铸造合金及其熔炼课程重点

1、第一章：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增减，谓之碳当量，以CE表示，只 考虑 Si、P 时，CE=C+13（Si+P）共晶度：铸铁偏离共晶点的程度还可用铸铁的实际含碳 量和共晶点的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共 晶度，以 S 表示。S =铁（4.26%-13 （Si+P） 如 S 1 过共晶、s =共晶s之1 铁为亚共晶铸铁c六种石墨分布分类1、片状：形成条件：石墨成核能力 强，冷却速度慢，过冷度小2、菊花状：实际上中心是D 形外围是A形，开始时过冷大，成核条件差、先出D型， 后期放出凝固潜热，过冷减小而析出A型3、块片状：过 共晶时在冷速较小时形成4、枝

2、晶点状：冷速打过冷大导 致G强烈分枝5、枝晶片状冷速小初生Y枝晶6、星状： 过共晶冷速较大。第二章：金相组织由金属基体和片状石墨组成。主要金属 基体：p F及p+F石墨片以不同的数量、大小、形态分 布于基体中。此外，还有少量非金属夹杂物：硫化物、磷 化物等。硫化物：1、硫可以以硫化铁的形式完全溶解于铁液中， 但凝固时硫在固溶体或渗碳体中的溶解度很小。锰较低、 冷速较大时，形成三元硫化物或以富铁硫化物形态存在共 晶团晶界上，能降低铸铁的强度性能2、当锰量较高时， 则形成高熔点的MnS或S质点，对强度性能则无多大影 响。3、磷共晶常沿晶团晶界呈网状、岛状或鱼骨状分布。 它的性质硬而脆，是铸铁的性能

3、降低，脆性增加，因此质 量要求高的铸件常要限制磷的含量。灰铸铁的性能特点1、强度性能：一方面由于它在铸铁中 占有一定量的体积，是金属基体承受负荷的有效面积减少; 另一方面，更为重要的是，在承受负荷时造成应力集中现 象。石墨的缺口作用主要取决于石墨的形状和分布，尤其形状 为主，石墨的缩减作用取决于石墨的大小、数量和分布。 灰铸铁的硬度取决与基体，细化共晶团的措施是提高铸铁 力学性能的有力手段。灰铸铁中由于有大量的石墨片存 在，减少了对外来缺口对力学性能影响的敏感性。2.硬度 分散。3.缺口敏感性低。4.良好的减震性。5.良好的减摩 性影响铸铁铸态组织的因素：1、冷却速度的影响2、化学 成分的影响

4、3、铁液的过热和高温静置的影响4、孕育的 影响5、气体的影响。6.炉料的影响化学成分的影响： 普通铸铁中主要有C、Mn、P、S，其中C、Si是最主要基 本的成分Mn含量较低，P、S常被看做杂质化学成分对石墨影响：C、Si增高石墨粗化，一定限度前 降低C、Si量，石墨细化，C、Si很低（孕育不良）有形 成D型石墨倾向，Cu、Ni、Mo、Mn、Cr、Sn、（一定限 度）石墨细化 O、S较高，石墨成片状、 O、S较低， 石墨成球团趋势各元素对基体：主要体现在对铁素体和珠光体的相对数量 和珠光体弥散度的变化上C、Si、Al增加F增加 提高Cu、Ni、Mo，可出现贝氏 体Mn、Cr、Cu、Ni、Sn、S

5、b （一定量内）P增加并细化其 中Mn形成M Mo珠光体细化高Mn高Ni，形成Y孕育处理：铁液浇注以前，在一定的条件下（如一定的过 热温度，一定的化学成分，合适的加入方法）向铁液中加 入一定量的物质（孕育剂）以改变铁液的凝固过程，改善 铸态组织，从而达到提高性能为目的的处理方法，谓之孕 育处理孕育处理可降低铁液的过冷倾向，促使铁液按稳定锡共晶 进行凝固同时对石墨形态并会发生积极影响。孕育处理的目的：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 性能及其他性能的目的。提高灰铸铁性能主要途径：1、合理选定

6、化学成分2、孕 育处理3、低合金化流动性：是指铁液充填铸型的能力，流动性高低受多种因 素影响，最主要的是化学成分及浇注温度对于普通HT，在正常浇注温度下，在Fe-C合金中其流动 性最好，C与Si主要影响共晶度，S 1时，由于有初析石墨析出，因而流动 性差，此时若提高流动性，只有降低C、Si含量，MnS以 固体质点到形式存在，增加了铁液内摩擦，降低流动性， 以FeS存在，影响不大磷可使铁的共晶度增加，又形成低熔点共晶体，并降低铸 铁液相线温度，因而磷可有效提高其流动性Cu稍许提高流动性，铬在铁液表面形成氧化膜，降低流 动性，另一重要因素为浇注温度，其他条件不变，提高浇 注温度，增加流动性收缩伴生

7、性：缩孔、缩松、热裂、内应力及变形与冷裂铸件热烈是由于在凝固后期受到来自铸型、型芯或其 他方面机械阻碍造成的，常出现在铸件厚壁处或截面突变 处，铸件凝固收缩越小，收缩前膨胀越大，机械阻碍越小， 热烈可能性也越小。共晶团粗大也易热裂。铸造应力主要指铸件固定收缩时所承受的热应力与 相变应力。铸造石墨化越强，石墨愈多越粗大，弹性模量与线收 缩值越小，铸造应力也越小，这种铸造应力常是造成铸造 变形开裂的主要根源。提高铸件碳当量，促进石墨化，铸 造应力减少，产生冷裂可能性也减少。另外提高冷却速度， 可增加温差热应力，同时石墨化也受到限制，铸造应力增 大，产生冷裂的可能性加大。在灰铸铁热处理:1、低温退火

8、，消除内应力的热处理， 并称热时效2、改善加工性能，降低硬度（去除铸件内残 留的少量的由硫化物）的热处理（称为高温石墨化退火） 第三章球铁的组织：铁素体球铁：塑性，韧性f；铁素 体+珠光体球铁：两者之间；珠光体球铁：强度，硬度f。 球铁的性能：强度塑性韧性远远超过灰铁,由于可 铁，铸造性，减振性,切削性，耐磨性等良好球墨铸铁的生产过程：熔炼合格的铁液、球化处理、孕育 处理、炉前检验、浇注铸件、清理及热处理、铸件质量检 验。化学成分的选定：基本元素:a碳和硅：为保证铸造性能碳当量在共晶成分左右，高C 和低Si原则，CE 11-缩松和裂纹，CE fff G漂浮，其 结果是铸件中夹杂物量增多降低铸铁

9、性能且污染工作环 境；用镁和铈处理的铁液有较大的结晶过冷和形成白口倾 向，硅能减小这种倾向，另外硅还能细化石墨，提高石墨 球的圆整度，但硅降低铸铁的韧性。b锰：由于锰有严重的正偏析倾向，往往有可能富集于共 晶团晶界处，严重时会促使形成晶间碳化物显著降低球墨 铸铁的韧性。C磷：有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重 降低石墨铸铁的韧性，磷还增大球墨铸铁的缩松倾向。d硫：S f易与和球化剂合成硫化物,浪费球化剂造成球化 不稳定且增加夹杂物量，导致铸件产生缺陷，球化衰退速 度加快。合金元素：a钼：提高铸铁强度和淬透性,0.6%0.8%使A的等温分解 温度降低200400C，但在铸铁结晶过程中，

10、钼在共晶团 内有较大的正偏析倾向，当钼含量达0.81.0%时容易促使 在共晶团边界形成富钼的四元磷共晶或钼的碳化物等脆 性相。b铜：具有稳定珠光体的作用c镍：作用与铜相似，与钼相比其优点是在共晶团内部分 布比较均匀，不会因偏析而使共晶团边界脆化。d铬：用于珠光体球墨铸铁，0.20.3%可显著稳定珠光体 及强化力学性能的作用。微量元素：Ti、As、Pb、Al、Cr、Sn、Sb大多数情况 对铸铁性能有不良影响：干扰石墨化、促使在共晶团 边界上析出脆性相、在铁素体球墨铸铁中阻碍基体的 铁素体化过程。球墨铸铁的熔炼要求及炉前处理技术:球化率的定义在铸 铁微观组织的有代表性的视场中，在单位面积上球状石墨

11、 数目与全部石墨数目的比值。对熔炼的要求：提高浇注温度（由于在球墨铸铁的球 化、孕育处理过程中要加入大量的处理剂，这使得铁 液温度要降低5010。0、低含硫量（为获得低硫高温 铁液，采用冲天炉和感应电炉双联熔炼，中间配合有 效的脱硫措施）、对原材料的要求（有足够低的硫、 磷含量，并含有尽可能少的反球化元素以及来源及成 分的稳定）此外，对铁液的氧化程度要严格控制，以 控制其含氧量。球化处理：Mg、Ce、CaA镁球化剂的性质及在铁液中的作用：a优点：化学性质活泼，脱硫、去氧能力很强。生成 的MgS、MgO熔点高，密度小轻易浮出铁液而被除去。 镁进入铁液后首先起脱硫去氧作用，当铁液中硫量降 至一定值

12、时，镁开始对石墨的球化起作用（MgS、MgO、 SiO与G有共格关系一6核心），促使石墨长成球状。 b缺点：密度小沸点低，加入铁液中的镁易上浮并 气化，降低其吸收率，应严格控制反球化元素含量 残留Mgfff白口，应严格控制Mg残留量。Mg球化剂球化处理方法：自建压力加镁法、转动包法、 镁合金法B稀土镁合金球化剂的性质及在铁液中的作用：a优点：素的沸点大都高于铁液温度，因此单纯用稀 土处理时完全没有沸腾作用，非常平稳，其球化作用 较镁差些，稀土纯化铁液的作用只有在伴有一定的搅 动作用时才能发挥，所以和镁同时加入时便较用单一 稀土合金时有利。b缺点：需要注意的是，稀土元素虽有脱硫、去气、 净化铁液

13、和使石墨球化等有利作用，但白口倾向很 大，而且偏析严重。处理方法：冲入法、型内球化法（优点为球化元素的 吸收率高，所得球墨铸铁的性能比普通冲入法的高。 此外，还克服了孕育衰退和球化衰退的问题。但是为 了保证球化稳定，各种工艺元素如球化剂成分、铁液 温度、成分及原材料等一定要保持稳定。孕育处理目的：消除结晶过冷倾向、促使石墨球化、 减小晶间偏析。孕育方法：炉前一次孕育和多次孕育、 瞬时孕育球墨铸铁的铸造性能及常见缺陷：球墨铸铁的凝固特点：有较宽的共晶凝固温度范围、糊 状凝固特性、较大的共晶膨胀。球墨铸铁的铸造性能：较好流动性、收缩特性QTVHT、 内应力QTHT0球墨铸铁常见缺陷及防止：缩孔缩松

14、：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。球墨铸铁热处理：热处理特点：FeC Si三元合金其共析转变温度范围 宽、组织有高碳相、杂质含量较钢高） 球墨铸铁的退火：目的去除铸态组织中的自由

15、渗碳体及获得F球墨铸铁。高 温石墨化退火Ac3以上50100C，铸铁组织为G+A。 低温石墨化退火是为了是珠光体分解成铁素体和石墨，可 采用两种方式：一种为加热到Ac1以上温度获得奥氏体基 体后，让铸件缓慢通过共析转变温区，是奥氏体直接按稳 定系进行共析转变，形成铁素体和石墨。另一种为在Ac1 温度一下加热并保温，使珠光体分解为铁素体和石墨。退 火完成以后铸件随炉冷至550600C后出炉空冷，以免产 生缓冷脆性0球墨铸铁的正火处理：目的在于增加金属基体中珠光体的含量和提高珠 光体的分散度，并使其细化，提高铸铁的强度、硬度和耐 磨性。当铸态存在自由渗碳体时，在正火之前必须进行高 温石墨化退火，以

16、消除自由渗碳体。正火后组织特征为： 铁素体被珠光体分割成分散状或破碎状，这种组织使球墨 铸铁具有良好的强度性能和较高的伸长率和韧性。高温完全奥氏体化正火（Ac1上限加3050C ）以 获得尽可能多的珠光体组织0部分奥实体化正火（Ac1上、下限之间）加热温度 处于奥氏体、铁素体和石墨三相共存区，仅有部分基体转 成奥氏体，而剩下的部分铁素体则以分散形式分布，转变 成奥氏体的部分在随后冷却过程中转变成珠光体。 为获得珠光体基体，还可采用淬火-高温回火的调制处理， 得到回火索氏体组织。球墨铸铁的等温淬火处理：得到贝氏体或奥氏体-贝氏体基体组织的球墨铸铁。前者 淬火液温度较低，通常得到下贝氏体。后者一般

17、采用较高 温度的淬火液，得到奥氏体加上上贝氏体组织0B QT（针状）250C低温回火 高于300C时B分解下一一一Y + B下一QT（羽毛I M 当V f 时f Ml B f a f、M （c% f）f Y （B）f Y 过饱和 II Y （c% ff）若 t ff B 型a +Fe C球墨铸铁的表面处理；为了提高球墨铸铁件的各种表面性能，如硬度、耐磨性、 耐蚀性等。根据处理过程是否改变表层组织的成分，大致 可分为两类：不改变表层成分的热处理：表面感应淬火、火焰淬火、 激光表面硬化的热处理。改变表层成分的热处理：渗氮、碳氮共渗、软氮化处理。 蠕墨铸铁：蠕化率：在有代表性的显微视场中蠕虫状石墨数

18、与全部石 墨数的百分比。组织：F + G （蠕虫状、球状）；F + P + G （蠕虫状、球状）； P + G （蠕虫状球状）制备：浇注前，向铁水中加入蠕化剂（稀土、Si、Ca等）进 行蠕化处理，并经过孕育处理（硅铁、硅 钙铁）后形成。性能：蠕虫状石墨长宽比小，尖端圆纯对基体切割 作用小；抗拉强度、塑性、疲劳强度大于灰铸铁； 导热性、铸造性、可切削性大于球墨铸铁。蠕墨铸铁常见缺陷：除因蠕化元素残留量控制不严造成蠕化不足或过 量蠕化，使蠕化率降低及因孕育不足，使铸件的白口倾向 严重外，最常见的缺陷即夹渣，但由于蠕墨铸铁铁液中镁、 稀土等元素的残留量较球墨铸铁低，因此其产生夹渣的可 能性较球墨铸铁

19、低。防止夹渣的措施：应严格控制原铁液 的含硫量，并保证蠕化一孕育后的铁液温度不低于 1350C,以创造条件使铁液中的夹渣上浮，并在浇注中加 强畜渣措施。蠕墨铸铁生产的质量控制：选择适当的原材料，控制较低及稳定的硫量，并使用低 磷原料。2.选择适当的碳硅含量，以保证所需的碳当量， 并根据基体组织的要求控制珠光体形成元素的加入量。3. 准确掌握处理铁液的质量及其含硫量，并根据处理工艺准 确确定蠕化剂的加入量，以保证蠕化元素在适合的含量范 围。4.采用合适的孕育方法，以保证孕育处理的效果。5. 控制铁液的处理温度。6.使用高刚度铸型及优质型芯。7.严格炉料管理。可锻铸件：是将一定成分的白口铸件毛坯经

20、退火处理， 使白口铸铁中的渗碳体分解成为团絮状石墨，从而得到由 团絮状石墨和不同基体组织组成的铸铁。组织：F +团 絮状G， P +团絮状G性能：介于灰铸铁和球铁之间。相对于片状石墨，团絮状 石墨对基体的切割作用小。较好的强度、一定的塑性。可锻铸铁的分类、特点：石墨化退火可锻铸铁：铁素体可锻铸铁（黑心）： 特点：a.坯件在非氧化性介质中进行石墨化退火，莱氏 体、珠光体皆分解，即 Fe Cf 3Fe（Y、a ）+G，PFe（a ）+G。组织为：F+团絮状G 3c性能：高韧性珠光体可锻铸铁：a.坯件在非氧化性介质中进行石墨化 退火，只有莱氏体分解，即FeC3Fe（Y、a ）+G b.组织： P+团

21、絮状G c性能：高强性3脱碳退火可锻铸铁：白心可锻铸铁：a.坯件在非氧化性 介质中进行脱碳退火，即CO +C（坯件中）f 2CO f b.组 织：表面为，中心脱碳不全有少量P+团絮状G性能：焊接性较好可锻铸铁：白口铁晶石墨化退火而成的一种铸铁石墨 呈团絮状，故抗拉强度f且塑，韧f.必须采用C,Si含量 低的铁水，防石墨化.通常2.42.8%C, 0.41.4%Si生产特点生产过程：白口铁一石墨化退火（920980C，保 温1020h）团絮状石墨工艺特点：熔点比灰铁高，凝固温度范围大,流动性不好, 液固两相区宽,砂型耐火性要求高.周期长（4070h）,成本 高.退火过程及控制：铁素体可锻铸铁的退

22、火过程：升温过程950C左右：温度升高太快，使铸件内部产 生很大应力，造成断裂，W100C/h石墨化第一阶段940970C，在第一阶段保温，自由 渗碳体不断溶入奥氏体而逐渐消失，团絮状石墨逐渐形 成。第一阶段结束，组织为奥氏体加团状石墨。温度太高， 组织粗大。中间冷却阶段：从高温冷却到共析转变温度稍下的温 度710730C。随着温度的降低，奥氏体中的碳溶解度减 小，过饱和的碳自奥氏体中脱溶，附着在已生成的团状石 墨上，使石墨长大，冷至共析点下组织转变为珠光体加团 状石墨。冷的太慢延长退火时间，太快会出现二次渗碳体。第二阶段石墨化（低温石墨化）：780C 35h Y。+G； 710730C Pf

23、 a +G冷却阶段：可用较快速度冷却，为防止回火脆性，到 500600C时即出炉空冷。珠光体可锻铸铁的退火过程：热处理规范有以下几种：第一阶段石墨化后，随炉冷至820880C即出炉空冷， 得到高强度、低韧性的片状珠光体可锻铸铁。第一阶段石墨化后，随炉冷至680C，保温68h，在 化学成分上珠光体的稳定作用较强的条件下（如含有微量 锡、锑或铜、锰量较高时），可得到粒状珠光体可锻铸铁。有较好的延伸性和韧性。c.第一阶段石墨化后淬火成马氏体，在高温回火成回火 粒状珠光体。3.白口可锻铸铁的退火：将白口铸坯和氧化铁（铁矿石、 轧钢或锻钢的鳞屑）一起装入退火炉，以使铸件由表面向 中心逐层脱碳，从而韧化铸

24、件。固态石墨化原理：KT中G的形成：a高温石墨化：Ld f 化f （保温）Fe C f Y +G，Y / Fe3C晶界处f G核心b低温石墨化：Y f & +G； Pf a +G影响石墨化过程的因素：a在奥氏体晶界上形成石墨晶核 b渗碳体在不断向奥氏体内溶解c碳原子由渗碳体一奥氏 体界面（高浓度区）向石墨一奥氏体界面（低浓度区）扩 散。d碳原子向石墨核心沉淀，即石墨长大。加速可锻铸铁石墨化的措施：一般措施：a正确选定铁液成分：即保证铸态全白口的前提下，碳、 硅含量特别是硅含量不宜太低或太高。此外控制合适的 Mn/S比，S阻碍G,Mn可削弱S的影响MnS.b适当提高退火温度：加快碳原子的扩散，增

25、多石墨晶核 的数量；不宜太高，否则石墨形状恶化，导致力学性能降 低。c增加铸件凝固时的冷却速度：如使用金属型浇注白口毛 坯，可细化处晶组织，使渗碳体-奥氏体界面增加，增加 石墨可能形核的位置，加快石墨化。d正确设计和选用退火炉：使铸件能均匀而迅速加热和冷 却，避免局部低温处铸坯石墨化速度慢而延长石墨化过 程。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队石墨的形成没有影响或促进 石墨的形成。复合孕育剂的配合原则：一种元素主要起增加石墨核心、 缩短碳原子扩散距离、加速石墨化过的的作用，但在凝固 时对铸铁的石墨化没有强烈的促进作用，以避免在厚断面 中出现麻点

26、。另一种元素（Bi、Sb）应有强烈阻碍凝固时 的石墨化作用，这样可以允许选择较高的硅量，这样在厚 断面中不只因硅含量高而出现麻点，同时这个元素又要对 退货时的石墨化没有强烈的阻碍作用。目前广泛采用：低温时效和加铝孕育，其G核心的形成为 H扩散到纤维缩孔里聚合加上Fe3C析出的C （其中多余的 C形成G）形成CH产生应力对P-KT有影响。第四章特种性能铸铁一一指服役过程中能满足特殊使用 性能的铸铁，主要包括减摩铸铁、抗磨铸铁、耐热铸铁和 耐腐蚀铸铁。冷硬铸铁一一通过一定的工艺方法，使铸件激冷层的组织 形成白口或麻口，铸件内部组织仍保持灰口的铸铁。抗磨铸铁抗磨铸铁一一用于抵抗磨料磨损（由硬颗粒或突

27、出物作用 使材料迁移导致的磨损）的铸铁耐磨性及影响因素材料的耐磨性绝对耐磨性一一磨损量的倒数相对耐磨性=标准试样的磨损量/实验试样的磨损量影响耐磨性的主要因素（1）外部条件：载荷、速度、温度、磨料的性质。（2） 内部条件：组织和性能。高的硬度，一定的韧性。普通白口铁应用犁铧、面粉机磨辊、球磨机磨段、抛丸机铁丸化学成分 1）高 C； 2.2-3.6% （2）低 Si； 1% （3） Mn稍高；1% （4）合金元素，不含或少量组织 P+Fe C性能（1）脆性大；（2）耐磨性较差。（3）脆性大镍硬白口铸铁应用 冶金轧辊、球磨机衬板、磨球。化学成分 高C低Si，高Ni（提高淬透性、获得M），高Cr组织

28、马氏体+碳化物性能铬系白口铁Cr个，碳化物的形态：（Fe、Cr）3C（Fe、Cr）7C3（Fe、 Cr）23C6（Fe、Cr）C：连续网状或板状 1000-1230HV（Fe、Cr）:不连续条状或条块状1200-1800HV （Fe、Cr）C6 ：不连续条状或条块状1140HV 低铬白口铸铁 Cr 1000r时，FeO膜厚度达到500A，隔绝氧与金属基体 的直接接触，此时，铁的氧化就开始受金属铁离子通过 FeO膜不断扩散至表面与氧反应。影响铸铁氧化的因素（1）氧化膜的性质;a.氧化膜的致密度系数Y 1时，氧化膜致密，具有保护作用；Y 1时，氧化膜 疏松，不具有保护作用。b.氧化膜的导电率导电率

29、f，离子扩散运动个，氧化个;Al、Si、Cr、Y个，导电率I，抗氧化f ；（2）合金元素;加入合金元素的目的是为了阻碍主金属铁 离子的扩散，防止铁的进一步氧化（3）铸铁组织.综上，防止的主要措施是：加入合金元素铝，硅，络等， 以形成连续致密的能防止离子扩散的层下氧化膜;采用孕 育处理，使共晶团及石墨细化；适当降低碳量，以减少石 墨的数量；采用球墨铸铁等。铁在高温生长低于相变温度时的生长温度:400600C;生长机理:P9F+G;措施:a.提高硅含量使基体全部为F，或采用石墨化退火来 获得全部F加入稳定P的合金元素络，锡在相变温度范围的生长原因产生大量的孔洞.措施:a.提高相变点温度；b.调整

30、工作温度.高于相变温度时的生长原因:氧化 措施:防止氧化.第五章铸铁的熔炼冲天炉的基本结构；炉底与炉基，炉体与前炉（有前炉的 的炉缸，主要作用是保护炉底，汇聚铁液和炉渣使之进入 前炉。物前炉的炉缸，主要起储存铁液），烟囱与除尘装 置，送风系统，热风装置，风机一冲天炉内焦碳燃烧的基本规律，焦碳燃烧的一般过程：1加热着火2动力燃烧，焦炭的燃 烧速度受化学反应速度的控制，称为动力燃烧3扩散燃 烧。二，氧化带，从空气与焦炭接触的位置开始至炉气中自由 氧消失，二氧化碳浓度达到最大值。三，还原带，氧化带顶面至炉气中二氧化碳与一氧化碳含 量基本不变的区域。，从风口引入的风容易趋向炉壁，形 成炉壁效应，形成一

31、个下凹的氧化带和还原带，对熔化造 成不利影响。不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热；加速 了炉壁的侵蚀；铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降， 影响化学成分。解决方法：采用较大焦炭块度，使风均匀送入；采用 插入式风嘴；采用曲线炉膛；采用中央送风系统； 熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适 应。四，炉气燃烧比，通常所说的燃烧比是指燃烧产物的脱离 底焦层到二氧化碳反应停止的气相成分计算。冲天炉内的热交换，预热区，熔化区，过热区，炉缸区。（1）预热区：从加料口下沿，炉料表面到铁料开始熔化 的区域称为预热区，下面的炉气温度可达1200 C 1300C，预热带的上部炉气温度为200C 50

32、0C。由 于这一区域的平均温度不高，炉气黑度和辐射空间较小， 炉气在料层内流速较大，炉料与炉气之间的热交换以对流 为主，炉料在预热区内停留时间较长，一般为30分钟左 右，预热区的高度受有效高度、底焦高度、炉内料面的实 际位置、炉料块度、熔化速度、焦铁比的影响。（2）熔化区：从铁料开始熔化到熔化完毕这一区域称为 熔化区，在实际熔炼过程中，底焦顶面高度的波动范围大 致等于层焦的厚度，熔化区内的热交换方式仍以对流为 主，在实际熔炼过程中，熔化区不是一个平面区带，而是 一个中心下凹的曲面，从铁水过热和成分均匀度出发希望 熔化区窄而平直，熔化区在炉内位置的高低基本上是由炉 气和温度分布状态决定，也受焦炭

33、的烧失速度、批料重量、 炉料块度等因素影响，这些因素将使铁料的受热面积、受 热时间、受热强度发生变化，造成熔化区高度波动（影响 出铁温度），当焦铁比一定，熔化区的平均高度将会因批 料重量的减小而提高，从而扩大了过热区，提高了铁水温 度，但是批料层不宜过薄，否则易混料使加料操作不便。（3）过热区：从铁液熔化以后，铁水下滴过程中，与高 温炉气和炽热的焦炭相接触，温度进一步提高，此区域称 为过热区（过热区炉气温度一般在1600 C 1700C）。 过热区内以焦炭与铁水接触传导传热为主，焦炭表面燃烧 温度对热交换效果有重要影响。因而设法强化底焦燃烧， 经测定铁水滴成铁水小流穿越底焦的时间一般不超过30

34、 秒，而在这一区间内铁水却要提高350C左右，比预热区 大了 24倍左右，其传热强度为11KJ/Kg.s，达到这样高 的传热强度，除了以高炉温做保证外，还要保证底焦具有 足够的高度，这是提高过热效应的关键。（4）炉缸区：在一般操作条件下，炉缸内没有空气供给， 焦炭几乎不燃烧，此区域温度一般不超过1520 C，所以 对高温铁水来说，炉缸区是一个冷却区，且炉缸越深，冷 却作用越大。为了提高此区域的温度，可以适当地开渣口 操作，但对铁水的氧化程度有害，所以当熔炼稳定以后， 还要闭渣操作。预热区内的热交换：自冲天炉加料口下缘附近的炉料面开 始，至金属料开始熔化位置。炉气给热以对流传热为主， 传递热量大

35、，预热区高度变化大。熔化区内的热交换，从金属料开始熔化到熔化完毕。炉气 给热以对流传热为主，区域呈凹形分布，区域高度波动大。 过热区内的热交换，通常将铁料熔化完毕至第一排风口平 面之间的这一段炉身高度。铁液的受热以与焦炭接触传导 传热为主，传热强度大，炉气最高温度与区域高度起决定 性作用。影响铁液温度的主要因素：1焦炭对铁液温度的影响；焦 炭成分，焦炭强度与块度，反应能力.2送风对铁液温度 影响；风量的影响（大了不好，笑了也不好，有最惠风量）， 风速的影响，风温的影响。3金属炉料对铁液温度的影响； 4熔炼操作参数对铁液温度的影响；底焦高度，焦炭消耗 量，批料量。5冲天炉结构参数对铁液温度的影响

36、；炉型 的影响，风口布置的影响。冲天炉强化熔炼的主要措施；预热送风，富氧送风，除湿 送风。冲天炉熔炼过程中化学成分的变化规律;冲天炉内炉气的 组成；O，CO，CO .冲天炉内炉渣来源于炉衬的侵蚀，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及加入炉内的熔 剂（碳酸钙）。石灰和其他夹杂物反应而形成的低熔点复 杂化合物，即炉渣。冲天炉燃烧和换热过程中会从各个方面带入炉内各种各 样的氧化物，其中有焦碳的灰分、金属炉料的铁锈、粘土 和砂子腐蚀掉的炉衬的。金属炉料中一些元素的烧损也会 产生氧化物，主要有二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧 化亚铁其中以酸性氧化物二氧化硅为主，如果这些氧化物 残

37、留在铁水中会使铁水粘度增大流动性下降，并恶化铸件 的机械性能，因此伴随熔化过程必须有一个造渣过程，随 同每批炉料加入一定数量的溶剂，以便使这些化合物变为 熔渣从炉内排出获得干净的铁水和洁净的焦碳表面。常用 的造渣熔剂石灰石加入炉内后逐步加热到900 r时开始分 解生成石灰，石灰（CaO）是较强的碱性氧化物可以同高 熔点酸性氧化物组成低熔点的复杂盐类，炉渣成分对冲天 炉熔炼过程、铁水质量有重大影响，调整炉渣成分可以促 成或者是阻碍一些反应的进行，按照组成物的化学性质分 有三类：酸性氧化物包括二氧化硅、五氧化二磷，碱性氧 化物包括氧化钙，氧化镁，氧化锰，氧化亚铁，中性氧化 物包括氧化铝。如果渣中的

38、酸性氧化物多就称为酸性渣， 碱性=CaO%+MgO%，碱性在0.8以下SiO2%时称为酸性渣，碱性在0.81.0时称为中性渣，1.0以上 称为碱性渣，在冲天炉内还可以加入萤石（CaF2）用以降 低炉渣熔点，这种氟盐投炉以后可以生成氟化氢对人体极 其有害，目前许多工厂已禁止使用。经验表明，不加入萤 石对炉渣性质并没有不良影响。炉渣的性质：R= （CaO%+MgO%） /SiO %,R为炉渣的碱度 炉渣的作用，清除焦炭表面的灰渣，2利于炉内燃烧反应， 直接参与冶金反应，影响铁液成分的变化。（酸性渣能抑 制硅的烧损，碱性渣能降低铁液的硫）冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化：化学成分的变 化，冲天炉熔

39、炼化学成分变化有如下规律：、含碳量的增加。铁水的含碳量的变化，总是趋于共晶 成分；、含硫量往往增加40%100%，铁水增硫量主要 来自于焦炭；、磷量基本不变；、铁、硅、锰等合金 元素烧损，炉内氧化作用越大，元素烧损越严重含碳量的 变化，铁液自焦炭吸收碳分即曾碳，炉气中的氧化性气氛（O， CO ）和铁液中的FeO所氧化既脱碳。影响铁液含碳量变 化的主演因素；炉料化学成分，C=4.3%-1/3 （Si+P）。焦 炭。供风条件，炉渣，炉子结构。0铁液中硅和锰的氧化过程；直接氧化，Si+O = （SiO）+Q, Mn+1/2O =MnO+Q.Si+2CO =SiO +2CO+Q2,2Mn +CO =M

40、nO+CO+Q.间接氧化，Si2+2FeO=SiO +2Fe+Q, M*+ FeO= MnO+Fe+Q。锰和硅的氧化主要发生在熔 化区和过热区。含硫量的变化；铁液中硫的来源，一是炉料中固有的硫， 二是铁液从焦炭中吸收的硫分。碱性冲天炉，特别是预热 送风碱性冲天炉熔炼，能有效地的脱硫。在一般酸性冲天 炉中，含硫量是增加的。第六章，铸造碳钢铸造碳钢属于亚共析钢，其结晶过程分 为一次结晶和二次结晶。一次结晶：有高温铁素体（6-Fe） 析出，然后又有奥氏体析出；二次结晶：有共析铁素偈 相析出。随着a相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。 当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠 光体。碳钢为什么热处

41、理，方法是什么？ 碳钢铸件的铸态组 织的特征是结晶粗大，有些情况还存在魏氏组织（或 网状）组织。晶粒粗大则晶界的比表面积小，钢的强 度较低，韧性较低，碳钢在铸态力学性能低，不耐冲 击。铸造碳钢在其二次结晶过程中，当温度通过Y +a两相区时，先共析铁素体a的析出会因钢的含 碳量和冷却速度的不同而形成不同的形态，有粒状、 条状（魏氏体）和网状三种。实际上只有含碳量低儿 壁又较厚的铸钢件中，才会在铸态下得到粒状组织。 铁素体在奥氏体晶粒内部已一定的方向呈条状析出， 魏氏体组织属于亚稳定组织，通过热处理，可使之转 变为更稳定的粒状组织。由于奥氏体晶界上晶格缺位 多，且组织疏松，故易于铁素体新相的形核和

42、铁原子 的聚集从而为网状组织的形成创造了条件。通过适当 的热处理（退火或正火），魏氏体或网状组织即会转 变为粒状组织，从而使钢的性能得到提高。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。碳钢件不采用淬火处理的方法。这是由于碳钢 的淬透性较差，铸件壁厚上不易得到均一的组织和性 能。影响铸造碳钢力学性能的主要因素？一，化学成分:碳是钢的主要强化元素，锰和硅在钢中是有益的化学 成分，他们也提高钢的强度，铸造碳钢中含硅量的上 限值为0.5 %，钢中的硫和磷是有害的化学成分，硫 是铸钢件产生热烈的一个重要因素，磷是铸钢件产 生冷烈的一

43、个重要因素。二，气体和非金属夹杂物: 1，气体，氢，钢中的气体主要是氢、氮和氧。钢 中的氢依照凝固条件的不同而采用两种方式：在凝固 较慢的条件下氢H2方式析出，在铸钢件表皮下形成 众多小气孔；在快速凝固条件下，氢以极微细的质点 在铁的晶格内部析出，形成“氢脆”。氮，少量氮化物在凝固过程中能起到非均质结晶核心的作用， 具有细化钢的晶粒，提高钢的力学性能的作用。但当 钢中氮化物多时，又会使钢的塑性和韧性降低。氧， 氧在钢液中以FeO分子形态存在钢中氧既能造成气孔 又能使钢的力学性能降低。2，非金属夹杂物，分为4 类：硫化物类、氧化铝类、碳酸盐类、球状氧化物。三，铸件壁厚，由于壁厚对晶粒度、枝晶臂间

44、距和致 密度产生影响，使铸 件壁厚对钢的性能有显 著的影 响，这称为铸钢件的壁厚效应第七章铸造低合金钢是在铸造碳钢的化学成分 基础 上加入为量不多的一 种或几种合金元素所构 成的钢 种，其合金元素的总含量一般不超过 5%。锰的作用：1提高钢的淬透性，2在铁素体中起固溶 强化作用，3使钢的共析转变温度降低单元锰钢的缺 点是热处理中过热敏感性大，易使钢产生回火脆性 （在热处理时铸件回火后应速冷），4使铁素体韧化、 改善钢的低温韧性锰硅钢中硅的作用：1使钢的淬透性进一步提高，2 提高钢的表面强化效果，从而提高钢的耐磨性，3锰硅钢具有良好的耐海水腐蚀的能力 铌起细化晶粒的作用铬的作用：1提高钢的淬透性

45、，2在铁素体中起固溶 强化作用，而不降低其塑性，3抑制碳化物的析出 单元铭钢的缺点是具有回火脆性，加入适量的钼能减 轻钢的回火脆性倾向，铭和钼都具有提高渗碳体热稳 定性，钼和钒课防止钢在高温下发生晶粒长大因此铭 钼钢具有良好的耐热性能，铭钼钒钢实用于耐热零件镍在钢中的作用：1固溶强化，2提高钢的淬透性，3细 化珠光体，4降低钢的韧性一脆性转变温度，5提高刚在 高温下的抗氧化性。获得低合金高强度钢的方法：1低含碳量2多种合金元素 复合强化3多阶段热处理4钢液净化。第八章，铸造高合金钢。高锰钢的特点：高锰钢中锰的含 量为13%，牌号ZGMn13，钢经过热处理后具有单一奥氏 体组织，韧性很好，但硬度

46、并不高。但这种奥氏体有加工 硬化性，铸件在工作中经常受强烈的冲击或挤压，其表面 层组织发生加工硬化，硬度大为提高，因而具有很高的耐 磨性。由于高锰钢的热导率低(相当于钢的1/3左右)， 焊接过程中易产生大的应力而开裂。又由于焊接形成的熔 池中产生大量的氧化锰夹杂，降低母体金属与焊缝金属之 间的联接，故焊接性能很差。高锰钢的加工硬化机理：1位错堆积论：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。2形变诱导相变论：认为高锰钢中 奥氏体是处于相对稳定的状

47、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。铸造不锈钢的耐蚀原理：当钢中含格量达到一定的浓度约 (2%)以上时，就会在钢的晶粒表面形成一层致密的、含氧化格的薄膜，其组成可以用FeO - Cr2O3表示。这种 氧化膜在氧化性酸类中具有高的化学稳定性，称为钝化 膜。保护晶粒内部，使之免于受到腐蚀。抗磨耐蚀合金铸钢的机理:抗磨耐蚀合金钢以格为主加元 素，并添加有镣和钼，以便在格、镣、钼的联合作用下， 使钢具有很高的淬透性，从而在油淬或空冷条件下，得到 马氏体组织。铭镍不锈钢与铭镍耐热钢在化学成分和性能方面各有何 特点？格镣不锈钢

48、的化学成分如下：C W 0.12%，Si W 1.0%，Mn1.0%2.0%，Cr17.0%20.0%，Ni8.011.0%，PW0.04%， SW0.03%。钢的力学性能指标如下：os3200Mpa，ob 3450Mp，05325%，。332%，ak310X 105J/m2。由 于含有大量的格，顾在焊接中易形成氧化格夹杂物而影响 焊接强度，焊接性能差。格镣耐热钢在成分上与格镣不锈钢相比有较高的含碳量， 钢中Si2%3%。含镣量也较高。不仅拥有好的耐蚀性，也 有很好的耐热性。第九章电弧炉炼钢1.炼钢的目的和要求：将炉料融化成钢液，并提高其 过热温度，保证教主的需要;。将钢液中的硅、锰、碳的 含

49、量，控制在规格范围之内:降低钢液中的有害元素P 和S，使其含量降低到规定限度以下；清除钢液中的非 金属夹杂物和气体，使钢液纯净。2 .炼钢工艺要点：补炉：炉温高、操作快、补层薄 配料和装料炉料：有适宜的平均含碳量、造渣脱磷保护炉 底熔化期：预脱磷、在炉料熔化过程中，炉料中的铁和 硅、锰、磷等元素被炉气中的氧所氧化生成FeO、SiO2、 MnO及P2O5等氧化物与加入的石灰化合而成炉渣氧化 期：初期低温，脱磷；后一阶段1550C以上氧化脱碳沸 腾精炼。氧化脱碳方法：矿石脱碳(加矿石，分三批10kg/t 0.1%)吹氧脱碳(0.6Mpa0.8Mpa脱碳0.3%左右每吨 耗氧量46m3)吹氧一矿石脱

50、碳(矿石-吹氧-矿石-净沸腾) 还原期：脱氧、脱硫和调整钢液温度及化学成分、合金 化；1预脱氧：锰铁Mn+FeO 订脱O、S白渣和电石 渣a白渣：石灰、氟石、碳粉C+(FeO)CO f +Fe (CaO) +(FeS) (CaS)+(FeO)补充造渣材料石灰硅石粉Si+2(FeO) (SiO2)+2Fe b电石渣(增碳)：石灰、氟石、碳粉+ 大电流(CaO) +3C (CaC2) +CO f C+(FeO) CO f +Fe (CaO) +(FeS) (CaS) +(FeO) (CaC2) +(FeO)+ (CaO) 2 (CaO) +Fe+2 CO f (CaC2) +3(FeS)+ 2 (

51、CaO)3(CaS) +3Fe+2 CO fiii调整化学成分iv (终脱氧)铝脱 氧：插铝法和冲铝法出钢：静置扒渣。3.炼钢过程的物理化学分析硅和锰的氧化直接氧化 Si+O2 SiO2 H=-870230J/mOl 2Mn+ O2 2MnO H=-404882 J/mol 间接氧化 Si+2FeOSiO2+2Fe Mn+ FeO MnO+Fe脱磷：2Fe2P+5(FeO)+4 (CaO) (CaO) 4 P2O5+9Fe 脱磷的有利条件：高碱度和强氧化性的、粘度小的炉渣， 较大的渣量和较低的温度脱碳：脱碳产生CO气泡使熔池强烈搅动，使钢液温度 和化学成分均匀并能清除钢液中的气体和非金属夹杂物

52、； 碳的氧化有两种方式a直接氧化2C +O22CO b间接氧化 2Fe+ O2 2FeO C+FeOFe+CO脱氧的两种方法(脱氧是利用脱氧剂除去钢液中残留的 氧化亚铁中的氧而将铁还原的工艺措施)：沉淀脱氧(将 脱氧剂加在钢液中使脱氧元素直接与钢液中的氧化亚铁 起作用而进行脱氧优点：脱氧过程快缺点：氧化产物 MnO、SiO2 Al2O3等容易留在钢液中，降低刚的质量。)扩 散脱氧(将脱脱氧剂加在炉渣中，使脱氧元素与炉渣中的氧 化亚铁起作用而进行脱氧；炉渣中的氧化亚铁含量降低时 钢液中的氧化亚铁向炉渣中扩散。优点：脱氧产物留在炉 渣中，钢液较纯净，钢的质量较高缺点是扩散过程进行 的慢，脱氧时间较

53、长)现在电弧炉采用沉淀脱氧一扩散脱 氧一沉淀脱氧即先用锰铁进行沉淀脱氧，再用碳粉和硅铁 粉进行扩散脱氧，最后再用铝进行沉淀脱氧。实现扩散脱 氧的有利条件：还原性炉气高温炉气炉渣的粘度(要小)过大会使氧化亚铁扩散速率降低，脱氧速度变慢， 脱氧实际效果差。脱硫：与扩散脱氧相似 白渣(CaO) +(FeS) (CaS) +(FeO) FeS (FeS)电石渣 3(FeS)+ (CaC2) +2 (CaO) 3 (CaS) +3Fe+ 2CO 1脱硫有利条件a高的炉温b炉渣 的还原性(炉渣中氧化钙浓度高氧化铁浓度低有利于反应 进行)和碱度(高)c足够的渣量。4.合金钢冶炼要点：合金元素的适宜加入时间：不易氧 化的合金元素如镣可在装料时随同大批炉料一同装入炉 中；氧化程度比较轻的合金元素如铜，可在熔化末期或氧 化期初加入；容易氧化的合金元素则在还原期加入合金