第一篇：金屬熔煉與鑄造總結

一 金屬熔化特性

●熔煉四性及判定依據：

a氧化性：由金屬與氧的親和力決定，金屬與1mol氧反應生成的金屬氧化物的自由焓變量為氧化物標準生成自由焓變量△G☉，其越小，還有氧化物的分解壓Po2和氧化反應生成熱△H☉越小，代表金屬與氧親和力越大，金屬氧化趨勢越大，程度越高，金屬氧化物越穩定

b吸氣性：由金屬與氣體的親和力決定，即溶解度，它與金屬和氣體性質、氣體分壓、溫度、合金元素有關。C=K√P—平方根定律，雙原子氣體在金屬中溶解度與其分壓的平方根成正比；氣體分壓一定時，C=K(?2)溶解熱為正時。溶解度隨溫度升高而增大，與氣體有較大親 和力的合金元素會增大氣體溶解度。各種因素得到㏒C=-A+B+0.5㏒P

c揮發性：平衡時，氣相中金屬的蒸氣分壓為該溫度的飽和蒸氣壓，蒸氣壓越高，越易揮發。外壓一定，純金屬的蒸氣壓隨溫度的升高的增大，揮發趨勢增強；爐膛壓力越小，金屬揮發速率增大，這是因為真空度高，質點碰撞概率少，回凝速率減少，揮發加速；蒸氣壓大、蒸發熱小、沸點低的金屬和合金易揮發損失。d吸雜性：

●金屬氧化熱力學及判據：熔煉溫度范圍，氧化反應在熱力學上為自動過程。

在標準狀態下，金屬的氧化趨勢、氧化順序和可能的氧化程度，一般可用氧化物的標準生成自由焓變量ΔG，分解壓 pO2 或氧化物的生成熱ΔH 作為判據。通常ΔG、ΔH 或 pO2 越小，金屬氧化趨勢越大、越先被氧化、可能的氧化程度越高，氧化物越穩定。

●金屬氧化動力學機理：氧化環節及過程：氧由氣相通過邊界層向氧/氧化膜界面擴散(外擴散)→氧通過固體氧化膜向氧化膜/金屬界面擴散（內擴散）→在氧化膜/金屬界面上發生界面化學反應。①P-B比即氧化膜致密性系數（），即氧化物的分子體積與形成該氧化物的金屬原子體積之比來衡量氧化膜性質，當>1氧化膜致密，連續，有保護性，擴散阻力增大，內擴散成為控制性環節（鋁、Be），<1氧化膜疏松多孔，無保護性，結晶化學反應為控制性環節（堿金屬)>>1氧化膜十分致密。內應力很大，會周期性破裂，非保護性。②反應溫度，低溫氧化過程受化學反應控制，高溫受擴散控制，③反應面積越大，氧化速率越大

●熔體中氣體存在形態及來源，吸氣的過程及影響因素。形態：固溶體、化合物、氣孔

來源：金屬原料自帶和與熔體接觸的爐氣、溶劑、工具帶入的水分你和碳氫化合物

過程：①氣體分子碰撞到金屬表面；②在金屬表面上氣體分子離解為原子；③以氣體原子狀態吸附在金屬表面上；④氣體原子擴散進入金屬內部，前三個是吸附階段隨溫度升高，物理吸附減弱，化學吸附加快，但一定溫度后達最大，最后一個是擴散階段，即氣體從濃度高的表面向濃度低的內部過程運動的過程，濃度差越大，溫度越高，擴散速度越快。

影響因素：金屬吸氣速度主要決定于氣體的擴散速度。由菲克第一擴散定律和平方根定律可知，氣體分壓越大，溫度越高，擴散系數越大，金屬吸氣速度就越快。氣體分壓越大，氣體在金屬表面的濃度就越高，故氣體在金屬中的濃度梯度越大，致使擴散速度加快。金屬中氣體的擴散系數與合金元素有關。例如：鎂和鈦都顯著降低氫在鋁液中的擴散系數。在熔煉一定成分的合金時，熔體的實際含氣量主要取決于熔煉工藝和操作流程。首先是盡可能減少金屬吸氣，嚴防水分和氫的載體接觸爐料或熔體；然后配合以有效的脫氣措施，盡可能降低金屬熔體的含氣量。應對措施：在熔煉一定成分的合金時，熔體的實際含氣量主要取決于熔煉工藝和操作。首先是盡可能減少金屬吸氣，嚴防水分和氫的載體接觸爐料或熔體；然后配合以有效的脫氣措施，盡可能降低金屬熔體的含氣量。●氣體的溶解度及影響因素： 金屬和氣體的性質：金屬吸氣的能力是由氣體與金屬的親和力決定的。在一定溫度和壓力下，氣體在金屬中的溶解度是金屬與氣體親和力大小的標志。金屬與氣體的親和力不同，氣體在金屬中的溶解度也不同。在熔點溫度，無論是固態或是液態，氫在鐵、鎳、鎂、鈦、鋯等金屬中的溶解度都比在鋁和銅中的高。同時，金屬在相變溫度時，氫的溶解度變化較大。因此，在金屬凝固時，過飽和的氫就會析出，此時最易在鑄錠中形成氣孔。在凝固溫度范圍的金屬中，固液態含氣量相對變化值越大，則金屬鑄錠中越易形成氣孔缺陷。蒸汽壓高的金屬，由于具有揮發去吸附作用，會顯著降低其他在金屬中的溶解度。氣體的分壓：雙原子氣體在金屬中的溶解度與其分壓的平方根成正比。在含有水蒸氣的爐氣中，即使水蒸氣的含量甚微，也足以使鋁、鎂中的氫含量增加。溫度：溫度對溶解度的影響取決于溶解熱。當溶解熱為正值吸熱時，溶解度隨溫度升高而增大，以原子狀態溶解于金屬熔體的氣體都如此。當氣體能與金屬形成化合物且熔解熱為負（即放熱反應）時，其溶解度隨溫度升高而降低。合金元素：在實際的多元系合金熔體中，氣體的溶解度除受制于氣體的溫度和分壓外，還在一定程度上受到合金成分的影響。與氣體有較大親和力的合金元素，通常會使合金中的氣體溶解度增大；與氣體親和力較小的合金元素則相反。●影響金屬揮發的因素和降低揮發損失的方法。

因素：①熔體溫度：外壓一定，純金屬的蒸氣壓隨溫度的升高的增大，揮發趨勢增強；②爐膛壓力：一般爐膛壓力越小，金屬揮發速率增大；③金屬及合金元素：同一溫度下純金屬蒸氣壓大，蒸發熱小，沸點低的金屬易揮發損失；該組元在合金中的含量，其他元素對其活度系數影響，增大活度系數的合金元素，增大損失。④.其他因素：與金屬處于高溫液態的時間、金屬的比表面積和氧化膜的性質有關。金屬處于高溫液態的時間越長，比表面積越大，攪拌及扒渣次數越多，其揮發損失也越大。熔體表面有致密氧化膜或溶劑及爐渣覆蓋時，可降低揮發損失。反之，在還原性爐氣中熔煉時，由于熔體表面無保護性氧化膜，揮發損失會加大。

方法：和降低氧化燒損一樣，還有①易揮發元素在脫氧或熔煉后期加入，②在真空熔煉時，用較高真空度來提高精煉效果和降低氧化燒損。③充入惰性氣體來減少揮發損失和準確控制合金成分。

●金屬熔體中夾雜來源和減少雜質污染途徑

來源：金屬中的雜質除來自金屬爐料外，在熔煉過程中還可能從爐襯、爐渣或爐氣中吸收。舊料的多次重熔，其吸收的雜質可能積累起來。●減少雜質污染途徑

1.選用化學穩定性高的耐火材料；

2.在可能的條件下才用純度較高的新金屬料以保證某些合金的純度要求；

3.火焰爐應選用低硫燃料；

4.所有與金屬爐料接觸的工具，盡可能采用不會帶入雜質的材料制作，或用適當的涂料保護好；

5.變料或轉換合金時，應根據前后兩種合金的純度和性能要求，對熔爐進行必要的清洗處理； 6.注意輔助材料的選用；

7.將強爐料管理，杜絕混料現象。

●金屬在熔煉過程中會發生高溫氧化熔損，敘述影響金屬氧化的因素及降低氧化的方法。

因素：金屬及氧化物的性質 純金屬氧化燒損的大小主要取決于金屬的親和力和表面氧化膜的性質。熔煉溫度 熔煉溫度越高，氧化燒損就越大。爐氣性質 爐氣的氧化性強，一般氧化燒損程度也大。其他因素 使用不同的爐型，其熔池形狀、面積和加熱方式不同，氧化燒損程度也不同；在其他條件一定時，熔煉時間越長，氧化燒損也越大。方法：選擇合理爐型，采用合理的加料順序和爐料處理工藝，采用覆蓋劑，正確控制爐溫，正確控制爐氣性質，合理的操作方法，加入少量α＞1的表面活性元素。●金屬熔煉時的熔損有哪幾種，怎么減少熔損？金屬熔損是指熔煉過程中，金屬的揮發、氧化燒損、與爐襯作用的消耗等全部損耗的總和。除①揮發、②氧化燒損外，還有：③熔融金屬或金屬氧化物與爐襯材料之間的化學作用，造成的損耗，④金屬在熔煉時，熔融金屬因靜壓力作用可能滲入爐襯縫隙，而導致高溫區局部熔化，造成的損耗，⑤機械混入渣中的金屬，以及扒渣、飛濺等造成的損耗。減少熔損：①選擇合理爐型，②制定合理的規程、工藝和順序，③正確選擇覆蓋劑或熔劑，④正確控制爐溫，⑤正確控制爐氣性質，一般以控制微氧化性氣氛較好，⑥碎屑散料

●氧化過程的幾個環節： 1.外擴散；2.內擴散；3.界面化學反應控制性環節：內擴散和界面化學反應兩個環節哪一個是控制環節，取決于氧化膜的性質。而氧化膜的性質主要是其致密度，它可以用 Pilling-Bedworth 比（P-B 比）α，即氧化膜致密性系數來衡量。α定義為氧化物的分子體積 VM與形成該氧化物的金屬原子體積 VA之比，及α =VM/VA 各種金屬由于其氧化膜結構不同，對氧擴散的阻力不一樣，因而氧化反應的控制性環節及氧化速率隨著時間變化的規律也各不相同。當α>1 時，生成的氧化膜一般致密，連續，有保護性作用。當α<1 時，氧化膜疏松多孔，無保護性。

二熔體凈化技術(除渣+氧化+脫氧+脫氣)●減少鑄錠中非金屬夾渣的主要方法 防止或減少非金屬夾渣物的有效措施，是盡可能徹底的精煉去渣，適當提高澆注溫度和降低澆注速度，供流平穩均勻，工模具保持干燥等。靜置澄清法（此法適用于金屬熔體與非金屬夾雜物密度差較大，而夾雜物顆粒尺寸適中的合金），浮選法（利用通入熔體的惰性氣體或加入的熔劑所產生的氣泡在上浮過程中與懸浮的夾雜相遇時，夾雜被吸附到氣泡表面的熔劑中去），熔劑法（通過熔劑與夾雜之間的吸附，溶解和化合作用而實現除雜），過濾法（網狀過濾法、填充床過濾法、剛性微孔過濾法）。

●請敘述夾渣種類和來源和除渣精煉原理及應用。種類：按夾渣的化學成分不同可分為氧化物、復雜氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、氟化物、硅酸鹽、碳化物、氫化物及磷化物等。

按夾渣的形狀可分為薄膜狀和不同大小的團塊狀或粒狀夾渣。

來源：外來夾渣，由原材料帶入的或在熔煉過程中進入熔體的耐火材料、溶劑、銹蝕產物、爐氣中的灰塵以及工具上的污物等。

內生夾渣，在金屬加熱及熔煉過程中，金屬與爐氣和其他物質相互作用生成的化合物。

原理：A比重差作用，當金屬熔體在高溫靜置時，非金屬夾雜物與金屬熔體比重不同，因而產生上浮或下沉。比重差作用原理主要適用于Cu及Cu合金中。

B吸附作用，向金屬熔體中導入惰性氣體或加入溶劑產生的中性氣體，在氣泡上浮過程中，與懸浮狀態的夾渣相遇時，夾渣便可能被吸附在氣泡表面而被帶出熔體。通常適用于Al及Al合金中。

C溶解作用，非金屬夾雜物溶解于液態溶劑中后，可隨溶劑的浮沉而脫離金屬熔體。適用于Al及Al合金中。D化合作用，化合作用是以夾渣和溶劑之間有一定親和力并能形成化合物或絡合物為基礎的。適用于熔煉溫度較高的銅、鎳等合金。

E機械過濾作用，當金屬熔體通過過濾介質時，對非金屬夾雜物的機械阻擋作用。過濾介質間的空隙越小，厚度越大，金屬熔體流速越低，機械過濾效果越好。適用于含有與熔體密度相差不大、粒度甚小而分散度極高的非金屬夾雜物的金屬。

●什么樣的金屬可以采用氧化精煉？

1.基體金屬的氧化物能溶解于自身金屬液中，并能氧化雜質元素

2.雜質元素氧化物不溶于金屬液體中，并易與后者分離 3.基體金屬氧化物可用其他元素還原。●氧化精煉的熱力學條件？

雜質元素對氧的親和力大于基體對氧的親和力。●氧化精煉的基本思想?

氧化精煉是利用氧將金屬中的雜質氧化成渣或生成氣體而將渣排除的過程，其實質是利用化合作用除渣。氧化精煉過程是把含有雜質的金屬熔體在氧化氣氛下熔化，或將純氧、空氣或富氧空氣導入金屬熔池或熔池表面，有時也可加入固體氧化劑（如基體金屬氧化物）。此時雜質元素Me’氧化生成Me’O，或以獨立固相析出，或溶入爐渣中，或以氣體形式揮發而與基體金屬液分離。●脫氧劑的選擇

1.脫氧劑與氧的親和力應明顯地大于基體金屬與氧的親和力；

2.脫氧劑在金屬中的殘留量應不損害金屬性能；

3.脫氧劑要有適當的熔點和密度，通常多用基體金屬與脫氧元素組成中間合金作為脫氧劑；

4.脫氧產物應不溶于金屬熔體中，易于凝固、上浮而被去除；

5.脫氧劑來源廣、無毒，與環境的相容性好。●脫氧方法

沉淀脫氧：將脫氧劑M加入到金屬熔體中，使它直接與金屬中的氧進行反應，脫氧產物以沉淀形式排除，故名沉淀脫氧。擴散脫氧：將脫氧劑加在金屬熔體表面或爐渣中，脫氧反應僅在爐渣/金屬熔體界面上進行。溶于金屬中的氧會不斷地根據分配定律向界面擴散而脫氧，故稱擴散脫氧。真空脫氧：在低壓下，凡伴隨有氣相形成的反應過程都進行的迅速、完全，如形成CO和H2O等氣體或鎂、錳等金屬蒸氣的各種反應都能順利進行。●脫氣精煉的原理 分壓差脫氣：利用氣體分壓對熔體中氣體溶解度影響的原理，將溶解氣體的熔體置于氫分壓很小的真空中，或導入惰性氣體，使實際氣體的氫分壓小于平衡分壓，進而產生脫氫驅動力，使氫盡快排除。分為氣體脫氣（活性，惰性，混合氣體）、熔劑脫氣（固態溶劑熱分解或與金屬化學反應產生揮發氣泡，鋁合金鋁青銅用含氯鹽溶劑）、沸騰脫氣（高鋅黃銅，金屬本身在熔煉中產生氣泡內外氣體分壓差）、真空脫氣 化合脫氣：利用熔體中加入某些能與氣體形成氫化物和氮化物的物質，進而將金屬熔體氣體脫除

電解脫氣：電場作用下，金屬中氫離子趨向陰極，取得電荷后聚合成氫分子逸出，其他負離子在陽極釋放電荷，留在熔劑中化合成渣被除去

預凝固脫氣：大多數情況下，氣體在金屬的溶解度隨溫度降低而減少，將金屬液緩慢冷卻到固相點附近，讓氣體按平衡溶解度曲線變化，使氣體自行擴散析出

振蕩脫氣：金屬液受到高速定向反復振動時，彈性波在熔體引起空化現象，產生無數顯微空穴，金屬中的氣體原子可以空穴為氣泡核心，進入空穴復合為氣體分子并長大成氣泡而逸出熔體

●典型的在線精煉方法及其過程

方法：FILD 法、SNIF 法、MINT 法、Alcoa469脫氣法、Air-liquid法

●金屬熔體除渣精煉的基本原理?

1.密度差作用：當金屬熔體在高溫靜置時，非金屬雜物與金屬熔體因密度不同而產生分離，發生上浮或下沉。2.吸附作用：向金屬熔體中導入惰性氣體或采取加入溶劑產生中性氣體，在氣泡上浮過程中，與懸浮狀態的夾渣相遇時，夾渣便可能被吸附在氣泡表面而被帶出熔體。3.溶解作用：非金屬夾雜物溶解于液態溶劑后，可隨溶劑的浮沉而脫離金屬熔體。4.化合作用：堿性氧化物和酸性溶劑，或酸性氧化物與堿性溶劑在一定溫度條件下可相互作用形成體積更大，熔點更低，且易于與金屬分離得復鹽式爐渣。根據其密度大小，在熔體中可上浮或下沉而去除。5.機械過濾作用：當金屬熔體通過過濾介質時對非金屬夾雜物的機械阻擋作用。

●如何實現脫氣精煉（途徑）? 一是氣體原子擴散至金屬表面，然后脫離吸附狀態而逸出；二是以氣泡形式從金屬熔體中排除;三是與加入金屬中的元素形成化合物，以非金屬夾雜物形式排除;這些化合物除極少數（如Mg3N2等）易分解外，大多數不致在金屬錠中產生氣孔。脫氣精煉的主要目的就是脫除溶解于金屬中的氣體。

根據脫氣機理的不同，脫氣精煉有分壓差脫氣、化合脫氣如何防止：合理控制合金成分，選擇合適的工藝，變質處理。

●如何防止或減少鑄錠中出現各種缺陷? 縮孔和縮松

1、調整合金液的化學成分或選用細化晶粒效果好的元素對合金液作變質處理或孕育處理減少枝晶組織，細化晶粒，改善其結晶狀態，降低合金液的收縮性；

2、先用效果好的精煉劑和精煉去氣方法，對合金液進行充分的去氣除渣處理、降低其含氣量和氧化夾雜物含量；

3、適當降低合金液的澆注溫度，并減慢其澆注速度，提高鑄錠的冷卻速度；

4、使用矮的結晶器，提高水壓，降低水溫，加大鑄錠的結晶凝固速度 裂紋

1、嚴格按工藝規程進行爐前分析和熔煉鑄造等操作，定期檢驗爐前分析儀器是否有故障，爐前分析報告是否準確，以控制準合金液的化學成分。

2、適當降低合金液的澆注溫度和澆注速度；

3、選用合適的精煉方法精煉劑，對合金液進行充分的精煉，降低氣體和氧化夾雜物的含量；

4、均勻分配液流，防止漏斗傾斜

5、保持結晶器內表面光滑清潔及位置的水平放置

氣孔

1、嚴禁把帶有水氣的爐料裝入爐中，裝爐前要在400度左右溫度下烘烤2H；

2、嚴格按工藝對大修、中修后的爐子進行烘烤；

3、熔化前按工藝要求對熔爐、澆注工具、熔劑等進行烘燒，然后才可使用；

4、選用合適的精煉方法和效果好的精煉劑充分精煉合金液，精煉后加覆蓋劑保護。如果精煉后靜置時間超過6H，則要進行二次精煉方可澆注或使用；

5、控制澆注時液流連續均勻地澆注，未注完錠模不要中斷；

6、使用含水量符合要求的煤或煤氣、油等燃料熔化合金液。

偏析 增大冷卻強度，攪拌，變質處理，采用短結晶器，降低澆注溫度，加強二次水冷，使液穴淺平等

非金屬夾雜物 盡可能徹底地精煉去渣，適當提高澆注溫度和降低澆注速度，供流平穩均勻，工模具保持干燥等。●鑄錠熱裂與冷裂的區別特點? 在凝固過程中產生的裂紋稱為熱裂紋，凝固后冷卻過程中產生的裂紋稱為冷裂紋。兩種裂紋各有其特征。熱裂紋多沿晶界擴展，曲折而不規則，常出現分枝，表面略呈氧化色。冷裂紋常為穿晶裂紋，多呈直線擴展且比較有規則，裂紋表面較光潔。

●為什么圓錠形成中心裂紋的傾向大？

澆注速度一定的情況下，鑄錠拉出結晶器后，外層受二次水冷而強烈收縮，但此時內層溫度高收縮量小，阻礙外層收縮產生拉應力，內層受壓應力。一段時間后，外部溫度低冷卻速度小，中部溫度高冷卻速度大，收縮量大，內部受拉應力而易產生中心裂紋。

●S和P在鋼中的再分布系數K＜1~~~試問這樣的濃度不均勻分布是如何形成的？屬何種偏析？

根據圖中顯示，S和P的再分布系數都＜1，所以是因為過度區凝固處處于非穩定態，凝固即將結束時僅殘留極少液體，界面上溶質向液體中的擴散受到限制，致使界面上的液相成分顯著提高，而在最后凝固的固相中產生嚴重的偏析。

屬于帶狀偏析，帶狀偏析出現在定向凝固的鑄錠中，其特征是偏析帶平行與固液界面，沿著凝固方向周期性地出現。帶狀偏析的形成與固液界面溶質偏析引起的成分過冷有關。

最后一章

●黃銅的熔鑄技術特點？

（1）鋅易揮發熔損，特別是高鋅黃銅，有脫氧和去氣作用，故易于熔煉且不需用特殊精煉措施。（2）在鑄造過程中易氧化生渣，造成表面夾渣，復雜黃銅則易生裂紋，要特別注意保護熔體。●立模鑄造技術特點

1.結晶組織以徑向為主且不均勻2.澆注過程中流柱長沖力大，容易裹入氣體和夾渣，易于二次氧化，流柱越高，越易產生氣孔和夾渣；直徑小而長的鑄錠，容易產生縮孔甚至中心縮管，必須補縮。3.由于模壁阻礙收縮，對于某些金屬扁錠常出現表面晶間裂紋，或表面夾渣。4.勞動強度大，生產效率低，成品率低，不適用于鑄造易于氧化造渣的合金。

●連鑄法特點優點；1澆速和冷卻強度可控，致密度較高，氣孔，夾雜，縮孔等缺陷較少，鑄錠結晶組織較勻細，收得率和成品率高。2機械化程度高，勞動強度較小，能多根錠坯同時鑄造，生產效率高，占地面積少。缺點：技術條件要求嚴格，工藝較復雜，對于某些合金的大錠，產生某些缺陷的敏感性增大 ●簡述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系鑄造合金的主要特點及其用途。

答：鑄造用的鋁合金主要是由Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn四個二元基本合金系以及在此基礎上，再添加少量其他元素形成的多元合金系組成的。Al-Si合金系（≥5%Si）該系合金具有良好的鑄造性能，鋁中添加硅后，能明顯提高鋁液的流動性和鑄造充填性能；減少收縮和熱裂傾向。含有較多硅的合金熱膨脹系數小、耐磨性能優良。含有少量的Mg、Cu等合金元素組成的多元Al-Si合金通過熱處理有明顯析出強化的效果，適用于多種鑄造方法。現在鑄造鋁鑄件大多數都是采用該系合金，它是鑄造鋁合金中牌號最多，應用最廣泛的一類合金。Al-Cu合金系（≥4%Cu）該系合金添加的Cu起固溶強化的作用，所以合金具有較高的強度和耐熱性能；但密度大，耐蝕性能和鑄造 會出現條紋。3.預防：降低結晶器內的液穴深度，供流勻穩，保持錠模內壁光潔，涂料勻薄。4.補救：通過銑面予以消除。懸浮晶：夾在正常柱狀晶區或等軸晶區中的粗大晶粒 1.原因：優先形核生長的基體金屬固溶體初晶，在固/液界面前沿溫度梯度較小的過冷液體 中自由長大，然后進入凝固區內。2.四種形成路徑：液體中溫度梯度較小，凝固區較寬時，脫離模壁的少數晶粒在凝固區內自 由長大；大型鑄錠冷卻緩慢時，液穴表面形成的晶粒沉積于凝固區內，充分長大；位于氣隙 較大處的凝殼，由于溫度回升被重熔成半凝固狀態，在對流作用下凝殼邊緣塌落下來的碎塊；尚未完全融化的基體金屬晶體碎塊。3.危害：保留在鑄錠表層的懸浮晶，使板材表面產生條痕，降低板材表面質量并使合金的性 能不均勻。4.預防：增大冷卻強度，提高鑄錠斷面的溫度梯度，縮小凝固區，可防止產生懸浮晶。粗大金屬間化合物1.原因：與懸浮晶基本相同。2.危害：一般硬脆，降低鑄錠的塑性，加工時不易變形，使加工制品分層或開裂，并降低材料的橫向性能，疲勞極限和耐蝕性。分布不勻的粗大金屬化合物危害甚大。3.預防：適當提高澆溫，加大冷卻強度，可減少游離化合物初晶的數目，有利于防止粗大化 合物初晶的形成。嚴格控制合金成分或變質處理，也是防止粗大化合物形成的有效方法。羽毛狀晶：一種由許多羽毛狀片晶組成的晶粒，互相交錯。1.原因：激冷區內晶粒競爭生長的結果。2.危害：羽毛狀晶組織具有較強的各向異性，降低鑄錠的力學性能和加工性能。其還有較強的遺傳性，經退火后仍存在（表現為沿孿晶面易于發生偏析）。3.預防：采用較低澆溫，均勻供流，防止液穴局部過熱，加入Ti或Ti+B使晶粒細化均可

●鑄錠正常晶粒組織（宏觀組織）

表面細等軸晶區條件：液體金屬的對流動量對流、自由對流及（對流引起的）溫度起伏，均使模壁上形成晶粒脫落和游離→增加凝固區內晶核數目→形成表面細等軸晶區。激冷無對流，模壁上形成穩定凝殼，晶粒難于脫離模壁，無晶核增殖作用，不形成表面細等軸晶區。

控制方法1.澆溫高，模溫高，晶核穩定數少，脫離模壁晶粒少，易重熔，窄。2.激冷強，窄。3.合金元素含量高，晶粒或枝晶根部縮頸，寬。

柱狀晶區的形成條件：單向導熱及順序凝固（單向導熱，較小凝固速率，較大溫度梯度）表面細等軸晶區內，生長方向與散熱方向平行的晶粒優先長大，不平行的被抑制→越往鑄錠內部晶粒數目越少，優先生長的晶粒單向生長并相互接觸形成柱狀晶區。控制方法阻止晶體脫離模壁和固液界面形核，寬。1.模壁導熱性好，激冷作用強，易形成穩定的凝殼，則柱狀晶發達。2.合金化程度低，溶質偏析系數小，成分過冷弱，晶粒或枝晶根部不易形成縮頸而被熔斷也易獲得柱狀晶。3.對流的沖刷作用及溫度起伏，利于等軸晶，所以抑制對流流于柱狀晶。中心等軸晶區的形成主要原因：溶質偏析產生的成分過冷原因：表面細晶的游離，枝晶的熔斷及游離，液面或凝殼上晶核的上浮或沉積。控制方法1.純金屬鑄錠比合金鑄錠易于柱狀晶，連續鑄錠比鐵模鑄錠比砂模鑄錠易于柱狀晶（冷卻能力小，模壁形核少，凝殼時間長，晶粒脫離模壁不會很快結束，卷入中部晶粒多，粗大等軸晶）●柱狀晶對鑄錠性能的影響

柱狀晶組織對鑄錠性能影響很大，在柱狀晶區交接處，往往存在低熔點共晶組織和夾雜物，氣孔和縮孔，還可能出現晶間裂紋，是鑄錠脆弱的地方。鑄錠承受冷熱加工時，易于沿此處開裂；柱狀晶本身的方向性也降低鑄錠的力學性能和加工性能

七鑄錠中常見缺陷分析（偏析+缺陷）●造成鑄錠枝晶偏析的原因?

在生產條件下，由于鑄錠冷凝較快，固液兩相溶質來不及擴散均勻，枝晶內部先后結晶部分的成分不同，這就是枝晶偏析。

●敘述偏析的種類。

答：顯微偏析：枝晶偏析、胞狀偏析、晶界偏析。

宏觀偏析：正偏析、反偏析、帶狀偏析、重力偏析、V形偏析。

●枝晶偏析和晶界偏析及其成因。防止偏析的主要途徑。比較連鑄、鐵模鑄錠和砂模鑄錠這三種工藝的組織偏析狀況。

答：在生產條件下，由于鑄錠冷凝較快，固液兩相中溶質來不及擴散均勻，枝晶內部先后結晶部分的成分不同，這就是枝晶偏析。

K＜1的合金凝固時，溶質會不斷自固相向液相排出，導致最后凝固的晶界含有較多的溶質和雜質，即形成晶界偏析。

防止偏析的主要途徑：增大冷卻強度，攪拌，變質處理，采用短結晶器，降低澆溫，加強二次水冷，使液穴淺平等。連鑄的偏析很低，鐵模鑄錠的偏析也較低，而砂模鑄錠的偏析較高。

●試分析鑄錠中熱裂與冷裂形成的原因，如何防止？ 熱裂：液膜理論認為，鑄錠收縮受阻，液膜在拉應力作用下被拉伸，當拉應力或拉伸量足夠大時，液膜破裂，形成晶間熱裂紋。強度理論認為：合金在線收縮開始溫度至非平衡固相點的有效結晶溫度范圍，強度和塑性極低，故在鑄造應力作用下易于熱裂，裂紋形成功理論認為：裂紋形成功小，裂紋易形核，鑄錠熱裂傾向大。

冷裂：鑄錠冷卻到溫度極低的彈性狀態時，因鑄錠內外溫差大、鑄造應力超過合金的強度極限而產生。●什么是成分過冷？如何判斷是否出現成分過冷？

在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差別，導致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產生的過冷稱為成分過冷。在固相無擴散，液相有限擴散條件下的定向凝固過程中，保持平界面凝固（即無成分過冷）的成分過冷判據為：GL/R≥-mL(1-k)C0/kDL.其中GL為凝固界面前沿溫度梯度，R為凝固速率，mL為液相線斜率，k為溶質平衡分配系數，C0為溶質濃度，DL為溶質擴散系數。Gl/R≥(Tl-Ts)/Dl,合金凝固溫度范圍 ●成分過冷及其導致的凝固組織特點

在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差別，導致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產生的過冷稱為成分過冷。隨著成分過冷由弱到強，單相合金的固/液界面生長方式依次成為平面狀、胞狀、胞狀-樹枝狀和樹枝狀四種形式，得到的晶體相應為平面柱狀晶、胞狀晶、胞狀枝晶以及柱狀枝晶和自由枝晶。

六凝固晶粒組織及其細化（三區+變質+異常晶粒）●什么鑄錠組織被稱為具備正常的晶粒組織？ 鑄錠由外向內依次為表面細等軸晶區，柱狀晶區和中心等軸晶區。

●柱狀晶的特點及如何獲得 在表面細等軸晶區內，生長方向與散熱方向平行的晶粒優先長大、而與散熱方向不平行的晶粒則被壓抑。這種競爭生長的結果，使越往鑄錠內部晶粒數目越少，優先生長的晶粒最后單向生長并相互接觸而形成柱狀晶區。凡能阻止晶體脫離模壁和在固液界面前沿形核的因素，均有利于擴大柱狀晶區。如模壁導熱性好，激冷作用強，易形成穩定的凝殼，則柱狀晶發達。合金化程度低，溶質偏析系數小，成分過冷弱，晶粒或枝晶根部不易形成縮頸而被熔斷也易獲得柱狀晶。

●簡述鋁合金晶粒細化技術。

1.增大冷卻強度：采用水冷模和降低澆溫。2.加強金屬流動：改變澆注方式、使錠模周期性振動、攪拌。3.變質處理：向金屬液內添加少量物質，促進金屬液生核或改變晶體生長過程的一種方法。

●鋁合金變質處理的目的及其機理 目的是為了獲得細小的晶粒尺寸，改善合金的鑄造性能和加工性能，提高合金的強度和塑性。機理：一是以不溶性質點存在于金屬液中的非均質晶核作用；二是以溶質的偏析及吸附作用。

●為什么提高澆注溫度有可能形成較大的等軸晶、較長的柱狀晶？

答：提高澆注溫度，游離晶重熔的可能性增大，故有利于擴大柱狀晶區，但澆注溫度提高延長了形成穩定凝殼的時間，溫度起伏大，故也有利于等軸晶的形成。所以，隨著澆注溫度的提高，柱狀晶區變寬，等軸晶變粗。●三種晶粒細化技術及其原理和方法

1，增大冷卻強度，采用水冷模（穩定凝殼，定向散熱，細長柱狀晶，中心少等軸晶）和降低澆注溫度（高澆溫非均質晶核少甚至無增值）2，加強金屬液流動，隨著流動的加強，金屬液能更好的與模壁接觸，有效的發揮模壁的激冷效果，溫度起伏和對流的沖刷作用，增加游離晶數目，改變澆注方式（對流、枝晶脫落）、使鑄錠模作周期性振動（加速晶體游離，加強金屬液充填枝晶間隙，致密性）、攪拌3，變質處理，向金屬液內添加少量物質，促進金屬液生核或改變晶體生長過程，變質機理有:1.變質劑的非均質晶核作用2.變質劑的偏析和吸附作用。

●相同條件下，為什么不銹鋼模比砂模更容易獲得柱狀晶?

因為鋼模比砂模冷卻能力強，凝固開始時模壁上會迅速生長大量晶核，且晶粒相互連接而形成穩定凝殼所需要的時間較短，晶粒脫離模壁的過程較快結束，故卷入到鑄錠中部的晶體數目較少，因而柱狀晶較發達。●鋁合金中常用晶粒變質劑的種類? 鈦，磷，納

●澆注溫度是怎樣影響鑄錠的組織的？ ①澆注溫度高，將促進枝晶粗化；

②澆注溫度高會使表面等軸晶區變窄；

③隨著澆注溫度提高，柱狀晶區變寬，等軸晶變粗； ④適當提高澆注溫度，充分預熱注管，有助于光亮晶的減少；

⑤適當提高澆注溫度，可減少游離化合物初晶的數目，有利于防止粗大化合物初晶的形成； ⑥澆注溫度高有利于形成羽毛狀晶，反之則抑制羽毛狀晶形成；

⑦適當降低澆注溫度，一定程度上能使晶粒細化；

⑧澆注溫度澆注速度過高、冷卻速度過大，會增大鑄錠的熱裂傾向；

⑨澆注溫度會影響金屬流動性、二次氧化、吸氣、縮松、表面質量等。

●異常粗大晶粒 表層粗晶粒 1.原因：金屬液與結晶器壁接觸不良，激冷作用不均勻，在緩冷處不能立即大量形核，形成 穩定凝殼的時間延遲，只有少量晶核長大成粗大晶粒；氣隙形成后，鑄錠表層溫度升高，位 于表層的低熔點偏析物可能重熔，然后結晶長大成粗晶粒。鐵模內壁若涂料不勻，在涂料厚及揮發物多的地方，也會慢冷凝固成粗晶粒。2.危害：使加工制品表層組織不均勻，深沖時會出現制耳；鋁合金作陽極化處理時，制品表面

電解脫氣和預凝固脫氣等方法。

●向金屬熔體中吹入惰性氣體，有什么精煉作用？為什么？如何提高其精煉效果？

充入惰性氣體會產生吸附作用。向金屬熔體中導入惰性氣體或加入的熔劑能產生中性氣體，在氣泡上浮過程中，與懸浮狀態的的夾渣相遇時，夾渣便可能被吸附在氣泡表面而被帶出熔體。惰性氣體在導入熔體前必須進行脫水處理和凈化處理。

●減少金屬熔體中氣體含量主要有哪些方法？ 分壓差脫氣，化合脫氣，電解脫氣，預凝固脫氣 ●除渣精煉的溫度是不是越高越好，為什么？

在溶劑一定時，影響溶劑吸附、溶解和化合造渣作用的主要因素是溫度。因為在整個造渣過程，尤其是化和和溶解過程，是由擴散傳質速度所控制的。

但過高的精煉溫度對脫氣不利，并且可能粗化鑄錠晶粒。控制精煉溫度要兼顧除渣、脫氣兩個方面。●為什么黃銅的夾雜含量要好于紫銅。黃銅含大量易揮發和氧化的鋅，在熔煉溫度下的蒸氣壓相當高。含鋅量越高，越易氧化和揮發熔損。在960℃時，鋅蒸氣會把黃銅內的氫、水、氣體以及雜質帶出。因此黃銅的夾雜含量很低。紫銅中銅的純度達到99.95%，雜質只能通過靜置法和擴散除去，夾雜量比較高。因此黃銅的夾雜含量要好于紫銅。

銅合金常用木炭和米糠作覆蓋劑。●含氣量的測定方法有哪些

1，減壓凝固法2第一氣泡法3惰性氣體攜帶-熱導測定法4真空固體加熱抽氣法5真空熔融抽氣法

三成分調控

●配料過程（四步驟）：

①首先計算包括熔損在內的各成分需要量②其次計算由廢料帶人的各成分量；③再計算所需中間合金和新金屬料量；⑩最后核算

●熔體成分控制過程及其注意事項： 過程：備料、配料、熔爐準備、成分調整、熔體質量檢驗。●怎樣計算補料和沖淡

當爐前分析發現個別元素的含量低于標準化學成分范圍下限時，則應進行補料

當爐前分析發現個別元素的含量超過標準化學成分范圍上限時，則應進行沖淡

●配料和加料的基本原則？

成分原則 質量原則 工藝原則 經濟原則 物料平衡原則 ●如何進行熔體質量爐前檢查？主要評價熔體的精煉效果（減壓凝固法 第一氣泡法）和非金屬夾雜物的檢驗（化學分析）。

●爐料包括哪幾種 備料包括哪幾步 爐料包括新金屬料、廢料及中間合金，備料包括選擇爐料，處理廢料，配置中間合金及溶劑。

●什么是中間合金 使用它的目的及要求 它的制備方法 冶煉時為了加入某些熔點較高且不易溶解或易氧化揮發的金屬元素而將它們與母體金屬制成合金，以便更準確地控制成分，而冶煉時加入此合金作為中間合金。

要求：1，熔點應低于或接近合金熔煉溫度2，含有盡可能高的合金元素且成分均勻一致3，氣體、雜質及非金屬夾雜物含量低、4，具有足夠的脆性，易破碎，便于配料5，不易被腐蝕，在大氣下保存時不應破裂成粉末。制備方法：1，溶合法2，熱還原法3，熔鹽電解法4，粉末法

●分析鑄錠對金屬熔體質量的要求

熔鑄是金屬材料生產過程中的第一道工序，為后續的加工工序提供質量合格的錠坯。熔鑄質量的基本要求有：1，化學成分合格2，形狀、尺寸公差及表面質量合格3，結晶組織細勻且無明顯缺陷

●分析鑄錠對金屬熔體質量的要求？ 1.金屬熔體中金屬晶粒的細化度，防止出現異常粗大晶粒與羽毛狀晶。出現表層粗晶粒會讓鑄錠表面產生條紋，出現懸浮晶會降低板材表面質量，出現粗大金屬間化合物會降低鑄錠的塑性，出現羽毛狀晶會影響加工制品組織和性能的均勻性。

2.金屬熔體中是否脫除溶解于金屬熔體中的氣體。對于提高金屬熔體質量和保證獲得合格鑄錠溶解于合金中的氫是使鑄錠產生氣孔、疏松、板帶材起泡及分層的主要原因，甚至使材料發生氫脆。●熔劑在熔煉中的作用，鋁合金常用熔劑配方及銅合金常用熔劑配方。

熔劑與金屬熔體直接接觸，參與其間的物理化學反應和傳熱過程。通過對所使用的熔劑成分、性能和加入量的調整，可以提高除渣脫氣精煉效果，減少金屬氧化、吸氣、揮發和與爐襯的相互作用，提高金屬質量和收得率以及延長爐襯壽命。同時還可借熔劑來加入合金微量元素和作變質劑，以抑制一些微量雜質的有害作用，改善合金的工藝性能。此外，電渣爐中的熔劑作為電阻發熱體，起著重要的精煉意義。

鋁合金覆蓋劑50%NaCl+50%KCl 精煉劑細化劑45%NaCl+40%NaF+15%Na3AlF6 ●熔劑應該滿足的特性？

吸附溶解造渣好，密度和熔體遠不同。與熔體表面張力大，畢竟之后要分離； 具有較高穩定性，不會腐蝕且環保； 低熔點恰粘度，吸濕性小自然妙。

蒸氣壓可不能高，制造方便價低好。性優于結晶溫度范圍寬的合金，但差于結晶溫度范圍窄的●對熔鑄質量的基本要求

合金，有熱裂和縮孔傾向。

1.化學成分合格:合金元素、微量雜質、雜質總量符合要●凝固方式有幾種 分別說明其適用條件

求，鑄錠的成分應盡可能均勻。

順序凝固，適用于純金屬和共晶合金。同時凝固，適用于2．形成、尺寸公差及表面質量合格。結晶溫度范圍寬或鑄錠斷面的溫度梯度小的合金。中間凝3.結晶組織細勻且無明顯缺陷。

固，適用于結晶溫度范圍較窄或鑄錠斷面的溫度梯度較大●鋁合金返回料通常只能降級使用，講講其中的原因。的合金。

鋁合金返回料由于在熔煉過程中對爐襯的沖刷作用，會帶●合金凝固有別于純金屬的特征是什么

入新的雜質元素，以及隨著熔煉次數的增加，雜質含量會純金屬和共晶合金凝固只有固相區和液相區，除此之外的逐步地累積，使原本的雜質含量超標，因此鋁合金返回料合金均存在固相區，凝固區和液相區。通常只能降級使用。

●影響液注穿透深度的因素有哪些

●溶劑的制備和保管： 制備：熔劑的制備方法一般有混與澆注速度，澆注溫度，流注下落高度，結晶器尺寸及注合法和熔化法兩種。混合法是先將各種制備熔劑用原料管直徑等有關 在高溫下焙燒，除去結晶水。破碎過篩，再按比例混合均

勻即可使用。熔化法是按一定加料順序將各種原料加入五凝固的傳質過程（成分過冷）

爐內并加熱至熔化，經充分攪拌除去水分后，出爐 澆入●簡述成分過冷對晶體生長方式的影響?與晶體形貌的關經加熱干燥的鐵模中，然后裝入密封箱內，使用前再破碎。系？

保管：熔化法制備的熔劑質量高，能充分去除水分，且成當稍有成分過冷時為胞狀生長，隨著成分過冷的增大，晶分均勻。混合法生產的熔劑常因烘 焙不夠而降低精煉效體由胞狀晶變為柱狀晶，柱狀樹枝晶和自由樹枝晶，無成果。增大合金吸氣和氧化損失，熔劑應妥善保管，嚴防受分過冷時，以平面方式或樹枝晶方式生長。潮吸水。當熔 劑中的水分超過規定標準時，應重新焙燒 脫水后才能使用。

四凝固過程的液體金屬流動和傳熱（對流+凝固）

●液體金屬的流動包括幾種

1液體金屬的對流（動量傳輸，包括以下三種）2枝晶間 液體金屬的流動

●液態金屬中的三種對流方式及其影響動量對流：澆注時 流體沖擊產生。會連續不斷地影響凝固過程，過熱金屬液 沖入液穴下部，易卷入大量氣體，增加金屬二次氧化和吸 氣，不利夾渣的上浮，使雜質含量增加，其會造成較強溫 度起伏且沖刷作用可促使枝晶熔斷脫落，枝晶游離利于金 屬液內部晶核的增殖，因而利于晶粒的細化和等軸晶的形 成。

自然對流：金屬液內溫度和濃度的不均引起。水平溫差引 起的自然對流會造成溫度起伏，導致枝晶的脫落與游離，促進成分均勻化合傳熱。

強制對流：電磁場或機械攪拌及振動引起。會加強或減弱 金屬液內已有的對流，因此會增強溫度起伏或抑制溫度起 伏，強度和方向穩定的強制對流，會抑制對流和溫度起伏，進而抑制晶核增殖，鑄錠無中心等軸晶而柱狀晶發達，常 利用其來得等軸晶和細化晶粒。

●對流對結晶過程的影響

鑄錠自下而上凝固時，對流不發生。鑄錠自上而下或水平定向凝固時，對流強烈，溫度起伏大，枝晶易于脫落和游 離，促進成分均勻化與傳熱；此外，強制對流可能增強或 抑制溫度起伏。強度和方向都穩定的對流可以抑制金屬液 內部的對流與溫度起伏，進而抑制晶核的增殖作用。

●對流對金屬凝固組織的影響。

金屬的對流能引起金屬液沖刷模壁和固液界面，造成溫度 起伏，導致枝晶脫落和游離，促進成分均勻化和傳熱。

對流造成的溫度起伏，可以促使枝晶熔斷。在對流的作用 下．熔斷的枝晶將脫離模壁或凝殼，并被卷進鑄錠中部的 液體內，如它們來不及完全重熔，則殘留部分可作為晶核 長大成等軸晶。

對流的沖刷作用也可促使枝晶脫落。因為鑄錠在凝固過程 中，由于溶質的偏析，枝晶根部產生縮頸，此處在對流的 沖刷作用下易于斷開，從而出現枝晶的游離過程。晶體的 游離有利于金屬液內部晶核的增殖，因而有利于等軸晶的 形成。

如果能抑制金屬液內的對流，則可促進柱狀晶的形成。施 加穩定磁場，可消弱或抑制金屬液內部的對流，阻止晶體 的游離，有利于得到柱狀晶。

●影響凝固傳熱的因素

金屬性質：a金屬的導熱系數α代表其導熱能力的大小，α大，鑄錠內部溫度易于均勻，溫度分布曲線比較平坦，溫度梯度小。b金屬的結晶潛熱大，向凝殼傳輸的熱量多，模壁溫度高，使冷卻速度和斷面溫度梯度降低。c金屬的 凝固溫度高，鑄錠表里溫度差大，溫度梯度大。

錠模涂料性質：耐火涂料，導熱性差，增大模壁/鑄錠界 面熱阻，降低凝固速度，延長凝固時間，揮發性涂料可減 小界面熱阻，傳熱性能改善

澆注工藝：①澆注溫度對金屬流動性、二次氧化、吸氣及 縮松等缺陷的形成和金屬表面質量有影響。②澆注速度水 冷模鑄錠時，提高澆注溫度，帶入模的熱量多，斷面溫度 梯度大，同時凝固速度增大，無水冷模鑄錠時，提高澆注 溫度，溫度梯度和凝固速度降低。③冷卻速度大，鑄錠斷 面溫度梯度大，凝固速度大。

●三種凝固方式的特征

順序凝固:鑄錠在凝固中，隨溫度的降低，平滑的固/液界 面逐步向鑄錠中心推進，熱裂傾向小且易于得到柱狀晶和 集中縮孔。

同時凝固：在凝固區靠近固相區前沿的液體中，先形成一 批小晶體，同時在其周圍液體中由于出現溶質偏析，使液 體凝固點降低，晶體生長受抑制，在溶質偏析區的過冷液 會立即形成另一批小晶體，很快被溶質偏析的液體包圍，長大受阻，再形成第三批小晶體，如此繼續，小晶體很快 布滿整個凝固區，整個過程幾乎是同時進行。溫度梯度小、結晶潛熱散失慢和溶質偏析使長大易得等軸晶和分散性 縮孔，流動性差使之熱裂傾向大。

中間凝固：介于二者之間，既有柱狀晶又有等軸晶，流動

●為什么鑄造銅合金熔煉時一般都需要脫氧？常用哪幾種脫氧方法？ 答:銅合金熔化后，在高溫下容易被爐氣所氧化生成Cu2O。因此，熔煉純銅、錫青銅、鋁青銅等必須徹夜脫氧，清除Cu2O后再加入合金元素。脫氧方法：1）沉淀脫氧（加P-Cu脫氧，應用廣泛）；2）擴散脫氧（加脫氧溶劑）；3）沸騰脫氧（又稱青木脫氧）。

●錫青銅熔煉的原則是什么？和鋁青銅、黃銅有什么區別？ 基本原則：1）準確配料，嚴格控制化學成分；2）凈化合金液，防止銅液氧化、吸氣；3）高溫熔煉，快速熔化，低溫澆鑄。錫青銅需要脫氧除氣而鋁青銅中含鋁、硅，黃銅中含鋅；它們本身是強脫氧劑，因此都不必脫氧。●如何對銅合金熔煉質量進行控制？

氣體含量的檢查、彎角及斷口檢查、成分分析、溫度檢測與控制。

●用燃燒爐熔煉銅合金一般將爐氣控制為何氣氛（還原性、氧化性或其他）？為什么？

答:氧化性或弱氧化性氣氛。鋁合金鑄件主要熱處理工藝的特點及其熱處理

●常見缺陷和防止方法。熱處理工藝：退火、固溶處理、時效處理和循環處理四類。主要是固溶處理與人工時效。固溶處理：將鑄件加熱到接近固相線溫度（530℃左右），并保持足夠長的時間后快速冷卻，以獲得成分均一的過飽和α（Al）固溶體，致使合金力學性能（特別是塑性）提高，耐蝕性能改善。人工時效：經固溶處理得到的過飽和固溶體，加熱到某一較低的溫度并保持一定時間。熱處理常見缺陷：1）力學性能不合格；2）過燒；3）變形和裂紋；4）表面腐蝕。防止措施：制訂合理的熱處理工藝并嚴格執行。●鑄造鎂合金主要有哪幾類合金?各有何特點? 答:1）Mg-Al-Zn合金：為工業常用合金，特點為強度高，塑性好，鑄造性能好；2）Mg-Zn-Zr合金；特點為強度高，致密性好，壁厚效應小，工藝性較差；3）Mg-RE-Zr合金：為耐熱Mg合金，添加RE可提高α固溶體和 RE 化合物的穩定性，提高耐熱性，可在 250-300℃下長期工作。●為防止鎂合金熔煉燃燒和氧化主要采取哪些措施? 1）用熔劑熔煉；2）無熔劑熔煉；3）硫磺保護劑或SF6與N2或干燥空氣混合氣體保護熔煉。●鎂合金鑄件生產時如何確保生產安全?

1)加料前爐料必須預熱，至少達到150℃以上，以防止帶入水分，發生事故；2)熔煉工具使用前必須充分預熱干燥，使用后應放置在密閉空氣中，或放入專用熔劑爐中，以防殘留金屬燃燒；3)應定期檢查熱電偶，以有效控制熔體溫度，以防過熱，產生燃燒危險；4)熔煉作業時，操作人員須穿戴作業衣、安全帽、安全鞋、安全眼鏡等。●常用鑄造鋅合金有哪幾類?其應用范圍如何?

鑄造鋅合金的分類：第一類為Zn-4%Al合金，主要用于熱室壓鑄機中鑄造；第二類是含Al量為8%、12%和27%的合金，它也能重力鑄造（金屬型、砂型）。

●何謂鋅合金“老化”現象？產生的原因？如何防止？ 答：鋅合金的老化現象：因合金中雜質元素 Pb、Cd、Sn 超過標準，集中于晶界，促使晶間化學腐蝕，致使鑄件變脆，變形、膨脹，甚至發生開裂。

產生原因：通常認為主要是晶間腐蝕引起的：當合金成分中雜質元素鉛、鎘、錫超過標準時，鉛、鎘、錫在鋅合金中溶解度很小，因而集中于晶粒邊界成為陰極，富鋁的固溶體成為陽極，在水蒸氣（電解質）存在的條件下，促使晶間電化學腐蝕。壓鑄件常因晶間腐蝕而老化。

防止措施：1）避免使用熔煉銅（Cu）合金的坩堝，減少Pb、Sn、Cd夾雜物；2）避免在高溫或低溫（0℃以下）的工作環境下使用；3）添加微量的Mg，固溶于α、β相，提高強度，降低共析轉變溫度，抑制α分解，可防止“老化”。

●簡述鑄造軸承合金的分類和特點及其應用。主要是錫基、鉛基、銅基和鋁基四大類。

錫基軸承合金：主要為Sn-Sb合金，再添加適量Cu(克服密度偏析)，組織為軟基體上均勻分布著硬質點。它具有較高的減摩性能和很好的表面性能（順應性、嵌入性）和耐腐蝕，但力學性能較低，適用于汽車、拖拉機等高速軸承。鉛基軸承合金：Pb-Sb-Sn合金，添加價格較低的Sb替代部分Sn，其組織與錫基軸承合金類似，也具有較好的塑性、較低的強度。適應于高速、低載荷或靜載下工作的中載荷機械設備。銅基軸承合金：

ZCuSn5Pb5Zn5 ZCuSn10PbZCuPb30等），其組織是在較硬的Cu基體上分布著相對較軟的質點相，具有較高的強度、耐磨性和耐蝕性。不同的牌號可分別適用于中載、中速或高速工況下的汽車、機床等用的軸承。鋁基軸承合金：合金密度小，承載能力和疲勞強度高、導熱性好并有優良的耐磨性和耐蝕性。適用于高速、高載荷下工作的軸承。●分析錫及鉛基軸承合金的組織特征及其對性能的影響。答：錫基軸承合金其組織特征是在軟的α固溶體基體上分布著具有硬脆性能的β相，因而具有相對應的力學性能特點，即較好的塑性較低的強度。鉛基軸承合金的組織特征：基體為Pb與固溶體Sn(Sb)的共晶體。其性能與錫基軸承合金類似，也具有較好的塑性、較低的強度。

●巴氏合金熔煉時如何防止合金液過熱？舉例說明。巴氏合金（錫基、鉛基合金）強度低，一般均澆注在鋼殼（鋼背）上。為防止合金液過熱并使成分均勻，宜用預制合金錠重熔，并升溫到規定的溫度后澆注軸瓦。舉例見書

性能較差，易產生熱裂，常用于制造較高溫度下（<300℃)工作的高強度的零件，如內燃機氣缸頭、增壓器導風葉輪等。Al-Mg（≥５%Mg）該系合金具有優異的耐蝕性、強度高、密度小、切削及拋光性能也較好；但其鑄造性能差，合金液易氧化，熔煉和鑄造工藝較復雜。主要用于制造在大氣和海水中工作的耐腐蝕性高且承受一定沖擊載荷、形狀較簡單的零件，如船舶配件和機械殼體等。Al-Zn合金系（Zn5-13%）該系合金是研究應用最早的鑄造鋁合金，其主要特點是價格較低，制備工藝簡單，不需要熱處理就能得到較高的強度；但密度大，耐蝕性能和鑄造性能較差，高溫性能低。主要用于制造壓鑄儀表殼體類零件、模具和模板等。

●以ZL102合金為例，分析其組織形態在變質處理前后的變化。

答:（基本成分Si10-13%）；變質處理：鈉鹽變質—二元變質劑。鋁硅合金室溫下組織為α（Al）和β（Si）兩相組成。未變質時，Al-Si合金中的相呈針片狀或粗大塊狀導致鋁合金力學性能不高。變質后共晶組織為：共晶體（α+β）。

●試分析亞共晶和過共晶Al-Si 合金變質劑及其處理特點。

答:亞共晶Al-Si合金常采用鈉變質劑。特點：1）變質效果穩定；2）變質效果保持時間短，變質劑易吸潮，腐蝕鐵質坩堝。鍶變質劑屬于長效變質劑。

過共晶Al-Si合金的變質處理：1）采用磷變質劑，在熔體中磷與鋁化合形成難熔的AlP小顆粒，其晶體結構與硅相似，可作為初生硅晶體的異質晶粒；2）變質工藝有三類—磷銅中間合金、含赤磷的鹽類混合物和不含赤磷的鹽類復合變質劑；3）影響其變質效果的有關因素。●為什么鑄造鋁合金鑄件容易產生氣（針）孔缺陷？如何防止此種缺陷的產生？

答:1）在鋁液凝固冷卻過程中，氫原子、氫分子和化合物態氫元素分別以不同形式析出；氣泡從鋁液中上浮析出時，其中一部分未能上浮至液面逸出，則留在鋁液內使鑄件產生氣孔。2）防止措施：防止水分進入熔爐（最大限度地清除爐料、熔劑、工具和熔爐等所附著的水分），防止合金熔煉時吸氫和氧化；排除已進入鋁液中的氫氣和氧化夾雜物；加大凝固時的壓力或采用快速凝固的方法。

●鋁合金氧化夾雜物的來源是什么？常用的精煉措施有哪些？ 答:1）鋁合金液的氧化：熔煉時，鋁液與爐氣中諸成分（O2、CO2、CO、H2O）接觸時均產生氧化反應，反應產物Al2O3化學穩定性極高，是鋁鑄件中的主要氧化夾雜物。2）鋁液中的夾雜物：在澆注前已在鋁液中形成的氧化夾雜物稱為一次氧化夾雜，它在鑄件中分布無規律；在澆注或轉包過程中形成的氧化夾雜物成為二次氧化夾渣，大多分布在鑄件壁的轉角處或最后凝固的部位。3）常用的精煉措施有：吸附精煉與非吸附精煉。吸附精煉：（1）浮游法（通N2、Ar、Cl2、氯鹽、無毒精煉劑）；（2）溶劑法（覆蓋劑、精煉用熔劑）；（3）過濾法精煉。非吸浮精煉：真空精煉、振動去氣除渣處理。

●試分析ZL101合金T6熱處理的工藝及其目的。

工藝：固溶處理加人工時效。固溶處理：加熱溫度535±5℃，保溫時間2-6h，冷卻介質及溫度：水60-100℃；人工時效：加熱溫度200±5℃，保溫時間3-5h，冷卻介質：空氣。目的是提高鑄件的力學性能、消除鑄造應力、增強耐蝕性能、改善加工性能和獲得尺寸穩定性。

●試分析亞共晶Al-Si合金中常用的細化劑種類及細化處理工藝要點。

1）常用中間合金形式加入（Al-Ti、Al-B、Al-Ti-B等）使其產生大量的TiAl3、AlB2、TiB2等微粒，它們熔點較高，且晶格數與α（Al）固溶體的很相近，可作為異質核心抑制樹枝狀初生α（Al）晶粒的長大；2）鹽類形式加入（含有很強晶粒細化作用的Ti、B、Zr等元素的氟鈦酸鉀、氟硼酸鉀、氟鋯酸鉀等鹽類物質）加入鋁液發生反應，生成TiAl3、AlB2、TiB2、TiC、B4C、ZnAl3等微粒起晶粒細化作用。

●提高Al-Si系合金力學性能的途徑有哪些，試舉例說明 答:鋁合金熔體的凈化是獲得優質鑄件的前提。

●錫青銅和鉛青銅鑄造性能的特點有何不同？為什么？ 錫青銅熔煉工藝較簡單，主要元素錫不易氧化和蒸發；線收縮率小，鑄造內應力、冷裂傾向小，適用于形狀復雜鑄件或藝術品鑄造。鋁青銅由于L1、L2與α相共存的溫度范圍寬，α相與液相之間的密度相差較大，α相與Pb相的密度差也大，因而凝固時易產生比重偏析。此外，熔煉時由于Pb的氧化，會產生氧化夾雜。

●鑄造黃銅與鑄造青銅相比主要區別有哪些？ 鑄造黃銅與鑄造青銅相比主要區別在于：黃銅以鋅為主要合金元素；而青銅是不以鋅為主要合金元素。黃銅結晶范圍小，鑄造性能好，鋅的沸點低，有自發的除氣作用，合金成本較低，力學性能比錫青銅高，應用廣泛。●鑄造錫青銅鑄件為什么有時會出現“緩冷脆性”？如何防止？

錫青銅的結晶溫度范圍很寬，呈糊狀凝固，枝晶發達，凝固速度較慢時，易形成縮松，有時出現“緩冷脆性”。防止措施：加快冷卻速度。

●何謂鋅當量系數？鋅當量？它有什么用途？

鋅的密度7.133g/cm3，熔點420℃，沸點911℃，具有閃鋅晶格，無同素異構體，純鋅的強度、塑性都較差。本281頁錫基軸承合金熔煉工藝三和282頁鉛基軸承合金熔煉工藝二。

火焰反射爐熔煉：高溫火焰經爐頂輻射及火焰直接輻射。電阻反射爐熔煉：爐頂型磚內的電阻產生熱量，輻射傳熱。電渣熔煉：電流通過導電熔渣時使帶電粒子相互碰撞，將電能轉化為熱能，以熔渣電阻產生的熱量將爐料熔化。坩堝式無鐵芯感應爐熔煉：電磁感應和電流熱效應。電磁感應使金屬爐料內產生感應電流，感應電流在爐料中產生熱量，使爐料升溫加熱直至融化。

熔溝式鐵芯感應爐熔煉：與坩堝式基本相同。不同的是用工頻點，熱電效率高。電子束熔煉爐熔煉：為難熔金屬熔鑄提供高真空度和高效熱源。將高速電子束的動能轉變為熱能并用它來加熱熔化爐料。

等離子爐熔煉：直流電加熱非自耗電極或中空陰極以產生電子束，將通過陰極附近的惰性氣體離解，再以高度穩定的等離子弧從槍口噴到陽極爐料上使之熔化。

第二篇：金屬鑄造工藝論文

金屬鑄造工藝論文

摘要：

鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內，經冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。鑄造是常用的制造方法，鑄造是一種古老的制造方法，在我國可以追溯到6000年前。隨著工業技術的發展，鑄大型鑄件的質量直接影響著產品的質量，因此，鑄造在機械制造業中占有重要的地位。由零件的結構特點，提出多種澆注和分型方案，綜合對比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面。制定出詳細的鑄造工藝方案。關鍵字：

鑄造工藝性；鑄造工藝方案；鑄造工藝參數；補縮系統；澆注系統

鑄造工藝種類：

鑄造工藝可分為重力鑄造、壓力鑄造、砂型鑄造、壓鑄、熔模鑄造和消失模鑄造。鑄造方法常用的是砂型鑄造，其次是特種鑄造方法，如：金屬型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造等。各種特種鑄造方法均有其突出的特點和一定的局限性，對鑄件結構也各有各自的特殊要求。

重力鑄造

重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。壓力鑄造

壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）的作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機的金屬型壓力鑄造，簡稱壓鑄。這幾種鑄造工藝是目前有色金屬鑄造中最常用的、也是相對價格最低的。

砂型鑄造

砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應性很廣，小件、大件，簡單件、復雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。木模缺點是易變形、易損壞；除單件生產的砂型鑄件外，可以使用尺寸精度較高，并且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產中，價格優勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產效率較低；又因為砂的整體性質軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。

壓鑄

壓鑄是在壓鑄機上進行的金屬型壓力鑄造，是目前生產效率最高的鑄造工藝。壓鑄機分為熱室壓鑄機和冷室壓鑄機兩類。熱室壓鑄機自動化程度高，材料損耗少，生產效率比冷室壓鑄機更高，但受機件耐熱能力的制約，目前還只能用于鋅合金、鎂合金等低熔點材料的鑄件生產。當今廣泛使用的鋁合金壓鑄件，由于熔點較高，只能在冷室壓鑄機上生產。壓鑄的主要特點是金屬液在高壓、高速下充填型腔，并在高壓下成形、凝固，壓鑄件的不足之處是：因為金屬液在高壓、高速下充填型腔的過程中，不可避免地把型腔中的空氣夾裹在鑄件內部，形成皮下氣孔，所以鋁合金壓鑄件不宜熱處理，鋅合金壓鑄件不宜表面噴塑（但可噴漆）。否則，鑄件內部氣孔在作上述處理加熱時，將遇熱膨脹而致使鑄件變形或鼓泡。此外，壓鑄件的機械切削加工余量也應取得小一些，一般在0.5mm左右，既可減輕鑄件重量、減少切削加工量以降低成本，又可避免穿透表面致密層，露出皮下氣孔，造成工件報廢。

熔模鑄造

所謂熔模鑄造工藝，簡單說就是用易熔材料（例如蠟料或塑料）制成可熔性模型（簡稱熔模或模型），在其上涂覆若干層特制的耐火涂料，經過干燥和硬化形成一個整體型殼后，再用蒸汽或熱水從型殼中熔掉模型，然后把型殼置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后將鑄型放入焙燒爐中經過高溫焙燒（如采用高強度型殼時，可不必造型而將脫模后的型殼直接焙燒），鑄型或型殼經焙燒后，于其中澆注熔融金屬而得到鑄件。

失蠟法鑄造現稱熔模精密鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業中的一項優異的工藝技術，其應用非常廣泛。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質量比其它鑄造方法要高，甚至其它鑄造方法難于鑄得的復雜、耐高溫、不易于加工的鑄件，均可采用熔模精密鑄造鑄得。

消失模鑄造

消失模鑄造技術（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結構和尺寸完全一樣的實型模具，經浸涂耐火粘結涂料，烘干后進行干砂造型，振動緊實，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術，它不需要合箱取模，使用無粘結劑的干砂造型，減少了污染，被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的工藝技術。

鑄造生產的工藝流程：

鑄造主要工藝過程包括：金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理等。鑄造用的主要材料是鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金(銅、鋁、鋅、鉛等)等。

鑄造生產是一個復雜的多工序組合的工藝過程，它包括以下主要工序：

1）生產工藝準備，根據要生產的零件圖、生產批量和交貨期限，制定生產工藝方案和工藝文件，繪制鑄造工藝圖；

2）生產準備，包括準備熔化用材料、造型制芯用材料和模樣、芯盒、砂箱等工藝裝備； 3）造型與制芯； 4）熔化與澆注；

5）落砂清理與鑄件檢驗等主要工序。成形原理

鑄造生產是將金屬加熱熔化，使其具有流動性，然后澆入到具有一定形狀的鑄型型腔中，在重力或外力（壓力、離心力、電磁力等）的作用下充滿型腔，冷卻并凝固成鑄件（或零件）的一種金屬成形方法。鑄件一般作為毛坯經切削加工成為零件。也有許多鑄件無需切削加工就能滿足零件的設計精度和表面粗糙度要求直接作為零件使用。型砂的性能及組成：

1、型砂的性能

型砂（含芯砂）的主要性能要求有強度、透氣性、耐火度、退讓性、流動性、緊實率和潰散性等。

2、型砂的組成型砂由原砂、粘接劑和附加物組成。鑄造用原砂要求含泥量少、顆粒均勻、形狀為圓形和多角形的海砂、河砂或山砂等。鑄造用粘接劑有粘土（普通粘土和膨潤土）、水玻璃砂、樹脂、合脂油和植物油等，分別稱為粘土砂，水玻璃砂、樹脂砂、合脂油砂和植物油砂等。為了進一步提高型（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、鋸末、紙漿等。工藝特點鑄造是生產零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料（各種鑄鐵件、有色合金鑄件等）的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。與其它加工方法相比，鑄造工藝具有以下特點： 1）鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制。鑄件材料可以是各種鑄

鐵、鑄鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鋅合金和各種特殊合金材料；鑄件可以小至幾克，大到百噸；鑄件壁厚可以從0．5毫米到1米左右；鑄件長度可以從幾毫米到十幾米。

2）鑄造可以生產各種形狀復雜的毛坯，特別適用于生產具有復雜內腔的零件毛坯，如各種箱體、缸體、葉片、葉輪等。

3）鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節約金屬材料，又省切削加工工時。

4）鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低。

5）鑄造工藝靈活，生產率高，既可以手工生產，也可以機械化生產。鑄件的手工造型手工造型的主要方法砂型鑄造分為手工造型（制芯）和機器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；機器造型是指主要的造型工作，包括填砂、緊實、起模、合箱等由造型機完成。泊頭鑄造工量具友介紹手工造型的主要方法：手工造型因其操作靈活、適應性強，工裝備簡單，無需造型設備等特點，被廣泛應用于單件小批量生產。但手工造型生產率低，勞動強度較大。手工造型的方法很多，常用的有以下幾種：

1．整模造型對于形狀簡單，端部為平面且又是最大截面的鑄件應采用整模造型。整模造型操作簡便，造型時整個模樣全部置于一個砂箱內，不會出現錯箱缺陷。整模造型適用于形狀簡單、最大截面在端部的鑄件，如齒輪坯、軸承座、罩、殼等。2.分模造型當鑄件的最大截面不在鑄件的端部時，為了便于造型和起模，模樣要分成兩半或幾部分，這種造型稱為分模造型。當鑄件的最大截面在鑄件的中間時，應采用兩箱分模造型，模樣從最大截面處分為兩半部分（用銷釘定位）。造型時模樣分別置于上、下砂箱中，分模面（模樣與模樣間的接合面）與分型面（砂型與砂型間的接合面）位置相重合。兩箱分模造型廣泛用于形狀比較復雜的鑄件生產，如水管、軸套、閥體等有孔鑄件。鑄件形狀為兩端截面大、中間截面小，如帶輪、槽輪、車床四方刀架等，為保證順利起模，應采用三箱分模造型。此時分模面應選在模樣的最小截面處，而分型面仍選在鑄件兩端的最大截面處，由于三箱造型有兩個分型面，降低了鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產。鑄件高度方向的尺寸精度，增加了分型面處飛邊毛刺的清整工作量，操作較復雜，生產率較低，不適用于機器造型，因此，三箱造型僅用于形狀復雜、不能用兩箱造型的鑄件生產。3．活塊模造型

鑄件上妨礙起模的部分（如凸臺、筋條等）做成活塊，用銷子或燕尾結構使活塊與模樣主體形成可拆連接。起模時先取出模樣主體，活塊模仍留在鑄型中，起模后再從側面取出活塊的造型方法稱為活塊模造型。活塊模造型主要用于帶有突出部分而妨礙起模的鑄件、單件小批量、手工造型的場合。如果這類鑄件批量大，需要機器造型時，可以用砂芯形成妨礙起模的那部分輪廓。4．挖砂造型

當鑄件的外部輪廓為曲面（如手輪等）其最大截面不在端部，且模樣又不宜分成兩半時，應將模樣做成整體，造型時挖掉妨礙取出模樣的那部分型砂，這種造型方法稱為挖砂造型。挖砂造型的分型面為曲面，造型時為了保證順利起模，必須把砂挖到模樣最大截面處。由于是手工挖砂，操作技術要求高，生產效率低，只適用于單件、小批量生產。鑄造鑄件金屬液的澆注生產中，澆注時應遵循高溫出爐，低溫澆注的原則。因為提高金屬液的出爐溫度有利于夾雜物的徹底熔化、熔渣上浮，便于清渣和除氣，減少鑄件的夾渣和氣孔缺陷；采用較低的澆注溫度，則有利于降低金屬液中的氣體溶解度、液態收縮量和高溫金屬液對型腔表面的烘烤避免產生氣孔、粘砂和縮孔等缺陷。因此，在保證充滿鑄型型腔的前提下，盡量采用較低的澆注溫度。把金屬液從澆包注入鑄型的操作過程稱為澆注。澆注操作不當會引起澆不足、冷隔、氣孔、縮孔和夾渣等鑄造缺陷，和造成人身傷害。為確保鑄件質量、提高生產率以及做到安全生產，澆注時應嚴格遵守下列操作要領：

（1）澆包、澆注工具、爐前處理用的孕育劑、球化劑等使用前必須充分烘干，烘干后才能使用。

（2）澆注人員必須按要求穿好工作服，并配戴防護眼鏡，工作場地應通暢無阻。澆包內的金屬液不宜過滿，以免在輸送和澆注時溢出傷人。

（3）正確選擇澆注速度，即開始時應緩慢澆注，便于對準澆口，減少熔融金屬對砂型的沖擊和利于氣體排出；隨后快速澆注，以防止冷隔；快要澆滿前又應緩慢澆注，即遵循慢、快、慢的原則。（4）對于液態收縮和凝固收縮比較大的鑄件，如中、大型鑄鋼件，澆注后要及時從澆口或冒口補澆。

（5）澆注時應及時將鑄型中冒出的氣體點燃順氣，以免由于鑄型憋氣而產生氣孔，以及由于氣體的不完全燃燒而損害人體健康和污染空氣。鑄造的坩堝爐熔化常用的鑄造有色金屬有鑄造鋁合金、鑄造銅合金、鑄造鎂合金和鑄造鋅合金等。有色金屬的熔點低，其常用的熔化用爐有坩堝爐和反射爐兩類，用電、油、煤氣或焦碳等作為燃料。中、小工廠普遍采用坩堝爐熔化，如電阻坩堝爐、焦碳坩堝爐等，生產大型鑄件時一般使用反射爐熔化，如重油反射爐、煤氣反射爐等。

第三篇：鑄造總結

1.鑄造生產的特點是什么？舉出1～2個生產生活用品的零件是鑄造生產的，并進行分析。答：鑄造生產的特點有：（1）、能夠生產形狀復雜的毛坯，特別是內腔復雜的毛坯。（2）、適應性廣，可生產小至幾克，大至幾百噸的各種金屬及其合金的鑄件。（3）、節省金屬材料和機械加工的工作量。（4）、生產成本低。（5）、鑄造工序復雜，容易產生鑄造缺陷，鑄件廢品率高，力學性能低于鍛件，勞動條件差。

我們炒菜用的鑄鐵鍋，機床床身，汽車發動機機體等都是鑄造生產的。鑄鐵鍋質量輕，形狀簡單；機床床身質量重，復雜程度中等；汽車發動機機體形狀復雜，質量屬中小鑄件。

2.簡述砂型鑄造的生產過程。

答：砂型鑄造的生產過程如下： 烘干→篩分→混砂→松砂→停放→填砂→緊實→扎氣眼→起模→制作澆冒口系統→下芯→合箱→金屬熔煉→澆注→出箱→拋丸→清理打磨→檢驗→入庫。

3.型砂、芯砂應具有哪些性能？若鑄件表面比較粗糙，且帶有難于清除的砂粒，試分析與型芯砂的哪些因素有關？

答：型砂、芯砂應具有的性能：（1）、強度；保證鑄型受外力不至被破壞。（2）、透氣性；澆注時允許氣體通過而逸出。（3）、可塑性；緊實時易成形且獲得清晰的輪廓。（4）、耐火性：在高溫液態金屬的作用下不軟化，不熔化，不與金屬燒結。（5）、退讓性；鑄件凝固收縮時，型芯砂不阻礙鑄件收縮。

若鑄件表面比較粗糙，且帶有難于清除的砂粒，是型芯砂的粒度大，耐火度低所至。

4.為什么對芯砂的要求高于型砂？有那些粘結劑可配制芯砂？ 答：由于型芯在澆注時，大部分被高溫液態金屬包圍，散熱條件差，受熱強度大，故需要更高的性能。

5、模樣的形狀、尺寸與鑄件是否一樣？為什么？制造模樣時，在零件圖上加了那些工藝參數？

答：模樣的形狀與鑄件一樣，尺寸有所加大，因為金屬在冷卻、凝固還有收縮；制造模樣時在零件圖上加了：收縮量、加工余量、拔模斜度、補鐵、芯頭、活塊、工藝補正量、反變形量、防變形拉筋等。

6、手工造型方法有哪幾種？選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）、活塊造型；（5）、刮板造型（6）、組芯造型；（7）、地坑造型。

選用的主要依具是：鑄件的形狀、結構和大小；鑄件的質量和使用要求；生產批量的多少；工人技術水平的高低；生產企業的工裝情況。

7.什么是砂型鑄造的手工造型和機器造型，各有什么特點？

（1）手工造型：指全部用手工或手動工具完成的造型工序。手工造型按起模特點分為整模、挖沙、分模、活塊、假箱、三箱等造型方法。

手工造型方法比較靈活，適應性較強，生產準備時間短，但生產率低、勞動強度

大，鑄件質量較差。因此，手工造型多用于單件小批量生產。

（2）機器造型：指用機器完成全部或至少完成緊砂和起模操作的造型工序。機器造型可大大提高生產率和鑄件尺寸精度，降低表面粗糙度，減少加工余量，并改善工人的勞動條件，目前正日益廣泛地應用于大批量生產中。

7、機器造型的實質是什么？緊砂與起模有那些方式？

答: 機器造型的實質是用機器代替了手工緊砂和起模。緊砂方式有:壓實式；震擊式；震壓式；射壓式；拋砂式。起模方式有：頂箱起模；回程起模。

8、澆注系統由哪幾部分組成？其主要作用是什么？ 答：澆注系統由澆口杯、直澆道、橫澆道、內澆道組成。其主要作用是導入金屬、擋渣、補縮、調節鑄件的冷卻順序。

9、冒口的作用是什么？其設置的原則是什么？ 答：冒口的作用是補縮、排氣、除渣。設置原則是設置在鑄件熱節處。

10、何謂鑄造工藝圖？砂型鑄造工藝圖包括那些內容？

答：鑄造工藝圖就是用規定的工藝符號和文字繪在零件圖樣上，或另繪工藝圖，表示鑄型的分型面，澆注系統，澆注位置，型芯結構尺寸，冒口位置大小，冷鐵等的圖樣。

鑄造工藝圖包括的內容有：分型面；澆注位置；澆注系統，型芯結構尺寸；收縮量，加工余量；拔模斜度；補鐵；冒口位置大小；冷鐵大小位置；排氣孔等。11.如何鑄造一個空心的圓球？答：作一個萬向旋轉的模具，預留一個澆注口，金屬液澆入后，迅速堵住澆注口，使模具作萬向旋轉，待金屬凝固后開模，可得空心圓球。

12.何謂澆注位置？確定鑄件澆注位置的原則是什么？答：澆注時鑄件在鑄型中所處的位置，叫澆注位置。確定澆注位置的原則：（1）鑄件的主要加工面，重要的工作面，應向下，或側面。（2）鑄件的打平面應向下。（3）鑄件薄而大的平面應向下，或者側面。（3）鑄件厚的平面應向上，或者側面，便于設置冒口或冷鐵。

13.何謂分型面？何謂分模面？確定分型面的原則

是什么？答：分型面是為了便于取出模樣，將鑄型作成幾部分，其結合面叫分型面。確定分型面的原則是：（1）盡可能將鑄件全部或大部放入下砂型內。（2）分型面的數目越少越好，且盡可能為平面。

（3）盡量減少型芯與活塊的數量。（4）分型面的選擇應有利用下芯，合箱，型芯便于定位。14.選擇澆注位置？

澆注位置是指澆注時，鑄件在鑄型中所處的位置 鑄件的重要工作面或主要加工面應朝下或呈側立狀態

鑄件上的大平面結構或薄壁結構應朝下或呈側立狀態

選擇澆注位置應有利于補縮，將厚大部位放在上側，并在上面直接安放冒口，防止在鑄件內部產生縮孔.區別下列名詞（術語）的慨念。鑄件與零件；

模樣與型腔；芯頭與芯座；分型面與分模面；起模斜度與結構斜度；澆注位置與澆道位置；型砂與砂型；出氣口與冒口；縮孔與縮松；砂眼與渣眼；氣孔與出氣孔；澆不足用于冷隔。

答：零件是可以直接裝配使用的產品，鑄件是

在零件的基礎上放有加工余量和補鐵的毛坯。

模樣是制造型腔用的模型，型腔是造型后取

出模樣而得到的空腔。

芯頭是模樣上用于型芯定位用的工藝模樣，芯座是造型后取出模樣芯頭后留下的空腔。

分型面是指型腔分成幾部分的結合面，分模

面是指模樣分成幾部分的結合面。

起模斜度是為了便于模樣從砂型中取出而

有意制作的工藝斜度，結構斜度是零件本身所設計需要的斜度。

澆注位置是澆注時鑄件在鑄型中所處的位

置，澆道位置是澆注系統相對與鑄件所處的位置。

型砂是造型用的具有一定性能的砂，砂型是

具有型腔的砂團。

出氣口是為了型腔排氣而扎的排氣孔，冒口

是在鑄型內儲存和補縮鑄件用的在型腔內的空腔。

縮孔是鑄件宏觀的用肉眼可觀察到的孔洞，縮松是用肉眼不容易觀察到的顯微的細小的組織疏松。

砂眼是型砂粒被金屬包圍形成的孔洞，渣眼

是金屬氧化物或熔渣被金屬包圍形成的孔洞。

氣孔是氣體在金屬凝固前來不及從金屬中

逸出，而形成的孔洞，出氣孔是為了排氣，在砂型上扎的孔洞。

澆不足是由于金屬液不夠而沒有充滿型腔，冷隔是由于金屬液溫度太低，流動性差，在壁薄處金屬液沒有充滿就已經凝固的現象。

16.合金的鑄造性能有哪些？其影響因素是什么？

答:合金的流動性；合金的收縮；成分偏析。其影響因素有：（1）合金的化學成分；（2）合金的澆注溫度；（3）鑄型結構特征；（4）各合金元素的比重。

17.為什么鑄鐵的收縮比鑄鋼小？鑄鐵與鑄鋼的收縮都分三個階段嗎？為什么？答：（1）因為鑄鐵的熔點比鑄鋼低，鑄鐵的澆注溫度比鑄鋼低；（2）鑄鐵中的碳可以直接以石墨形態析出，石墨化過程體積略有彭脹，抵消了部分收縮。鑄鐵與鑄鋼的收縮都分為三個階段，因為他們都有液態收縮，凝固收縮，固態收縮。18.何謂鑄造應力？產生的主要原因是什么？答：鑄造應力是鑄件在凝固收縮時，受到阻礙而引起的應力，主要包括熱應力和機械應力。產生的主要原因是：（1）鑄件在凝固、收縮時，受到鑄型、型芯的機械阻礙產生機械應力。（2）由于鑄件壁厚厚薄不均，冷卻速度不一致，產生熱應力。這兩方面的因素是產生應力的主要原因。

26.鑄件有那些常見缺陷？產生的主要原因是什么？答：氣孔，縮孔，裂紋，冷隔，夾砂，粘砂，錯型，錯芯，渣眼，砂眼。

31.下列鑄件大批量生產時，宜采用何種鑄造方法？

車床床身，電子打火煤氣爐噴頭，煤氣罐安全閥，縫紉機機頭，污水管，氣缸套，名人紀念銅像。

答：車床床身——砂型鑄造。電子打火煤氣爐噴頭

——熔模鑄造。煤氣罐安全閥——壓鑄。縫紉機機頭——砂型鑄造。

污水管，氣缸套——離心鑄造。名人紀念銅像——

砂型鑄造。鋁活塞-金屬型鑄造。氣缸套-離心。汽車喇叭-壓力。汽輪機葉片-熔模。大模數齒輪滾刀-熔模。帶輪及飛輪-砂型和離心。大口徑鑄鐵管-離心。發動機缸體-鑄鋁用壓力和低壓其他用砂型。

32.什么是合金的充型能力，影響充型能力的因素哪些，如何提高合金的充型能力？ 答：液態金屬流經澆注系統充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力；

1).金屬性質方面的因素—合金成分：純金屬，共晶成分及化合物是在固定的溫度下凝固的；結晶潛熱：在金屬溫度較低時，結晶潛熱對充型能力起決定性作用，在純金屬和共晶成分合金在固定溫度下凝固嗎，結晶潛熱的作用能夠集中發揮對于結晶溫度范圍較寬的合金對流動性的影響不大；液態金屬的比熱容和導熱系數：合金液的比熱、密度越大，導熱系數越小, 充型能力越好；液態金屬的粘度和表面張力：黏度越高，流動性越差。

2).鑄件結構方面的因素—鑄件的壁越薄、結構形狀越復雜，液態合金的充型能力越差。應采取適當提高澆注溫度、預熱鑄型等措施來改善其充型能力

3).澆注條件方面的因素—澆注溫度越高、充型壓力越大（充型壓頭越大、直澆道越長），則液態金屬的充型能力越好；

4).鑄型性質方面的因素—鑄型的型腔越寬、鑄型的溫度越高（預熱）、導熱能力越差并且鑄型中的氣體含量越少（即透氣性越高），充型能力越好。

提高充型能力的措施：1）鑄型性質方面：利用涂料增加鑄型的熱阻，提高鑄型的排氣能力，減小鑄型在金屬充填期間的發氣速度，有利于提高充型能力。2）澆注條件方面：適當提高澆注溫度提高充型壓頭，簡化澆注系統有利于提高充型能力。33.鑄件的凝固方式是按凝固區域寬度大小來分的：

逐層凝固（性能最好）中間凝固 糊狀凝固純金屬和共晶成分的合金易按（逐層凝固）方式凝固。

34.控制鑄件凝固的工藝原則：

順序凝固原則—遠離冒口部分→靠近冒口部分→冒口本身的次序凝固。

同時凝固原則—采取工藝措施保證鑄件結構上各部分之間沒有溫差或溫差很小，使各部分同時凝固。

35.什么是鑄造？

將液態金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產方法。也就是：液態金屬成形 36..什么叫鑄造性能？

合金在鑄造成形的整個工藝過程中，容易獲得外形正確、內部健全的鑄件的性能。主要指合金的充型能力和收縮性。

37.為什么對薄壁鑄件和流動性較差的合金，要采用高溫快速澆注？

答：適當提高液態金屬或合金的澆注溫度和澆注速度能改善其流動性，提高充型能力，因為澆注溫度高，澆注速度快，液態金屬或合金在鑄型中保持液態流動的能力強。因此對薄壁鑄件和流動性較差的合金，可適當提高澆注溫度和澆注速度以防止澆不足和冷隔現象。38.鑄造性能對鑄件質量的影響

鑄件中的縮孔與縮松－降低力學性能、氣密性和物理化學性能

鑄造應力－降低零件穩定性 鑄件的裂紋－降低零件使用壽命 鑄件的變形－零件報廢

鑄件的氣孔和非金屬夾雜－成為裂紋源，降低氣密性

39.收縮的三個階段

Ⅰ-液態收縮，Ⅱ-凝固收縮，Ⅲ-固態收縮，Ⅰ+Ⅱ-體收縮，Ⅲ-線收縮，固態收縮往往表現為鑄件外形尺寸的減小。

.體收縮—鑄造合金由液態到常溫的體積改變量。

線收縮—鑄造合金由高溫到常溫的線尺寸改變量。在設計和制造模樣時，線收縮更有意義。其中（液態收縮和凝固收縮）收縮是鑄件產生縮孔和縮松的根本原因，而（固態收縮）收縮是鑄件產生變形、裂紋的根本原因。

40.什么叫縮孔縮松？鑄件中產生縮孔和縮松的主要原因是什么？生產工藝上有哪些預防措施？ 液態金屬在冷卻和凝固過程中，若液態收縮和凝固收縮引起的容積縮減的部分得不到補充，在鑄件最后凝固部位形成的空洞，大的叫縮孔，細小分散的叫縮松。鑄件中產生縮孔和縮松的主要原因是合金的液態收縮和凝固收縮。

在實際生產中，通常采用順序凝固原則，并設法使分散的縮松轉化為集中的縮孔，再使集中的縮孔轉移到冒口中，最后將冒口去除，即可獲得完好鑄件。即通過設置冒口和冷鐵，使鑄件從遠離冒口的地方開始凝固并逐漸向冒口推進，冒口最后凝固。

41.哪類合金易產生縮孔（條件）？ 逐層凝固的合金傾向于產生幾種縮孔，如純金屬和共晶成分合金。

哪類合金易產生縮松（條件）？ 糊狀凝固的合金傾向于產生縮松，如結晶溫度范圍寬的合金

43.什么叫熱應力？

由于鑄件壁厚不均或各部分冷卻速度不同，使鑄件各部分的收縮不同步而引起的應力。它在鑄件落砂后仍然存在于鑄件內部，是一種殘留應力。鑄造熱應力最終的結論是薄壁或表層受拉 機械阻礙應力

機械應力是因鑄件的收縮受到鑄型或型芯等的機械阻礙而形成的應力。這種應力是暫時的，鑄件落砂后或機械阻礙消失后會自行消失。44.鑄件產生鑄造內應力的主要原因是什么？ 怎么減小、消除鑄造應力？

鑄件產生鑄造內應力的主要原因是合金的固態收縮受阻。

為了減小鑄造內應力，在鑄造工藝上可采取同時凝固原則。所謂同時凝固原則，就是采取工藝措施保證鑄件結構上各部分之間沒有溫差或溫差盡量小，使各部分同時凝固。此外，還可以采取去應力退火或自然時效等方法，將殘余應力消除。

45.手工造型特點？

設備簡單，適應性強，生產準備時間短，成本低，在成批和大量生產中采用機械造型

機器造型(芯)特點？

◎緊實度均勻◎生產率高◎噪聲較大 ◎結構較復雜

46合金流動性不好時容易產生哪些鑄造缺陷？影響合金流動性的因素有哪些？設計鑄件時，如何考慮保證合金的流動性?

合金的流動性是指液態合金本身的流動能力。合金流動性不好時，容易出現冷隔、澆不足、氣孔、夾渣及縮孔等鑄造缺陷。

影響合金流動性的主要因素有：合金的成分、溫度、物理性質、難熔質點和氣體等。

設計鑄件時，應從以下幾個方面考慮保證合金的流動性:

(1)從合金流動性的角度考慮，在鑄造生產中，應盡量選擇共晶成分、近共晶成分或凝固溫度范圍小的合金作為鑄造合金。

(2)液態合金的比熱容和密度越大、導熱系數越小、粘度越小，合金的流動性越好。

(3)液態合金的澆注溫度必須合理。

提高合金的流動性生產中常采用提高澆注溫度，過高產生粘砂嚴重。

47.合金流動性對鑄件質量的影響？

48.什么是鑄造合金的收縮性？有哪些因素影響鑄件的收縮性？

合金在從液態冷卻至室溫的過程中，其體積或尺寸縮小的現象稱為收縮。從澆注溫度冷卻到室溫分為液態收縮、凝固收縮和固態收縮三個收縮階段。

鑄件收縮的大小主要取決于合金成分、澆注溫度、鑄件結構和鑄型。

49根據確定鑄件澆注位置的一般原則，指出下列每一組圖形中的哪一個是合理的，并說明其理由。

答：圖1： a)不合理 b)合理

鑄件的重要加工面、工作面、受力面應盡量放在底部或側部，以防止這些面產生鑄造缺陷。圖示的齒輪輪齒是加工面和使用面，應將其朝下。

圖2： a)不合理 b)合理

澆注位置應有利于所確立的順序凝固，對于體收縮較大的合金，澆注位置應盡量滿足定向凝固的原則，鑄件厚實部分應在澆注位置上方，以利于冒口補縮。圖3：a)不合理 b)合理

澆注位置應有利于砂芯的定位支撐，使排氣順暢，盡量避免吊芯、懸臂砂芯。

50.什么是鑄件的冷裂紋和熱裂紋？防止裂紋的主要措施有哪些？

如果鑄造內應力超過合金的強度極限時，鑄件便會產生裂紋。裂紋分為熱裂和冷裂兩種。

（1）熱裂：熱裂是在凝固后期高溫下形成的，主要是由于收縮受到機械阻礙作用而產生的。它具有裂紋短、形狀曲折、縫隙寬、斷面有嚴重氧化、無金屬光澤、裂紋沿晶界產生和發展等特征，在鑄鋼和鋁合金鑄件中常見。

防止熱裂的主要措施是：除了使鑄件的結構合理外，還應合理選用型砂或芯砂的黏結劑，以改善其退讓性；大的型芯可采用中空結構或內部填以焦炭；嚴格限制鑄鋼和鑄鐵中硫的含量；選用收縮率小的合金。

（2）冷裂：冷裂是在較低溫度下形成的，常出現在鑄件受拉伸部位，特別是有應力集中的地方。其裂縫細小，呈連續直線狀，縫內干凈，有時呈輕微氧化色。壁厚差別大，形狀復雜或大而薄的鑄件易產生冷裂。因此，凡是能減少鑄造內應力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。同時在鑄鋼和鑄鐵中要嚴格控制合金中的磷含量。

第四篇：(金屬學與熱處理)工程材料學總結

《工程材料學》總結

第一部分：晶體結構與塑性變形 一、三種典型的金屬晶體結構

1．bcc、fcc、hcp的晶胞結構、內含原子數，致密度、配位數。Bcc：體心立方，內包含2個原子，致密度為0.68，配位數為8 Fcc：面心立方，4個原子，致密度0.74，配位數12 Hcp：密排六方，6個原子，致密度0.74，配位數12 2．立方晶系的晶向指數[uvw]、晶面指數(hkl)的求法和畫法。

3．晶向族〈?〉/晶面族{?}的意義（原子排列規律相同但方向不同的一組晶向/晶面，指數的數字相同而符號、順序不同），會寫出每一晶向族/晶面族包括的全部晶向/晶面。4．bcc、fcc晶體的密排面和密排方向。

密排面 密排方向

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

二、晶體缺陷

1．點缺陷、線缺陷、面缺陷包括那些具體的晶體缺陷。

點缺陷：特征“三個方向尺寸都很小”空位，間隙原子，置換原子 線缺陷：特征“兩個方向上的尺寸很小”位錯：刃型位錯，螺型位錯

面缺陷：特征“在一個方向上尺寸很小”外表面，內界面：晶界，亞晶界，孿晶界，堆垛層錯和相界 2．刃型位錯的晶體模型。

三、塑性變形與再結晶

1．滑移的本質：滑移是通過位錯運動進行的。2．滑移系 =滑移面 + 其上的一個滑移方向。滑移面與滑移方向就是晶體的密排面和密排方向。

3．強化金屬的原理及主要途徑：阻礙位錯運動，使滑移進行困難，提高了金屬強度。

主要途徑是細晶強化（晶界阻礙）、固溶強化（溶質原子阻礙）、彌散強化（析出相質點阻礙）、加工硬化（因塑變位錯密度增加產生阻礙）等。

4．冷塑性變形后金屬加熱時組織性能的變化過程：回復→再結晶→晶粒長大。5．冷、熱加工的概念

冷加工：在再結晶溫度以下進行的加工變形，產生纖維組織和加工硬化、內應力。

熱加工：在再結晶溫度以上進行的加工變形，同時進行再結晶，產生等軸晶粒，加工硬化、內應力全消失。6．熱加工應使流線合理分布，提高零件的使用壽命。第二部分：金屬與合金的結晶與相圖

一、純金屬的結晶

1．為什么結晶必須要過冷度？

由熱力學可知，在某種條件下，結晶能否發生，取決于固相的自由度是否低于液相的自由度，即 G =GS-GL<0；只有當溫度低于理論結晶溫度 Tm 時，固態金屬的自由能才低于液態金屬的自由能，液態 金屬才能自發地轉變為固態金屬，因此金屬結晶時一定要有過冷度。

2．結晶是晶核形成和晶核長大的過程。

3．細化鑄態金屬的晶粒有哪些主要方法？（三種方法）控制過冷度，變質處理，振動攪動 二、二元合金的相結構與相圖

1．固溶體和金屬化合物的區別。（以下哪一些是固溶體，哪一些是金屬化合物：α-Fe、γ-Fe、Fe3C、A、F、P、Ld、S、T、B上、B下、M片、M條？）

’2．勻晶相圖

①在兩相區內結晶時兩相的成分、相對量怎樣變化？ ②熟練掌握用杠桿定律計算的步驟：

⑴將所求材料一分為二，⑵注意杠桿的位置和長度，⑶正確列出關系式。3．共晶（析）相圖

①熟悉共晶（析）相圖的基本形式（水平線、一變二）。②會區分共晶（析）體、先共晶（析）相、次生相（二次相）。

③會在相圖中填寫組織組成物（或相組成物），掌握不同合金在室溫時的平衡組織, 會熟練應用杠桿定律計算相組成物和組織組成物的相對量。

三、Fe-Fe3C 相圖（重點）

1.默繪相圖并牢記共晶轉變和共析轉變的溫度與各相成分。包晶轉變：1495攝氏度 共晶轉變：溫度1148攝氏度 共析轉變：727攝氏度

2.掌握各類合金平衡結晶過程與室溫時的平衡組織，會畫符合要求的平衡組織示意圖： ①各組織組成物的形態，②在相圖上標注各組織組成物。3.會用杠桿定律計算相組成物和組織組成物的相對量。第三部分：各類材料與鋼鐵熱處理（重點）

一、各類材料的牌號、熱處理和用途

1． 會根據牌號確定鋼的化學成分（碳及合金元素的含量范圍）。①結構鋼鋼號特征： 前二位數字(萬分比)普通碳素結構鋼（如Q235等）、普通低合金鋼（如Q295等）包括：⑴工程構件用鋼： 含碳量小于0.20%。

熱處理：熱軋空冷后(相當于正火)直接使用 ⑵機器零件用鋼： 按含碳量區分，由低到高是 滲碳鋼(0.100.50%)(碳素鋼：40, 45;合金鋼：40Cr, 35CrMo, 40CrNiMo)、熱處理：調質處理，即淬火＋高溫回火 用途：軸，彈簧鋼(0.500.60%的工具鋼, 如：3Cr2W8V，5CrNiMo 熱處理：淬火＋高溫回火

⑶量具用鋼：C:0.9-1.5%, 碳素工具鋼:T10A, T12A 熱處理：水（油淬）＋低溫回火 低合金工具鋼：9SiCr, GCr15, 熱處理：淬火（油）＋冷處理＋低溫回火

③不銹鋼鋼： Cr含量≥13%, 如：1Cr18Ni9Ti，3Cr13 2．鋼的熱處理工序及應用

①預先熱處理： 完全退火（用于亞共析鋼，用于組織均勻化，Ac3+30 C）

球化退火（用于共析鋼、過共析鋼, Ac1+30 C）

正火（過共析鋼中消除網狀二次碳化物，低碳亞共析鋼中代替完全退火但強度硬度高一些, Ac3(ACcm)+30 C）

②最終熱處理

⑴一般： 低溫回火（用于刃具、冷模具等）

淬火 + 中溫回火（用于彈簧等）

高溫回火（即調質，用于軸類等）

⑵特殊： 構件用鋼：不淬火，在熱軋或正火（空冷）狀態使用；

滲碳鋼：先滲碳，再淬火 + 低溫回火。

3． 鑄鐵、有色金屬材料的分類

①要求掌握鑄鐵的分類并認識牌號（HT、QT、KT等）。②了解鑄鐵中石墨形態（幾種形態？）對鑄鐵性能的影響。③ 要求認識鋁合金、銅合金、鈦合金的類型和強化途徑。4.材料力學性能各指標的符號、名稱。

二、熱處理原理 1． 2． 3． 4． 鋼加熱到臨界點（AC1/AC3/ACm）以上形成奧氏體，應控制加熱溫度和保溫時間以避免晶粒長大。共析鋼的TTT曲線示意圖。

P、S、T、B上、B下、M片、M條的形態。

M的性能：硬度決定于馬氏體內含碳量，韌性決定于馬氏體的粗細及形態。

5．TTT曲線的應用： 冷卻方式 畫冷卻曲線 所得組織 6．回火形成粒狀組織M回、T回、S回（T回、S回與片狀組織T、S無關）。

三、熱處理工藝 1.會確定加熱溫度 ①退火、正火、淬火：

碳鋼：臨界點（AC1/AC3/ACm）+ 30℃；合金鋼原則相同，但溫度較高。②回火： 低溫回火，中溫回火，高溫回火（用于淬火后的熱處理）2.冷卻方式與目的

① 退火—爐冷；②正火—空冷；③淬火—單液淬火，水淬油冷，分級淬火（減小內應力），等溫淬火（獲得B下）3．淬透性與淬硬性的區別

淬透性：鋼淬火獲得M多少的能力，決定于C曲線左右的位置。

淬硬性：鋼淬火獲得M的硬度高低，決定于M內的含碳量。故高碳鋼的淬硬性好而淬透性不好，低碳合金鋼的淬透性好而淬硬性不夠（如20CrMnTi）。

四、要求會定性分析合金元素在鋼中主要作用的原因。①提高淬透性，②固溶強化，③彌散強化，④細化晶粒 ⑥所有合金元素都提高回火穩定性。

五、高速鋼

1．萊氏體鋼的鍛造： 萊氏體鋼內存在不均勻分布的粗大共晶碳化物，嚴重降低鋼的性能，不能用熱處理方法消除，必須進行反復多向的鍛造擊碎之，使之分布均勻，改善組織性能。高速鋼及Cr12型鋼都是萊氏體鋼。2．為獲得高速鋼的紅硬性，其熱處理工藝應當： ① 高溫淬火形成高碳高合金度的馬氏體

高溫加熱（W18Cr4V 1280℃；W6Mo5Cr4V2 1220℃）使大量碳化物溶入奧氏體，形成高碳高合金度的奧氏體，經淬火形成高碳高合金度的馬氏體 + 大量殘余奧氏體 + 未溶碳化物，為二次硬化作準備。② 560℃多次回火時發生二次硬化，原因是：

⑴彌散強化，回火溫度達500℃以上時，從馬氏體內析出大量穩定的特殊合金碳化物，彌散分布，使硬度上升, 至560℃硬度達到峰值。

⑵二次硬化，在回火冷卻時發生A向 M回 轉變，也使硬度上升。多次回火可繼續降低殘余奧氏體量，進一步提高硬度。最終組織：回火馬氏體 + 少量殘余奧氏體 + 碳化物

，六、典型零件的選材、熱處理及工藝路線（綜合應用）

1、選材原則：力學性能；工藝性能；經濟性；（輕型、高壽命）2． 軸類零件: 調質鋼，如：40，40Cr等

熱處理：調質（即淬火 + 高溫回火）。（S回）

彈簧零件：彈簧鋼。如：60Si2Mn 熱處理：淬火 + 中溫回火。(T回)機床齒輪：調質鋼，如： 40，40Cr 熱處理：調質?表面淬火（高頻）+ 低溫回火。

汽車、拖拉機變速箱齒輪：滲碳鋼，如：20Cr或20CrMnTi

熱處理：滲碳 + 淬火 + 低溫回火。

2．一般工藝路線： 鍛（鑄）造成形 → 預先（備）熱處理 → 粗加工 → 最終熱處理 → 精加工

第五篇：金屬學與熱處理總結

名詞解釋：

退火：將鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下溫度，保溫以后隨爐冷卻以獲得近于平衡狀態組織的熱處理工藝。

正火：將鋼加熱到Ac3（或Acm）以上適當溫度，保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。

淬火：將鋼加熱到臨界點Ac3或Ac1以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。

回火：將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉變為穩定的回火組織，并以適當方式冷卻到室溫的工藝過程。表面淬火：將工件快速加熱到淬火溫度，然后快速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。

滲碳：將低碳鋼件放入滲碳介質中，在900-950加熱保溫，使活性原子滲入鋼件表面并獲得高滲碳體的工藝方法。

滲氮：向鋼件表面滲入氮元素，形成富氮硬化層的化學熱處理。

淬透性：鋼材淬火時獲得馬氏體能力的特征。

淬硬性：鋼材淬火時淬成馬氏體可能得到的最高硬度。

回火穩定性：淬火鋼對回火時發生軟化過程的抵抗能力。

回火脆性：鋼在一定溫度范圍內回火時，其沖擊韌度顯著下降，這種脆化現象叫做鋼的回火脆性熱應力：工件在加熱（或冷卻）時，由于不同部位的溫度差異，導致熱脹（或冷縮）的不一致所引起的應力稱為熱應力。

組織應力：由于工件不同部位組織轉變不同時性而引起的內應力。

過冷奧氏體：在臨界溫度以下處于不穩定狀態的奧氏體稱為過冷奧氏體。

退火的目的：均勻鋼的化學成分及組織；細化晶粒；調整硬度，消除內應力和加工硬化，改善鋼的成形及切削加工性能，為淬火做好組織準備。

正火的目的：改善鋼的切削加工性能；消除熱加工缺陷；消除過共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火；提高普通結構零件的力學性能。

淬火目的：提高工具、滲碳零件和其它高強度耐磨機器零件等的硬度、強度和耐磨性； 回火目的：減少或消除淬火應力，保持相變的組織轉變，提高鋼的塑形和韌性，獲得硬度強度塑形和韌性的適當結合1.試述奧氏體鋼的形成過程及控制奧氏體晶粒的方法

制定合適的加熱規范，包括控制加熱溫度和保溫時間；碳含量控制在一定范圍內，并在鋼中加入一定阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素；考慮原始組織的影響

2.珠光體、貝氏體、馬氏體的特征、性能特點是什么？

珠光體：片狀珠光體，片間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀珠光體，Fe3C顆粒

越細小，分布越均勻，合金的強度越高。第二相的數量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；貝氏體：上貝氏體為羽毛狀，亞結構為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結構為位錯，位錯密度高于上貝氏體，綜合機械性能好；馬氏體：低碳馬氏體為板條狀，亞結構為位錯，具有良好的綜合機械性能；高碳馬氏體為片狀，亞結構為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。

3.何謂回火脆性，說明回火脆性的類型、特點及其抑制辦法

有些鋼在一定的溫度范圍內回火時，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現象叫做鋼的回火脆性.回火脆性類型分為兩種，即第一回火脆性和第二回火脆性。第一回火脆性又稱低溫回火脆性，幾乎在所有的工業用鋼中都會出現，它與回火后的冷卻速度無關。高溫回火脆性亦稱第二回火脆性，主要在合金結構鋼中出現，碳鋼一般不會出現這種特性，通常在回火保溫后緩冷的情況下出現，若快速冷卻，脆化現象將消失或受到抑制。

方法：對于第一類回火特性，由于其不可逆性，只能避免在淬火溫度內回火，如果必須在該溫度回火，可采用等溫淬火，加Si使低溫回火脆性溫度移向高溫。抑制高溫脆性的方法;1回火后快速冷卻2.降低鋼中雜質元素的含量3.加入適量的Mo、W

4.比較回火索氏體與索氏體的主要異同點。

相同點：都是鐵素體與滲碳體的機械的機械混合物。

不同點：①滲碳體的形態不同，回火索氏體的滲碳體的形態為顆粒狀，索氏體的滲碳體的形態為片狀；②來源不同，回火索氏體是淬火馬氏體分解的到的，索氏體是奧氏體直接分解得到的；③性能特點不同，回火索氏體具有良好的綜合機械性能，索氏體的抗拉強度高；韌性比回火索氏體低。

5.正火、退火工藝選用的原則是什么？

含0．25％C以下的鋼，用正火可以提高鋼的硬度，改善低碳鋼的切削加工性能；在沒有 其它熱處理工序時，用正火可以細化晶粒，提高低碳鋼強度。

對含碳0．25～0．50％的鋼，一般采用正火。

對含碳0．50～0．75％的鋼，一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。含碳0．75%以上的高碳鋼，或工具鋼一般均采用球化退火作預備熱處理。

6.分析碳和合金元素在高速鋼中的作用及高速鋼熱處理工藝的特點

化學成分：高碳的目的是為了和合金元素Cr、W、Mo、V等形成碳化物，并保證得到強硬的馬氏體基體以提高鋼的硬度和耐磨性。W、Mo、V主要是提高鋼的紅硬性、硬度和耐磨性，因為這些元素形成的碳化物硬度高，產生二次硬化效應；Cr主要提高鋼的淬透性。

工藝特點：淬火加熱溫度非常高，回火溫度高，次數多，淬火加熱時采用預熱。

7.用9SiCr剛制成圓板牙，其工藝路線為：鍛造 球化退火、機械加工、淬火、低溫回火、磨平面、開鑿開口。試分析：1球化退火、淬火及回火的目的2大致工藝

球化退火是為了消除鍛造能力、獲得球狀珠光體和碳化物，降低硬度以利于切削加工，并為淬火做好組織準備，減少淬火時的變形和開裂；淬火及回火是為了獲得回火馬氏體，保證熱處理后具有高硬度，高耐磨性。

球化退火工藝：加熱溫度790-810，等溫溫度700-720

淬火工藝：加熱溫度850-870（油淬）

回火工藝：160-180

8.下料→鍛造→正火→機械加工→淬火（淬透）→高溫回火→花鍵高頻表面淬火→低溫回火→半精磨→人工時效→精磨。正火、淬火、高溫回火、人工時效的目的是什么？花鍵高頻表面淬火、低溫回火的目的是什么？表面和心部的組織是什么？

正火處理是為了得到合適的硬度，以便切削加工，同時改善鍛造組織，消除鍛造應力。淬火是為了得到高強度的馬氏體組織，高溫回火是為了得到回火索氏體，淬火＋高溫回火稱為調質，目的是為使主軸得到良好的綜合力學性能。人工時效主要是為了消除粗磨削加工時產生的殘余應力。花鍵部分用高頻淬火后低溫回火是為了得到回火馬氏體，增加耐磨性。表面為回火馬氏體，心部為回火索氏體組織。

9.20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12屬于哪類鋼？含碳量為多少？鋼中合金元素的主要作用是什么？淬火加熱溫度范圍是多少？常采用的熱處理工藝是什么？最終的組織是什么？性能如何？

20CrMnTi為滲碳鋼，含碳量為0.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體，表面為高碳馬氏體（滲碳后），強度、硬度高，耐磨性好；心部低碳馬氏體（淬透）強韌性好。Mn與Cr 提高淬透性，強化基體，Ti阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒。

40CrNiMo為調質鋼，含碳量為0.4%，最終熱處理工藝是淬火加高溫回火，得到回火索氏體，具有良好的綜合機械性能，Cr、Ni提高淬透性，強化基體，Ni提高鋼的韌性，Mo細化晶粒，抑制第二類回火脆性。

60Si2Mn為彈簧鋼，含碳量為0.6%，最終熱處理工藝是淬火加中溫回火，得到回火托氏體（或回火屈氏體），具有很高的彈性極限，Si、Mn提高淬透性，強化基體，Si提高回火穩定性。T12鋼為碳素工具鋼鋼，含碳量為1.2%，最終熱處理工藝是淬火加低溫回火，得到回火馬氏體＋粒狀Fe3C＋殘余奧氏體（γ'），強度硬度高、耐磨性高，塑性、韌性差

10.合金元素Cr、Mn、Ni、強碳化物形成元素在鋼中的主要作用是什么？

Cr在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強化；形成第二相提高強度、硬度；含量超過13%時提高耐腐蝕性；在表面形成致密的氧化膜，提高抗氧化能力。Cr促進第二類回火脆性的發生。

Mn在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強化；形成第二相提高強度、硬度；含量超過13%時形成奧氏體鋼，提高耐磨性；消除硫的有害作用。Mn促進第二類回火脆性的發生，促進奧氏體晶粒的長大。

Ni在鋼中的主要作用有：溶入基體，提高淬透性，固溶強化；擴大奧氏體區，提高鋼的韌性，降低冷脆轉變溫度。

強碳化物形成元素（Ti、Nb、Zr，V）的主要作用有：形成碳化物提高硬度、強度、耐磨性，提高回火穩定性，細化晶粒，防止晶間腐蝕。

11.石墨化的兩個階段

在p’s’k’線以上發生的石墨化稱為第一階段石墨化，包括結晶時共晶石墨、一次石墨、二次石墨的析出和加熱時共晶滲碳體、一次滲碳體、及二次滲碳體的分解；在p’s’k’線以下發生的石墨化稱為第二階段石墨化，包括冷卻時共析石墨的析出和加熱時共析滲碳體的分解。