各种合金的密度按比例折算。其容量可根据各种合金的密度按比例折算。 石墨坩埚使用前先在石墨坩埚使用前先在120120150150温度下烘干，温度下烘干，然后再放入炉内加热，用后应放在干燥的地方。然后再放入炉内加热，用后应放在干

52、燥的地方。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )35 2. 2. 反射炉反射炉 反射炉的容量较大，适合大型反射炉的容量较大，适合大型非铁合金铸件生产的需要。图非铁合金铸件生产的需要。图2-112-11为重油反射炉为重油反射炉的结构示意图。反射炉熔炼时，高温火焰从燃烧的结构示意图。反射炉熔炼时，高温火焰从燃烧图图2 2-1111 重油反射炉重油反射炉室进入炉膛，通过炉室进入炉膛，通过炉顶、炉壁将热量反射顶、炉壁将热量反射到炉膛中的金属炉料到炉膛中的金属炉料上，使其熔化、升温。上，使其熔化、升温。这种炉子的熔化效率这种炉子的熔化效率高，但金属烧损严重，高，

53、但金属烧损严重，成分难以控制。成分难以控制。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )36 3 3. 感应电炉感应电炉 感应电炉具有熔炼质量好，感应电炉具有熔炼质量好，金属损失少，功率控制方便、易于实现机械金属损失少，功率控制方便、易于实现机械化、自动化和无排烟问题、劳动条件好等一化、自动化和无排烟问题、劳动条件好等一系列优点，已得到日益广泛的应用。系列优点，已得到日益广泛的应用。 从结构上来看，感应电炉分为有芯感应从结构上来看，感应电炉分为有芯感应炉和无芯感应炉两类，无芯感应炉按电源频炉和无芯感应炉两类，无芯感应炉按电源频率不同，可分为高频炉、中频炉和工

54、频炉三率不同，可分为高频炉、中频炉和工频炉三种。用于非铁合金熔炼的是工频有芯感应炉，种。用于非铁合金熔炼的是工频有芯感应炉，工频无芯感应炉和中频无芯感应炉。工频无芯感应炉和中频无芯感应炉。第三章第三章 铸造合金及其熔炼铸造合金及其熔炼 铸造工铸造工( (高级高级) )37四、铸造铝合金的熔炼操作四、铸造铝合金的熔炼操作 1 1. 熔炼材料熔炼材料 （1）金属炉料）金属炉料 金属炉料包括新金属料、金属炉料包括新金属料、回炉料及中间合金。回炉料及中间合金。 新金属料有纯金属锭及预制合金锭，按新金属料有纯金属锭及预制合金锭，按纯度和用途分类。回炉料是指生产中的浇冒纯度和用途分类。回炉料是指生产中的浇冒口和废旧料。中间合金是为了把一种或多种口和废旧料。中间合金是为了把一种或多种难熔或易烧损元素加入铸造合金中而特殊制难熔或易烧损元素加入铸造合金中而特殊制备的合金。熔制铝合金常用的中间合金有铝备的合金。熔制铝合金常用的中间合金有铝硅合金、铝铜合金