铸造合金及其熔炼-铸钢、有色.ppt

铸造合金及其熔炼CastingAlloyandItsMelting第一章绪论在机械制造业中，铸钢的应用颇为广泛。由于铸钢具有高的强度和良好的韧性，故适于制造承受重载荷及经受冲击和振动的零件。具有抗磨、耐蚀、耐热等特殊使用性能的专用钢种，则适用于一些特殊的工况条件。铸钢材料的品种从普通碳钢、低合金钢至高合金钢。由于采用铸造方法成形，能够在尺寸、质量和结构复杂程度等方面不受限制，故铸钢件的质量从几十克到数百吨，结构从最简单到极复杂。
1.1铸钢的特点：与铸铁材料相比，其优点与缺点如下(1)力学性能较高：强度高，韧性好。(2)具有焊接性铸铁材料一般是不能焊接的，而铸钢材料中大部分都具有
焊接性→缺陷可焊补、可用铸——焊结构生产结构复杂的大型铸钢件。(3)熔炼成本较高：采用电弧炉或感应电炉冶炼冶炼过程复杂。(4)造型材料成本较高：浇注温度较高(比铁高150～200℃)，对造型材料的
耐火度要求高。(5)铸件成品率较低铸造性能差、流动性较差，形成缩孔、热裂、冷裂及
气孔的倾向均比铸铁要大。2.2铸造碳钢的结晶过程和铸态组织
1、结晶过程
以亚共析钢为例介绍钢的结晶过程
（1）一次结晶：当钢液温度降至
液相线(AB)时，有高温铁素体(δ-Fe)
析出。温度下降至包晶温度时，发生
包晶转变，生成奥氏体。温度继续下
降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢
液中析出，此析出过程进行到固相线
(JE)温度为止，结晶完毕进入γ相区，
在γ相区，γ粒化，树枝晶→等轴晶。
（2）二次结晶：当温度下降至GS线
与PS线之间的区域时，有先共析铁素

体α相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完，钢的组织不再变化。
（3）铸态组织
特征：晶粒粗大，有时还有魏氏（网状）组织。
与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大，
而且存在柱状晶区，铸件断面上典型的晶粒分布见
右图。
魏氏组织：魏氏体组织形态见右下图。铁索体在
奥氏体晶粒内部以一定的方向呈条状析出。这种形态
的铁素体常出现在中等含碳量，特别是壁较薄的铸件
中。通过热处理，可使魏氏体组织转变为更稳定的粒
状组织形态。
2.3碳钢铸件的热处理、金相组织及力学性能。
目的：细化晶粒，消除魏氏体(或网状组织)和消除铸
造应力。热处理方法有退火、正火或正火加回火。1、退火
（1）加入温度：将铸件加热至奥氏体温度并保温一段时间，然后随炉冷却。适宜的加热温度AC3以上30～50℃，依
钢的含碳量而定，见右图。
（2）保温时间：要保证由珠光体→奥氏
体完全转变,具体时间依铸件厚度而定，一
般每25㎜厚，加热1小时。
（3）冷却过程：随炉冷却到200～300℃
以下，出炉空冷。
（4）特点：优点冷却速度慢，产生的
应力小，可避免铸件变形和裂纹。缺点炉
子占用时间长，冷速慢，晶粒细化作用不能
充分发挥。
2、正火
正火所采用的加热温度及保温时间与退火
相同。不同之处是保温时间达到后将铸件拉出炉外空冷至常温。
正火的目的与退火相同，由于冷速快，奥氏体→细小分散的珠光体（索氏
体）、韧性高。
3、正火加回火
为了进—步提高钢的性能，可采取在正火后加以回火的热处理工艺。回火温度为550～650℃。保温时间2～3h空冷。
回火的作用：
使正火得到的索氏体中的片状渗碳
体转变为粒状。使钢的性能得到进一步
提高。
注意事项：控制升温速度，防止应
力及裂纹，特别在650~800℃时，缓慢
升温并保留一段时间（相变应用产生）。
碳钢不进行淬火的原因是因为淬透性差。

4、碳钢组织及不同热处理条件下的力学性能
不同碳钢的金相组织见图1。不同热处理条件下的力学性能见图22.4影响铸造碳钢力学性能的主要因素
1、化学成分（C、Mn、Si、S、P）
（1）碳C：钢的主要强化元素，对钢性能起决定作用。随C↑→σb↑σs↑ψ↓δ↓ak↓
（2）Mn和Si：是有益元素，可提高钢的强度。Mn与C可在一定的范围内起到互补作用（C低时，Mn可高）；Si上限为0.5～0.6%。
（3）S和P：有害元素。S以硫化铁（FeS）或(MnS)的形式存在于晶界，且熔点低→
钢凝固结束时便处于液态→裂纹。P以磷化铁（Fe2P）的形式存在晶界处，低熔点相，
削弱晶粒之间的连接→↓韧性、裂纹。
2、气体和非金属夹杂物
有害物质：危害程度与其在钢中的存在形态和含量有关。
（1）气体：氢、氮和氯、危害最大的是氢。
1）氢：来至炼钢时空气中的水蒸气在电弧的作用下，离解为氢原子和氧原子，而后溶于钢液中。存在方式：①铸件慢冷时，有条件析出，聚集成气泡，上浮于铸件表层，如果表层凝固，将在表层下形成氢气孔。②快速凝固条件下，氢原子来不及转变为氢分子，以极细的质点在铁的晶格内部析出→形成高应力，使塑性和韧性降低，即氢脆。
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