合金熔炼原理与工艺

A356合金熔炼原理

一、铝轮毂采用的合金及化学成分

现代汽车铸造铝合金车轮应用最广的材料是美国材料与试验协会（ASTM）牌号A356合金，相当于中国ZL101A、日本AC4CH、德国AlSi7Mg、法国A-S7G03、俄罗斯Aл9-1。除A356合金外，德国还采用AlSi9Mg、AlSi10Mg、AlSi11Mg，法国还采用A-S11G、A-S12.5 。这些高Si合金都不热处理，它们液态流动性好、补缩能力强、铸造性能好、铸造缺陷少。但机械性能和机加工艺性能不如A356合金。

A356合金又分为A356.2、A356.1、A356.0，其化学成分，分别为下表：

不同时期A356 采购 A356.2 6.5/7.5 0.30/0.45 0.08/0.20 ≤≤≤≤0.12 0.05 0.05 0.05 其他杂质 A356 Si Mg Ti Fe Cu Zn Mn 变质剂 每种 总和 ≤≤0.05 0.15 ≤≤0.05 0.15 Sb=0.1～≤≤≤≤0.20 熔炼 A356.1 6.5/7.5 0.30/0.45 0.08/0.20 0.15 0.10 0.10 0.10 Sr=0.012～0.020 Sb=0.08～成品 A356.0

一、相关知识点

1、灰口铸铁、ZG、有色金属牌号。 2、炉渣氧化性。

3、黑心可锻铸铁是将白口铸件毛坯在中性气氛条件下退火得到的。 4、电石渣下还原生产方法有两种

5、在冲天炉氧化带、还原带内主要发生的化学反应 6、碱性电弧炉脱氧方法主要有

7、电弧炉按照炉料熔化和电极升降的操作情况，一般将熔化过程分为起弧、穿井、电极回升、熔清四个阶段 8、脱氧地区

9、碱性电弧炉炼钢的工艺方法，一般可分为氧化法、不氧化法（又称装入法）及返回吹氧法。 10、碱性电弧炉熔化期的操作原则是： 合理供电 适时吹氧 尽快造渣 取样分析 11、装料呈上松下紧状态，防止棚料；

12、氧化法冶炼操作六个阶段：扒补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期、出钢。其特点是在氧化期，用加矿石或吹氧进行脱磷和脱碳，使熔池沸腾，以降低钢中的气体和杂质，再经过脱氧还原和调整钢液的化学成分及温度，然后出钢。 冲天炉按供风方式分类

侧送风：单排、双排、多排，单风箱、双层风箱 中央送风：风由炉底中央风嘴送入炉内 中央送风加侧送风

炉体是冲天炉的基本组成部分，包括炉身和炉缸两部分。

碳是焦炭中最基本的组成部分，碳燃烧能够放出大量热能，是热量的主要来源。 提高送风中氧的浓度称为富氧送风。

有色合金及其熔炼

时间:2009-12-02 18:32来源:未知 作者:吴光来 点击:

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3. 有色合金及其熔炼 3.1 常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则； 3.1.1 简述Al-Si、Al-Cu、Al-Mg和Al-Zn系铸造合金的主要特点及

3.有色合金及其熔炼

3.1常用铸造有色合金（包括铸造铝合金、铸造镁合金、铸造铜合金、铸造锌合金及铸造轴承合金，下同）的分类、合金牌号及其特点、掌握合金材质选用及其熔铸工艺确定的原则；

3.1.1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，再添加少量其它元素形成的多元合金系组成的。

1）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

铸造合金及其熔炼复习思考题

铸铁及其熔炼

1. 什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学

成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？

2. 什么是碳当量、共晶度，有何意义。

3. 分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。 4. 铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？ 5. 冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、 Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？ 6. 灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及

形核等方面说明其形成条件。

7. 灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？

8. 灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？ 9. 影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径

和措施。

10. 灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提

高孕育效果有那些途径和措施？

11. 说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？ 12. 球墨铸铁的球化剂和球化处理

铸造合金及其熔炼复习思考题

铸铁及其熔炼

1. 什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学

成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？

2. 什么是碳当量、共晶度，有何意义。

3. 分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。 4. 铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？ 5. 冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、 Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？ 6. 灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及

形核等方面说明其形成条件。

7. 灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？

8. 灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？ 9. 影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径

和措施。

10. 灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提

高孕育效果有那些途径和措施？

11. 说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？ 12. 球墨铸铁的球化剂和球化处理

“铸造合金及其熔炼”

实验指导书

赵忠兴 王连琪 张学萍

材料科学与工程学院 ２００６、８

实验一：

灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻

铸铁金相组织观察及分析

一、实验目的

1． 观察灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织。

2． 观察不同牌号灰铸铁的金相组织，分析石墨大小、数量对灰铸铁力学性能的影响。

3． 观察不同形状石墨铸铁的金相组织，分析石墨形状对灰铸铁力学性能的影响。

4． 观察不同基体铸铁的金相组织，分析基体组织对灰铸铁力学性能的影响。

5． 了解石墨和基体组织的生成条件。

二、实验内容

1． 画出HT100、HT150、HT200的金相组织示意图，并指出各相的名称。

2． 画出球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织示意图，并指出各相的名称。

三、实验原理及方法

1． 实验原理

铸铁的力学性能来源于基体，取决于石墨的大小、数量、形状。石墨以片状形态存在，对基体割裂作用较大，降低基体的有

1

效承载面积；同时在石墨的尖端产生较大的应力集中，从而使铸铁的力学性能降低。石墨以球状形态存在，对基体割裂作用最小，对于灰铸铁，片状石墨数量越多、越大，铸铁的

“铸造合金及其熔炼”

实验指导书

赵忠兴 王连琪 张学萍

材料科学与工程学院 ２００６、８

实验一：

灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻

铸铁金相组织观察及分析

一、实验目的

1． 观察灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织。

2． 观察不同牌号灰铸铁的金相组织，分析石墨大小、数量对灰铸铁力学性能的影响。

3． 观察不同形状石墨铸铁的金相组织，分析石墨形状对灰铸铁力学性能的影响。

4． 观察不同基体铸铁的金相组织，分析基体组织对灰铸铁力学性能的影响。

5． 了解石墨和基体组织的生成条件。

二、实验内容

1． 画出HT100、HT150、HT200的金相组织示意图，并指出各相的名称。

2． 画出球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁的金相组织示意图，并指出各相的名称。

三、实验原理及方法

1． 实验原理

铸铁的力学性能来源于基体，取决于石墨的大小、数量、形状。石墨以片状形态存在，对基体割裂作用较大，降低基体的有

1

效承载面积；同时在石墨的尖端产生较大的应力集中，从而使铸铁的力学性能降低。石墨以球状形态存在，对基体割裂作用最小，对于灰铸铁，片状石墨数量越多、越大，铸铁的

第一章

1.概念题

1)铸铁：含碳量大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。

2)铁碳双重相图：Fe-Fe3C介稳定系相图与Fe-C（石墨)稳定系相图相结合的双重相图。 3)分配系数：

4)偏析系数：

5)珠光体领域：每个珠光体团由多个结构单元组成，每个结构单元中片层基本平行。每个结

构单元称作一个珠光体领域。

2.简答题

1)普通灰铸铁，除铁外还还有哪些元素？ C、Si、Mn、S、P。

2)介稳定与稳定相图的共晶共析点差异。 共晶点: Fe-Fe3C 1147℃ 4.3%(介稳定) Fe-C 1153℃ 4.26%(稳定) 共析点：Fe-Fe3C 727℃ 0.77% Fe-C 736℃ 0.69% 3)含Si量对稳定系相图的影响。

Si增加，共晶点和共析点含碳量减少，温度增加。

硅的加入使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区。

Si越多，奥氏体加石墨的共晶温度高出奥氏体加渗碳体的温度也越多。 硅量的增加，缩小了相图上的奥氏体区。

4)说明碳当量、共晶度的定义、意义，如何使用碳当量、共晶度确定铸铁的组织。

元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元

铸造合金及其熔炼要点

一．铸铁

1.铸件模数：

2.可锻铸铁回火脆性 答：

对铸铁金相组织起主要决定的元素 铸铁收缩：、、

3.影响冲天炉铁液浇注温度的因素 答：

生成球墨的俩个必要条件：。 4.铸铁球墨化的种类和方法

答：①镁作为球化剂的球化处理方法：②稀土镁合金球化剂处理方法： 5.球铁牌号与基体 答：

复合蠕化剂：

6.冷硬铸铁分类：、 7.可锻铸铁生产：

8.耐热铸铁分类：

9.衡量灰铸铁冶金质量系数 答：

品质系数Qi?RG/HG

1

10.了解石墨形态、类型

孕育处理：

冲天炉焦炭燃烧过程 答：

冲天炉焦炭层燃烧产物成分变化规律 答：

冲天炉铁液含碳变化的原因 答：

增大灰铸铁共晶过冷度的元素

11.Fe-C-Si三元相图高碳相的存在形式：

12.Fe-G-Si准二元相图中Si的作用

答：影响铸铁铸态组织的因素 答：

2

一般铸铁组织形成过程中关键性问题 答：

冲天炉炉气成分温度沿高度变化的曲线图，个区域热交换特点（P146图5-6） 答：

强碳化物形成元素：等

13.A枝晶间残留液体成分特点： 14.炉前

[原创] 冲天炉熔炼工艺基础

1、 冲天炉熔炼基本原理

（1） 底焦燃烧：冲天炉底焦燃烧可以划分为两个区带：

A、 氧化带：从主排风口到自由氧基本耗尽，二氧化碳浓度达到最大值的区域。

B、 还原带：从氧化带顶面到炉气中[CO2]/[CO]浓度基本不变的区域，从风口引入的风容易趋向炉壁，形成炉壁效应，形成一个下凹的氧化带和还原带，对熔化造成不利影响。

① 不易形成一个集中的高温区，不利于铁水过热； ② 加速了炉壁的侵蚀；

③ 铁料熔化不均匀，铁液不易稳定下降,影响化学成分。 解决方法：

①采用较大焦炭块度，使风均匀送入； ②采用插入式风嘴； ③采用曲线炉膛； ④采用中央送风系统；

⑤熔炼过程中为使焦炭不易损耗，送风量要与焦炭损耗相适应。 根据炉气、炉料、铁水浓度和温度，炉身分为4个区域：

（1）预热区：从加料口下沿，炉料表面到铁料开始熔化的区域称为预热区，下面的炉气温度可达1200℃—1300℃，预热带的上部炉气温度为200℃—500℃。由于这一区域的平均温度不高，炉气黑度和辐射空间较小，炉气在料层内流速较大，炉料与炉气之间的热交换以对流为主，炉料在预热区内停留