1、铸造合金及其熔炼,姓名：卢磊 学号：201312131587 专业：材料物理与化学,CONTENTS,铸铁合金,铁碳二重相图虚线：Fe-C系临界线（缓慢）实线：Fe-Fe3C系临界线（快速）,铸铁合金,1.2、试分析硅对铸铁按Fe-C（石墨）和Fe-Fe3C系凝固的影响？,含2.4%Si的Fe-C-Si三元相图实线：Si2.4%虚线：Si0%,铸铁合金,1.2、试分析硅对铸铁按Fe-C（石墨）和Fe-Fe3C系凝固的影响？,随Si含量，奥氏体液相线和固相线，可提高铁水的过热度和流动性，改善其铸造性能。,随Si 含量，石墨液相线显著，促进石墨形核，可在更高温度下析出。,Si使相区缩小，减少C在A
2、中的溶解度，促进C从A中析出，降低了A 的稳定性，使转变更容易。,铸铁合金,1.2、试分析硅对铸铁按Fe-C（石墨）和Fe-Fe3C系凝固的影响？,随着Si的，共析反应起始和终了温度，反应温度范围扩大，促使A在更高温度分解或转变，这有利于共析反应下Fe、C的扩散和聚集，促进A向F转变，提高机体F化的能力 。,硅降低了共晶点和共析点的含碳量，本质上促进液态石墨化和固态石墨化，碳溶解度，促进碳的析出。,铸铁合金,1.12、试描述球墨铸铁凝固冷却曲线的特点，并据此分析球墨铸铁的凝固特征。, 球墨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围,当球墨铸铁的共晶团生长到一定程度，即奥氏体在石墨球外围形成完整的外壳，其生长
3、速度明显减慢，或基本不再生长。 共晶转变需要在一个较大的温度区间才能完成。,铸铁合金,1.12、试描述球墨铸铁凝固冷却曲线的特点，并据此分析球墨铸铁的凝固特征。, 球墨铸铁的糊状凝固特性,在温度梯度相同的情况下，球墨铸铁的液-固两相区宽度比灰铸铁大得多，这种大范围液-固两相区范围，使球墨铸铁件表现出具有较强的糊状凝固特性。此外，大的共晶凝固温度范围，也使得球墨铸铁的凝固时间比灰铸铁及其它合金要长,铸铁合金,1.12、试描述球墨铸铁凝固冷却曲线的特点，并据此分析球墨铸铁的凝固特征。, 球墨铸铁具有较大的共晶膨胀,糊状凝固和长的共晶凝固时间使凝固时球墨铸铁件的外壳长期处于较软的状态，而在共晶凝固过
4、程中，溶解在铁液中的碳以石墨的形式结晶出来时，其体积约比原来增加2倍。 石墨化膨胀产生的膨胀力通过较软的铸件外壳传递给铸型，将足以使砂型退让，从而导致铸件外形尺寸胀大。,铸铁合金,1.22、减摩铸铁和抗磨铸铁在使用要求方面有什么不同？试讨论分析之。,减摩铸铁一般要求材料的摩擦系数小，磨损少及抗咬合性能好。硬质相与基体结合牢靠，不易剥落。,无润滑条件的干摩擦下工作的铸铁是抗磨铸铁。它的工作介质多为硬质磨料，承受干态摩擦和冲击磨损，要求材料有强韧性好的基体和足够数量的硬化相。,铸钢,2.4、试论述铸钢件形成热裂的机理，并说明浇注温度过高和钢中含硫量过多对于形成热裂的影响。,铸钢,热裂机理一：液膜理
5、论,当铸件凝固到固相线附近时，晶体周围还有少量未凝固的液体，构成一层液膜，初期较厚，温度越接近固相线，液膜越薄，当铸件全部凝固时，液膜即消失。 合金中若含有较多的低熔点化合物，如钢中S、P，会使实际固相线下移，扩大凝固温度范围，液膜存在时期相应延长，并相应增加凝固时期的收缩量。 在结晶末期，当铸件收缩应某种原因受到阻碍时，晶体和晶间液膜在应力作用下将被拉伸，当应力足够大时，液膜就会开裂，形成晶间裂纹。,铸钢,热裂机理二：形核功理论,热裂的产生通常要经过裂纹的形核和发展两个阶段。由理论分析，裂纹的形核容易发生在固相晶粒相交的液相汇集部位。,热裂机理三：强度理论,对合金高温力学性能的研究表明，在固
6、相线上下温度范围内合金的强度和断裂应变都很低，合金呈脆性断裂。,铸钢,浇注温度过高时，在凝固过程中由于体收缩过大产生热裂。硫是由生铁及燃料带入钢中。在固态下，硫在铁中的溶解度极小且以FeS形态存在，由于FeS塑性差，使含硫较多的钢脆性较大。FeS与Fe可形成低熔点985的共晶体，分布在晶界上，当钢加热到约1200进行热压力加工时，晶界上的共晶体熔化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂。,浇注温度过高和硫过多对热裂的影响？,铸造有色合金,3.2、对Al-Si合金的共晶硅进行变质前后有哪些变化？简述变质机理。,变质前：共晶硅呈粗大片状或针状，严重割裂基体，使降低。变质后：共晶硅细化为球
7、粒状，呈珊瑚状或纤维状结构，显著提高b和，加工性能也明显改善。,铸造有色合金,共晶硅的变质机理,硅晶吸附变质元素阻碍生长理论,共晶硅在Al液中扩散速度大，硅晶核易于获得硅原子成为共晶转变的先导相，并在有限的方向上生长，与相共生形成片状组织。加入微量Na后，其不溶于固溶体，而呈薄膜状，主要吸附在硅晶核和晶核的表面。共晶时，由于吸附在晶核表面的Na较之Si的晶核表面少得多，大大降低Si在合金液中的扩散速度。使得硅晶界面浓度起伏形成分枝，并使晶核得到优先结晶和成长，共晶成分合金出现初晶相。,铸造有色合金,共晶硅的变质机理,抑制硅晶核核心AlP生长理论,通常使用的工业铝硅合金中含有少量的P，易于与Al
8、形成一种高熔点化合物AlP（1600）。AlP晶格结构与硅相似，晶格数也几乎一致。因此其可作为Si的非自发形核，促进硅晶的析出，使共晶硅合金成片状或针状组织，并偶有初生硅出现。,铸造有色合金,共晶硅的变质机理,孪晶生长缺陷理论,硅晶体为金刚石型立方晶系，在铸造条件下，由于过冷和杂质的作用，在未变质的铝硅合金中，硅晶体都存在不少孪晶缺陷，硅原子易在两孪晶的凹谷处生长。加入Na或Sr后，一方面被吸附在生长的晶体表面，尤其在孪晶的凹谷的生长台阶上，阻碍硅晶体的生长；另一方面，Na在硅表面被吸附，随后嵌入硅的晶格内，因Na比Si原子半径大，容易使硅晶体产生原子层错，促使孪晶形成。所以变质后一方面抑制了
9、硅晶体的板片状生长，另一方面又促进它生成细小分枝的纤维状或珊瑚状形态。,铸造有色合金,3.12、ZM1、ZM5合金中各元素的作用是什么？,ZM1合金牌号是ZMgZn5Zr，含有3.5%5.5%的Zn，0.5%1.0%的Zr。Zn在Mg中最大固溶度为6.2%，时效过程中，过饱和固溶体析出弥散分布的细小相质点MgZn，使合金强化。含Zn量在5%6%时强化效果最好，其b和s均达到最大值。少量Zr的加入改善了合金铸造性能，尤其降低缩松倾向，也能细化晶粒，并对-Mg相有一定强化作用，显著提高力学性能，此外，Zr能在合金表面生成致密氧化膜，提高合金的抗蚀性。,铸造有色合金,3.12、ZM1、ZM5合金中各
10、元素的作用是什么？,ZM5合金牌号是ZMgAl8Zn，含有7.5%9.0%的Al，0.2%0.8%的Zn，0.15%0.5%的Mn。Al在Mg中最大固溶度为12.7%，而室温仅0.2%，可进行时效强化，强化相为相Mg17Al12，当Al大于8%时合金铸造性能随Al的提高不断升高，但是当Al大于9%时，由于相溶入-Mg固溶体的溶解速度大大降低，在热处理保温时间内，未溶脆性相分布于相晶界，使力学性能降低。Zn可提高合金的固溶强化效果，提高b和s，提高其抗蚀性，但增大了结晶温度间隔，降低铸造性能，因此一般小于1%。,铸造合金熔炼,4.19、锡青铜的熔炼原则是什么？和铝青铜、黄铜有什么区别？,锡青铜熔炼原则： 准确配料，严格控制化学成分； 净化合金液，防止铜液氧化、吸气； 高温熔炼，快速熔化，低温浇铸。,区别： 锡青铜需要脱氧除气。 而铝青铜中含铝、硅，黄铜中含锌，它们本身是强脱氧剂，因此不必脱氧。,*谢谢大家*,
