《铸造合金及熔练》

绪论1

第一篇铸铁及其熔炼3

第一章铸铁的结晶与组织的形成3

§1-1铁碳及铁碳硅相图3

一、Fe-C合金相图3

二、Fe-C-Si合金相图5

§1-2灰口铸铁的一次结晶5

一、初生奥氏体的结晶5

二、初生石墨的结晶6

三、奥氏体-石墨共晶9

四、灰口铸铁的形核和孕育11

§1-3白口铸铁的一次结晶14

一、初生碳化物的结晶14

二、奥氏体-碳化物共晶15

三、白口铸铁的变质17

§1-4铸铁的凝固方式18

一、铸铁的灰口或白口凝固18

二、麻口组织的形成18

§1-5奥氏体中碳的脱溶19

一、灰口铸铁中二次高碳相的析出19

二、白口铸铁中二次高碳相的析出19

§1-6奥氏体的共析转变和马氏体转变19

一、灰口铸铁中的转变20

二、白口铸铁中的转变21

§1-7合金元素对铸铁结晶过程的影响21

一、促进铸铁的灰口或白口凝固22

二、在铸铁的一次结晶过程中，影响结晶相的形核过程和晶体生长方式24

三、在奥氏体碳的脱溶过程中，促使二次高碳相以石墨或渗碳体形式析出26

四、在铸铁的共析转变过程中，影响奥氏体的稳定性26

五、对共晶含碳量和共析含碳量的影响28

思考题28

参考文献29

第二章灰铸铁30

§2-1 概述30

§2-2影响灰铸铁组织形成的基本因素31

一、化学成分的影响31

二、冷却速率的影响31

三、炉料的影响32

§2-3灰铸铁组织中的石墨和基体33

一、石墨33

二、基体组织35

§2-4灰铸铁的孕育36

一、孕育处理的目的36

二、原铁液的化学成分和温度36

三、孕育剂的加入量和粒度37

四、孕育剂作用机理37

五、孕育剂的选择38

六、孕育处理方法39

§2-5灰铸铁的机械性能和化学成分39

一、铸铁的强度和硬度与共晶度的关系39

二、灰铸铁的质量指标40

三、灰铸铁的国家标准41

四、灰铸铁的化学成分41

§2-6 低合金灰铸铁43

§2-7灰铸铁的铸造性能45

一、流动性45

二、缩孔形成倾向45

三、线收缩46

四、铸造应力和冷裂倾向46

§2-8 灰铸铁件化学成分的选择47

§2-9灰铸铁件的热处理47

一、消除铸造应力热处理（低温退火）47

二、消除局部白口组织热处理（高温退火）48

思考题48

参考文献48

第三章球墨铸铁及蠕墨铸铁49

§3-1 概述49

§3-2球墨铸铁的化学成分52

一、基本元素52

二、合金元素53

三、微量元素54

§3-3石墨的球化54

一、石墨球化的评定标准54

二、石墨球化的机理55

三、球化元素和反球化（干扰）元素57

四、球化元素的适宜残留量57

五、球化剂58

六、球化处理60

七、球化处理的炉前控制63

§3-4 球墨铸铁的孕育63

§3-5球墨铸铁的铸造性能66

一、流动性66

二、线收缩66

三、缩孔倾向66

四、铸件变形和冷裂倾向68

§3-6球墨铸铁件常见缺陷68

一、夹渣68

二、石墨漂浮69

三、皮下气孔69

§3-7球墨铸铁件的热处理69

一、球墨铸铁的热处理基础69

二、铁素体球墨铸铁件的热处理71

三、珠光体球墨铸铁件的热处理71

四、贝氏体球墨铸铁件的热处理71

五、奥氏体-贝氏体球墨铸铁件的热处理72

§3-8 蠕墨铸铁及其组织和性能74

§3-9 蠕墨铸铁的化学成分77

§3-10石墨的蠕化78

一、石墨蠕化机理78

二、蠕化剂和蠕化处理78

§3-11 蠕墨铸铁的孕育处理80

§3-12 蠕墨铸铁的铸造性能80

§3-13 蠕墨铸铁件常见缺陷81

§3-14 球墨铸铁件及蠕墨铸铁件化学成分选择举例81

思考题82

参考文献82

第四章可锻铸铁83

§4-1 概述83

§4-2 可锻铸铁中石墨的形成86

§4-3白口铁固态石墨化动力学88

一、第一阶段石墨化过程动力学88

二、第二阶段石墨化过程动力学89

§4-4可锻铸铁的化学成分和热处理89

一、化学成分选择89

二、可锻铸铁的退火91

§4-5加速可锻铸铁退火过程的途径93

一、铸铁成分的控制93

二、孕育处理94

三、高硅加铋（锑）94

四、预温处理95

§4-6 可锻铸铁的铸造性能95

§4-7 可锻铸铁件常见缺陷95

思考题97

参考文献97

第五章特种铸铁98

§5-1 概述98

§5-2抗磨铸铁98

一、铸铁的抗磨性98

二、抗磨用高铬白口铸铁99

三、镍硬铸铁101

四、锰系马氏体白口铸铁102

五、中锰球墨铸铁103

§5-3耐热铸铁103

一、铸铁的耐热性103

二、耐热铸铁的化学成分和性能104

三、高铝耐热铸铁105

§5-4耐蚀铸铁106

一、铸铁的耐蚀性106

二、高硅铸铁106

§5-5合金元素对特种铸铁铸造性能的影响108

一、铬的影响108

二、锰的影响108

三、硅的影响108

四、铝的影响108

五、镍的影响109

思考题109

参考文献109

第六章铸铁的熔炼110

§6-1概述110

一、熔炼对保证铸件质量的重要性110

二、对铁液质量的基本要求110

三、铸铁的熔炼方法及其特点112

§6-2冲天炉中高温的产生及热交换115

一、焦炭的燃烧及炉气温度分布115

二、炉料的熔化及铁液的过热116

三、底焦高度、焦铁比及层焦厚度对冲天炉熔化过程的影响116

§6-3强化冲天炉熔炼过程的途径117

一、焦炭质量117

二、焦铁比118

三、送风量、送风强度及进风速度119

四、风口设计121

五、预热送风123

六、富氧送风125

七、改进炉膛形状126

§6-4 提高冲天炉的热效率126

§6-5冲天炉内的冶金变化128

一、炉料中元素变化的一般规律128

二、冲天炉熔炼中炉渣的形成及其作用128

三、冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化129

§6-6 冲天炉熔炼过程的检测与铁液质量的炉前控制135

§6-7 环境污染的控制137

§6-8 炉外脱硫138

§6-9感应电炉熔炼铸铁140

一、无芯感应电炉熔炼140

二、有芯感应电炉熔炼141

思考题142

参考文献142

第二篇铸钢及其熔炼143

第七章铸造碳钢及低合金钢143

§7-1 概述143

§7-2铸钢的结晶组织对性能的影响144

一、包晶反应的影响144

二、奥氏体树枝晶的影响145

三、奥氏体晶粒度及晶粒形态的影响145

四、宏观偏析的影响146

五、气体的影响146

六、非金属夹杂物的影响148

§7-3铸造碳钢的性能149

一、铸造碳钢的标准149

二、基本化学成分对钢的性能的影响150

三、热处理对钢的性能的影响151

四、铸件壁厚对钢的性能的影响152

五、先共析铁素体形态对钢的性能的影响152

六、铸造碳钢的焊接性能154

§7-4铸造低合金钢的性能154

一、通用铸造低合金钢系列钢种154

二、具有特殊性能和用途的低合金钢种159

三、热处理对钢的性能的影响162

四、合金元素对钢的焊接性能的影响163

§7-5 高强韧性铸造合金钢164

§7-6碳钢及低合金钢的铸造性能164

一、流动性165

二、体积收缩率与缩孔率166

三、线收缩率166

四、热裂倾向166

五、冷裂倾向167

思考题168

参考文献168

第八章铸造高合金钢169

§8-1 概述169

§8-2铸造抗磨钢（高锰钢）170

一、高锰钢的化学成分、热处理及性能170

二、高锰钢的加工硬化机理171

三、化学成分对高锰钢性能的影响172

四、改善高锰钢性能的途径172

五、高锰钢的铸造性能173

§8-3铸造耐蚀钢（不锈钢）174

一、铬不锈钢174

二、铬镍不锈钢176

三、提高铸造不锈钢性能的途径177

四、铬镍不锈钢的铸造性能177

§8-4抗磨耐蚀合金钢178

一、铬镍钼马氏体不锈钢178

二、析出硬化型铸造不锈钢178

§8-5铸造耐热钢179

一、铬耐热钢179

二、铬镍耐热钢180

三、铬锰氮耐热钢180

四、铝锰耐热钢180

§8-6铸造热强钢181

一、钢在高温下的强度及热强性181

二、奥氏体热强钢182

思考题183

参考文献184

第九章铸钢的熔炼185

§9-1概述185

一、炼钢的重要性及对钢液质量的要求185

二、炼钢的方法、特点和应用185

§9-2电弧炉炼钢法189

一、三相电弧炉的电气系统189

二、碱性电弧炉氧化法炼钢189

三、酸性电弧炉氧化法炼钢198

§9-3感应电炉炼钢199

一、炉衬材料和筑炉199

二、炉料和装料200

三、熔化200

四、脱氧和出钢201

五、合金钢的冶炼201

§9-4真空感应电炉炼钢201

一、电炉的构造和工作原理201

二、真空感应电炉炼钢的优点201

三、真空感应电炉炼钢中存在的问题203

§9-5氩氧脱碳法和真空氩氧脱碳法炼钢204

一、氩氧脱碳法204

二、真空氩氧脱碳法205

§9-6电渣炉炼钢207

一、电渣炉的形式207

二、电渣炉炼钢的工艺过程及钢的质量207

三、建立高温区的条件208

思考题209

参考文献210

第三篇铸造有色合金及其熔炼211

第十章铸造铝合金211

§10-1 概述211

§10-2铝硅类合金211

一、铝硅合金的组织与性能特点211

二、铝硅合金的变质214

三、共晶型铝硅二元合金222

四、铝硅铜合金222

五、铝硅镁合金223

六、铝硅铜镁合金224

七、过共晶型铝硅合金225

八、铝硅合金中的杂质元素225

九、铝硅合金的铸造性能226

§10-3铝铜类合金227

一、铝铜合金的组织与性能特点227

二、铝铜合金的时效强化228

三、铝钢合金中α相晶粒的细化230

四、铝铜二元合金231

五、铝铜锰合金232

六、铝铜类合金中的杂质元素232

七、铝铜合金的铸造性能特点233

§10-4铝镁类合金233

一、铝镁合金的组织与性能特点233

二、铝镁二元合金234

三、多元铝镁合金234

四、铝镁合金中的杂质元素234

五、铝镁合金的铸造性能特点234

§10-5 铝合金铸件的热处理235

§10-6提高铝合金铸件性能的一些途径236

一、过滤净化236

二、稀土处理237

三、机械方法改善结晶组织238

思考题241

参考文献242

第十一章铸造铜合金及其它有色合金243

§11-1 概述243

§11-2锡青铜246

一、二元锡青铜246

二、多元铸造锡青铜248

§11-3铝青铜250

一、二元铝青铜250

二、多元铸造铝青铜251

§11-4铅青铜253

一、二元铅青铜253

二、多元铸造铅青铜254

§11-5 铍青铜254

§11-6铸造黄铜255

一、二元黄铜255

二、特种（多元）铸造黄铜257

§11-7 铜合金中的杂质元素260

§11-8铸造镁合金262

一、镁作为基体金属的特性262

二、镁合金的成分、组织与机械性能262

三、镁合金的铸造性能264

四、镁合金中的杂质元素265

§11-9铸造钛合金265

一、钛作为基体金属的特性265

二、钛合金的成分、组织与性能265

三、钛合金的铸造性能267

四、钛合金中的杂质元素267

§11-10铸造锌合金268

一、锌作为基体金属的特性268

二、锌合金的成分、组织与性能268

三、锌合金的铸造性能269

四、锌合金中的杂质元素269

思考题270

参考文献270

第十二章铸造有色合金的熔炼271

§12-1铸造铝合金的精炼271

一、精炼原理271

二、铸铝合金液的精炼方法279

三、精炼效果的检验283

§12-2铸造铝合金组织的控制285

一、晶粒的细化处理285

二、铝硅合金中初晶硅的细化处理286

三、铝硅合金中共晶硅的变质处理286

四、变质效果的检验288

§12-3铸造铝合金的炉料及熔炉290

一、炉料290

二、铸造铝合金的熔炉293

§12-4铸造铝合金的熔炼工艺296

一、熔炼工艺要点296

二、碎废料、切屑重熔工艺297

三、一次投料直接熔炼297

§12-5铜合金的精炼298

一、铜合金的某些物理化学特性298

二、铜合金的精炼299

三、精炼效果的检验301

§12-6铜合金的熔炼工艺要点303

一、锡青铜的熔炼（ZQSn6-6-3）303

二、铝青铜的熔炼（ZQA19-4）303

三、特种青铜的熔炼（ZQA112-8-3-2）304

四、黄铜的熔炼工艺特点304

§12-7镁、钛合金熔炼概述304

一、镁合金的熔炼特点304

二、钛合金的熔炼特点305

思考题306

参考文献306