金属熔炼与铸造总结

第一篇：金属熔炼与铸造总结

一 金属熔化特性

●熔炼四性及判定依据：

a氧化性：由金属与氧的亲和力决定，金属与1mol氧反应生成的金属氧化物的自由焓变量为氧化物标准生成自由焓变量△G☉，其越小，还有氧化物的分解压Po2和氧化反应生成热△H☉越小，代表金属与氧亲和力越大，金属氧化趋势越大，程度越高，金属氧化物越稳定

b吸气性：由金属与气体的亲和力决定，即溶解度，它与金属和气体性质、气体分压、温度、合金元素有关。C=K√P—平方根定律，双原子气体在金属中溶解度与其分压的平方根成正比；气体分压一定时，C=K(−2)溶解热为正时。溶解度随温度升高而增大，与气体有较大亲 和力的合金元素会增大气体溶解度。各种因素得到㏒C=-A+B+0.5㏒P

c挥发性：平衡时，气相中金属的蒸气分压为该温度的饱和蒸气压，蒸气压越高，越易挥发。外压一定，纯金属的蒸气压随温度的升高的增大，挥发趋势增强；炉膛压力越小，金属挥发速率增大，这是因为真空度高，质点碰撞概率少，回凝速率减少，挥发加速；蒸气压大、蒸发热小、沸点低的金属和合金易挥发损失。d吸杂性：

●金属氧化热力学及判据：熔炼温度范围，氧化反应在热力学上为自动过程。

在标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量ΔG，分解压 pO2 或氧化物的生成热ΔH 作为判据。通常ΔG、ΔH 或 pO2 越小，金属氧化趋势越大、越先被氧化、可能的氧化程度越高，氧化物越稳定。

●金属氧化动力学机理：氧化环节及过程：氧由气相通过边界层向氧/氧化膜界面扩散(外扩散)→氧通过固体氧化膜向氧化膜/金属界面扩散（内扩散）→在氧化膜/金属界面上发生界面化学反应。①P-B比即氧化膜致密性系数（），即氧化物的分子体积与形成该氧化物的金属原子体积之比来衡量氧化膜性质，当>1氧化膜致密，连续，有保护性，扩散阻力增大，内扩散成为控制性环节（铝、Be），<1氧化膜疏松多孔，无保护性，结晶化学反应为控制性环节（碱金属)>>1氧化膜十分致密。内应力很大，会周期性破裂，非保护性。②反应温度，低温氧化过程受化学反应控制，高温受扩散控制，③反应面积越大，氧化速率越大

●熔体中气体存在形态及来源，吸气的过程及影响因素。形态：固溶体、化合物、气孔

来源：金属原料自带和与熔体接触的炉气、溶剂、工具带入的水分你和碳氢化合物

过程：①气体分子碰撞到金属表面；②在金属表面上气体分子离解为原子；③以气体原子状态吸附在金属表面上；④气体原子扩散进入金属内部，前三个是吸附阶段随温度升高，物理吸附减弱，化学吸附加快，但一定温度后达最大，最后一个是扩散阶段，即气体从浓度高的表面向浓度低的内部过程运动的过程，浓度差越大，温度越高，扩散速度越快。

影响因素：金属吸气速度主要决定于气体的扩散速度。由菲克第一扩散定律和平方根定律可知，气体分压越大，温度越高，扩散系数越大，金属吸气速度就越快。气体分压越大，气体在金属表面的浓度就越高，故气体在金属中的浓度梯度越大，致使扩散速度加快。金属中气体的扩散系数与合金元素有关。例如：镁和钛都显著降低氢在铝液中的扩散系数。在熔炼一定成分的合金时，熔体的实际含气量主要取决于熔炼工艺和操作流程。首先是尽可能减少金属吸气，严防水分和氢的载体接触炉料或熔体；然后配合以有效的脱气措施，尽可能降低金属熔体的含气量。应对措施：在熔炼一定成分的合金时，熔体的实际含气量主要取决于熔炼工艺和操作。首先是尽可能减少金属吸气，严防水分和氢的载体接触炉料或熔体；然后配合以有效的脱气措施，尽可能降低金属熔体的含气量。●气体的溶解度及影响因素： 金属和气体的性质：金属吸气的能力是由气体与金属的亲和力决定的。在一定温度和压力下，气体在金属中的溶解度是金属与气体亲和力大小的标志。金属与气体的亲和力不同，气体在金属中的溶解度也不同。在熔点温度，无论是固态或是液态，氢在铁、镍、镁、钛、锆等金属中的溶解度都比在铝和铜中的高。同时，金属在相变温度时，氢的溶解度变化较大。因此，在金属凝固时，过饱和的氢就会析出，此时最易在铸锭中形成气孔。在凝固温度范围的金属中，固液态含气量相对变化值越大，则金属铸锭中越易形成气孔缺陷。蒸汽压高的金属，由于具有挥发去吸附作用，会显著降低其他在金属中的溶解度。气体的分压：双原子气体在金属中的溶解度与其分压的平方根成正比。在含有水蒸气的炉气中，即使水蒸气的含量甚微，也足以使铝、镁中的氢含量增加。温度：温度对溶解度的影响取决于溶解热。当溶解热为正值吸热时，溶解度随温度升高而增大，以原子状态溶解于金属熔体的气体都如此。当气体能与金属形成化合物且熔解热为负（即放热反应）时，其溶解度随温度升高而降低。合金元素：在实际的多元系合金熔体中，气体的溶解度除受制于气体的温度和分压外，还在一定程度上受到合金成分的影响。与气体有较大亲和力的合金元素，通常会使合金中的气体溶解度增大；与气体亲和力较小的合金元素则相反。●影响金属挥发的因素和降低挥发损失的方法。

因素：①熔体温度：外压一定，纯金属的蒸气压随温度的升高的增大，挥发趋势增强；②炉膛压力：一般炉膛压力越小，金属挥发速率增大；③金属及合金元素：同一温度下纯金属蒸气压大，蒸发热小，沸点低的金属易挥发损失；该组元在合金中的含量，其他元素对其活度系数影响，增大活度系数的合金元素，增大损失。④.其他因素：与金属处于高温液态的时间、金属的比表面积和氧化膜的性质有关。金属处于高温液态的时间越长，比表面积越大，搅拌及扒渣次数越多，其挥发损失也越大。熔体表面有致密氧化膜或溶剂及炉渣覆盖时，可降低挥发损失。反之，在还原性炉气中熔炼时，由于熔体表面无保护性氧化膜，挥发损失会加大。

方法：和降低氧化烧损一样，还有①易挥发元素在脱氧或熔炼后期加入，②在真空熔炼时，用较高真空度来提高精炼效果和降低氧化烧损。③充入惰性气体来减少挥发损失和准确控制合金成分。

●金属熔体中夹杂来源和减少杂质污染途径

来源：金属中的杂质除来自金属炉料外，在熔炼过程中还可能从炉衬、炉渣或炉气中吸收。旧料的多次重熔，其吸收的杂质可能积累起来。●减少杂质污染途径

1.选用化学稳定性高的耐火材料；

2.在可能的条件下才用纯度较高的新金属料以保证某些合金的纯度要求；

3.火焰炉应选用低硫燃料；

4.所有与金属炉料接触的工具，尽可能采用不会带入杂质的材料制作，或用适当的涂料保护好；

5.变料或转换合金时，应根据前后两种合金的纯度和性能要求，对熔炉进行必要的清洗处理； 6.注意辅助材料的选用；

7.将强炉料管理，杜绝混料现象。

●金属在熔炼过程中会发生高温氧化熔损，叙述影响金属氧化的因素及降低氧化的方法。

因素：金属及氧化物的性质 纯金属氧化烧损的大小主要取决于金属的亲和力和表面氧化膜的性质。熔炼温度 熔炼温度越高，氧化烧损就越大。炉气性质 炉气的氧化性强，一般氧化烧损程度也大。其他因素 使用不同的炉型，其熔池形状、面积和加热方式不同，氧化烧损程度也不同；在其他条件一定时，熔炼时间越长，氧化烧损也越大。方法：选择合理炉型，采用合理的加料顺序和炉料处理工艺，采用覆盖剂，正确控制炉温，正确控制炉气性质，合理的操作方法，加入少量α＞1的表面活性元素。●金属熔炼时的熔损有哪几种，怎么减少熔损？金属熔损是指熔炼过程中，金属的挥发、氧化烧损、与炉衬作用的消耗等全部损耗的总和。除①挥发、②氧化烧损外，还有：③熔融金属或金属氧化物与炉衬材料之间的化学作用，造成的损耗，④金属在熔炼时，熔融金属因静压力作用可能渗入炉衬缝隙，而导致高温区局部熔化，造成的损耗，⑤机械混入渣中的金属，以及扒渣、飞溅等造成的损耗。减少熔损：①选择合理炉型，②制定合理的规程、工艺和顺序，③正确选择覆盖剂或熔剂，④正确控制炉温，⑤正确控制炉气性质，一般以控制微氧化性气氛较好，⑥碎屑散料

●氧化过程的几个环节： 1.外扩散；2.内扩散；3.界面化学反应控制性环节：内扩散和界面化学反应两个环节哪一个是控制环节，取决于氧化膜的性质。而氧化膜的性质主要是其致密度，它可以用 Pilling-Bedworth 比（P-B 比）α，即氧化膜致密性系数来衡量。α定义为氧化物的分子体积 VM与形成该氧化物的金属原子体积 VA之比，及α =VM/VA 各种金属由于其氧化膜结构不同，对氧扩散的阻力不一样，因而氧化反应的控制性环节及氧化速率随着时间变化的规律也各不相同。当α>1 时，生成的氧化膜一般致密，连续，有保护性作用。当α<1 时，氧化膜疏松多孔，无保护性。

二熔体净化技术(除渣+氧化+脱氧+脱气)●减少铸锭中非金属夹渣的主要方法 防止或减少非金属夹渣物的有效措施，是尽可能彻底的精炼去渣，适当提高浇注温度和降低浇注速度，供流平稳均匀，工模具保持干燥等。静置澄清法（此法适用于金属熔体与非金属夹杂物密度差较大，而夹杂物颗粒尺寸适中的合金），浮选法（利用通入熔体的惰性气体或加入的熔剂所产生的气泡在上浮过程中与悬浮的夹杂相遇时，夹杂被吸附到气泡表面的熔剂中去），熔剂法（通过熔剂与夹杂之间的吸附，溶解和化合作用而实现除杂），过滤法（网状过滤法、填充床过滤法、刚性微孔过滤法）。

●请叙述夹渣种类和来源和除渣精炼原理及应用。种类：按夹渣的化学成分不同可分为氧化物、复杂氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸盐、碳化物、氢化物及磷化物等。

按夹渣的形状可分为薄膜状和不同大小的团块状或粒状夹渣。

来源：外来夹渣，由原材料带入的或在熔炼过程中进入熔体的耐火材料、溶剂、锈蚀产物、炉气中的灰尘以及工具上的污物等。

内生夹渣，在金属加热及熔炼过程中，金属与炉气和其他物质相互作用生成的化合物。

原理：A比重差作用，当金属熔体在高温静置时，非金属夹杂物与金属熔体比重不同，因而产生上浮或下沉。比重差作用原理主要适用于Cu及Cu合金中。

B吸附作用，向金属熔体中导入惰性气体或加入溶剂产生的中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。通常适用于Al及Al合金中。

C溶解作用，非金属夹杂物溶解于液态溶剂中后，可随溶剂的浮沉而脱离金属熔体。适用于Al及Al合金中。D化合作用，化合作用是以夹渣和溶剂之间有一定亲和力并能形成化合物或络合物为基础的。适用于熔炼温度较高的铜、镍等合金。

E机械过滤作用，当金属熔体通过过滤介质时，对非金属夹杂物的机械阻挡作用。过滤介质间的空隙越小，厚度越大，金属熔体流速越低，机械过滤效果越好。适用于含有与熔体密度相差不大、粒度甚小而分散度极高的非金属夹杂物的金属。

●什么样的金属可以采用氧化精炼？

1.基体金属的氧化物能溶解于自身金属液中，并能氧化杂质元素

2.杂质元素氧化物不溶于金属液体中，并易与后者分离 3.基体金属氧化物可用其他元素还原。●氧化精炼的热力学条件？

杂质元素对氧的亲和力大于基体对氧的亲和力。●氧化精炼的基本思想?

氧化精炼是利用氧将金属中的杂质氧化成渣或生成气体而将渣排除的过程，其实质是利用化合作用除渣。氧化精炼过程是把含有杂质的金属熔体在氧化气氛下熔化，或将纯氧、空气或富氧空气导入金属熔池或熔池表面，有时也可加入固体氧化剂（如基体金属氧化物）。此时杂质元素Me’氧化生成Me’O，或以独立固相析出，或溶入炉渣中，或以气体形式挥发而与基体金属液分离。●脱氧剂的选择

1.脱氧剂与氧的亲和力应明显地大于基体金属与氧的亲和力；

2.脱氧剂在金属中的残留量应不损害金属性能；

3.脱氧剂要有适当的熔点和密度，通常多用基体金属与脱氧元素组成中间合金作为脱氧剂；

4.脱氧产物应不溶于金属熔体中，易于凝固、上浮而被去除；

5.脱氧剂来源广、无毒，与环境的相容性好。●脱氧方法

沉淀脱氧：将脱氧剂M加入到金属熔体中，使它直接与金属中的氧进行反应，脱氧产物以沉淀形式排除，故名沉淀脱氧。扩散脱氧：将脱氧剂加在金属熔体表面或炉渣中，脱氧反应仅在炉渣/金属熔体界面上进行。溶于金属中的氧会不断地根据分配定律向界面扩散而脱氧，故称扩散脱氧。真空脱氧：在低压下，凡伴随有气相形成的反应过程都进行的迅速、完全，如形成CO和H2O等气体或镁、锰等金属蒸气的各种反应都能顺利进行。●脱气精炼的原理 分压差脱气：利用气体分压对熔体中气体溶解度影响的原理，将溶解气体的熔体置于氢分压很小的真空中，或导入惰性气体，使实际气体的氢分压小于平衡分压，进而产生脱氢驱动力，使氢尽快排除。分为气体脱气（活性，惰性，混合气体）、熔剂脱气（固态溶剂热分解或与金属化学反应产生挥发气泡，铝合金铝青铜用含氯盐溶剂）、沸腾脱气（高锌黄铜，金属本身在熔炼中产生气泡内外气体分压差）、真空脱气 化合脱气：利用熔体中加入某些能与气体形成氢化物和氮化物的物质，进而将金属熔体气体脱除

电解脱气：电场作用下，金属中氢离子趋向阴极，取得电荷后聚合成氢分子逸出，其他负离子在阳极释放电荷，留在熔剂中化合成渣被除去

预凝固脱气：大多数情况下，气体在金属的溶解度随温度降低而减少，将金属液缓慢冷却到固相点附近，让气体按平衡溶解度曲线变化，使气体自行扩散析出

振荡脱气：金属液受到高速定向反复振动时，弹性波在熔体引起空化现象，产生无数显微空穴，金属中的气体原子可以空穴为气泡核心，进入空穴复合为气体分子并长大成气泡而逸出熔体

●典型的在线精炼方法及其过程

方法：FILD 法、SNIF 法、MINT 法、Alcoa469脱气法、Air-liquid法

●金属熔体除渣精炼的基本原理?

1.密度差作用：当金属熔体在高温静置时，非金属杂物与金属熔体因密度不同而产生分离，发生上浮或下沉。2.吸附作用：向金属熔体中导入惰性气体或采取加入溶剂产生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮状态的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。3.溶解作用：非金属夹杂物溶解于液态溶剂后，可随溶剂的浮沉而脱离金属熔体。4.化合作用：碱性氧化物和酸性溶剂，或酸性氧化物与碱性溶剂在一定温度条件下可相互作用形成体积更大，熔点更低，且易于与金属分离得复盐式炉渣。根据其密度大小，在熔体中可上浮或下沉而去除。5.机械过滤作用：当金属熔体通过过滤介质时对非金属夹杂物的机械阻挡作用。

●如何实现脱气精炼（途径）? 一是气体原子扩散至金属表面，然后脱离吸附状态而逸出；二是以气泡形式从金属熔体中排除;三是与加入金属中的元素形成化合物，以非金属夹杂物形式排除;这些化合物除极少数（如Mg3N2等）易分解外，大多数不致在金属锭中产生气孔。脱气精炼的主要目的就是脱除溶解于金属中的气体。

根据脱气机理的不同，脱气精炼有分压差脱气、化合脱气如何防止：合理控制合金成分，选择合适的工艺，变质处理。

●如何防止或减少铸锭中出现各种缺陷? 缩孔和缩松

1、调整合金液的化学成分或选用细化晶粒效果好的元素对合金液作变质处理或孕育处理减少枝晶组织，细化晶粒，改善其结晶状态，降低合金液的收缩性；

2、先用效果好的精炼剂和精炼去气方法，对合金液进行充分的去气除渣处理、降低其含气量和氧化夹杂物含量；

3、适当降低合金液的浇注温度，并减慢其浇注速度，提高铸锭的冷却速度；

4、使用矮的结晶器，提高水压，降低水温，加大铸锭的结晶凝固速度 裂纹

1、严格按工艺规程进行炉前分析和熔炼铸造等操作，定期检验炉前分析仪器是否有故障，炉前分析报告是否准确，以控制准合金液的化学成分。

2、适当降低合金液的浇注温度和浇注速度；

3、选用合适的精炼方法精炼剂，对合金液进行充分的精炼，降低气体和氧化夹杂物的含量；

4、均匀分配液流，防止漏斗倾斜

5、保持结晶器内表面光滑清洁及位置的水平放置

气孔

1、严禁把带有水气的炉料装入炉中，装炉前要在400度左右温度下烘烤2H；

2、严格按工艺对大修、中修后的炉子进行烘烤；

3、熔化前按工艺要求对熔炉、浇注工具、熔剂等进行烘烧，然后才可使用；

4、选用合适的精炼方法和效果好的精炼剂充分精炼合金液，精炼后加覆盖剂保护。如果精炼后静置时间超过6H，则要进行二次精炼方可浇注或使用；

5、控制浇注时液流连续均匀地浇注，未注完锭模不要中断；

6、使用含水量符合要求的煤或煤气、油等燃料熔化合金液。

偏析 增大冷却强度，搅拌，变质处理，采用短结晶器，降低浇注温度，加强二次水冷，使液穴浅平等

非金属夹杂物 尽可能彻底地精炼去渣，适当提高浇注温度和降低浇注速度，供流平稳均匀，工模具保持干燥等。●铸锭热裂与冷裂的区别特点? 在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹，凝固后冷却过程中产生的裂纹称为冷裂纹。两种裂纹各有其特征。热裂纹多沿晶界扩展，曲折而不规则，常出现分枝，表面略呈氧化色。冷裂纹常为穿晶裂纹，多呈直线扩展且比较有规则，裂纹表面较光洁。

●为什么圆锭形成中心裂纹的倾向大？

浇注速度一定的情况下，铸锭拉出结晶器后，外层受二次水冷而强烈收缩，但此时内层温度高收缩量小，阻碍外层收缩产生拉应力，内层受压应力。一段时间后，外部温度低冷却速度小，中部温度高冷却速度大，收缩量大，内部受拉应力而易产生中心裂纹。

●S和P在钢中的再分布系数K＜1~~~试问这样的浓度不均匀分布是如何形成的？属何种偏析？

根据图中显示，S和P的再分布系数都＜1，所以是因为过度区凝固处处于非稳定态，凝固即将结束时仅残留极少液体，界面上溶质向液体中的扩散受到限制，致使界面上的液相成分显著提高，而在最后凝固的固相中产生严重的偏析。

属于带状偏析，带状偏析出现在定向凝固的铸锭中，其特征是偏析带平行与固液界面，沿着凝固方向周期性地出现。带状偏析的形成与固液界面溶质偏析引起的成分过冷有关。

最后一章

●黄铜的熔铸技术特点？

（1）锌易挥发熔损，特别是高锌黄铜，有脱氧和去气作用，故易于熔炼且不需用特殊精炼措施。（2）在铸造过程中易氧化生渣，造成表面夹渣，复杂黄铜则易生裂纹，要特别注意保护熔体。●立模铸造技术特点

1.结晶组织以径向为主且不均匀2.浇注过程中流柱长冲力大，容易裹入气体和夹渣，易于二次氧化，流柱越高，越易产生气孔和夹渣；直径小而长的铸锭，容易产生缩孔甚至中心缩管，必须补缩。3.由于模壁阻碍收缩，对于某些金属扁锭常出现表面晶间裂纹，或表面夹渣。4.劳动强度大，生产效率低，成品率低，不适用于铸造易于氧化造渣的合金。

●连铸法特点优点；1浇速和冷却强度可控，致密度较高，气孔，夹杂，缩孔等缺陷较少，铸锭结晶组织较匀细，收得率和成品率高。2机械化程度高，劳动强度较小，能多根锭坯同时铸造，生产效率高，占地面积少。缺点：技术条件要求严格，工艺较复杂，对于某些合金的大锭，产生某些缺陷的敏感性增大 ●简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系铸造合金的主要特点及其用途。

答：铸造用的铝合金主要是由Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn四个二元基本合金系以及在此基础上，再添加少量其他元素形成的多元合金系组成的。Al-Si合金系（≥5%Si）该系合金具有良好的铸造性能，铝中添加硅后，能明显提高铝液的流动性和铸造充填性能；减少收缩和热裂倾向。含有较多硅的合金热膨胀系数小、耐磨性能优良。含有少量的Mg、Cu等合金元素组成的多元Al-Si合金通过热处理有明显析出强化的效果，适用于多种铸造方法。现在铸造铝铸件大多数都是采用该系合金，它是铸造铝合金中牌号最多，应用最广泛的一类合金。Al-Cu合金系（≥4%Cu）该系合金添加的Cu起固溶强化的作用，所以合金具有较高的强度和耐热性能；但密度大，耐蚀性能和铸造 会出现条纹。3.预防：降低结晶器内的液穴深度，供流匀稳，保持锭模内壁光洁，涂料匀薄。4.补救：通过铣面予以消除。悬浮晶：夹在正常柱状晶区或等轴晶区中的粗大晶粒 1.原因：优先形核生长的基体金属固溶体初晶，在固/液界面前沿温度梯度较小的过冷液体 中自由长大，然后进入凝固区内。2.四种形成路径：液体中温度梯度较小，凝固区较宽时，脱离模壁的少数晶粒在凝固区内自 由长大；大型铸锭冷却缓慢时，液穴表面形成的晶粒沉积于凝固区内，充分长大；位于气隙 较大处的凝壳，由于温度回升被重熔成半凝固状态，在对流作用下凝壳边缘塌落下来的碎块；尚未完全融化的基体金属晶体碎块。3.危害：保留在铸锭表层的悬浮晶，使板材表面产生条痕，降低板材表面质量并使合金的性 能不均匀。4.预防：增大冷却强度，提高铸锭断面的温度梯度，缩小凝固区，可防止产生悬浮晶。粗大金属间化合物1.原因：与悬浮晶基本相同。2.危害：一般硬脆，降低铸锭的塑性，加工时不易变形，使加工制品分层或开裂，并降低材料的横向性能，疲劳极限和耐蚀性。分布不匀的粗大金属化合物危害甚大。3.预防：适当提高浇温，加大冷却强度，可减少游离化合物初晶的数目，有利于防止粗大化 合物初晶的形成。严格控制合金成分或变质处理，也是防止粗大化合物形成的有效方法。羽毛状晶：一种由许多羽毛状片晶组成的晶粒，互相交错。1.原因：激冷区内晶粒竞争生长的结果。2.危害：羽毛状晶组织具有较强的各向异性，降低铸锭的力学性能和加工性能。其还有较强的遗传性，经退火后仍存在（表现为沿孪晶面易于发生偏析）。3.预防：采用较低浇温，均匀供流，防止液穴局部过热，加入Ti或Ti+B使晶粒细化均可

●铸锭正常晶粒组织（宏观组织）

表面细等轴晶区条件：液体金属的对流动量对流、自由对流及（对流引起的）温度起伏，均使模壁上形成晶粒脱落和游离→增加凝固区内晶核数目→形成表面细等轴晶区。激冷无对流，模壁上形成稳定凝壳，晶粒难于脱离模壁，无晶核增殖作用，不形成表面细等轴晶区。

控制方法1.浇温高，模温高，晶核稳定数少，脱离模壁晶粒少，易重熔，窄。2.激冷强，窄。3.合金元素含量高，晶粒或枝晶根部缩颈，宽。

柱状晶区的形成条件：单向导热及顺序凝固（单向导热，较小凝固速率，较大温度梯度）表面细等轴晶区内，生长方向与散热方向平行的晶粒优先长大，不平行的被抑制→越往铸锭内部晶粒数目越少，优先生长的晶粒单向生长并相互接触形成柱状晶区。控制方法阻止晶体脱离模壁和固液界面形核，宽。1.模壁导热性好，激冷作用强，易形成稳定的凝壳，则柱状晶发达。2.合金化程度低，溶质偏析系数小，成分过冷弱，晶粒或枝晶根部不易形成缩颈而被熔断也易获得柱状晶。3.对流的冲刷作用及温度起伏，利于等轴晶，所以抑制对流流于柱状晶。中心等轴晶区的形成主要原因：溶质偏析产生的成分过冷原因：表面细晶的游离，枝晶的熔断及游离，液面或凝壳上晶核的上浮或沉积。控制方法1.纯金属铸锭比合金铸锭易于柱状晶，连续铸锭比铁模铸锭比砂模铸锭易于柱状晶（冷却能力小，模壁形核少，凝壳时间长，晶粒脱离模壁不会很快结束，卷入中部晶粒多，粗大等轴晶）●柱状晶对铸锭性能的影响

柱状晶组织对铸锭性能影响很大，在柱状晶区交接处，往往存在低熔点共晶组织和夹杂物，气孔和缩孔，还可能出现晶间裂纹，是铸锭脆弱的地方。铸锭承受冷热加工时，易于沿此处开裂；柱状晶本身的方向性也降低铸锭的力学性能和加工性能

七铸锭中常见缺陷分析（偏析+缺陷）●造成铸锭枝晶偏析的原因?

在生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相溶质来不及扩散均匀，枝晶内部先后结晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析。

●叙述偏析的种类。

答：显微偏析：枝晶偏析、胞状偏析、晶界偏析。

宏观偏析：正偏析、反偏析、带状偏析、重力偏析、V形偏析。

●枝晶偏析和晶界偏析及其成因。防止偏析的主要途径。比较连铸、铁模铸锭和砂模铸锭这三种工艺的组织偏析状况。

答：在生产条件下，由于铸锭冷凝较快，固液两相中溶质来不及扩散均匀，枝晶内部先后结晶部分的成分不同，这就是枝晶偏析。

K＜1的合金凝固时，溶质会不断自固相向液相排出，导致最后凝固的晶界含有较多的溶质和杂质，即形成晶界偏析。

防止偏析的主要途径：增大冷却强度，搅拌，变质处理，采用短结晶器，降低浇温，加强二次水冷，使液穴浅平等。连铸的偏析很低，铁模铸锭的偏析也较低，而砂模铸锭的偏析较高。

●试分析铸锭中热裂与冷裂形成的原因，如何防止？ 热裂：液膜理论认为，铸锭收缩受阻，液膜在拉应力作用下被拉伸，当拉应力或拉伸量足够大时，液膜破裂，形成晶间热裂纹。强度理论认为：合金在线收缩开始温度至非平衡固相点的有效结晶温度范围，强度和塑性极低，故在铸造应力作用下易于热裂，裂纹形成功理论认为：裂纹形成功小，裂纹易形核，铸锭热裂倾向大。

冷裂：铸锭冷却到温度极低的弹性状态时，因铸锭内外温差大、铸造应力超过合金的强度极限而产生。●什么是成分过冷？如何判断是否出现成分过冷？

在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。在固相无扩散，液相有限扩散条件下的定向凝固过程中，保持平界面凝固（即无成分过冷）的成分过冷判据为：GL/R≥-mL(1-k)C0/kDL.其中GL为凝固界面前沿温度梯度，R为凝固速率，mL为液相线斜率，k为溶质平衡分配系数，C0为溶质浓度，DL为溶质扩散系数。Gl/R≥(Tl-Ts)/Dl,合金凝固温度范围 ●成分过冷及其导致的凝固组织特点

在固溶体合金凝固时，在正的温度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差别，导致固液界面前沿的熔体的温度低于实际液相线温度，从而产生的过冷称为成分过冷。随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树枝状和树枝状四种形式，得到的晶体相应为平面柱状晶、胞状晶、胞状枝晶以及柱状枝晶和自由枝晶。

六凝固晶粒组织及其细化（三区+变质+异常晶粒）●什么铸锭组织被称为具备正常的晶粒组织？ 铸锭由外向内依次为表面细等轴晶区，柱状晶区和中心等轴晶区。

●柱状晶的特点及如何获得 在表面细等轴晶区内，生长方向与散热方向平行的晶粒优先长大、而与散热方向不平行的晶粒则被压抑。这种竞争生长的结果，使越往铸锭内部晶粒数目越少，优先生长的晶粒最后单向生长并相互接触而形成柱状晶区。凡能阻止晶体脱离模壁和在固液界面前沿形核的因素，均有利于扩大柱状晶区。如模壁导热性好，激冷作用强，易形成稳定的凝壳，则柱状晶发达。合金化程度低，溶质偏析系数小，成分过冷弱，晶粒或枝晶根部不易形成缩颈而被熔断也易获得柱状晶。

●简述铝合金晶粒细化技术。

1.增大冷却强度：采用水冷模和降低浇温。2.加强金属流动：改变浇注方式、使锭模周期性振动、搅拌。3.变质处理：向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程的一种方法。

●铝合金变质处理的目的及其机理 目的是为了获得细小的晶粒尺寸，改善合金的铸造性能和加工性能，提高合金的强度和塑性。机理：一是以不溶性质点存在于金属液中的非均质晶核作用；二是以溶质的偏析及吸附作用。

●为什么提高浇注温度有可能形成较大的等轴晶、较长的柱状晶？

答：提高浇注温度，游离晶重熔的可能性增大，故有利于扩大柱状晶区，但浇注温度提高延长了形成稳定凝壳的时间，温度起伏大，故也有利于等轴晶的形成。所以，随着浇注温度的提高，柱状晶区变宽，等轴晶变粗。●三种晶粒细化技术及其原理和方法

1，增大冷却强度，采用水冷模（稳定凝壳，定向散热，细长柱状晶，中心少等轴晶）和降低浇注温度（高浇温非均质晶核少甚至无增值）2，加强金属液流动，随着流动的加强，金属液能更好的与模壁接触，有效的发挥模壁的激冷效果，温度起伏和对流的冲刷作用，增加游离晶数目，改变浇注方式（对流、枝晶脱落）、使铸锭模作周期性振动（加速晶体游离，加强金属液充填枝晶间隙，致密性）、搅拌3，变质处理，向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程，变质机理有:1.变质剂的非均质晶核作用2.变质剂的偏析和吸附作用。

●相同条件下，为什么不锈钢模比砂模更容易获得柱状晶?

因为钢模比砂模冷却能力强，凝固开始时模壁上会迅速生长大量晶核，且晶粒相互连接而形成稳定凝壳所需要的时间较短，晶粒脱离模壁的过程较快结束，故卷入到铸锭中部的晶体数目较少，因而柱状晶较发达。●铝合金中常用晶粒变质剂的种类? 钛，磷，纳

●浇注温度是怎样影响铸锭的组织的？ ①浇注温度高，将促进枝晶粗化；

②浇注温度高会使表面等轴晶区变窄；

③随着浇注温度提高，柱状晶区变宽，等轴晶变粗； ④适当提高浇注温度，充分预热注管，有助于光亮晶的减少；

⑤适当提高浇注温度，可减少游离化合物初晶的数目，有利于防止粗大化合物初晶的形成； ⑥浇注温度高有利于形成羽毛状晶，反之则抑制羽毛状晶形成；

⑦适当降低浇注温度，一定程度上能使晶粒细化；

⑧浇注温度浇注速度过高、冷却速度过大，会增大铸锭的热裂倾向；

⑨浇注温度会影响金属流动性、二次氧化、吸气、缩松、表面质量等。

●异常粗大晶粒 表层粗晶粒 1.原因：金属液与结晶器壁接触不良，激冷作用不均匀，在缓冷处不能立即大量形核，形成 稳定凝壳的时间延迟，只有少量晶核长大成粗大晶粒；气隙形成后，铸锭表层温度升高，位 于表层的低熔点偏析物可能重熔，然后结晶长大成粗晶粒。铁模内壁若涂料不匀，在涂料厚及挥发物多的地方，也会慢冷凝固成粗晶粒。2.危害：使加工制品表层组织不均匀，深冲时会出现制耳；铝合金作阳极化处理时，制品表面

电解脱气和预凝固脱气等方法。

●向金属熔体中吹入惰性气体，有什么精炼作用？为什么？如何提高其精炼效果？

充入惰性气体会产生吸附作用。向金属熔体中导入惰性气体或加入的熔剂能产生中性气体，在气泡上浮过程中，与悬浮状态的的夹渣相遇时，夹渣便可能被吸附在气泡表面而被带出熔体。惰性气体在导入熔体前必须进行脱水处理和净化处理。

●减少金属熔体中气体含量主要有哪些方法？ 分压差脱气，化合脱气，电解脱气，预凝固脱气 ●除渣精炼的温度是不是越高越好，为什么？

在溶剂一定时，影响溶剂吸附、溶解和化合造渣作用的主要因素是温度。因为在整个造渣过程，尤其是化和和溶解过程，是由扩散传质速度所控制的。

但过高的精炼温度对脱气不利，并且可能粗化铸锭晶粒。控制精炼温度要兼顾除渣、脱气两个方面。●为什么黄铜的夹杂含量要好于紫铜。黄铜含大量易挥发和氧化的锌，在熔炼温度下的蒸气压相当高。含锌量越高，越易氧化和挥发熔损。在960℃时，锌蒸气会把黄铜内的氢、水、气体以及杂质带出。因此黄铜的夹杂含量很低。紫铜中铜的纯度达到99.95%，杂质只能通过静置法和扩散除去，夹杂量比较高。因此黄铜的夹杂含量要好于紫铜。

铜合金常用木炭和米糠作覆盖剂。●含气量的测定方法有哪些

1，减压凝固法2第一气泡法3惰性气体携带-热导测定法4真空固体加热抽气法5真空熔融抽气法

三成分调控

●配料过程（四步骤）：

①首先计算包括熔损在内的各成分需要量②其次计算由废料带人的各成分量；③再计算所需中间合金和新金属料量；⑩最后核算

●熔体成分控制过程及其注意事项： 过程：备料、配料、熔炉准备、成分调整、熔体质量检验。●怎样计算补料和冲淡

当炉前分析发现个别元素的含量低于标准化学成分范围下限时，则应进行补料

当炉前分析发现个别元素的含量超过标准化学成分范围上限时，则应进行冲淡

●配料和加料的基本原则？

成分原则 质量原则 工艺原则 经济原则 物料平衡原则 ●如何进行熔体质量炉前检查？主要评价熔体的精炼效果（减压凝固法 第一气泡法）和非金属夹杂物的检验（化学分析）。

●炉料包括哪几种 备料包括哪几步 炉料包括新金属料、废料及中间合金，备料包括选择炉料，处理废料，配置中间合金及溶剂。

●什么是中间合金 使用它的目的及要求 它的制备方法 冶炼时为了加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化挥发的金属元素而将它们与母体金属制成合金，以便更准确地控制成分，而冶炼时加入此合金作为中间合金。

要求：1，熔点应低于或接近合金熔炼温度2，含有尽可能高的合金元素且成分均匀一致3，气体、杂质及非金属夹杂物含量低、4，具有足够的脆性，易破碎，便于配料5，不易被腐蚀，在大气下保存时不应破裂成粉末。制备方法：1，溶合法2，热还原法3，熔盐电解法4，粉末法

●分析铸锭对金属熔体质量的要求

熔铸是金属材料生产过程中的第一道工序，为后续的加工工序提供质量合格的锭坯。熔铸质量的基本要求有：1，化学成分合格2，形状、尺寸公差及表面质量合格3，结晶组织细匀且无明显缺陷

●分析铸锭对金属熔体质量的要求？ 1.金属熔体中金属晶粒的细化度，防止出现异常粗大晶粒与羽毛状晶。出现表层粗晶粒会让铸锭表面产生条纹，出现悬浮晶会降低板材表面质量，出现粗大金属间化合物会降低铸锭的塑性，出现羽毛状晶会影响加工制品组织和性能的均匀性。

2.金属熔体中是否脱除溶解于金属熔体中的气体。对于提高金属熔体质量和保证获得合格铸锭溶解于合金中的氢是使铸锭产生气孔、疏松、板带材起泡及分层的主要原因，甚至使材料发生氢脆。●熔剂在熔炼中的作用，铝合金常用熔剂配方及铜合金常用熔剂配方。

熔剂与金属熔体直接接触，参与其间的物理化学反应和传热过程。通过对所使用的熔剂成分、性能和加入量的调整，可以提高除渣脱气精炼效果，减少金属氧化、吸气、挥发和与炉衬的相互作用，提高金属质量和收得率以及延长炉衬寿命。同时还可借熔剂来加入合金微量元素和作变质剂，以抑制一些微量杂质的有害作用，改善合金的工艺性能。此外，电渣炉中的熔剂作为电阻发热体，起着重要的精炼意义。

铝合金覆盖剂50%NaCl+50%KCl 精炼剂细化剂45%NaCl+40%NaF+15%Na3AlF6 ●熔剂应该满足的特性？

吸附溶解造渣好，密度和熔体远不同。与熔体表面张力大，毕竟之后要分离； 具有较高稳定性，不会腐蚀且环保； 低熔点恰粘度，吸湿性小自然妙。

蒸气压可不能高，制造方便价低好。性优于结晶温度范围宽的合金，但差于结晶温度范围窄的●对熔铸质量的基本要求

合金，有热裂和缩孔倾向。

1.化学成分合格:合金元素、微量杂质、杂质总量符合要●凝固方式有几种 分别说明其适用条件

求，铸锭的成分应尽可能均匀。

顺序凝固，适用于纯金属和共晶合金。同时凝固，适用于2．形成、尺寸公差及表面质量合格。结晶温度范围宽或铸锭断面的温度梯度小的合金。中间凝3.结晶组织细匀且无明显缺陷。

固，适用于结晶温度范围较窄或铸锭断面的温度梯度较大●铝合金返回料通常只能降级使用，讲讲其中的原因。的合金。

铝合金返回料由于在熔炼过程中对炉衬的冲刷作用，会带●合金凝固有别于纯金属的特征是什么

入新的杂质元素，以及随着熔炼次数的增加，杂质含量会纯金属和共晶合金凝固只有固相区和液相区，除此之外的逐步地累积，使原本的杂质含量超标，因此铝合金返回料合金均存在固相区，凝固区和液相区。通常只能降级使用。

●影响液注穿透深度的因素有哪些

●溶剂的制备和保管： 制备：熔剂的制备方法一般有混与浇注速度，浇注温度，流注下落高度，结晶器尺寸及注合法和熔化法两种。混合法是先将各种制备熔剂用原料管直径等有关 在高温下焙烧，除去结晶水。破碎过筛，再按比例混合均

匀即可使用。熔化法是按一定加料顺序将各种原料加入五凝固的传质过程（成分过冷）

炉内并加热至熔化，经充分搅拌除去水分后，出炉 浇入●简述成分过冷对晶体生长方式的影响?与晶体形貌的关经加热干燥的铁模中，然后装入密封箱内，使用前再破碎。系？

保管：熔化法制备的熔剂质量高，能充分去除水分，且成当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大，晶分均匀。混合法生产的熔剂常因烘 焙不够而降低精炼效体由胞状晶变为柱状晶，柱状树枝晶和自由树枝晶，无成果。增大合金吸气和氧化损失，熔剂应妥善保管，严防受分过冷时，以平面方式或树枝晶方式生长。潮吸水。当熔 剂中的水分超过规定标准时，应重新焙烧 脱水后才能使用。

四凝固过程的液体金属流动和传热（对流+凝固）

●液体金属的流动包括几种

1液体金属的对流（动量传输，包括以下三种）2枝晶间 液体金属的流动

●液态金属中的三种对流方式及其影响动量对流：浇注时 流体冲击产生。会连续不断地影响凝固过程，过热金属液 冲入液穴下部，易卷入大量气体，增加金属二次氧化和吸 气，不利夹渣的上浮，使杂质含量增加，其会造成较强温 度起伏且冲刷作用可促使枝晶熔断脱落，枝晶游离利于金 属液内部晶核的增殖，因而利于晶粒的细化和等轴晶的形 成。

自然对流：金属液内温度和浓度的不均引起。水平温差引 起的自然对流会造成温度起伏，导致枝晶的脱落与游离，促进成分均匀化合传热。

强制对流：电磁场或机械搅拌及振动引起。会加强或减弱 金属液内已有的对流，因此会增强温度起伏或抑制温度起 伏，强度和方向稳定的强制对流，会抑制对流和温度起伏，进而抑制晶核增殖，铸锭无中心等轴晶而柱状晶发达，常 利用其来得等轴晶和细化晶粒。

●对流对结晶过程的影响

铸锭自下而上凝固时，对流不发生。铸锭自上而下或水平定向凝固时，对流强烈，温度起伏大，枝晶易于脱落和游 离，促进成分均匀化与传热；此外，强制对流可能增强或 抑制温度起伏。强度和方向都稳定的对流可以抑制金属液 内部的对流与温度起伏，进而抑制晶核的增殖作用。

●对流对金属凝固组织的影响。

金属的对流能引起金属液冲刷模壁和固液界面，造成温度 起伏，导致枝晶脱落和游离，促进成分均匀化和传热。

对流造成的温度起伏，可以促使枝晶熔断。在对流的作用 下．熔断的枝晶将脱离模壁或凝壳，并被卷进铸锭中部的 液体内，如它们来不及完全重熔，则残留部分可作为晶核 长大成等轴晶。

对流的冲刷作用也可促使枝晶脱落。因为铸锭在凝固过程 中，由于溶质的偏析，枝晶根部产生缩颈，此处在对流的 冲刷作用下易于断开，从而出现枝晶的游离过程。晶体的 游离有利于金属液内部晶核的增殖，因而有利于等轴晶的 形成。

如果能抑制金属液内的对流，则可促进柱状晶的形成。施 加稳定磁场，可消弱或抑制金属液内部的对流，阻止晶体 的游离，有利于得到柱状晶。

●影响凝固传热的因素

金属性质：a金属的导热系数α代表其导热能力的大小，α大，铸锭内部温度易于均匀，温度分布曲线比较平坦，温度梯度小。b金属的结晶潜热大，向凝壳传输的热量多，模壁温度高，使冷却速度和断面温度梯度降低。c金属的 凝固温度高，铸锭表里温度差大，温度梯度大。

锭模涂料性质：耐火涂料，导热性差，增大模壁/铸锭界 面热阻，降低凝固速度，延长凝固时间，挥发性涂料可减 小界面热阻，传热性能改善

浇注工艺：①浇注温度对金属流动性、二次氧化、吸气及 缩松等缺陷的形成和金属表面质量有影响。②浇注速度水 冷模铸锭时，提高浇注温度，带入模的热量多，断面温度 梯度大，同时凝固速度增大，无水冷模铸锭时，提高浇注 温度，温度梯度和凝固速度降低。③冷却速度大，铸锭断 面温度梯度大，凝固速度大。

●三种凝固方式的特征

顺序凝固:铸锭在凝固中，随温度的降低，平滑的固/液界 面逐步向铸锭中心推进，热裂倾向小且易于得到柱状晶和 集中缩孔。

同时凝固：在凝固区靠近固相区前沿的液体中，先形成一 批小晶体，同时在其周围液体中由于出现溶质偏析，使液 体凝固点降低，晶体生长受抑制，在溶质偏析区的过冷液 会立即形成另一批小晶体，很快被溶质偏析的液体包围，长大受阻，再形成第三批小晶体，如此继续，小晶体很快 布满整个凝固区，整个过程几乎是同时进行。温度梯度小、结晶潜热散失慢和溶质偏析使长大易得等轴晶和分散性 缩孔，流动性差使之热裂倾向大。

中间凝固：介于二者之间，既有柱状晶又有等轴晶，流动

●为什么铸造铜合金熔炼时一般都需要脱氧？常用哪几种脱氧方法？ 答:铜合金熔化后，在高温下容易被炉气所氧化生成Cu2O。因此，熔炼纯铜、锡青铜、铝青铜等必须彻夜脱氧，清除Cu2O后再加入合金元素。脱氧方法：1）沉淀脱氧（加P-Cu脱氧，应用广泛）；2）扩散脱氧（加脱氧溶剂）；3）沸腾脱氧（又称青木脱氧）。

●锡青铜熔炼的原则是什么？和铝青铜、黄铜有什么区别？ 基本原则：1）准确配料，严格控制化学成分；2）净化合金液，防止铜液氧化、吸气；3）高温熔炼，快速熔化，低温浇铸。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，因此都不必脱氧。●如何对铜合金熔炼质量进行控制？

气体含量的检查、弯角及断口检查、成分分析、温度检测与控制。

●用燃烧炉熔炼铜合金一般将炉气控制为何气氛（还原性、氧化性或其他）？为什么？

答:氧化性或弱氧化性气氛。铝合金铸件主要热处理工艺的特点及其热处理

●常见缺陷和防止方法。热处理工艺：退火、固溶处理、时效处理和循环处理四类。主要是固溶处理与人工时效。固溶处理：将铸件加热到接近固相线温度（530℃左右），并保持足够长的时间后快速冷却，以获得成分均一的过饱和α（Al）固溶体，致使合金力学性能（特别是塑性）提高，耐蚀性能改善。人工时效：经固溶处理得到的过饱和固溶体，加热到某一较低的温度并保持一定时间。热处理常见缺陷：1）力学性能不合格；2）过烧；3）变形和裂纹；4）表面腐蚀。防止措施：制订合理的热处理工艺并严格执行。●铸造镁合金主要有哪几类合金?各有何特点? 答:1）Mg-Al-Zn合金：为工业常用合金，特点为强度高，塑性好，铸造性能好；2）Mg-Zn-Zr合金；特点为强度高，致密性好，壁厚效应小，工艺性较差；3）Mg-RE-Zr合金：为耐热Mg合金，添加RE可提高α固溶体和 RE 化合物的稳定性，提高耐热性，可在 250-300℃下长期工作。●为防止镁合金熔炼燃烧和氧化主要采取哪些措施? 1）用熔剂熔炼；2）无熔剂熔炼；3）硫磺保护剂或SF6与N2或干燥空气混合气体保护熔炼。●镁合金铸件生产时如何确保生产安全?

1)加料前炉料必须预热，至少达到150℃以上，以防止带入水分，发生事故；2)熔炼工具使用前必须充分预热干燥，使用后应放置在密闭空气中，或放入专用熔剂炉中，以防残留金属燃烧；3)应定期检查热电偶，以有效控制熔体温度，以防过热，产生燃烧危险；4)熔炼作业时，操作人员须穿戴作业衣、安全帽、安全鞋、安全眼镜等。●常用铸造锌合金有哪几类?其应用范围如何?

铸造锌合金的分类：第一类为Zn-4%Al合金，主要用于热室压铸机中铸造；第二类是含Al量为8%、12%和27%的合金，它也能重力铸造（金属型、砂型）。

●何谓锌合金“老化”现象？产生的原因？如何防止？ 答：锌合金的老化现象：因合金中杂质元素 Pb、Cd、Sn 超过标准，集中于晶界，促使晶间化学腐蚀，致使铸件变脆，变形、膨胀，甚至发生开裂。

产生原因：通常认为主要是晶间腐蚀引起的：当合金成分中杂质元素铅、镉、锡超过标准时，铅、镉、锡在锌合金中溶解度很小，因而集中于晶粒边界成为阴极，富铝的固溶体成为阳极，在水蒸气（电解质）存在的条件下，促使晶间电化学腐蚀。压铸件常因晶间腐蚀而老化。

防止措施：1）避免使用熔炼铜（Cu）合金的坩埚，减少Pb、Sn、Cd夹杂物；2）避免在高温或低温（0℃以下）的工作环境下使用；3）添加微量的Mg，固溶于α、β相，提高强度，降低共析转变温度，抑制α分解，可防止“老化”。

●简述铸造轴承合金的分类和特点及其应用。主要是锡基、铅基、铜基和铝基四大类。

锡基轴承合金：主要为Sn-Sb合金，再添加适量Cu(克服密度偏析)，组织为软基体上均匀分布着硬质点。它具有较高的减摩性能和很好的表面性能（顺应性、嵌入性）和耐腐蚀，但力学性能较低，适用于汽车、拖拉机等高速轴承。铅基轴承合金：Pb-Sb-Sn合金，添加价格较低的Sb替代部分Sn，其组织与锡基轴承合金类似，也具有较好的塑性、较低的强度。适应于高速、低载荷或静载下工作的中载荷机械设备。铜基轴承合金：

ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn10PbZCuPb30等），其组织是在较硬的Cu基体上分布着相对较软的质点相，具有较高的强度、耐磨性和耐蚀性。不同的牌号可分别适用于中载、中速或高速工况下的汽车、机床等用的轴承。铝基轴承合金：合金密度小，承载能力和疲劳强度高、导热性好并有优良的耐磨性和耐蚀性。适用于高速、高载荷下工作的轴承。●分析锡及铅基轴承合金的组织特征及其对性能的影响。答：锡基轴承合金其组织特征是在软的α固溶体基体上分布着具有硬脆性能的β相，因而具有相对应的力学性能特点，即较好的塑性较低的强度。铅基轴承合金的组织特征：基体为Pb与固溶体Sn(Sb)的共晶体。其性能与锡基轴承合金类似，也具有较好的塑性、较低的强度。

●巴氏合金熔炼时如何防止合金液过热？举例说明。巴氏合金（锡基、铅基合金）强度低，一般均浇注在钢壳（钢背）上。为防止合金液过热并使成分均匀，宜用预制合金锭重熔，并升温到规定的温度后浇注轴瓦。举例见书

性能较差，易产生热裂，常用于制造较高温度下（<300℃)工作的高强度的零件，如内燃机气缸头、增压器导风叶轮等。Al-Mg（≥５%Mg）该系合金具有优异的耐蚀性、强度高、密度小、切削及抛光性能也较好；但其铸造性能差，合金液易氧化，熔炼和铸造工艺较复杂。主要用于制造在大气和海水中工作的耐腐蚀性高且承受一定冲击载荷、形状较简单的零件，如船舶配件和机械壳体等。Al-Zn合金系（Zn5-13%）该系合金是研究应用最早的铸造铝合金，其主要特点是价格较低，制备工艺简单，不需要热处理就能得到较高的强度；但密度大，耐蚀性能和铸造性能较差，高温性能低。主要用于制造压铸仪表壳体类零件、模具和模板等。

●以ZL102合金为例，分析其组织形态在变质处理前后的变化。

答:（基本成分Si10-13%）；变质处理：钠盐变质—二元变质剂。铝硅合金室温下组织为α（Al）和β（Si）两相组成。未变质时，Al-Si合金中的相呈针片状或粗大块状导致铝合金力学性能不高。变质后共晶组织为：共晶体（α+β）。

●试分析亚共晶和过共晶Al-Si 合金变质剂及其处理特点。

答:亚共晶Al-Si合金常采用钠变质剂。特点：1）变质效果稳定；2）变质效果保持时间短，变质剂易吸潮，腐蚀铁质坩埚。锶变质剂属于长效变质剂。

过共晶Al-Si合金的变质处理：1）采用磷变质剂，在熔体中磷与铝化合形成难熔的AlP小颗粒，其晶体结构与硅相似，可作为初生硅晶体的异质晶粒；2）变质工艺有三类—磷铜中间合金、含赤磷的盐类混合物和不含赤磷的盐类复合变质剂；3）影响其变质效果的有关因素。●为什么铸造铝合金铸件容易产生气（针）孔缺陷？如何防止此种缺陷的产生？

答:1）在铝液凝固冷却过程中，氢原子、氢分子和化合物态氢元素分别以不同形式析出；气泡从铝液中上浮析出时，其中一部分未能上浮至液面逸出，则留在铝液内使铸件产生气孔。2）防止措施：防止水分进入熔炉（最大限度地清除炉料、熔剂、工具和熔炉等所附着的水分），防止合金熔炼时吸氢和氧化；排除已进入铝液中的氢气和氧化夹杂物；加大凝固时的压力或采用快速凝固的方法。

●铝合金氧化夹杂物的来源是什么？常用的精炼措施有哪些？ 答:1）铝合金液的氧化：熔炼时，铝液与炉气中诸成分（O2、CO2、CO、H2O）接触时均产生氧化反应，反应产物Al2O3化学稳定性极高，是铝铸件中的主要氧化夹杂物。2）铝液中的夹杂物：在浇注前已在铝液中形成的氧化夹杂物称为一次氧化夹杂，它在铸件中分布无规律；在浇注或转包过程中形成的氧化夹杂物成为二次氧化夹渣，大多分布在铸件壁的转角处或最后凝固的部位。3）常用的精炼措施有：吸附精炼与非吸附精炼。吸附精炼：（1）浮游法（通N2、Ar、Cl2、氯盐、无毒精炼剂）；（2）溶剂法（覆盖剂、精炼用熔剂）；（3）过滤法精炼。非吸浮精炼：真空精炼、振动去气除渣处理。

●试分析ZL101合金T6热处理的工艺及其目的。

工艺：固溶处理加人工时效。固溶处理：加热温度535±5℃，保温时间2-6h，冷却介质及温度：水60-100℃；人工时效：加热温度200±5℃，保温时间3-5h，冷却介质：空气。目的是提高铸件的力学性能、消除铸造应力、增强耐蚀性能、改善加工性能和获得尺寸稳定性。

●试分析亚共晶Al-Si合金中常用的细化剂种类及细化处理工艺要点。

1）常用中间合金形式加入（Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B等）使其产生大量的TiAl3、AlB2、TiB2等微粒，它们熔点较高，且晶格数与α（Al）固溶体的很相近，可作为异质核心抑制树枝状初生α（Al）晶粒的长大；2）盐类形式加入（含有很强晶粒细化作用的Ti、B、Zr等元素的氟钛酸钾、氟硼酸钾、氟锆酸钾等盐类物质）加入铝液发生反应，生成TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C、ZnAl3等微粒起晶粒细化作用。

●提高Al-Si系合金力学性能的途径有哪些，试举例说明 答:铝合金熔体的净化是获得优质铸件的前提。

●锡青铜和铅青铜铸造性能的特点有何不同？为什么？ 锡青铜熔炼工艺较简单，主要元素锡不易氧化和蒸发；线收缩率小，铸造内应力、冷裂倾向小，适用于形状复杂铸件或艺术品铸造。铝青铜由于L1、L2与α相共存的温度范围宽，α相与液相之间的密度相差较大，α相与Pb相的密度差也大，因而凝固时易产生比重偏析。此外，熔炼时由于Pb的氧化，会产生氧化夹杂。

●铸造黄铜与铸造青铜相比主要区别有哪些？ 铸造黄铜与铸造青铜相比主要区别在于：黄铜以锌为主要合金元素；而青铜是不以锌为主要合金元素。黄铜结晶范围小，铸造性能好，锌的沸点低，有自发的除气作用，合金成本较低，力学性能比锡青铜高，应用广泛。●铸造锡青铜铸件为什么有时会出现“缓冷脆性”？如何防止？

锡青铜的结晶温度范围很宽，呈糊状凝固，枝晶发达，凝固速度较慢时，易形成缩松，有时出现“缓冷脆性”。防止措施：加快冷却速度。

●何谓锌当量系数？锌当量？它有什么用途？

锌的密度7.133g/cm3，熔点420℃，沸点911℃，具有闪锌晶格，无同素异构体，纯锌的强度、塑性都较差。本281页锡基轴承合金熔炼工艺三和282页铅基轴承合金熔炼工艺二。

火焰反射炉熔炼：高温火焰经炉顶辐射及火焰直接辐射。电阻反射炉熔炼：炉顶型砖内的电阻产生热量，辐射传热。电渣熔炼：电流通过导电熔渣时使带电粒子相互碰撞，将电能转化为热能，以熔渣电阻产生的热量将炉料熔化。坩埚式无铁芯感应炉熔炼：电磁感应和电流热效应。电磁感应使金属炉料内产生感应电流，感应电流在炉料中产生热量，使炉料升温加热直至融化。

熔沟式铁芯感应炉熔炼：与坩埚式基本相同。不同的是用工频点，热电效率高。电子束熔炼炉熔炼：为难熔金属熔铸提供高真空度和高效热源。将高速电子束的动能转变为热能并用它来加热熔化炉料。

等离子炉熔炼：直流电加热非自耗电极或中空阴极以产生电子束，将通过阴极附近的惰性气体离解，再以高度稳定的等离子弧从枪口喷到阳极炉料上使之熔化。

第二篇：金属铸造工艺论文

金属铸造工艺论文

摘要：

铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。由零件的结构特点，提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。制定出详细的铸造工艺方案。关键字：

铸造工艺性；铸造工艺方案；铸造工艺参数；补缩系统；浇注系统

铸造工艺种类：

铸造工艺可分为重力铸造、压力铸造、砂型铸造、压铸、熔模铸造和消失模铸造。铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造等。各种特种铸造方法均有其突出的特点和一定的局限性，对铸件结构也各有各自的特殊要求。

重力铸造

重力铸造是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇的重力铸造包括砂型浇铸、金属型浇铸、熔模铸造，泥模铸造等；窄义的重力铸造专指金属型浇铸。压力铸造

压力铸造是指金属液在其他外力（不含重力）的作用下注入铸型的工艺。广义的压力铸造包括压铸机的压力铸造和真空铸造、低压铸造、离心铸造等；窄义的压力铸造专指压铸机的金属型压力铸造，简称压铸。这几种铸造工艺是目前有色金属铸造中最常用的、也是相对价格最低的。

砂型铸造

砂型铸造是一种以砂作为主要造型材料，制作铸型的传统铸造工艺。砂型一般采用重力铸造，有特殊要求时也可采用低压铸造、离心铸造等工艺。砂型铸造的适应性很广，小件、大件，简单件、复杂件，单件、大批量都可采用。砂型铸造用的模具，以前多用木材制作，通称木模。木模缺点是易变形、易损坏；除单件生产的砂型铸件外，可以使用尺寸精度较高，并且使用寿命较长的铝合金模具或树脂模具。虽然价格有所提高，但仍比金属型铸造用的模具便宜得多，在小批量及大件生产中，价格优势尤为突出。此外，砂型比金属型耐火度更高，因而如铜合金和黑色金属等熔点较高的材料也多采用这种工艺。但是，砂型铸造也有一些不足之处：因为每个砂质铸型只能浇注一次，获得铸件后铸型即损坏，必须重新造型，所以砂型铸造的生产效率较低；又因为砂的整体性质软而多孔，所以砂型铸造的铸件尺寸精度较低，表面也较粗糙。

压铸

压铸是在压铸机上进行的金属型压力铸造，是目前生产效率最高的铸造工艺。压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两类。热室压铸机自动化程度高，材料损耗少，生产效率比冷室压铸机更高，但受机件耐热能力的制约，目前还只能用于锌合金、镁合金等低熔点材料的铸件生产。当今广泛使用的铝合金压铸件，由于熔点较高，只能在冷室压铸机上生产。压铸的主要特点是金属液在高压、高速下充填型腔，并在高压下成形、凝固，压铸件的不足之处是：因为金属液在高压、高速下充填型腔的过程中，不可避免地把型腔中的空气夹裹在铸件内部，形成皮下气孔，所以铝合金压铸件不宜热处理，锌合金压铸件不宜表面喷塑（但可喷漆）。否则，铸件内部气孔在作上述处理加热时，将遇热膨胀而致使铸件变形或鼓泡。此外，压铸件的机械切削加工余量也应取得小一些，一般在0.5mm左右，既可减轻铸件重量、减少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密层，露出皮下气孔，造成工件报废。

熔模铸造

所谓熔模铸造工艺，简单说就是用易熔材料（例如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。

失蜡法铸造现称熔模精密铸造，是一种少切削或无切削的铸造工艺，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。

消失模铸造

消失模铸造技术（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模具，经浸涂耐火粘结涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。消失模铸造是一种近无余量、精确成形的新技术，它不需要合箱取模，使用无粘结剂的干砂造型，减少了污染，被认为是21世纪最可能实现绿色铸造的工艺技术。

铸造生产的工艺流程：

铸造主要工艺过程包括：金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。铸造用的主要材料是铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。

铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序：

1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图；

2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注；

5）落砂清理与铸件检验等主要工序。成形原理

铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求直接作为零件使用。型砂的性能及组成：

1、型砂的性能

型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。

2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。工艺特点铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： 1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸

铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。

2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。

3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。

4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。

5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。铸件的手工造型手工造型的主要方法砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法：手工造型因其操作灵活、适应性强，工装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种：

1．整模造型对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等。2.分模造型当铸件的最大截面不在铸件的端部时，为了便于造型和起模，模样要分成两半或几部分，这种造型称为分模造型。当铸件的最大截面在铸件的中间时，应采用两箱分模造型，模样从最大截面处分为两半部分（用销钉定位）。造型时模样分别置于上、下砂箱中，分模面（模样与模样间的接合面）与分型面（砂型与砂型间的接合面）位置相重合。两箱分模造型广泛用于形状比较复杂的铸件生产，如水管、轴套、阀体等有孔铸件。铸件形状为两端截面大、中间截面小，如带轮、槽轮、车床四方刀架等，为保证顺利起模，应采用三箱分模造型。此时分模面应选在模样的最小截面处，而分型面仍选在铸件两端的最大截面处，由于三箱造型有两个分型面，降低了铸件高度方向的尺寸精度，增加了分型面飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件生产。铸件高度方向的尺寸精度，增加了分型面处飞边毛刺的清整工作量，操作较复杂，生产率较低，不适用于机器造型，因此，三箱造型仅用于形状复杂、不能用两箱造型的铸件生产。3．活块模造型

铸件上妨碍起模的部分（如凸台、筋条等）做成活块，用销子或燕尾结构使活块与模样主体形成可拆连接。起模时先取出模样主体，活块模仍留在铸型中，起模后再从侧面取出活块的造型方法称为活块模造型。活块模造型主要用于带有突出部分而妨碍起模的铸件、单件小批量、手工造型的场合。如果这类铸件批量大，需要机器造型时，可以用砂芯形成妨碍起模的那部分轮廓。4．挖砂造型

当铸件的外部轮廓为曲面（如手轮等）其最大截面不在端部，且模样又不宜分成两半时，应将模样做成整体，造型时挖掉妨碍取出模样的那部分型砂，这种造型方法称为挖砂造型。挖砂造型的分型面为曲面，造型时为了保证顺利起模，必须把砂挖到模样最大截面处。由于是手工挖砂，操作技术要求高，生产效率低，只适用于单件、小批量生产。铸造铸件金属液的浇注生产中，浇注时应遵循高温出炉，低温浇注的原则。因为提高金属液的出炉温度有利于夹杂物的彻底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除气，减少铸件的夹渣和气孔缺陷；采用较低的浇注温度，则有利于降低金属液中的气体溶解度、液态收缩量和高温金属液对型腔表面的烘烤避免产生气孔、粘砂和缩孔等缺陷。因此，在保证充满铸型型腔的前提下，尽量采用较低的浇注温度。把金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。浇注操作不当会引起浇不足、冷隔、气孔、缩孔和夹渣等铸造缺陷，和造成人身伤害。为确保铸件质量、提高生产率以及做到安全生产，浇注时应严格遵守下列操作要领：

（1）浇包、浇注工具、炉前处理用的孕育剂、球化剂等使用前必须充分烘干，烘干后才能使用。

（2）浇注人员必须按要求穿好工作服，并配戴防护眼镜，工作场地应通畅无阻。浇包内的金属液不宜过满，以免在输送和浇注时溢出伤人。

（3）正确选择浇注速度，即开始时应缓慢浇注，便于对准浇口，减少熔融金属对砂型的冲击和利于气体排出；随后快速浇注，以防止冷隔；快要浇满前又应缓慢浇注，即遵循慢、快、慢的原则。（4）对于液态收缩和凝固收缩比较大的铸件，如中、大型铸钢件，浇注后要及时从浇口或冒口补浇。

（5）浇注时应及时将铸型中冒出的气体点燃顺气，以免由于铸型憋气而产生气孔，以及由于气体的不完全燃烧而损害人体健康和污染空气。铸造的坩埚炉熔化常用的铸造有色金属有铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金和铸造锌合金等。有色金属的熔点低，其常用的熔化用炉有坩埚炉和反射炉两类，用电、油、煤气或焦碳等作为燃料。中、小工厂普遍采用坩埚炉熔化，如电阻坩埚炉、焦碳坩埚炉等，生产大型铸件时一般使用反射炉熔化，如重油反射炉、煤气反射炉等。

第三篇：铸造总结

1.铸造生产的特点是什么？举出1～2个生产生活用品的零件是铸造生产的，并进行分析。答：铸造生产的特点有：（1）、能够生产形状复杂的毛坯，特别是内腔复杂的毛坯。（2）、适应性广，可生产小至几克，大至几百吨的各种金属及其合金的铸件。（3）、节省金属材料和机械加工的工作量。（4）、生产成本低。（5）、铸造工序复杂，容易产生铸造缺陷，铸件废品率高，力学性能低于锻件，劳动条件差。

我们炒菜用的铸铁锅，机床床身，汽车发动机机体等都是铸造生产的。铸铁锅质量轻，形状简单；机床床身质量重，复杂程度中等；汽车发动机机体形状复杂，质量属中小铸件。

2.简述砂型铸造的生产过程。

答：砂型铸造的生产过程如下： 烘干→筛分→混砂→松砂→停放→填砂→紧实→扎气眼→起模→制作浇冒口系统→下芯→合箱→金属熔炼→浇注→出箱→抛丸→清理打磨→检验→入库。

3.型砂、芯砂应具有哪些性能？若铸件表面比较粗糙，且带有难于清除的砂粒，试分析与型芯砂的哪些因素有关？

答：型砂、芯砂应具有的性能：（1）、强度；保证铸型受外力不至被破坏。（2）、透气性；浇注时允许气体通过而逸出。（3）、可塑性；紧实时易成形且获得清晰的轮廓。（4）、耐火性：在高温液态金属的作用下不软化，不熔化，不与金属烧结。（5）、退让性；铸件凝固收缩时，型芯砂不阻碍铸件收缩。

若铸件表面比较粗糙，且带有难于清除的砂粒，是型芯砂的粒度大，耐火度低所至。

4.为什么对芯砂的要求高于型砂？有那些粘结剂可配制芯砂？ 答：由于型芯在浇注时，大部分被高温液态金属包围，散热条件差，受热强度大，故需要更高的性能。

5、模样的形状、尺寸与铸件是否一样？为什么？制造模样时，在零件图上加了那些工艺参数？

答：模样的形状与铸件一样，尺寸有所加大，因为金属在冷却、凝固还有收缩；制造模样时在零件图上加了：收缩量、加工余量、拔模斜度、补铁、芯头、活块、工艺补正量、反变形量、防变形拉筋等。

6、手工造型方法有哪几种？选用的主要依具是什么？ 答：（1）、整模造型；（2）、分模造型；（3）、挖砂造型；（4）、活块造型；（5）、刮板造型（6）、组芯造型；（7）、地坑造型。

选用的主要依具是：铸件的形状、结构和大小；铸件的质量和使用要求；生产批量的多少；工人技术水平的高低；生产企业的工装情况。

7.什么是砂型铸造的手工造型和机器造型，各有什么特点？

（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、假箱、三箱等造型方法。

手工造型方法比较灵活，适应性较强，生产准备时间短，但生产率低、劳动强度

大，铸件质量较差。因此，手工造型多用于单件小批量生产。

（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人的劳动条件，目前正日益广泛地应用于大批量生产中。

7、机器造型的实质是什么？紧砂与起模有那些方式？

答: 机器造型的实质是用机器代替了手工紧砂和起模。紧砂方式有:压实式；震击式；震压式；射压式；抛砂式。起模方式有：顶箱起模；回程起模。

8、浇注系统由哪几部分组成？其主要作用是什么？ 答：浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成。其主要作用是导入金属、挡渣、补缩、调节铸件的冷却顺序。

9、冒口的作用是什么？其设置的原则是什么？ 答：冒口的作用是补缩、排气、除渣。设置原则是设置在铸件热节处。

10、何谓铸造工艺图？砂型铸造工艺图包括那些内容？

答：铸造工艺图就是用规定的工艺符号和文字绘在零件图样上，或另绘工艺图，表示铸型的分型面，浇注系统，浇注位置，型芯结构尺寸，冒口位置大小，冷铁等的图样。

铸造工艺图包括的内容有：分型面；浇注位置；浇注系统，型芯结构尺寸；收缩量，加工余量；拔模斜度；补铁；冒口位置大小；冷铁大小位置；排气孔等。11.如何铸造一个空心的圆球？答：作一个万向旋转的模具，预留一个浇注口，金属液浇入后，迅速堵住浇注口，使模具作万向旋转，待金属凝固后开模，可得空心圆球。

12.何谓浇注位置？确定铸件浇注位置的原则是什么？答：浇注时铸件在铸型中所处的位置，叫浇注位置。确定浇注位置的原则：（1）铸件的主要加工面，重要的工作面，应向下，或侧面。（2）铸件的打平面应向下。（3）铸件薄而大的平面应向下，或者侧面。（3）铸件厚的平面应向上，或者侧面，便于设置冒口或冷铁。

13.何谓分型面？何谓分模面？确定分型面的原则

是什么？答：分型面是为了便于取出模样，将铸型作成几部分，其结合面叫分型面。确定分型面的原则是：（1）尽可能将铸件全部或大部放入下砂型内。（2）分型面的数目越少越好，且尽可能为平面。

（3）尽量减少型芯与活块的数量。（4）分型面的选择应有利用下芯，合箱，型芯便于定位。14.选择浇注位置？

浇注位置是指浇注时，铸件在铸型中所处的位置 铸件的重要工作面或主要加工面应朝下或呈侧立状态

铸件上的大平面结构或薄壁结构应朝下或呈侧立状态

选择浇注位置应有利于补缩，将厚大部位放在上侧，并在上面直接安放冒口，防止在铸件内部产生缩孔.区别下列名词（术语）的慨念。铸件与零件；

模样与型腔；芯头与芯座；分型面与分模面；起模斜度与结构斜度；浇注位置与浇道位置；型砂与砂型；出气口与冒口；缩孔与缩松；砂眼与渣眼；气孔与出气孔；浇不足用于冷隔。

答：零件是可以直接装配使用的产品，铸件是

在零件的基础上放有加工余量和补铁的毛坯。

模样是制造型腔用的模型，型腔是造型后取

出模样而得到的空腔。

芯头是模样上用于型芯定位用的工艺模样，芯座是造型后取出模样芯头后留下的空腔。

分型面是指型腔分成几部分的结合面，分模

面是指模样分成几部分的结合面。

起模斜度是为了便于模样从砂型中取出而

有意制作的工艺斜度，结构斜度是零件本身所设计需要的斜度。

浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位

置，浇道位置是浇注系统相对与铸件所处的位置。

型砂是造型用的具有一定性能的砂，砂型是

具有型腔的砂团。

出气口是为了型腔排气而扎的排气孔，冒口

是在铸型内储存和补缩铸件用的在型腔内的空腔。

缩孔是铸件宏观的用肉眼可观察到的孔洞，缩松是用肉眼不容易观察到的显微的细小的组织疏松。

砂眼是型砂粒被金属包围形成的孔洞，渣眼

是金属氧化物或熔渣被金属包围形成的孔洞。

气孔是气体在金属凝固前来不及从金属中

逸出，而形成的孔洞，出气孔是为了排气，在砂型上扎的孔洞。

浇不足是由于金属液不够而没有充满型腔，冷隔是由于金属液温度太低，流动性差，在壁薄处金属液没有充满就已经凝固的现象。

16.合金的铸造性能有哪些？其影响因素是什么？

答:合金的流动性；合金的收缩；成分偏析。其影响因素有：（1）合金的化学成分；（2）合金的浇注温度；（3）铸型结构特征；（4）各合金元素的比重。

17.为什么铸铁的收缩比铸钢小？铸铁与铸钢的收缩都分三个阶段吗？为什么？答：（1）因为铸铁的熔点比铸钢低，铸铁的浇注温度比铸钢低；（2）铸铁中的碳可以直接以石墨形态析出，石墨化过程体积略有彭胀，抵消了部分收缩。铸铁与铸钢的收缩都分为三个阶段，因为他们都有液态收缩，凝固收缩，固态收缩。18.何谓铸造应力？产生的主要原因是什么？答：铸造应力是铸件在凝固收缩时，受到阻碍而引起的应力，主要包括热应力和机械应力。产生的主要原因是：（1）铸件在凝固、收缩时，受到铸型、型芯的机械阻碍产生机械应力。（2）由于铸件壁厚厚薄不均，冷却速度不一致，产生热应力。这两方面的因素是产生应力的主要原因。

26.铸件有那些常见缺陷？产生的主要原因是什么？答：气孔，缩孔，裂纹，冷隔，夹砂，粘砂，错型，错芯，渣眼，砂眼。

31.下列铸件大批量生产时，宜采用何种铸造方法？

车床床身，电子打火煤气炉喷头，煤气罐安全阀，缝纫机机头，污水管，气缸套，名人纪念铜像。

答：车床床身——砂型铸造。电子打火煤气炉喷头

——熔模铸造。煤气罐安全阀——压铸。缝纫机机头——砂型铸造。

污水管，气缸套——离心铸造。名人纪念铜像——

砂型铸造。铝活塞-金属型铸造。气缸套-离心。汽车喇叭-压力。汽轮机叶片-熔模。大模数齿轮滚刀-熔模。带轮及飞轮-砂型和离心。大口径铸铁管-离心。发动机缸体-铸铝用压力和低压其他用砂型。

32.什么是合金的充型能力，影响充型能力的因素哪些，如何提高合金的充型能力？ 答：液态金属流经浇注系统充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力；

1).金属性质方面的因素—合金成分：纯金属，共晶成分及化合物是在固定的温度下凝固的；结晶潜热：在金属温度较低时，结晶潜热对充型能力起决定性作用，在纯金属和共晶成分合金在固定温度下凝固吗，结晶潜热的作用能够集中发挥对于结晶温度范围较宽的合金对流动性的影响不大；液态金属的比热容和导热系数：合金液的比热、密度越大，导热系数越小, 充型能力越好；液态金属的粘度和表面张力：黏度越高，流动性越差。

2).铸件结构方面的因素—铸件的壁越薄、结构形状越复杂，液态合金的充型能力越差。应采取适当提高浇注温度、预热铸型等措施来改善其充型能力

3).浇注条件方面的因素—浇注温度越高、充型压力越大（充型压头越大、直浇道越长），则液态金属的充型能力越好；

4).铸型性质方面的因素—铸型的型腔越宽、铸型的温度越高（预热）、导热能力越差并且铸型中的气体含量越少（即透气性越高），充型能力越好。

提高充型能力的措施：1）铸型性质方面：利用涂料增加铸型的热阻，提高铸型的排气能力，减小铸型在金属充填期间的发气速度，有利于提高充型能力。2）浇注条件方面：适当提高浇注温度提高充型压头，简化浇注系统有利于提高充型能力。33.铸件的凝固方式是按凝固区域宽度大小来分的：

逐层凝固（性能最好）中间凝固 糊状凝固纯金属和共晶成分的合金易按（逐层凝固）方式凝固。

34.控制铸件凝固的工艺原则：

顺序凝固原则—远离冒口部分→靠近冒口部分→冒口本身的次序凝固。

同时凝固原则—采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差很小，使各部分同时凝固。

35.什么是铸造？

将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。也就是：液态金属成形 36..什么叫铸造性能？

合金在铸造成形的整个工艺过程中，容易获得外形正确、内部健全的铸件的性能。主要指合金的充型能力和收缩性。

37.为什么对薄壁铸件和流动性较差的合金，要采用高温快速浇注？

答：适当提高液态金属或合金的浇注温度和浇注速度能改善其流动性，提高充型能力，因为浇注温度高，浇注速度快，液态金属或合金在铸型中保持液态流动的能力强。因此对薄壁铸件和流动性较差的合金，可适当提高浇注温度和浇注速度以防止浇不足和冷隔现象。38.铸造性能对铸件质量的影响

铸件中的缩孔与缩松－降低力学性能、气密性和物理化学性能

铸造应力－降低零件稳定性 铸件的裂纹－降低零件使用寿命 铸件的变形－零件报废

铸件的气孔和非金属夹杂－成为裂纹源，降低气密性

39.收缩的三个阶段

Ⅰ-液态收缩，Ⅱ-凝固收缩，Ⅲ-固态收缩，Ⅰ+Ⅱ-体收缩，Ⅲ-线收缩，固态收缩往往表现为铸件外形尺寸的减小。

.体收缩—铸造合金由液态到常温的体积改变量。

线收缩—铸造合金由高温到常温的线尺寸改变量。在设计和制造模样时，线收缩更有意义。其中（液态收缩和凝固收缩）收缩是铸件产生缩孔和缩松的根本原因，而（固态收缩）收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。

40.什么叫缩孔缩松？铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？ 液态金属在冷却和凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩引起的容积缩减的部分得不到补充，在铸件最后凝固部位形成的空洞，大的叫缩孔，细小分散的叫缩松。铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是合金的液态收缩和凝固收缩。

在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，再使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口去除，即可获得完好铸件。即通过设置冒口和冷铁，使铸件从远离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。

41.哪类合金易产生缩孔（条件）？ 逐层凝固的合金倾向于产生几种缩孔，如纯金属和共晶成分合金。

哪类合金易产生缩松（条件）？ 糊状凝固的合金倾向于产生缩松，如结晶温度范围宽的合金

43.什么叫热应力？

由于铸件壁厚不均或各部分冷却速度不同，使铸件各部分的收缩不同步而引起的应力。它在铸件落砂后仍然存在于铸件内部，是一种残留应力。铸造热应力最终的结论是薄壁或表层受拉 机械阻碍应力

机械应力是因铸件的收缩受到铸型或型芯等的机械阻碍而形成的应力。这种应力是暂时的，铸件落砂后或机械阻碍消失后会自行消失。44.铸件产生铸造内应力的主要原因是什么？ 怎么减小、消除铸造应力？

铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩受阻。

为了减小铸造内应力，在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。

45.手工造型特点？

设备简单，适应性强，生产准备时间短，成本低，在成批和大量生产中采用机械造型

机器造型(芯)特点？

◎紧实度均匀◎生产率高◎噪声较大 ◎结构较复杂

46合金流动性不好时容易产生哪些铸造缺陷？影响合金流动性的因素有哪些？设计铸件时，如何考虑保证合金的流动性?

合金的流动性是指液态合金本身的流动能力。合金流动性不好时，容易出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣及缩孔等铸造缺陷。

影响合金流动性的主要因素有：合金的成分、温度、物理性质、难熔质点和气体等。

设计铸件时，应从以下几个方面考虑保证合金的流动性:

(1)从合金流动性的角度考虑，在铸造生产中，应尽量选择共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金。

(2)液态合金的比热容和密度越大、导热系数越小、粘度越小，合金的流动性越好。

(3)液态合金的浇注温度必须合理。

提高合金的流动性生产中常采用提高浇注温度，过高产生粘砂严重。

47.合金流动性对铸件质量的影响？

48.什么是铸造合金的收缩性？有哪些因素影响铸件的收缩性？

合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。从浇注温度冷却到室温分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。

铸件收缩的大小主要取决于合金成分、浇注温度、铸件结构和铸型。

49根据确定铸件浇注位置的一般原则，指出下列每一组图形中的哪一个是合理的，并说明其理由。

答：图1： a)不合理 b)合理

铸件的重要加工面、工作面、受力面应尽量放在底部或侧部，以防止这些面产生铸造缺陷。图示的齿轮轮齿是加工面和使用面，应将其朝下。

图2： a)不合理 b)合理

浇注位置应有利于所确立的顺序凝固，对于体收缩较大的合金，浇注位置应尽量满足定向凝固的原则，铸件厚实部分应在浇注位置上方，以利于冒口补缩。图3：a)不合理 b)合理

浇注位置应有利于砂芯的定位支撑，使排气顺畅，尽量避免吊芯、悬臂砂芯。

50.什么是铸件的冷裂纹和热裂纹？防止裂纹的主要措施有哪些？

如果铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件便会产生裂纹。裂纹分为热裂和冷裂两种。

（1）热裂：热裂是在凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩受到机械阻碍作用而产生的。它具有裂纹短、形状曲折、缝隙宽、断面有严重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等特征，在铸钢和铝合金铸件中常见。

防止热裂的主要措施是：除了使铸件的结构合理外，还应合理选用型砂或芯砂的黏结剂，以改善其退让性；大的型芯可采用中空结构或内部填以焦炭；严格限制铸钢和铸铁中硫的含量；选用收缩率小的合金。

（2）冷裂：冷裂是在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位，特别是有应力集中的地方。其裂缝细小，呈连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。壁厚差别大，形状复杂或大而薄的铸件易产生冷裂。因此，凡是能减少铸造内应力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。同时在铸钢和铸铁中要严格控制合金中的磷含量。

第四篇：(金属学与热处理)工程材料学总结

《工程材料学》总结

第一部分：晶体结构与塑性变形 一、三种典型的金属晶体结构

1．bcc、fcc、hcp的晶胞结构、内含原子数，致密度、配位数。Bcc：体心立方，内包含2个原子，致密度为0.68，配位数为8 Fcc：面心立方，4个原子，致密度0.74，配位数12 Hcp：密排六方，6个原子，致密度0.74，配位数12 2．立方晶系的晶向指数[uvw]、晶面指数(hkl)的求法和画法。

3．晶向族〈„〉/晶面族{„}的意义（原子排列规律相同但方向不同的一组晶向/晶面，指数的数字相同而符号、顺序不同），会写出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。4．bcc、fcc晶体的密排面和密排方向。

密排面 密排方向

fcc {111} <110> bcc {110} <111>

二、晶体缺陷

1．点缺陷、线缺陷、面缺陷包括那些具体的晶体缺陷。

点缺陷：特征“三个方向尺寸都很小”空位，间隙原子，置换原子 线缺陷：特征“两个方向上的尺寸很小”位错：刃型位错，螺型位错

面缺陷：特征“在一个方向上尺寸很小”外表面，内界面：晶界，亚晶界，孪晶界，堆垛层错和相界 2．刃型位错的晶体模型。

三、塑性变形与再结晶

1．滑移的本质：滑移是通过位错运动进行的。2．滑移系 =滑移面 + 其上的一个滑移方向。滑移面与滑移方向就是晶体的密排面和密排方向。

3．强化金属的原理及主要途径：阻碍位错运动，使滑移进行困难，提高了金属强度。

主要途径是细晶强化（晶界阻碍）、固溶强化（溶质原子阻碍）、弥散强化（析出相质点阻碍）、加工硬化（因塑变位错密度增加产生阻碍）等。

4．冷塑性变形后金属加热时组织性能的变化过程：回复→再结晶→晶粒长大。5．冷、热加工的概念

冷加工：在再结晶温度以下进行的加工变形，产生纤维组织和加工硬化、内应力。

热加工：在再结晶温度以上进行的加工变形，同时进行再结晶，产生等轴晶粒，加工硬化、内应力全消失。6．热加工应使流线合理分布，提高零件的使用寿命。第二部分：金属与合金的结晶与相图

一、纯金属的结晶

1．为什么结晶必须要过冷度？

由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由度，即 G =GS-GL<0；只有当温度低于理论结晶温度 Tm 时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态 金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。

2．结晶是晶核形成和晶核长大的过程。

3．细化铸态金属的晶粒有哪些主要方法？（三种方法）控制过冷度，变质处理，振动搅动 二、二元合金的相结构与相图

1．固溶体和金属化合物的区别。（以下哪一些是固溶体，哪一些是金属化合物：α-Fe、γ-Fe、Fe3C、A、F、P、Ld、S、T、B上、B下、M片、M条？）

’2．匀晶相图

①在两相区内结晶时两相的成分、相对量怎样变化？ ②熟练掌握用杠杆定律计算的步骤：

⑴将所求材料一分为二，⑵注意杠杆的位置和长度，⑶正确列出关系式。3．共晶（析）相图

①熟悉共晶（析）相图的基本形式（水平线、一变二）。②会区分共晶（析）体、先共晶（析）相、次生相（二次相）。

③会在相图中填写组织组成物（或相组成物），掌握不同合金在室温时的平衡组织, 会熟练应用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。

三、Fe-Fe3C 相图（重点）

1.默绘相图并牢记共晶转变和共析转变的温度与各相成分。包晶转变：1495摄氏度 共晶转变：温度1148摄氏度 共析转变：727摄氏度

2.掌握各类合金平衡结晶过程与室温时的平衡组织，会画符合要求的平衡组织示意图： ①各组织组成物的形态，②在相图上标注各组织组成物。3.会用杠杆定律计算相组成物和组织组成物的相对量。第三部分：各类材料与钢铁热处理（重点）

一、各类材料的牌号、热处理和用途

1． 会根据牌号确定钢的化学成分（碳及合金元素的含量范围）。①结构钢钢号特征： 前二位数字(万分比)普通碳素结构钢（如Q235等）、普通低合金钢（如Q295等）包括：⑴工程构件用钢： 含碳量小于0.20%。

热处理：热轧空冷后(相当于正火)直接使用 ⑵机器零件用钢： 按含碳量区分，由低到高是 渗碳钢(0.100.50%)(碳素钢：40, 45;合金钢：40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo)、热处理：调质处理，即淬火＋高温回火 用途：轴，弹簧钢(0.500.60%的工具钢, 如：3Cr2W8V，5CrNiMo 热处理：淬火＋高温回火

⑶量具用钢：C:0.9-1.5%, 碳素工具钢:T10A, T12A 热处理：水（油淬）＋低温回火 低合金工具钢：9SiCr, GCr15, 热处理：淬火（油）＋冷处理＋低温回火

③不锈钢钢： Cr含量≥13%, 如：1Cr18Ni9Ti，3Cr13 2．钢的热处理工序及应用

①预先热处理： 完全退火（用于亚共析钢，用于组织均匀化，Ac3+30 C）

球化退火（用于共析钢、过共析钢, Ac1+30 C）

正火（过共析钢中消除网状二次碳化物，低碳亚共析钢中代替完全退火但强度硬度高一些, Ac3(ACcm)+30 C）

②最终热处理

⑴一般： 低温回火（用于刃具、冷模具等）

淬火 + 中温回火（用于弹簧等）

高温回火（即调质，用于轴类等）

⑵特殊： 构件用钢：不淬火，在热轧或正火（空冷）状态使用；

渗碳钢：先渗碳，再淬火 + 低温回火。

3． 铸铁、有色金属材料的分类

①要求掌握铸铁的分类并认识牌号（HT、QT、KT等）。②了解铸铁中石墨形态（几种形态？）对铸铁性能的影响。③ 要求认识铝合金、铜合金、钛合金的类型和强化途径。4.材料力学性能各指标的符号、名称。

二、热处理原理 1． 2． 3． 4． 钢加热到临界点（AC1/AC3/ACm）以上形成奥氏体，应控制加热温度和保温时间以避免晶粒长大。共析钢的TTT曲线示意图。

P、S、T、B上、B下、M片、M条的形态。

M的性能：硬度决定于马氏体内含碳量，韧性决定于马氏体的粗细及形态。

5．TTT曲线的应用： 冷却方式 画冷却曲线 所得组织 6．回火形成粒状组织M回、T回、S回（T回、S回与片状组织T、S无关）。

三、热处理工艺 1.会确定加热温度 ①退火、正火、淬火：

碳钢：临界点（AC1/AC3/ACm）+ 30℃；合金钢原则相同，但温度较高。②回火： 低温回火，中温回火，高温回火（用于淬火后的热处理）2.冷却方式与目的

① 退火—炉冷；②正火—空冷；③淬火—单液淬火，水淬油冷，分级淬火（减小内应力），等温淬火（获得B下）3．淬透性与淬硬性的区别

淬透性：钢淬火获得M多少的能力，决定于C曲线左右的位置。

淬硬性：钢淬火获得M的硬度高低，决定于M内的含碳量。故高碳钢的淬硬性好而淬透性不好，低碳合金钢的淬透性好而淬硬性不够（如20CrMnTi）。

四、要求会定性分析合金元素在钢中主要作用的原因。①提高淬透性，②固溶强化，③弥散强化，④细化晶粒 ⑥所有合金元素都提高回火稳定性。

五、高速钢

1．莱氏体钢的锻造： 莱氏体钢内存在不均匀分布的粗大共晶碳化物，严重降低钢的性能，不能用热处理方法消除，必须进行反复多向的锻造击碎之，使之分布均匀，改善组织性能。高速钢及Cr12型钢都是莱氏体钢。2．为获得高速钢的红硬性，其热处理工艺应当： ① 高温淬火形成高碳高合金度的马氏体

高温加热（W18Cr4V 1280℃；W6Mo5Cr4V2 1220℃）使大量碳化物溶入奥氏体，形成高碳高合金度的奥氏体，经淬火形成高碳高合金度的马氏体 + 大量残余奥氏体 + 未溶碳化物，为二次硬化作准备。② 560℃多次回火时发生二次硬化，原因是：

⑴弥散强化，回火温度达500℃以上时，从马氏体内析出大量稳定的特殊合金碳化物，弥散分布，使硬度上升, 至560℃硬度达到峰值。

⑵二次硬化，在回火冷却时发生A向 M回 转变，也使硬度上升。多次回火可继续降低残余奥氏体量，进一步提高硬度。最终组织：回火马氏体 + 少量残余奥氏体 + 碳化物

，六、典型零件的选材、热处理及工艺路线（综合应用）

1、选材原则：力学性能；工艺性能；经济性；（轻型、高寿命）2． 轴类零件: 调质钢，如：40，40Cr等

热处理：调质（即淬火 + 高温回火）。（S回）

弹簧零件：弹簧钢。如：60Si2Mn 热处理：淬火 + 中温回火。(T回)机床齿轮：调质钢，如： 40，40Cr 热处理：调质表面淬火（高频）+ 低温回火。

汽车、拖拉机变速箱齿轮：渗碳钢，如：20Cr或20CrMnTi

热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火。

2．一般工艺路线： 锻（铸）造成形 → 预先（备）热处理 → 粗加工 → 最终热处理 → 精加工

第五篇：金属学与热处理总结

名词解释：

退火：将钢加热到临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

正火：将钢加热到Ac3（或Acm）以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。

淬火：将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。

回火：将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。表面淬火：将工件快速加热到淬火温度，然后快速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处理方法。

渗碳：将低碳钢件放入渗碳介质中，在900-950加热保温，使活性原子渗入钢件表面并获得高渗碳体的工艺方法。

渗氮：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理。

淬透性：钢材淬火时获得马氏体能力的特征。

淬硬性：钢材淬火时淬成马氏体可能得到的最高硬度。

回火稳定性：淬火钢对回火时发生软化过程的抵抗能力。

回火脆性：钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性热应力：工件在加热（或冷却）时，由于不同部位的温度差异，导致热胀（或冷缩）的不一致所引起的应力称为热应力。

组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时性而引起的内应力。

过冷奥氏体：在临界温度以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。

退火的目的：均匀钢的化学成分及组织；细化晶粒；调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，为淬火做好组织准备。

正火的目的：改善钢的切削加工性能；消除热加工缺陷；消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；提高普通结构零件的力学性能。

淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性； 回火目的：减少或消除淬火应力，保持相变的组织转变，提高钢的塑形和韧性，获得硬度强度塑形和韧性的适当结合1.试述奥氏体钢的形成过程及控制奥氏体晶粒的方法

制定合适的加热规范，包括控制加热温度和保温时间；碳含量控制在一定范围内，并在钢中加入一定阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素；考虑原始组织的影响

2.珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？

珠光体：片状珠光体，片间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状珠光体，Fe3C颗粒

越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；贝氏体：上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；马氏体：低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。

3.何谓回火脆性，说明回火脆性的类型、特点及其抑制办法

有些钢在一定的温度范围内回火时，其冲击韧性显著下降，这种脆化现象叫做钢的回火脆性.回火脆性类型分为两种，即第一回火脆性和第二回火脆性。第一回火脆性又称低温回火脆性，几乎在所有的工业用钢中都会出现，它与回火后的冷却速度无关。高温回火脆性亦称第二回火脆性，主要在合金结构钢中出现，碳钢一般不会出现这种特性，通常在回火保温后缓冷的情况下出现，若快速冷却，脆化现象将消失或受到抑制。

方法：对于第一类回火特性，由于其不可逆性，只能避免在淬火温度内回火，如果必须在该温度回火，可采用等温淬火，加Si使低温回火脆性温度移向高温。抑制高温脆性的方法;1回火后快速冷却2.降低钢中杂质元素的含量3.加入适量的Mo、W

4.比较回火索氏体与索氏体的主要异同点。

相同点：都是铁素体与渗碳体的机械的机械混合物。

不同点：①渗碳体的形态不同，回火索氏体的渗碳体的形态为颗粒状，索氏体的渗碳体的形态为片状；②来源不同，回火索氏体是淬火马氏体分解的到的，索氏体是奥氏体直接分解得到的；③性能特点不同，回火索氏体具有良好的综合机械性能，索氏体的抗拉强度高；韧性比回火索氏体低。

5.正火、退火工艺选用的原则是什么？

含0．25％C以下的钢，用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能；在没有 其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。

对含碳0．25～0．50％的钢，一般采用正火。

对含碳0．50～0．75％的钢，一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。含碳0．75%以上的高碳钢，或工具钢一般均采用球化退火作预备热处理。

6.分析碳和合金元素在高速钢中的作用及高速钢热处理工艺的特点

化学成分：高碳的目的是为了和合金元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保证得到强硬的马氏体基体以提高钢的硬度和耐磨性。W、Mo、V主要是提高钢的红硬性、硬度和耐磨性，因为这些元素形成的碳化物硬度高，产生二次硬化效应；Cr主要提高钢的淬透性。

工艺特点：淬火加热温度非常高，回火温度高，次数多，淬火加热时采用预热。

7.用9SiCr刚制成圆板牙，其工艺路线为：锻造 球化退火、机械加工、淬火、低温回火、磨平面、开凿开口。试分析：1球化退火、淬火及回火的目的2大致工艺

球化退火是为了消除锻造能力、获得球状珠光体和碳化物，降低硬度以利于切削加工，并为淬火做好组织准备，减少淬火时的变形和开裂；淬火及回火是为了获得回火马氏体，保证热处理后具有高硬度，高耐磨性。

球化退火工艺：加热温度790-810，等温温度700-720

淬火工艺：加热温度850-870（油淬）

回火工艺：160-180

8.下料→锻造→正火→机械加工→淬火（淬透）→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么？花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么？表面和心部的组织是什么？

正火处理是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时改善锻造组织，消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织，高温回火是为了得到回火索氏体，淬火＋高温回火称为调质，目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体，增加耐磨性。表面为回火马氏体，心部为回火索氏体组织。

9.20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是什么？性能如何？

20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬透）强韧性好。Mn与Cr 提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

40CrNiMo为调质钢，含碳量为0.4%，最终热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索氏体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo细化晶粒，抑制第二类回火脆性。

60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%，最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回火稳定性。T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体＋粒状Fe3C＋残余奥氏体（γ'），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差

10.合金元素Cr、Mn、Ni、强碳化物形成元素在钢中的主要作用是什么？

Cr在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时提高耐腐蚀性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促进第二类回火脆性的发生。

Mn在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；形成第二相提高强度、硬度；含量超过13%时形成奥氏体钢，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促进第二类回火脆性的发生，促进奥氏体晶粒的长大。

Ni在钢中的主要作用有：溶入基体，提高淬透性，固溶强化；扩大奥氏体区，提高钢的韧性，降低冷脆转变温度。

强碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、强度、耐磨性，提高回火稳定性，细化晶粒，防止晶间腐蚀。

11.石墨化的两个阶段

在p’s’k’线以上发生的石墨化称为第一阶段石墨化，包括结晶时共晶石墨、一次石墨、二次石墨的析出和加热时共晶渗碳体、一次渗碳体、及二次渗碳体的分解；在p’s’k’线以下发生的石墨化称为第二阶段石墨化，包括冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。