铸造中合金元素分析

1、铸铁的基本元素有哪些?各自的作用如何—对组织性能的影响?

答：铸铁的基本元素为：碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)五大元素。五大元素对铸铁组织性能的影响：(1)、碳本身就是构成石墨的元素，在铸铁中是促进石墨化元素。但碳量过高，力学性能降低。

(2)、硅是强烈促进石墨化元素，但硅量过高，易使石墨粗大，力学性能降低，若含硅量过低;则易出现麻口或白口组织。

(3)、硫在铸铁中是有害元素，它以FeS的形式完全溶解于铁液中，并能降低碳在铁中的溶解度。此外，硫在铸铁中还能恶化铸铁的铸造性能，当铁液中存在有大量硫化物时，就会降低铁液的流动性，补缩性能差，容易产生裂纹等缺陷。因此，在灰铸铁中一般将含硫量限制在0.1-0.12%以下。

(4)、锰在铸铁中首先表现出抵消硫的一些有害作用上，因此铸铁中含有适量的锰是有益的。通常锰的含量应控制在06-1.2%范围内。

(5)磷能增加铁水的流动性和提高铸铁的耐磨性，即铸铁的硬度随着含磷量的增加而增高，韧性则降低。因此，普通灰铸铁中一般将含磷量限制在0.3%以下。磷对铸铁的石墨化影响不大。

2、铸造碳钢的基本元素有哪些?各自的作用如何?

答：碳钢的基本元素有：碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、磷(P)、硫(S)五大元素。铸造碳钢是熔模铸造生产中应用极为广泛的材料。碳钢的主要元素是碳，其含量为0.12-0.62%。改变含碳量可在很大程度上改变钢的机械性能。此外，钢中含有硅、锰、磷、硫四大元素，硅、锰有脱氧和去硫作用，但且含量变化不大，对性能的影响也不大。磷、硫在钢中均为有害元素，并在不同质量要求的钢中均有一定的限制。磷和硫在钢中含量越少越好。

3、铸造合金钢常用的合金元素有哪些?加入的目的是什么?

答：(1)含碳量越高，钢的硬度越高，耐磨性越好，但塑性及韧性越差。 (2)硫是钢中有害元素，含硫量较多的钢在热压力加工时容易脆裂，这种现象通常称为“热脆”。

(3)磷能提高钢的强度，但使钢的塑性及韧性明显下降，特别在低温时影响更为严重，这种现象通常称为“冷脆”。

(4)锰能提高钢的强度，消除或削弱硫的不利影响，并能提高钢的淬透性。锰还能部分或全部代替镍来生产奥氏体不锈钢。高锰耐磨钢还具有良好的耐磨性。 (5)硅除了能提高钢的强度、弹性外，还能提高屈强比(σs/σb)和疲强比(σ-1/σb),但使塑性和韧性降低。硅能提高钢在加热时的抗氧化性。电工用钢中含硅量较多，目的是改善其电磁性能。

(6)钨可提高钢的硬度、耐磨性、强度，尤其能提高钢的红硬性和回火稳定性。钨还能减轻氢对钢的有害作用。

(7)铬能提高钢的强度、硬度、耐磨性、淬透性。当含铬量在26%以内时，钢的冲击韧性随含铬量的增加而提高。铬还能显著提高钢的抗腐蚀能力。

(8)钒对钢的性能影响主要决定于碳化钒(V4C3)，它使钢的硬度和耐磨性提高。少量的钒还能细化钢的晶粒，有利于机械性能的提高。

(9)钼能提高钢的强度、耐磨性、冲击韧性、淬透性、热强性。但使剩磁和矫顽力增加。

(10)钛能细化钢的晶粒，提高其机械性能和热强性。在不锈钢中，钛能消除或减轻晶间腐蚀现象。

(11)镍能提高钢的强度、韧性和抗疲劳能力。镍与铬配合具有明显的抗腐蚀能力。但镍增加了氢在钢中的溶解度，易产生“白点”缺陷。

(12)钢中含有微量(0.001-0.005%)硼时，其淬透性可以成倍提高，特别是表面渗硼，可明显提高其表面硬度、耐磨性和抗蚀能力。

(13)铝能细化钢的晶粒，固定钢中的氧和氮，提高钢的屈服点(σs)和屈强比(σs/σb)，减轻或消除钢的时效现象，提高钢的冲击韧性。铝还能提高钢的抗氧化性和抗硫化氢的侵蚀。

(14)铜能改善低合金结构钢的抗大气腐蚀性能，特别是与磷配合使用时效果更为显著。

4、熔炼时炉料怎样配制?各种合金元素的添加顺序如何?

答:1) 工艺要求：

炉料及铁合金必须符合要求的化学成分。 炉料应清洁干燥、无锈、无杂物。 不同材质的炉料应分开堆放。 2) 操作程序：

根据合金牌号、技术要求，确定控制化学成分及元素在熔化时烧损，计算炉料各元素量，炉料中各元素的含量应比确定的量高即包括烧损量，各元素含量按下式计算： K=K0/(1-S)

式中：K-炉料中某元素的含量(%) K0-钢液中某元素的控制含量(%) S-某元素的烧损率(%)

附：快速熔炼元素烧损率参考表(%)

元素 碱性炉 C 3－5 Si 10 Mn 10 Cr Ti Al W V －50 Mo 3－5 Ni 0 3－5 40－60 70－80 3－5 根据炉料总重量，计算出各元素应有的重量; 计算出回炉料中各元素的重量; 计算出新料中各元素的重量;

将炉料总重量中各元素的重量减去回炉料、新料中各元素的重量即为各元素的不足量，不足的元素量可用铁合金补充;

将计算结果相加，并核对是否符合配料成分要求。 3) 合金元素的添加顺序:

合金元素烧损率低的先加入;元素烧损率高的后加入。

4) 注意事项：

严格称量，经常检查称量仪器，保证准确无误。 严格控制炉料质量，要求清洁、干燥、无锈、无杂物。 严禁混料。

5、感应电炉炼钢时采用哪些脱氧剂?加入次序如何安排?为什么?

答：常用的脱氧剂有：锰铁、硅铁、硅钙合金和铝块;锰铁、硅铁为弱脱氧剂，加入温度应低点，先加锰铁，后加硅铁，再加入硅钙合金，硅钙合金属于复合脱氧剂;有强化脱氧的效果，一般的碳钢件很少使用。铝是很强的脱氧剂，由于熔点低、烧损大，因此通常在钢水静置后，钢水出炉前加入。原理：先用硅铁脱氧，[Si]+2[O]=SiO2固，生成SiO2，夹杂物熔点高达1720℃，很难清除;只有先用锰铁脱氧，[Mn]+[O]=MnO液，再用硅铁脱氧，相互结合形成MnO·SiO2，而MnO·SiO2夹杂物熔点(1291℃)低、易上浮，很容易清除干净;再用硅钙合金进行扩散脱氧，生成CaO·SiO2，也容易清除干净。 6、熔炼浇铸操作守则。 答：A、熔炼操作工艺 1) 设备检查

检查半导体变频装置的电源，输入电压(表)应正常;检查各冷却水系统应正常，并无渗漏现象;检查炉体倾倒装置应正常;检查炉衬(坩埚)应无横向裂纹，对腐蚀的炉膛部分及炉口进行清理与修补。 2) 炉料准备

(1)按浇注产品的材质牌号要求，对各种回炉材料进行称量(同牌号浇口棒，回炉料，废产品等)

(2) 对废钢材进行称量

(3)对上述称量出的炉料，计算出各种元素的含有量，对照其元素的烧损率，计算出各元素补充量。

(4)根据计算出的补充量，进行各种合金的称量(含脱氧剂硅钙和铝)。 (5)对浇口棒，回炉料，废零件，废钢料应保证其干净，无油漆，严重锈蚀，油污等脏杂物。当存在严重锈蚀油污时，应提前经过烧烤或抛丸等方法将其去除后方可入炉熔炼。

(6)将所有配入的合金(含脱氧剂、造渣剂、浇口覆盖剂)均须保持干燥，必要时应放入焙烧炉中烘烤，以除去水分。 3) 熔炼操作程序

(1) 打开各冷却水阀门。水压不小于0.15Mpa。

(2) 装入炉料。装料的原则：熔点高、难于熔化、不易氧化的装入底部，包括吸收率低的炭精均应装在炉底。底部、中部应加夹小块，装料紧密，使炉料产生磁场密集，熔化快。、上部大块松散，使其自重下落，预防\搭桥\。

(3) 接通电源，按中频半导体变频装置操作规范。调整各功率因素(表)，使熔炼快速进行。

(4) 当炉料熔化时，先进行配制炉料的加入,保留15%-20%的同牌号回炉料等到炉前化验合格的加入。

(5) 当炉料熔化开始出现液面时，应加入适量造渣剂(覆盖剂)，以减少金属液面与空气的接触，减少吸气与氧化。

(6) 当炉料熔化80%左右时，进行除旧渣造新渣。并保持金属液面覆盖。 (7) 当金属液温度升到1550℃左右时，加入锰、硅铁进行予脱氧，包括对锰、硅元素的补充。

(8)取样做炉前分析，炉温进行保温。根据分析结果报告，进行元素含量调整。 当化验成份符合材质要求时，加入保留15%-20%的同牌号回炉料。 (9) 当炉温达到1580-1600℃时，进行精炼，除去旧渣，加入硅钙并造新渣。同时停止送电，使钢水静置1-2min，然后再送电升温。

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