铸造合金及其熔炼试验指导书.docx
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铸造合金及其熔炼试验指导书
机械工程学院
铸造合金及其熔炼
实验指导书
申荣华编写
适用专业：
材料成形及控制-铸造方向
贵州大学
二OO七年八月
前言
铸造合金及熔炼包括铸造合金材料和铸造合金熔炼两个部分，是以金属学、物理化学、传热学和冶金原理等理论为基础，把铸铁、铸钢和非铁铸造合金材料及其熔炼工艺较全面、系统、深刻地进行了阐述或论述，使学生懂得只要通过适当地控制铸造合金的化学成分、创造适宜的铸造条件、冶炼高质量的合金液以及采取正确的热处理方法，可以得到高质量的合金铸件。
铸造行业正朝着优质、高效、精确、低耗的方向发展，因而铸造合金及熔炼会发挥其应有的贡献。
为使学生更好地理解铸造可根据需求熔炼任意合金，深刻地把握铸造合金的成分与组织和性能的关系、变化规律等知识，在此基础上，训练和培养识别铸造合金用原辅材料、铸造合金配料及计算方法、铸造合金熔炼工艺及操作方面的技能，为此设置了：
实验一“某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验”（2学时）；实验二“某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验”（2学时）。
这两个实验项目都属综合性实验。
实验一“某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验”主要在于使学生掌握钢铁材料的成分与性能间关系，训练及培养其在合金配料及计算方法，合金熔炼工艺及操作等方面的技能。
实验二“某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验”主要在于使学生掌握非铁材料的成分与性能间关系，训练及培养其在合金配料及计算方法，合金熔炼工艺及操作等方面的技能。
本实验指导书全面、简练、易懂。
本实验指导书也可供高等专科学校铸造专业用。
1、实验一：
某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验································4
2、实验二：
某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验·················6
3、实验报告基本内容要求·············································································10
4、实验报告格式···························································································11
实验一：
某牌号灰铸铁或铸钢的配料及熔炼工艺实验
实验学时：
2学时
实验类型：
综合性实验
实验要求：
必修
一、实验目的
通过本实验使学生：
1）了解灰铸铁或铸钢的熔炼工艺及熔炼设备设施；
2）熟悉灰铸铁或铸钢熔炼的原辅材料；
3）熟悉灰铸铁或铸钢化学成分与组织性能间的关系；
4）掌握灰铸铁或铸钢熔炼的炉料配比及计算方法；
5）训练灰铸铁或铸钢熔炼操作方面的技能。
该实验项目的完成为后续的专业课程、毕业设计和就业工作奠定必要的基础。
二、实验内容
1、观看并动手用感应炉熔炼某一牌号灰铸铁或铸钢的操作工艺全过程；
2、记录各种炉料的配比及加料顺序；
3、观看合金化学成分分析
2、观察并记录各种炉料的配比及加料顺序。
3、观看铁液炉前快速化学成分分析及铁液温度测量。
4、分析化学成分与组织性能间的关系。
三、实验原理、方法和手段
1、实验原理为：
钢铁材料的感应炉熔炼，即坩埚内的金属炉在交变磁场的作用下产生感应电流从而使金属加热与熔化。
2、配料计算方法采用试算法，试算法的步骤如下：
1）计算炉料中各元素应有的含量：
X炉料=X铁液/（1±η），X炉料—炉料中元素含量（%），X铁液—炉料中元素含量（%），η—熔炼过程中元素增减率。
2）初步确定炉料配比并进行计算：
首先确定回炉料，一般灰铸铁为30%左右；其次确定新生铁与废钢的配比，设新生铁位x%，回炉料为y%，则废钢的配比为100%-y%-x%。
设炉料所需含碳量为w%，而新生铁、废钢、回炉料的含碳量分别为a%、b%、c%，则新生铁的配比为ax+b（100-y-x）+cy=w·100，进一步可确定废钢的配比。
3）确定配比并计算铁合金补加量：
铁合金配比=（X炉料-X投料）/E（1-ν），X投料——炉料中所含合金量，E——铁合金中合金含量，ν——合金烧损率。
4）根据上述试算，最后确定配料比，写出配料单。
5）举例
下面以配制HT200为例，说明配料方法：
已知HT200的化学成分范围C3.3%~3.5%,Si1.5%~2.0%,Mn0.5%~0.8%,S<0.12%,P<0.25%；用来配制HT200金属料的平均成分如下：
Z15生铁：
C4.19%,Si1.56%,Mn0.76%,S0.04%,P0.04%
回炉料：
C3.28%,Si1.88%,Mn0.66%,S0.1%,P0.07%
废钢：
C0.2%,Si0.5%,Mn0.7%,S0.05%,P0.05%。
①计算炉料中各元素应有的含量：
C%=3.4/（1-0.1）=3.78%,Si%=1.75/（1+0.1）=1.59%,
Mn%=0.65/（1-0.05）=0.68%,S<0.12%,P<0.25%（感应炉熔炼硫、磷基本不变）；
②初步确定炉料配比：
y回炉料取30%；x新生铁由ax+b（100-y-x）+cy=w·100得：
4.19x+0.2（100-30-x）+3.28*30=3.4*100,x=（340-112.4）/3.99=57，即新生铁为57%，废钢为13%；
③HT200初步计算配料成分清单如下：
炉料名称
配比
C
Si
Mn
P
S
成分
量
成分
量
成分
量
成分
量
成分
量
Z15生铁
57
4.19
2.388
1.56
0.889
0.76
0.433
0.04
0.023
0.04
0.023
回炉料
30
3.28
0.984
1.88
0.564
0.66
0.198
0.07
0.021
0.1
0.03
废钢
13
0.2
0.026
0.5
0.065
0.7
0.091
0.05
0.007
0.05
0.007
合计
100
3.398
1.518
0.722
0.051
0.06
要求成分
3.4
1.75
0.65
<0.25
<0.12
差额
合格
–0.232
合格
合格
合格
由表中可看出，硅未达到平均成分，但在目标成分范围，加之感应炉熔炼多采用酸性炉衬，熔炼中通常是增硅的，所以不需要补加铁合金。
④由上述分析计算得配料为：
Z15生铁，57%；回炉料，30%；废钢，13%。
实验方式为学生在教师的指导下自行操作。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，采用边讲授边操作的形式。
五、实验条件
实验所需条件：
小型感应炉，铸型（砂型或金属型均可），石墨坩埚，熔炼的原辅材料，熔炼及浇注用的操作工具等。
六、实验步骤
1、按给定牌号计算炉料；
2、按实验要求准备一定量的原辅材料；
3、观察并记录整个熔炼过程。
七、思考题
1、灰铸铁的配料计算应注意些什么？
2、感应炉熔炼钢铁材料有什么特点？
八、实验报告
实验报告的基本内容、要求及格式见本指导书P9
九、其它说明
在配料、加料、熔炼操作及浇注过程中同学须严格遵守操作规程，在观察过程中也应遵守相关事宜，以确保安全。
本实验也可在生产实习时在工厂中完成，同学须严格遵守工厂的规章制度。
实验二：
某牌号铝合金或其他非铁合金的配料及熔炼工艺实验
实验学时：
2学时
实验类型：
综合性实验
实验要求：
必修
一、实验目的
通过本实验使学生：
1）了解铝合金或其他非铁合金的熔炼工艺及熔炼设备设施；
2）熟悉铝合金或其他非铁合金熔炼的原辅材料；
3）熟悉铝合金或其他非铁合金化学成分与组织性能间的关系；
4）掌握铝合金或其他非铁合金熔炼的炉料配比及计算方法；
5）训练铝合金或其他非铁合金熔炼操作方面的技能。
该实验项目的完成为后续的专业课程、毕业设计和就业工作奠定必要的基础。
二、实验内容
4、观看并动手用电阻炉熔炼某一牌号铝合金或其他非铁合金的操作工艺全过程；
5、记录各种炉料的配比及加料顺序；
6、观看合金化学成分分析
三、实验原理、方法和手段
1、实验原理为非铁材料电阻炉熔炼，即坩埚内的金属炉在电阻丝热辐射的作用下使金属加热与熔化。
2、配料计算方法采用新金属重量计算法，步骤如下：
1）计算铝锭重量，以现有铝锭重量直接投料，每一炉次投料量为：
X=A/（1-∑（C/B）-∑D）（kg,不加回炉料）；
X‘=[A+A1（1-∑（E/B）-∑F）]/（1-∑（C/B）-∑D）（kg,加回炉料）；
式中A——已知铝锭质量，标准的为16.6kg；
B——各种中间合金内所含合金元素的百分数；
C——合金牌号所要求的合金元素的百分数；
D——合金牌号要求以纯金属加入的合金元素的百分数；
A1——初步确定的回炉料质量，kg；
E——回炉料中以中间合金形式加入的合金元素的百分数；
F——回炉料中以纯金属形式加入的合金元素的百分数。
2）计算各种中间合金配料量：
Y=XC/B（kg,不加回炉料）；
Y’=（XC-A1E）/B（kg,加回炉料）；
式中Y、Y‘——各种中间合金配料量。
3）计算以纯金属形式加入的合金元素质量：
Z=XD（kg,不加回炉料）；
Z’=XD-A1F（kg,加回炉料）。
4）举例
已知ZL106合金的目标成分为Si8%,Cu1.5%,Mn0.4%,Mg0.55%，中间合金成分分别为AL-Si20%,AL-Cu48.8%,Al-Mn8%。
计算如下：
①不加回炉料用重16.6kg的铝锭配制ZL106合金：
一次投铝锭量X=16.6/[1-（8/20+1.5/48.8+0.4/8）-0.55%]=32.31（kg）；
Al-Si中间合金加入量Y1=32.31*8/20=12.924（kg）；
Al-Cu中间合金加入量Y2=32.31*1.5/48.8=0.993（kg）；
Al-Mn中间合金加入量Y3=32.31*0.4/8=1.616（kg）；
纯美加入量Z=32.31*0.55%=0.1777（kg）。
②加回炉料用重16.6kg的铝锭及5kg回炉料配制ZL106合金，回炉料的成分为Si7.6%,Cu1.6%,Mn0.42%,Mg0.4%。
一次投铝锭量:
X=[16.6+5（1-7.6/20-1.6/48.8-0.42/8-0.4%）]/[1-（8/20+1.5/48.8+0.4/8）-0.55%]
=37.47（kg）；
Al-Si中间合金加入量：
Y1=（37.47*8-5*7.6）/20=13.09（kg）；
Al-Cu中间合金加入量：
Y2=（37.47*1.5-5*1.6）/48.8=0.98（kg）；
Al-Mn中间合金加入量：
Y3=（37.47*0.4-5*0.42）/8=1.61（kg）；
纯美加入量：
Z=37.47*0.55%-5*0.4%=0.186（kg）。
；
实验方式为学生在教师的指导下自行操作。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，采用边讲授边操作的形式。
五、实验条件
实验所需条件：
小型电阻炉，铸型（砂型或金属型均可），石墨坩埚，熔炼的原辅材料，熔炼及浇注用的操作工具等。
六、实验步骤
1、按给定牌号计算炉料；
2、按实验要求准备一定量的原辅材料；
3、观察并记录整个熔炼过程。
七、思考题
1、非铁合金的配料计算应注意些什么？
2、电阻炉熔炼非铁合金有什么特点？
八、实验报告
实验报告的基本内容、要求及格式见本指导书P9
九、其它说明
在配料、加料、熔炼操作及浇注过程中同学须严格遵守操作规程，在观察过程中也应遵守相关事宜，以确保安全。
本实验也可在生产实习时在工厂中完成，同学须严格遵守工厂的规章制度。
实验报告的基本内容及要求
实验报告中体现了实验预习、实验记录和实验报告，这三个过程在一个实验报告中完成。
1．实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。
2．实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。
实验记录中应有指导教师的签名。
3．实验总结
主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。
贵州大学实验报告
学院：
机械工程学院专业：
材料成形及控制班级：
姓名
学号
实验组
实验时间
指导教师
成绩
实验项目名称
实验目的
实验要求
实验原理
实验仪器
实验步骤
实验内容
实验数据
实验总结
指导教师意见
签名：
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