铸造合金及其熔炼

第一章：灰铁的结晶及组织的形成

第一节：铁-碳双重相图第二节：铸铁的一次结晶过程第三节：铸铁的二次结晶过程

第一节：铁-碳双重相图一、 铁碳相图的二重性Fe3C不稳定二、 铁■碳双重相图及分析1、 共晶系：L----A+GL----A+Fe3C2、 共析系：A----F+GA----F+Fe3C3、 应用：（按那个转变与什么有吴？）冷却速度化学成分CSi三、 铁■碳■硅准二元相图1、 碳：越高越易得石墨2、 硅（1）共晶点、共析点随硅的增加而减小（2） 共晶、共析转变存在三相共存区（3） 共晶、共析转变温度提高了（4） 缩小了相图的入区（硅提高）四、 铸铁中常见元素对铁碳相图上的临界点的影响五、 碳当量、共晶度1、 碳当量：CE=C+1/3（Si+P）2、 共晶度：SX%/C理论^铁/（4・26%-1/3（Si+P））SG^^1ScV1Sg=1第二节铸铁的一次结晶过程一、 初析G的结晶（过共晶）粗大片状二、 初析入的结晶（亚共晶）（一） 初析入枝晶的凝固过程形核、长大（二） 初析入型态枝晶不平衡生长二维切面各种形态（形态不同）（三） 入枝晶中成分偏析1、C偏析：先析C%低、后长C%高逐渐增高2、其它元素偏析初析A中Si高、Mn低，液体Si低、1“高分配系数Kp：=XA/XL（相间不均）偏析系数Kl：=入中心浓度/A边缘浓度（相内不均）Kp>1Kl>1反偏析（Si、Al、Cu、Ni）（与C亲和力小的元素）Kp<1Kl<1正偏析（Mn、W、Mo、V）（与C亲和力大的元素）偏析对铸铁质量影响很大（四） 影响入枝晶数量、粗细的因素（骨架对组织性能影响很大）1、 合金元素的影响Si/C比的影响（相同碳当量）越大，初析A增多图1-5C%增大，枝晶细化图1-6其它元素：S的影响：增大，粗化V、Ti促使入形成并细化其它元素有待研究2、 冷却速度越大，入越多，并细化（五） 初始A的显示方法（自己看）三、共晶的凝固过程（一） 稳定系共晶转变（A、G）1、 共晶团生长模式晶核：亚微观G聚体、细微G颗粒、高熔点夹杂物（S、N、C、O化物）长大：G先长，入后长，相伴生长，形成共晶团。图1-72、 共晶团的数量决定于成核及生长条件，遵守结晶规律（过冷度大，非均质晶核多）3、 影响共晶凝固膨胀力大，增大了缩松倾向（由于G形成）（二） G的晶体结构及片状仔长大1、 G晶体结构六方晶格结构存在缺陷：旋转晶界，螺旋位错，倾斜孪晶2、 长大：螺旋晶界长大图1-10

3、G片的分类及分级表1-6表1-7图1-12（三）球状G形成过程（球化处理）1、 球状G结构2、 球状G的形成条件两个必要条件较大过冷度较大铁液与仔界面张力球化剂：消除S、O的作用（减小张力）一定残留量3、 球墨铸铁的共晶转变生核长大4、 球状G形成机理（1）G晶核的产生及性质Mg、Ca形成O、毗物，消除O、$有害作用，做仔的核心，形成晶核（2）G长大机理螺旋位错理论其他理论有待验证（四）蠕虫状G的形成过程两种方式：1、 先生成小球-畸变-沿没被腮围的出口与铁液接触长大而成2、 先生成小片-蠕化元素富集逐渐演变而成一般：浓度大时按前一种生长（蠕化元素）浓度小时按后一种生长（五）亚稳定系共晶转变过程1、 A和Fe3C以片状协同生长（莱氏体）侧向蜂窝状结构2、 板条状Fe3C+A（离异型共晶体）过冷度大时易形成3、 加稀土元素变质处理细化图1-21（六）磷共晶的形成（＞0.05%）1、 磷共晶二元（Fe+Fe3P）三元（Fe+Fe3P+Fe3C）2、 形成及形状熔点低，晶界处形成。（正偏析，偏析系数60左右）不连续网状、孤岛状3、3、性能及作用第三节铸铁的固态相变一、A中碳的析出稳定系AA+G亚稳定系AA+Fe3C二、 铸铁的共析转变1、形貌片状Fe3C G（难存在）2、 形核白口铁先Fe3C、后F灰口铁先G、后F3、 生长过冷度大、片小、晶细三、 过冷入的中低温转变（以C曲线介绍即可）AB、B、M、A第二章灰铸铁第一节金相组织和力学性能特点第二节影响铸铁铸态组织的因素

第三节灰铸铁件的生产第四节灰铸铁的铸造性能

第五节灰铸铁的热处理第一节金相组织和力学性能特点一、 灰铸铁的金相组织F、P、F+P：强度、硬度比钢中高（固溶硅多）G片状：3、B、C、D、E、F）（A最好）夹杂物:硫化物、磷化物二、 灰铸铁性能特点1、 机械性能差与F、P型状、大小、数量、分布有关2、 优良特殊性能低的缺口敏感性良好的减震性良好的减摩性良好的铸造性良好的切削加工性ft冷却速度化学成分孕育处理气体炉料特征铁液纯净度一、 冷却速度1、 影响碳化物形成元素易形成晶间偏析，提高共晶温度，产生碳化物，易产生白口2、 什么影响冷却速度？壁厚 铸件模数 M=V/A浇铸温度铸型条件二、 化学成分1、 各种元素存在状态2、 各种元素对共晶的影响3、 化学成分对石墨的影响4、 元素对基体的影响5、 常用合金元素的具体作用6、 常见微量元素的作用表2-6三、 铁液过热高温静置可使石墨及基体组织细化温度太高时间太长起反作用临界温度1500--1550四、 孕育处理细化晶粒五、 气体的影响1、存在形式： 溶解化合2、 作用H：阻碍石墨化力学性能恶化N：阻碍石墨化形成□型G、蠕虫状G，稳定P，提高性能O：阻碍石墨化，断面敏感性增加，易产生气孔，增加孕育剂变质剂的消耗六、 炉料的影响炉料有遗传性第三节灰铸铁件的生产一、 灰铁标准国标表2-7,表2-9二、 衡量灰铁冶金质量的指标1、成熟度及相对强度成熟度 隈仔=实测强度/(1000-800SC)一般：0.5-1.5，要求：1.15-1.3相对强度心=实测强度/(2.27HBS-227)HBS测定的硬度测定样品30直径2、 硬化度及相对硬度硬化度 HG=HBS/(530-344SC)相对硬度 RH=HB§/(100+0.44强度测)一般：RH：0.6—1.2以0・8-1・0为佳3、 品质系数Q=RG/HGQ：0.7—1.5之间，希望Q>1三、提高灰铁性能的主要途径1、 合理规定化学成分(C、Si、杂质)Si/C比的影响：A增多、仔减少强化F,固溶粗化P,提高共析转变温度降低白口倾向2、 孕育处理目的：细化晶粒、促进仔、降低断面敏感性、提高性能工艺要求：合适的化学成分：C、Si/C。Mn(细化P)可以提高铁液过热度： 孕育降温、细化G>基体加入一定量孕育剂： 铁液成分、铸件壁厚、孕育方法、孕育剂类型有关孕育方法：包内孕育法冲入、出铁槽瞬时孕育法浇口杯、浮硅、包口型内孕育法浇铸系统孕育效果的评价白口倾向的评定： 白口数减小共晶团数：测定共晶过冷度：早形核，过冷度降低孕育铸铁的组织性能特点组织：C、Si低Mn高，晶粒细(S、G小厚钝)性能：强度提高、均匀3、 低合金化作用：固溶强化细化G减少F增加P且细化第四节灰铸铁的铸造性能一、流动性1、化学成分共晶成分，亚共晶比过共晶好，Mn降低，5不影响，？提高2、温度高好二、收缩性液态收缩凝固收缩有膨胀G固态收缩二次膨胀G总收缩：0.8%—1.2%（线收缩）第五节灰铸铁的热处理1、 低温退火2、 降低硬度退火3、 高温石墨化退火4、 局部淬火第三章强韧铸铁第一节：球墨铸铁

第二节：蠕墨铸铁第三节：可锻铸铁（强度：1400MP，韧度：延伸率24%）第一节：球墨铸铁1947年发明1950年我国开始生产1960年我国开始应用稀土一、 球铁的性能特点及应用组织（F、P、F+P、A+B）+G（一） P球铁的性能及应用1、 性能：强度高、一定韧性，2、 应用：重载荷、耐磨零件，曲轴、齿轮等（二） 「球铁性能及应用1、 性能：塑性韧性高，强度低，耐蚀性好2、 应用：受力较大、冲击振动零件，汽车底盘、农机部件。（三） F+P球铁性能及应用1、 性能：较高强度及韧性2、 应用：汽车、农机、柴油机等部件（四） B球铁的性能及应用1、 性能：高强度塑性韧性，综合性能好。2、 应用：承受高载荷的齿轮、曲轴连杆等二、 球铁的生产熔炼合格铁液一球化处理一孕育处理一炉前检验一浇铸--清理一热处理一质量检验（一）化学成分的确定1、基本成分（C、Si、Mn、S、P）C、SiC：在3.2—3.8%性能变化不大，以铸造性能考虑，球化元素使C、E右移，4.6—4.7%，可以适当提高Si：细化G，减小白口倾向(镁促使白口)升高韧脆转变温度，降低韧性(>2.8%)一般：C：3.4—4.0%Si：2.2—2.8%TOC\o"1-5"\h\zMn强化F、稳定P，脱O、S，易正偏析、形成晶间碳化物，降低韧性一般：0.3—0.8%P严重偏析、磷共晶，易产生缩松球铁要求高韧性时：P<0.04—0.06%S消耗球化剂，加快球化衰退速度,形成夹杂物，严格控制:S<0.02%2、合金元素Mo提高强度、提高淬透性、正偏析(P、M0四元磷共晶)严格控制Cu稳定珠光体Ni强化元素、与Cu作用相近，不易偏析，易产生A-B组织，贵重，少用Cr稳定P，提高强度，0.2—0.3球墨铸铁熔炼要求及炉前处理技术1、 要求球化：球化率、园整度、大小其他：高温、低硫磷、低杂质2、 球化处理球化及反球化元素常用球化剂及处理方法Mg特点及作用密度1.738、熔点651°C、沸点1107°C，活泼，脱。、S，上浮、气化、烧损稀回镁合金S矗及作用。、S)/Mg我国含量丰富、价格便宜，沸点高、比重大，活泼，脱氧脱硫，白口倾向大、偏析严重、严格控制。处理方法压力加Mg法转包法冲入法型内处理法3、孕育处理（1） 目的消除结晶过冷：图3-9「❶液纯净异质晶核少，需大过冷度（球化作用）19降低共晶转变温度图3-2促进石墨球化、细化减少晶间偏析（2） 方法炉前孕育法瞬时孕育法，图3-10、11、12、13（三）球铁的质量控制1、 实践经验2、 实验:三角试块、火苗判断、热分析、金相法三、球铁的铸造性及常见缺陷（一） 球铁凝固特点1、 球铁有较宽的凝固范围（需大过冷度）铁液纯净球墨形核、长大特点2、 糊状凝固特性图3-163、 具有较大的共晶膨胀石墨外壳软（二） 球铁的铸造性1、 流动性较好铁液纯净，但球化、孕育降低温度，Mg使张力增大，降低流动性2、 收缩性小有膨胀图3-17刚度影响大 大、组织密小、组织松3、 内应力收缩应力大，弹性模量比灰铁大热应力大，导热性差（三） 常见缺陷及防止方法1、 缩孔、缩松措施：加大铸型刚度增大石墨化膨胀体积适宜的浇注温度，较少液态收缩采取合理工艺措施2、 夹渣一次夹渣浇注前大二次夹渣浇注后小O、S化物措施：减少铁液含O、S*减少Mg稀土残留量提高浇注温度除渣要净3、 石墨漂浮C、Si量过高措施：严格控制碳当量4.6—4.7%以下降低原铁液的Si量用孕育剂加入4、 皮下气孔Mg、MgS与H2O作用产生H2H2S措施：减少Mg的残留量和沙型中的水添加煤粉、刷涂炭层形成气层5、 球化衰退先浇注球化好、后浇注不好，炉前检验球化好、浇注球化不好。原因：镁和稀土逃逸、烧损、氧化、硫化、孕育衰退措施：保留足够球化元素降低铁液含硫量缩短停留时间铁液扒渣后，用覆盖剂覆盖，隔绝空气、防止逃逸四、 球铁的热处理（一） 热处理特点1、 共析转变有较宽的温度范围F、A、Fe3C、G共存，不同温度得到不同组织，（「或？）控制性能（铁、碳、硅三元合金）2、 铸铁组织有石墨碳的存储库，调节奥氏体含碳量3、 铸铁中杂质量高，会产生偏析（二） 退火石墨化退火，高温、低温。降低硬度（三） 正火正常处理（四） 等温淬火（低温、高温）1、 低温等温淬火（260—330°C）B正常工艺图3-20 B中常出现M、^低温回火消除2、 高温等温淬火（A+B）350~370C（1） 温度影响上图3-22（2） 时间短：B少，入含碳量低，后转变成1，降低韧性长：B会析出F、Fe3C,A量减少，降低韧性不同时间的室温组织量图3-24控制时间比较难t1—t210min图3-23加Mo、Cu、Ni扩Xt1—t2五、 球铁生产中的几个特殊问题（一）大断面球铁的生产难度：石墨球大、少，铁素体多、严重偏析，晶粒粗大、缩孔缩松、夹渣解决方法：控制成分低C、低Si、低S、P,加入Sb细化G球形状好提高冷却速度金属型、冷铁、通水（二） 薄壁铸铁件的生产难度：易得白口组织解决办法：共晶团数多，不易得白口。临界共晶团数图3-25提高碳当量、降低Mn、Cr、啥、添加稀土元素（少）微量元素Bi（三） 关于铸态球墨铸铁的生产不用热处理直接获得不同组织的球铁高韧「、P、A+B等（四） 高强度高韧性球铁强化铁素体、适量珠光体、合金化、细化晶粒。第二节蠕墨铸铁一、 组织及性能1、组织：F、P、F+P，F多蠕虫片+球特征图3-26、27蠕化率：VG=蠕虫/（蠕虫+球状）形状系数K=4nA/L2入面积、L周长形状特征KV0.15片、K=0.15—0.8蠕虫、K>0.8球图3-282、 牌号、性能牌号：表3-10性能：介于灰铁、球铁之间曲强比最高导热性能接近灰铁比球铁高二、 蠕墨铸铁的生产及控制1、 成分及熔炼2、 炉前处理（蠕化）3、 炉前检验4、 浇注（一）成分选择及熔炼要求与球铁相似，高C对低S、P,—定Mn也有不同 当1、 C、Si：C比球墨低、防止球化，一般3.4—3.8,Si一般。2、 Mn：稍高，稳定P3、 P：V0.08%4、 S：消耗蠕化剂5、合金元素：（二） 炉前处理及控制1、 蠕化剂及蠕化处理蠕化剂：①少量球化剂，稀土镁合金，量难控制，图3-34复合蠕化剂，稀土镁钛合金：稀土镁锌合金：加入少量反球化元素Ti、锌等，扩大球化元素的含量范围、放宽硫的限制复合蠕化系数：K广KJMg残留K1反球化元素当量复合蠕化系数的影响，图3-35蠕化处理：冲入法2、 孕育处理作用：消除过冷，减少Fe3C细化晶盘延缓蠕化衰退（三） 铸造性能极常见缺陷1、 铸造性能接近灰铁，优于球铁2、 常见缺陷蠕化不良、孕育不足、夹渣等（四） 质量控制1、选择适当成分低S、P，适量C、Si2、 加入适量蠕化剂，据含S*等3、 孕育处理4、 铁液温度5、 铸型刚度6、 炉料管理（五） 蠕铁的应用1、 复杂大型铸件断面敏感性小、铸造性好2、 有热交换及较大温度梯度的零件导热性好3、 代替孕育铸铁应用重要零件液压元件等第三节可锻铸铁一、分类、牌号、应用1、分类及应用黑心可锻铸铁：FF韧性好，受冲击零件，珠光体可锻铸铁PP强度高，耐磨零件等白心可锻铸铁：水暖管、焊件等2、牌号表3-16、表3-17二、可锻铸铁的制造方法白口铸坯的获得1、 化学成分确定原则保证得到白口石墨化过程要快，生产周期短有利提高力学性能有较好的铸造性成分的确定C、Si低，C：2.4—2.8,Si<1.4%有利石墨化降低韧性C当=3.8—4.2%Mn、S：Mn=0.5—0.7,S<0.2以下，Mn/S=2—3，一般以2.5为宜。太大，仔较松P：要求不高，但含量不能太大，否则，脆性大其它元素：Cr、Ti、可等要严格控制，石墨化过程中难以分解2、 对熔炼的要求首先，获得低C、Si铁液，防止增碳，浅炉缸，前炉结构。其次，高的出炉温度冲天炉一电炉双炉熔炼3、 可锻铸铁的工艺特点白口、收缩大、内应力大、缩孔、松，裂纹、冒口、冷铁浇注系统：图3-39大冒口凝固收缩、线收缩大加冒口流动性差易出现皮下气孔退火过程及控制1、F可锻铸铁退火工艺图3-40950°C保温①710-730Cp分解F+G②780-700°。缓冷入分解「+仔空冷2、 P可铁退火工艺1） 第一阶段后，随炉冷至820-880°C,空冷即可2） 第一阶段后，随炉冷至680C,保温6-8小时。可得粒状PO（P稳定作用较强的条件下）3） 第一阶段后，淬火+高温回火，可得粒状P3、 白心可锻铸铁的退火白口铁+氧化铁（1000-1100C）长时间保温即可4、 退火炉及控制三、 固态石墨化原理1、 G核的形成及长大FegC不稳定一分解一散1） 形核：O、$化物，未溶G微粒，空位缺陷等2） 长大：「63。分解4溶入入中一入析出^G长大2、 石墨析出的形状团絮状，各方向长大几率一样，但实际条件有所不同，所以。O3、 影响石墨化过程的主要因素1） G化过程：形核G「6厂入中溶解C扩散C向G晶核沉积2） 影响因素：形核数量（细化初晶、孕育处理）扩散速度（温度、成分：Si促«碳原子移动，但不易得白口，值得研究）四、 加快可锻铸铁石墨化的措施1、 一般措施：1） 正确选定铁液成分，保证白口，尽量提高$1量，适当Mn/S比2.52） 适当提高退火温度，不宜过高，仔恶化3） 增加凝固时的冷却速度，细化初晶，增加缺陷4） 正确设计选用退火炉2、 孕育处理1）目的及作用目的：促使一次结晶形成渗碳体热处理时促进石墨化孕育剂：单一元素Bi、Al复合元素作用：一、二次结晶阻遏石墨化热处理时，促进石墨化

目前采用：Al、Bi-Al、B-Bi2）低温时效、加司孕育加Al：0.01—0.015%孕育低温时效：石墨化时，在300-400保温4-5小时，再加热至第一第二阶段石墨化晶核明显增多图3-443） Bi-Al复合孕育图3-45Bi阻碍G化元素4） Si-Bi复合孕育图3-46475） 稀土孕育处理图3-48增加G晶核、形成球状G，球状可锻铸铁五、 常见缺陷及防止1、 铸件毛坯固有缺陷1） 灰点、片状石墨：铁液C、割量高，孕育处理不当2）缩松及枝状缩松： 液固温度范围大3） 裂纹：白口、收缩大、应力大2、 热处理缺陷1） 氧化脱碳2） 石墨松散、分叉退火温度过高、朋量过高3） 组织过烧4） 回火脆性六、 球墨可锻铸铁铁液一球化处理一白口坯—石墨化退火图3-49对工艺要求不严格了。含碳范围宽，反球化元素限制少，白口控制不严，不必全白口。第四章特种性能铸铁第一节减摩铸铁第二节冷硬铸铁第三节抗磨铸铁第四节耐热铸铁第五节耐蚀铸铁第一节减摩铸铁1、1、2、（润滑、载荷、速度、表面质量）3、43、4、5、我们研究：成分、组织、性能减摩组织特征：软基体、硬质点、G对铸铁减摩性的影响1、 G：固体润滑剂形成仔润滑膜图4-2吸附保存润滑油空穴存油2、 影响形成润滑膜的因素基体 太硬不易形膜仔形状片状好球不易形膜仔大小小,不易成膜。但，大对基体不利综合蠕虫状好二、 基体组织对减摩铸铁的影响理论越硬越耐磨，但，不易形膜，综合P最好，细小P最好。在轻微磨损下，B下最好，M次之，？最差严重磨损时，都差不多三、 常用减摩铸铁普通灰铁、球铁即是，例如机床、活塞环（一） 含磷铸铁原理：二元、三元磷共晶断续网状分布（硬质点）提高耐磨性图4-3一般含磷0.4—0.7%特点：流动性好，提高30—50% 表4-2铸造应力大（P降低导热性、磷共晶膨胀、磷共晶与基体导热系数不同）应用：机床导轨、气缸套、摩阻零件（刹车瓦）（二） 钒钛铸铁成分：V：0.3—0.5%，Ti：0.15—0.35%原理：V、Ti与C、N形成化合物硬质点细化晶粒（P>G）F少表4-3应用：机床导轨、活塞环、缸套（加Cu、B）（三） 硼铸铁成分：0.03—0.08%原理：形成硼碳化物，偏析在晶界网状分布，含磷时，形成磷硼碳化物，硬度更高（B阻遏石墨化）应用：气缸套、活塞环表4-4第二节冷硬铸铁组织：外层白口，内层灰口，中间麻口性能：外硬、内韧应用：摩擦磨损、磨料磨损一、化学成分、组织特点激冷层硬度、深度是冷硬铸铁的关键，1、 成分：C、SiC调整硬度 （C多，渗碳体多）Si调整深度 （Si多，深度浅）石墨化合金元素：增加白口深度W、Mn、Mo、Cr、V（最强）减小白口深度C、Si、Ti、Ni、Cu、Co、P（最弱）（Ti有问题）影响硬度C、Nb、P、Mn、Cr、Mo、V、Si（最弱）影响麻口：C、S、P减小麻口Cr、Al、Mn、V增加麻口2、 组织白口层：普通冷硬铸铁（P+Fe3C）低合金冷硬铸铁（S+B+Fe3C）高合金铸铁（B+M少量+Fe3C）二、 冷硬醇铁的获得与性能特征1、 获得：成分、工艺控制工艺：激冷 金属型复合铸造 双金属铸铁影响激冷层工艺因素：（1）炉料性质 炉料白口多，铸件白口多（2） 熔炼工艺铁液温度，过热温度越高，静置时间越长，白口越多（形核能力降低）。浇铸温度越低，白口越多。（3）铸型工艺 冷铁厚度：壁厚大，冷铁厚度大一般冷铁厚度/铸件厚度1：2-4成分：碳、硅减少白口层，但不能太少，碳少硬度不够。图4-5，图4-6合金元素图4-92、 性能：白口硬度高，但脆性大麻口硬度低，但韧性好图4-8，图4-9三、 冷硬铸铁的应用主要应用于各种轧辊（耐磨，白口，强度要求高，麻口）轧辊的生产方法：一体铸造，溢流铸造，图4-10图4-10、11、12第三节抗磨铸铁1、定义：抵抗磨料磨损相对耐磨性=标准磨损/试样磨损2、耐磨原理：磨料磨损磨料对金属刮削金属硬度、磨料硬度、外加力相对耐磨性与金属硬度、磨粒硬度的关系Ha/Hm<0.7—1.1耐磨性最好图4-140.7—1.1耐磨性开始变差1.1—1.3耐磨性不变<0.7—1.1, >1.3—1.7增加硬度无意义。因此，单纯提高硬度，对铸铁而言，不能提高耐磨性，硬度高，脆性大，反而降低耐磨性。一、 普通白口铁1、 成分：高。低所，Si<1%,Mn<1%一般不含或少量的合金元素2、 组织：P+Fe3CLd3、 性能：脆性大、耐磨性差4、 应用：牌犁，磨粉机的磨片导板二、 镍硬白口铁1、 成分：在普通白口铁中加入一定量的镍4—6%,铬2-8%,2、 组织：M+A3、 性能：提高硬度韧性4、 应用：轧辐，球磨机，杂质泵镍短缺昂贵元素，尽量少用，我国少用。三、 铭系白口铁1、铬的作用提高淬透性，稳定奥氏体改变共晶碳化物类型，铭量不同，可得m3c、m7c3、m23c6硬质相，提高硬度，Mg硬度最高表4-1473m3c网状分布，m7c3、M23C6条状或条块状形貌图4-19、20（一） 、低铭白口铁1、 成分：在普通白口铁的基础上加入少量的铬元素Cr=1—5%2、 组织性能：形成（Fe,Cr）3C提高硬度，提高韧性（原渗碳体是蜂窝状，对基体割（Fe,Cr）3C形态，部分网状和板条状3、 应用：球磨机（二） 中铬白口铁1、 成分：Cr=7—11%2、 组织：M3C、M7C3混合物3、 性能：与镍硬铸铁相近，介于低铬和高铬之间表4-164、应用：取代镍硬铸铁（三）、高铬白口铸铁1、 成分：Cr=12—28%（1） Cr、C重要元素，影响形成M7C3的数量碳化物数量=12.33（%C）+0.55（%Cr）-15.2C：一般调节碳量调节m7c3的数量Cr/C：影响M7C3相对数量，一般大于5能获得大部分，高铬还能提高淬透性图4-22（2） Mo、Mn、Cu提高淬透性Mo：提高淬透性（融入入中），提高硬度（Mo2C）Cu：提高淬透性，降低Ms线，2%左右1“：提高淬透性，提高硬度（Fe,Mn）3C,降低13线，和Mo共同作用，提高淬透性更大。＜1%常用：15Cr-3Mo,15Cr-3Mo-1Cu,20Cr-2Mo-1Cu2、 组织：基体（F、A、P、M）+M7C3m7c3（六角形杆状及板条状）组织韧性好3、 铸造工艺1） 充分补缩（与铸钢相同）2） 浇铸系统按灰铁计算各断面面积增加20—30%即可3） 不适宜用冲天炉熔炼（铬烧损）4） 浇铸温度不要太高，比液相线高55°C即可4、 热处理特点：有二次碳化物的析出和溶入（基体过多地融入了碳及合金元素，加热时，易析出，温度再高，又溶入。）二次碳化物的析出，提高Ms线，获得M多，减少残余A。但，使C曲线左移，降低淬透性。淬火温度随铬量的增大而增大5、 性能强度硬度高，韧性好，（奥氏体、马氏体）取决于基体和m7c3M7C3规则排列强度可达3100MP6、 应用球磨机，输送煤灰管道，工业杂质泵表4-23第四节耐热铸铁铸铁高温缺陷：生长、氧化、机械性能下降1、 定义：抗高温氧化生长、具有高温强度、硬度的铸铁。2、 分类：Si、Al、^耐热铸铁。3、 耐热分级：稳定性，表4-24一、 铸铁高温氧化（一） 氧化过程氧化产物的存在形式：<570°CFe3O4—Fe2O3>570CFeO--Fe3O4—Fe2O3高温氧化三步骤：1） 氧原子在铁表面形成化学吸附，2） 受Fe-O化学反应控制的氧化过程，氧的供给超过反应速度，>1000C例外。3） 受扩散速度控制的氧化过程，氧化膜增厚，供氧量不足。（二） 影响铁氧化的因素氧化膜性质、合金元素、基体、G特征1、 氧化膜性质的影响（是否完整）1） 氧化膜是否完整，决定是否继续氧化。用PB比考察：Y=VMo2/Vm>1膜完整，有保护性<1膜不完整，没有保护性但当Y>>1膜易破裂，也不具保护性，实践证明，稍大于1最好，表4-252） 氧化膜的导电性氧化膜导电有离子组成，离子扩散增大氧化综合前两项，铝、硅、铬最好，氧化铁导电性好。2、 合金元素合金元素抗氧化的条件：1） 氧化物PB比大于1，低的导电性2） 与氧的亲和力大于铁3） 元素的氧化物与铁的氧化物互不溶解稀土氧化物也很好，可以抗高温氧化3、 铸铁组织对氧化的影响6形状QT>RuT>HTG大小，晶粒细，不利于内部氧化，二、 铸铁高温下生长1、低于相变温度的生长（400-600C）P—F+G膨胀生长措施：1）获得铁素体基体铸铁2）加入稳定P组织的元素，Cr、Sn等2、 在相变温度范围的生长F—AG溶入入中AF入析出仔，没回原位，形成空洞，生长措施：提高相变温度、降低使用温度。3、 高于相变温度的生长氧化增重三、常用耐热铸铁（一） 中硅耐热铸铁1、 耐热原理：形成氧化膜SiO2、形成单一唯体提高相变温度。表4-292、 成分、组织Si：5—6%，C：2.2—2.6%图4-28、29F+G（片状、球状）球状好3、 铸造工艺特点：流动性好、线收缩大（C少）铁液易氧化、铁液易产生仔漂浮4、 应用：锅炉。（二） 含铝耐热铸铁1、 耐热原理：形成氧化膜Al2O3、形成单一瞳体、提高相变温度。2、 成分、组织Al：2—6%（低），16—26%（高）图4-30F+G+铁铝化合物硬度高、耐热3、 工艺特点：熔制困难：Al密度小，偏析、氧化，烧损大、易产生5漂浮。高铝流动性好，但氧化膜阻遏流动性。4、 应用：加热炉底板，换热器等（三） 含铬耐热铸铁1、 耐热原理形成保护膜、无G（高Cr，同抗磨白口铁）2、 应用高炉、焦炉、烧结炉具有较高的高温强度、硬度、耐磨性第五节耐腐蚀铸铁1、 腐蚀：化学、电化学、机械、生物腐蚀等，电化学腐蚀最严重图4-312、 提高耐蚀途径：形成保护膜、形成单相组织、提高基体的电极电位。3、 方法：加入合金元素，加入量：（固溶体中）塔曼定律，1/8、2/8……11/8表4-31质量百分数 原子份数一、 高硅耐蚀铸铁1、 成分：Si14.4—18%，图4-32、332、 组织：F+G+硅铁化合物（脆性）3、 性能：硬、脆，耐酸腐蚀，不耐碱、氢氟酸、氟化物加稀土、铜，可提高韧性4、 应用：耐酸铸件二、 含铝耐蚀铸铁1、成分：Al=4—6%（高了，脆性大）3、性能：耐碱蚀、耐热性好2、组织：P+F+G+Fe3Al（少量） 4、应用：化工泵、叶片三、 高铭耐蚀铸铁1、 成分：Cr=24-35%，C量要低图4-34图4-35、36要求：Cr>10C+12・5%2、 组织：F+A+（Fe、Cr）3C3、 性能：耐氧化性酸，盐酸，力学性能好4、 应用：砂泵、矿浆泵等四、 高镍耐蚀铸铁1、成分：Ni=13.5-36%表4-33 3、性能：抗换原性腐蚀介质的腐蚀2、 组织：A+G 4、应用：耐碱蚀元件总之：要看工况条件（酸、碱）决定选哪种铸铁耐蚀。没有适合所有条件的材料。第五章铸铁的熔炼第一节：冲天炉熔炼的基本原理第二节：冲天炉强化熔炼的主要措施

第三节：冲天炉熔炼过程中化学成分变化

第四节：铁液的脱硫处理第五节：冲天炉熔炼过程的参数选择测量

第六节：感应电炉熔炼第一节冲天炉熔炼的基本原理一、 铸铁熔炼的基本要求二、 冲天炉的基本结构1炉底部分2炉体部分3炉顶部分4送风系统5前炉部分6辅助装置三、 冲天炉焦炭燃烧的基本规律1、 焦炭燃烧的一般过程1） 加热着火2） 动力燃烧3） 扩散燃烧2、 焦炭层中的氧化带图5-3C+O2=CO2 393kJC+1/2O2=CO109kJCO+1/2O2=CO2284kJ△G<0自发进行图5-43、 焦炭中的还原带CO2+C=CO-175kJ978K以上进行 图5-4△G<0不需动力4、 炉气燃烧比燃烧比：nV=CO2/（CO2+CO）X100%愈高愈好，但从热力学的角度看，不可避免的存在着CO,而且为了保证铁液质量，要求炉内成弱氧化性较好，因此，燃烧比一般控制在40%-60%范围内。四、 冲天炉的炉气及炉温分布1、 冲天炉内的炉气分布图5-5附壁效应2、 冲天炉内温度分布图5-6炉气温度与CO2浓度有一致性，82分布如图5-7五、 冲天炉内的热交换预热熔化过热炉缸1、 预热带：以对流传热为主传递热量大，预热区高度变化大2、 熔化区以对流传热为主，区域呈凹形分布，区域高度波动大（底焦燃烧下降）

3、过热区1） 以接触传热为主，2） 传热强度大3） 此区炉气温度、高度决定过热度大小△t=ah(t△t=ah(t4、炉缸max-tm)降温，焦炭不燃烧六、影响铁液温度的主要因素降温，焦炭不燃烧六、影响铁液温度的主要因素1、 焦炭对炉内铁液温度的影响1） 焦炭成分2） 焦炭强度与块度块大，燃烧慢，热不集中，温度低块小，燃烧快，高温区短，不利过热一般，表5-33） 反应能力焦炭还原二氧化碳的能力大，降温。要求低好。2、 送风对冲天炉铁液温度的影响1） 风量的影响图5-10大，强化燃烧，有利过热太大，焦炭燃烧快，料下落快，预热不足最惠送风量2） 风速的影响快，强化燃烧，能吹到炉子中间较少附壁效应，但，过快，对碳有吹冷作用，降温图5-113） 风温的影响强化焦炭燃烧，提高铁液温度，但，加剧还原反应，降低燃烧比图5-124） 风中氧气浓度的影响有利提高温度3、 金属炉料的影响纯净，块度：大，不利过热。小，不透风4、 操作参数对铁液温度的影响1） 底焦高度太高：焦耗大，熔化率低，铁液温度高太低：铁液温度低，氧化严重2） 焦炭消耗量焦炭消耗量=层焦量3） 批料量图5-13小：熔化时间短，熔化区小，过热区扩大，提高铁液温度太小：以造成铁焦混杂、串料，温度成分波动5、冲天炉结构参数对铁液温度的影响1）炉型的影响图5-14曲线炉膛：（1） 提高送风强度（2） 改善炉子中心的燃烧状况（3） 提高冲天炉的熔化率2）风口布置的影响侧送风：单排、双排、多，风口下斜5-100中央送风第二节冲天炉强化熔炼的主要措施一、 预热送风表5-41、 作用：1）可提高铁液温度，减少焦耗2） 缩短氧化区增大还原区，减少C、Si、Mn的烧损3） 减小风口冷风区2、 方法：内热式：热风胆图5-18（升温150-200°0外热式：图5-17（升温400-500°C）3、 热风胆要求：1）点火后底焦不能一次加入2）停炉前加入几批压炉铁，打炉后通风3）因故停炉，炉胆继续通风二、 高氧送风1、作用：1）提高容化率2） 提高铁水温度3） 降低焦铁比2、方法：1）向风管中引入氧气图5-192）从风口吹氧3）炉缸处吹氧三、 除湿送风1、 影响：1）吸热、降温，2） 氧化消耗C、Si、Mn，3） 增加氢，恶化铁液质量2、 除湿方法：1）用冷却器除湿，2）用吸湿法除湿第三节：冲天炉熔炼过程中化学成分变化一、冲天炉内冶金反应的基本规律1、 冲天炉内炉气组成炉气：CO、CO反应：Fe+CO=Feo+CO、2、 冲天炉内炉气的性质炉气：CO2、CO是氧化、还原还要看二者比例，由图可知，炉气是氧化性的二、 冲天炉内炉渣的形成及作用1、 渣的成分（1）来源：1、炉衬剥落，2、炉料中杂质、灰份、粘结物等，3、炉料的氧化损烧，4、加入炉料中的熔剂（2） 渣量：6-10%，（3）成分：SiO2CaO Al2O32、 炉渣的性质：（1）组成：1酸性氧化物:SiO2P2O5Cr2O32碱性氧化物:CaOMnOMgO3中性氧化物:Al2O3Fe2O3（2）—般义=碱/酸=CaO/SiO2<0.8酸性0.8—1.2中性1.2—1.5碱性>2.5高碱性3、 渣的作用清除焦炭的灰渣，有利继续燃烧。清除渣滓，脱硫、磷三、 冲天炉内铁液化学成分变化（一） 含典的变化1、 Fe液增碳接触增碳D：扩散系数，与温度有关，温度高，快2、 Fe液脱碳C+O2=CO2，C+CO2=COFeO+C=Fe+CO碳作用较强 脱碳作用较弱3、 影响铁液含碳量的主要因素理论上：铁液含碳量变化趋于饱和程度Co（共晶成分）。当Fe料低于Co时增碳，反之减碳。但同样条件下，含碳量愈低熔化后含C量也愈低。 有前炉增碳量小，无前炉增碳量大。铁液含碳量与铁料含碳量之间的关系：3c=k+（1-a）3c铁液 k增碳分数1・7%-2・0%，a脱碳系数0.4-0.6（二） 含硅量含锰量的变化1、Fe液中Si、Mn氧化过程1）与炉气中的氧性气体直接作用：Si+O2=SiO2 Si+2CO2=SiO2+2COMn+O2=MnO2Mn+CO2=MnO+CO2）与FeO作用发生间接氧化：Si+FeO=SiO2+FeMn+FeO=MnO+Fe主要氧化形2、影响SiMn烧损的因素1）炉温：提高炉温可减少SiMn的烧损（因其烧损是放热反应）2）炉气：氧化性愈强（CO2愈多）愈易烧损3）金属炉料：Si、Mn含量愈高愈易烧损4） 炉渣：酸性炉中Mn的烧损大，碱性炉中Si的烧损大3、冲天炉内SiMn烧损率Si烧损 10%-20%Mn烧损 15%-25%（易形成MnS烧损）Fe烧损 1%-3%（三） 含硫量的变化1、 Fe液的增S来源：炉料、焦炭，2、 影响增硫的主要因素1） 炉料的含硫量含硫少，增硫快。2）焦炭的消耗率 焦炭的消耗多，增硫多3） 焦炭含硫量一般不大于0・8%3、 影响铁液脱硫的主要因素1） 提高炉渣碱度，增多炉渣2） 提高炉温脱硫吸热3） 增加炉气还原性FeS+CaO=CaS+FeO（氧化性大）（四） 含磷量的变化 基本不变第四节铁液的脱硫处理炉内脱硫、炉外脱硫一、 炉内脱硫1、 碱性冲天炉炉衬CaO、MgO特点：脱硫效果好，寿命短，少用水冷无炉衬冲天炉：脱硫效果较好2、 脱硫剂：石灰CaO便宜、效果差、降温电石CaC2有加热作用、效果好、常用白云石（CaMg（CO3）2二、 炉外脱硫苏打、电石、石灰1、 苏打脱硫NaCO3—Na2O+CO2Na2O+FeS—Na2S+FeO降温、污染环境、现代少用。2、 电石脱硫CaC2+FeS—CaS+Fe+C需搅拌、工艺复杂、现代常用。3、石灰脱硫CaO+FeS—CaS+FeO价格便宜、效果差、降温、要求高的出炉温度三、炉外脱硫方法1、 气动脱硫喷射脱硫法图5-31吹气脱硫法图5-32多孔塞气动脱硫法图5-332、摇包脱硫法 图5-34转包脱硫法 图5-35第五节：冲天炉熔炼过程的参数选择及测量一、冲天炉熔炼操作参数的选择与计算焦耗、风量、铁液温度、熔化率1、冲天炉的网形图描绘：焦耗、风量、铁液温度、熔化率之间关系的实验图图5-36图5-37由图可知：由图可知：当焦碳消耗量一定时：熔化率随送风量的增大而提高。铁液温度送风量的增大而提高但大到一定后要下降当送风量一定时：焦碳消耗量增大，铁液温度提高，熔化率下降若保持熔化率一定时：可以用高焦耗大风量操作，温度高。也可用低焦耗小风量操作，温度底。若保持一定的铁液温度：可以用不同搭配的焦耗率和送风量达到即大焦耗、小送风，小焦耗、大送风。据上找出最佳工艺点：2、 冲天炉的风量计算按最惠送风强度计算：q=Q/F按焦碳消耗量和燃烧比计算：Q=4450/60(1+nv)pacQP焦炭消耗率，a焦炭中含固定碳量。溶3、 冲天炉层焦量、层铁量的选定层焦量按炉膛内堆积厚度计算，(140-200mm)PK=Fhp按层铁焦比计算4、 底焦高度矗择及控『层铁T10熔化率5、冲天炉熔剂量的计算石灰石、氟石经验：Pc=（0.2—0.4）Pk（层焦量）Pf=（0.2—0.3）Pc（有害少加）二、冲天炉的配料计算1、 冲天炉用金属炉料：原生铁、废钢、回炉铁、铁合金等（硅铁、锰铁）2、 计算方法：试算法、表格法、图解法、电子计算机计算。最常用：试算法3、 原则：（配料）1） 满足成分及力学性能要求2） 立足我国及本地区现有原料3） 多用回炉铁少用废钢及原生铁4） 尽量减少炉料种类5） 铁料以100kg搭配，核算后换算配料1、 必须具有四个方面的原始资料1） 铸件要求的化学成分2） 各种炉料的化学成分3） 熔炼中各种元素的增减率表5-9、104） 在炉前加入元素的回收率表5-112、 计算：1）计算炉料中各元素应具有的量元素x=x/（1+-n）元素C教（F-1.8）2）初步确定炉料配翳原生铁、废钢、回炉铁首先确定回炉铁一般，HT在30%左右，QT、KT、RuTW稍低。再确定原生铁、废钢的比例假设原生铁x%，回炉铁y%，则废钢100-x-y，设炉料的含碳量可％，而原生铁、废钢、回炉铁的含碳量分别是a、b、c，则有，ax+b（100-x-y）+cy=w100，可计算出原生铁的配比x，进而计算出废钢的配比100-x-y。根据炉料配比核算其他成分确定铁合金的补加量铁合金配比=（料应有量-料实有量）/铁合金中含有量*回收率3）根据计算确定配料比，填写配料单配料单格式:冲天炉配料牌号：批料量：其中：原生铁、回炉铁、废钢、硅铁、锰铁。计算方法写出配料单：冲天炉配料单姓名 时间 牌号：HT200批料量：300kg其中：Z18原生铁135kg，回炉铁120kg，废钢45kg，FeSi453.6kg，FeMn65C72.1kg第二篇铸钢及其熔炼1、 铸钢的优缺点1） 力学性能高2） 具有焊接性3） 熔炼成本高4） 造型材料成本高5） 铸造性差，废品率高。2、 近年发展应用1） 铸钢材料的性能提高2） 炼钢技术，刚液质量好3） 控制钢的结晶过程第六章铸造碳钢

第—节概述一、 铸造碳钢的性能及应用表6-1二、 铸造碳钢的成分表6-2三、 使用温度-40--400C第二节铸造碳钢的结晶过程及铸造组织一、 结晶过程1、 一次结晶L—A2、 二次结晶A—F二、 铸态组织1、组织状态：晶粒粗大，三个区。图6-2粗等轴晶区、柱状晶区、细等轴晶区2、 组织种类：二次结晶的组织种类：图6-3粒状组织魏氏组织：F以针条状在A晶粒内部析出。中碳、壁薄零件易得网状组织。3、 性能：粒状组织性能好，魏氏组织、网状组织力学性能差，韧性低。可以通过热处理消除。退火、正火等。第三节铸件热处理、金相组织、力学性能热处理目的：细化晶粒、提高性能消除网状及魏氏组织消除铸造内应力一、 退火可以达到目的，但力学性能差，少用二、 正火性能比退火高，常会用三、 正火+回火高温回火，可以使S转变成粒状，提高性能图6-9、图6-10第四节影响铸造碳钢力学性能的主要途径一、 化学成分1、 C的影响2、 Si、1“提高强度，降低塑性图6-11C、Mn可以互补。3、 S、P增大脆性，降低韧性S热脆，P冷脆。二、 气体和非金属夹杂物1、 气体H、N、O1） H：来源：熔炼时电离水，存在：溶解、H2（表皮）危害：形成气孔，形成氢脆2） N：来源：电离空气存在：溶解、形成氮化物作用：做晶核、强化金属，增大脆性图6-123） O：铸件中形成气孔、氧化物，降低韧性（FeO熔点低、在晶界处）2、 非金属夹杂物1）来源：熔炼渣、浇注冲刷、二次氧化。

2） 种类：硫化物（晶界）、氧化铝（星链状晶界）、硅酸盐（多角形孤立状）、球状氧化物（孤立）3） 作用：增大脆性，三、铸件壁厚1、 对组织的影响晶粒度、枝晶臂间隙、致密度2、 对性能的影响图6-14图6-14第五节铸钢的铸造性能图6-15一、 流动性1、 浇注温度的影响2、 含碳量的影响3、 钢中气体夹杂物的影响二、 收缩性1、液态收缩 体积收缩率2、凝固收缩 缩孔率图6-163、固态收缩 线收缩率图6-17三、 热裂倾向1、 含碳量的影响图6-18C：0.2%抗裂能力最大2、 含硫量主要原因3、含锰量降低热裂4、 含氧量增大热裂四、 冷裂1、 C小，冷裂小2、 S、P增大冷裂3、 O增大冷裂第六节铸钢件的焊接性中低碳较好、高碳较差第七章铸造低合金钢中低碳较好、高碳较差第七章铸造低合金钢第—节概述一、 碳钢的不足力学性能差，淬透性差，使用温度低，特殊性能差。二、 铸造低合金钢元素＜5%,在碳钢的基础上常用系列：Mn系，6系，辅助其它元素牌号：ZG+合金结构钢编号第二节锰系铸造低合金钢1、成分：Mn%=1.1-1.8%，中碳。表7-1

2、 锰作用：1）提高钢的淬透性图7-12） 提高钢的强度、韧性（降低A1线，增多P,强韧F。）3） 过热敏感性大，产生回火脆性3、 措施：多元锰钢，（加入其它合金元素）4、常用硅：1）进一步强化，2）提高表面强化效果，34、应用：齿轮、船用零件、低温零件（低C）1、1、2、成分：中碳，Cr，Mo,V表7-2。「作用：1）溶入气提高强度硬度，不降低韧性。2） 提高淬透性3） 易产生回火脆性Mo：降低回火脆性，提高耐热性V：细化晶粒，提高强度3、3、第四节镍系铸造低合金钢1、 镍的作用：1）固溶强化，提高强度硬度。2） 提高淬透性3） 细化珠光体4） 降低韧-脆转变温度，强韧F。5） 提高钢的耐热性2、 应用：Ni、1-1.5%用于大型铸钢件Ni、2-5%低温用钢。可达-115°C第五节低合金高强度铸钢（HSLA）1、 获得高强度高韧性的途径：1） 低的含碳量2） 多种合金元素复合强化（提高淬透性、细化晶粒、提高韧性）3） 热处理，淬火+回火4） 钢液净化减少S、P、夹杂物、气体。2、 例如：HY130，美国钢号，Ni5.5%第六节微量合金化铸钢1、 定义：以V、Nb、Zr、Ti、8和稀土作为合金化元素，加入量一般小于0・1%。2、 生产中常用的两种：V、Nb系、B系一、V、Nb系微量合金化铸钢（表7-4）1、成分设计原则：1） 低^保证韧性，焊接性2） V、Nb形成C、N化物，细化晶粒、强化3） Mo,热处理延迟碳化物析出，细化晶粒。2、性能：高强度韧性，焊接性好。二、B系微量合金化铸钢（表7-5）1、B的作用：提高淬透性（强烈），2、B的量：一般<0.005%3、要求：钢液纯净，去O、N（加B之前）因为易形成BO、BN,B失去作用第七节抗磨用铸造低合金钢要求：高硬度、强度及韧性。一、P-Fe3C抗磨钢高C,Cr、Ni、Mo铸钢C%=0.7,Cr、Mo稳定P,2提高韧性性能：高强度、韧性。耐磨性稍差。二、M抗磨钢加入提高淬透性元素，获得1，提高硬度。C%：0.4-0.6%，Si、Mn、Cr、Mo、Ni应用：大型铸钢件三、A-B抗磨钢高。、Si合金钢C：0.6-0.9%，Si：2.4%，Mo：0.3%组织：A-B等温淬火，A稳定（47%）性能：高硬度，韧性A变形诱变M。图7-4第八节低合金铸钢件的热处理一、 预先退火热处理消除内应力、粗大组织、偏析二、 淬火（正火）加热温度高，保温时间长。三、 回火冷却速度快第九节低合金钢的铸造性能一、 流动性取决于C，其它元素影响小（量少）二、 收缩性热裂，冷裂。与碳钢相似。第十节低合金钢的焊接性能一、 含炭量的影响二、 合金元素的影响一般降低焊接性能铌、钛等少数元素有利焊接性能三、碳当量的影响CE=C+Mn/8+Si/24+Ni/40+Mo/4+V/14CE<0.4焊接性能好第八章铸造高合金钢

第一节概述1、 成分：元素〉10%2、 性能特点：1） 更高的力学性能，强度韧性，硬度。2） 具有特殊性能，耐蚀、热、磨。3） 工艺性差，铸、锻、焊3、 应用：高速、重载、冲击、振动、特殊条件4、 发展：新钢种第二节高锰钢一、 高锰钢的C-Mn含量、热处理1、C：0.9-1.4%,Mn：11-14%2、 组织：A+碳化物+P（少量）图8-33、 水韧处理：1050-1100°C，A,图8-4图8-14、 性能：高韧性，加工硬化5、 应用：耐磨零件（高冲击）二、 高锰钢的加工硬化机理1、 位错堆积2、 形变诱导相变。工艺性差，只能铸造三、 化学成分对高锰钢性能的影响1、 含碳量、含锰量钢中含Mn、C量要适当搭配C%：高，硬度高、韧性差，水韧后仍有碳化物析出。小，硬度低、韧性好 图8-6、7Mn%：小，不能形成单一A组织，过大，不易形成加工硬化。一般，Mn/C为8—10，铸件厚，取大值。2、 含硅量：0.3-1.0%，降低碳在A中的溶解度，促使渗碳体形成。3、 含磷量：降低钢的韧性。图8-84、 含硫量：低，作用小，（有大量的锰）四、 提高锰钢性能的途径提高韧性、抗磨性、屈服强度1、 孕育和变质1） 加入1、Zr、Nb、啥，形成C、N化物，形成异质晶核，要吹氮、或含氮合金。2） 用钨粉、锰铁屑撒入钢液中，做晶核。3） 用稀土变质，做晶核，细化晶粒2、 时效强化提高硬度加入V、Ti、10，人工时效，析出碳化物。3、 合金化提高屈服强度加入。「：2%，Mo：1%图8-9五、 高锰钢的铸造性1、 流动性好高锰钢的导热性差、凝固慢，锰降低液相线，可浇铸薄壁复杂件。2、 收缩性大易产生热裂，高温强度低措施：增大退让性（铸型、型芯）3、 内应力大导热性差，热应力大，收缩大，机械应力大。措施：同时凝固原则4、 粘砂MnO碱性，砂子酸性，易产生粘砂。措施：碱性涂料，小铸件，可采用湿沙型。第三节铸造不锈钢一、 不锈钢及耐蚀原理表8-21、 形成氧化保护膜2、 形成单相组织3、 提高基体的电极电位二、 铸造铬镍不锈钢的化学成分及性能1、 成分：Cr18、Ni9、C<0・12%2、 组织：平衡态，A+F+碳化物铸造态，A+碳化物图8-113、 热处理：固溶处理，形成A，1050-1100C，4、 性能：具有良好的塑性、韧性图8-125、常存缺陷：晶界贫铬，降低耐蚀性 图8-131） 原因：形成碳铬化合物，降低含铬量2） 措施：①降低含碳量（尽可能）。②加入丁代Nb碳化物形成元素，避免产生铬碳化物。③热处理，加热至850-900°C，Cr2C3溶解，而TiC不溶解，保温，可消除Cr2C3。6、耐蚀性对硝酸等氧化性酸，耐蚀性好。对硫酸耐蚀性差，不耐碱。措施：加入Mo、Cu提高对硫酸的耐蚀性加入Si可以提高对浓硝酸的耐蚀性三、 合金元素对钢组织的影响按对组织的影响，合金元素可分为两大：以Cr为主形成「元素：Cr=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb一.当量一 一以Ni为主形成入元素：Ni=Ni+30C+0.5Mn不锈钢组织与CjNi的关系当量 当-如图8-14四、 提高铸造不锈钢性能的途径主要指耐蚀性1、 降低含碳量超低碳不锈钢2、 钢液净化夹杂物破坏氧化膜的连续性，局部腐蚀五、 铬镍不锈钢的铸造性1、 流动性差并易产生冷隔Cr量高，易形成Cr2O3膜，降低流动性，且易产生冷隔、表面皱皮。措施：提高浇铸温度（1530C），缩短浇铸时间，浇铸系统截面增大30-50%。2、 体收缩大，易产生缩孔疏松采用大冒口，顺序凝固3、 易产生热裂线收缩大，高温强度低。措施，增大砂子退让性。4、 易产生粘砂钢液温度高，采用耐火度高的涂料六、 铭镍钢的应用铬镍钢耐硝酸等氧化性酸。加入1。、Cu也适用于硫酸。不适用于盐酸、强碱（苛性钾、钠）等主要应用有两种：Cr、Ni、Mo马氏体不锈钢析出硬化型不锈钢一、Cr、Ni、Mo马氏体铸造不锈钢

1、 成分：C0.06,Cr13,Ni4,Mo0.62、 组织：M+A（少量）3、 热处理：空冷（950-1100C）+2次回火4、 性能：抗磨耐蚀性好（水流情况下）铸造性好5、 应用：是用大断面、形状复杂零件。水轮机、转子、叶片。二、析出硬化型铸造不锈钢典型：ZG17-4MOPH（析出硬化）1、 成分：C0.07,Mo0.5,Cu3,Cr17，Ni42、 组织：M+A+富Cu析出相（弥散分布）3、 热处理：空冷（1050°C）+时效处理（500-600C）,析出硬化相4、 性能：强度高可达1548MP5、 应用：水轮机叶片第五节铸造耐热钢一、钢在高温下氧化和抗氧化性1、氧化：氧化过程图8-17、18Fe2O3层比容小于邻近的Fe3O4,所以剥落，不断形成氧化。2、抗氧化：加入Cr、Si、Al可以形成稳定的氧化膜二、常用几种铸造耐热钢1、铬钢随含铭量增大，抗氧化性提高图8-19常用ZGCr28，可用于1000C,强度低，硬而脆。ZGCrTi 强度高、韧性好2、2、铬镍钢ZG1CrNi9Ti1100C强度低应用盐浴炉坩埚，热处理炉条3、4、1)2)3)法舞电8呜5骂铬锰氮钢ZG1CrMnSi3N铝锰钢（铁铝锰）成分：C0.6,Al7,组织：A+FMn29应用：热处理炉零件900C4）铸造性：（AI2O3）易产生表面皱皮 易产生缩孔 易产生裂纹第九章：电弧炉炼钢第一节概述第一节概述1、 炼钢的重要性、目的、要求1） 熔化钢液，达到温度2） 控制成分，碳、硅、锰3） 降低硫、磷，达到要求4） 纯净钢液，清除杂质、气体2、 电弧炉炼钢的特点、应用特点：1）成分控制容易：不用燃料，炉气容易控制。2） 热效率高3） 易于实现自动控制4） 成本高应用：大多数应用。第二节三相电弧炉的构造和工作原理一、构造：1、 炉体2、 炉盖3、 装料机构4、 电极升降机构图9-1中的5、6、75、 倾炉机构：机械驱动、液压驱动图9-1中的16、17、187、水冷装置：电极夹持器、炉盖圈、炉门框、炉门。第三节碱性电弧炉氧化法炼钢氧化法、不氧化法一、炼钢工艺要点工艺过程：补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢。1、 补炉：卤水+镁砂要点：炉温高、操作快、补层薄2、 装料：1） 正确选择大中小块料比例2） 装料顺序：石灰、小料、大块料、小料、四周中小料、小料3） 布料要求：（1） 底紧上松（2） 中心高四周低（3） WMo等放在高温区，但不能放在电弧作用区以免烧损4）超装：3、 熔化期1） 熔化期过程一阶段：起弧阶段二阶段：穿井阶段三阶段：电极回升阶段四阶段：熔化低温区阶段2） 熔化期任务：（1） 熔化钢液（2） 脱部分磷（3） 防止吸气、金属挥发（4） 达到所需温度3） 提高熔化速度的措施（1） 吹氧助燃（2） 用燃料辅助加热（3） 炉外预热废钢4、 氧化期1） 任务（1）脱磷、脱碳Fe2P+FeO+CaO—（CaO）4P2O5+Fe（2） 除气：氮氢（3） 去除钢液中夹杂物2） 氧化方法（1）矿石氧化法平稳、易控制，过程长、耗电多。（2）氧气氧化法过程短、耗电少，不易控制。（3）矿石氧气结合氧化法3） 操作原则1先磷后碳 2温度：先低后高3造渣：先多后少4供料，先矿石后吹氧5、 还原期1） 主要任务（1）脱氧硫（2） 最终调整成分满足要求（3） 调整钢液温度正常浇注2） 造渣白渣：石灰、氟石、碳粉电石渣：石灰、氟石、碳粉（高温下，石灰、碳合成电石）M+FeO—MO+Fe （脱氧）CaO+FeS—CaS+FeO（脱硫）6、出钢二、炼钢过程的物理化学分析.1、硅锰的氧化Si+O2—SiO2 Si+FeO—Fe+SiO2Mn+O2—MnO2Mn+FeO—Fe+MnO2熔化结束后，大部分硅锰氧化掉了。熔化中期，炉温低，有利硅锰氧化2、 脱磷Fe2P+FeO+CaO—（CaO'Pq+Fe条件2：高碱度、强氧化性、宿度2小的炉渣1） 炉渣的碱度和氧化性2） 炉渣的粘度脱磷在炉渣-钢液的界面进行，粘度大，不利扩散的进行，不利脱磷。3） 渣量渣量大有利脱磷，但消耗大量的能源4） 温度脱磷是放热反应，温度低，有利脱磷进行，温度高，会出现“返磷现象”，所以，氧化终期及时除渣。3、 脱碳脱碳是手段、不是目的作用生成。。造成沸腾，均匀钢液的温度成分。去除气体和夹杂物。高温有利脱碳4、 脱氧M+FeO—MO+Fe M：Si、Mn、Al各种元素的脱氧能力（1）沉淀脱氧：加入脱氧剂，快，但脱氧产物留在钢液中（2）扩散脱氧：在还原性炉渣中的脱氧钢液质量好，但，慢实际：两者结合，最后，铝沉淀脱氧扩散脱氧原理：J[FeO]渣 液Lfo=（FeO）J[FeO]渣 液氧的分配系数与温度有关实现扩散脱氧的条件：1） 还原性炉气（造还原性渣）2） 高的炉温高温时，碳氧亲和力大3） 炉渣粘度，粘度小好5、脱硫扩散脱硫，与扩散脱氧相似分配系数：LFes=（FeS）渣/[FeS]液条件： 渣液1）高的炉温

2） 炉渣的还原性大，碱度影响3） 足够的量三、合金钢的冶炼要点1、 合金元素的适宜加入时间不氧化元素随炉加入镍等微氧化元素熔化后期铜等氧化元素还原期加入2、 合金元素的收得率3、 铁合金的处理大小30-80mm、烘烤4、 加入合金的操作要点密度大、熔点高应不停搅拌，以免沉淀密度小先扒渣后加入，并压入钢液第四节酸性电弧炉氧化法炼钢工艺1、酸性电弧炉炼钢的优缺点1）炉衬的寿命长SiO2热稳定性好，MgO稳定性差2)2)3)钢液中的气体夹杂物少酸性渣流动性差，严密盖住钢液，侵入气体少。FeO少，弱碱性，脱氧剂加入少，杂质少。4） 热效率高造渣少，节能5） 不能脱硫、磷，炉料要求高6） 不能冶炼高锰钢。2、酸性电弧炉氧化法炼钢的工艺要点1）配料限制硫磷含量 除气、夹杂物2）补炉硅砂+水玻璃 5）还原期脱氧，调整成分3）熔化期造渣材料少 6）出钢4） 氧化期氧化脱碳，造成沸腾，第五节直流电弧炉炼钢一、 直流电弧炉炼钢的工作原理大整流器国外已达75吨、国内15吨两根电极平放，对放二、 直流电弧炉的优点1） 电弧稳定性强交流点-熄100次/秒2） 电极消耗少直流1.4g/kwh，交流6g/kwh3） 噪声污染小4） 电能消耗低低3-5%5） 电弧较长有利减少钢液增碳6） 能产生电磁搅拌作用，使化学成分和温度均匀第十章感应电炉熔炼第一节概述一、 感应炉的工作原理无芯式有芯式常用无芯式图10-1二、 感应炉熔炼特点1、 加热速度快特别是液体后，增温快2、 氧化烧损轻，吸气少3、 工艺简单生产灵活4、 炉渣的化学活泼性较弱，调节成分能力差5、 吨位小，大多数用于小件生产第二节无芯感应炉的构造图10-2加热原理Q=I2RtI=KEE=4.44①NfE感应电动势集肤效应与频率有关，太大，热效率差因此不能太大。常用感应炉类型：1、 高频感应炉200-300KHZ2、 中频感应炉1000-2500HZ3、 工频感应炉50HZ表10-1第三节感应炉炼钢工艺一般用不氧化法炼钢工艺，酸碱性都有一、 炉衬材料和筑炉1、 炉衬材料酸性：硅砂，粘结剂：硼酸+水玻璃碱性：镁砂，含氧化铁，要少，导电2、 筑炉方法：放绝缘隔热层一打炉底_放坩埚模型_筑炉_烘烤二、 炉料和装料1、炉料要求：低S、P，纯净，大小适中。2、装料大块状在坩埚壁附近，小块在中间和底部三、 熔化先用较小的功率通电(40-60%),10分钟后，再用大功率，大部分熔化后，加入造渣材料。四、 脱氧出钢炉料熔清后脱氧，一般用硅铁、锰铁加入钢液沉淀脱氧，再进行化学成分调整，插铝终脱氧，出钢五、 合金钢的冶炼不氧化法适合炼合金钢酸性感应炉适合炼除锰钢外的所有合金钢碱性感应炉所有合金钢第四节真空感应炉一、 电炉的构造和工作原理图10-4二、 真空感应炉炼钢的优点1、 能比较彻底的清除钢液中的气体气体在钢液中的溶解度[H]=k1(pH)1/2 [N]=k1(pN)1/2 炉气分压2、 钢中元素氧化轻微夹杂物少，钢液纯净3、 钢液中含氧量极低在真空条件下，碳的脱氧能力强C+FeO-COt+Fe4、 炼钢工艺简单不进行氧化脱氧，过程简单，实际就是重熔三、 真空感应炉炼钢中存在的问题1、 金属元素蒸发当金属的蒸发压超过外界压力时，元素就会蒸发，Mn的蒸发压高，易蒸发。Cu也较易蒸发。2、 钢液的污染炉衬中的SiO2易进入钢液中，并且脱碳，C+SiO2--Si+COt增硅、脱碳(室温压力大，反映不易进行，真空中有利反映进行。)第十一章钢的炉外精炼第一节概述炉外精炼是近代炼钢技术发展的一个重要方向炉内：熔化脱磷炉外：脱C、S、O等优点：钢液质量好缩短炼钢时间降低能耗一、 炉外精炼的重要作用1、 提高钢的纯净度清洁钢，高强度高韧性钢