哈工大铸造与变形合金基础大作业.docx

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哈工大铸造与变形合金基础大作业

哈尔滨工业大学

铸造与变形合金大作业

专业：

材料成型及控制工程

班级：

1009103班

姓名：

孙巍

学号：

1101900405

课后作业

1、讨论生铁炉外处理、钢的炉外精炼及铸铁的熔体处理的各自作用

答：

（1）生铁的炉外处理主要是为了脱去其中的硫：

炉外脱硫的意义

①保证高炉冶炼获得质量合格的生铁。

由于入炉原料含硫的增加，难免生铁含硫超过规定标准；或者为了进一步节省燃料消耗和提高生产效率，而采用低碱度渣操作得到高硫生铁，都需对铁水进行炉外脱硫处理。

②向炼钢提供优质低硫生铁。

为了改善钢材的加工性能及断裂韧性，需要炼出硫含量<0.01％～0.005％的超低硫钢，一般生铁含硫难以满足要求；即使向氧气转炉提供含硫小于0.03％～0.01%的低硫生铁，也给高炉冶炼增加难度。

③在高炉内创造脱硫条件总是有限的，而用炉外脱硫方法以改善脱硫的扩散条件，降低生铁含硫量是合理的。

④在炉外进行铁水预处理脱硫，比在炼钢过程脱硫，无论从力学条件或工艺原理方面来看都要合理得多，经济上也是合算的。

（2）钢的炉外精炼：

所谓炉外精炼，就是把常规炼钢炉（转炉、电炉）初炼的钢液倒入钢包或专用容器内进行脱氧、脱硫、脱碳、去气、去除非金属夹杂物和调整钢液成分及温度以达到进一步冶炼目的的炼钢工艺。

即将在常规炼钢炉中完成的精炼任务，如去除杂质（包括不需要的元素、气体和夹杂）和夹杂变性、成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部地移到钢包或其他容器中进行，把一步炼钢法变为二步炼钢法，即初炼加精炼。

（3）铸铁的熔体处理：

最初的铸铁的性能很低，通过熔体处理方面的研究，包括熔体过热处理、孕育、变质或球化处理来改善铸铁的组织，使铸铁的各方面性能得以提高。

2、论述铜合金熔炼过程如何进行脱氧和除氢

答：

基本原理:

加入那些与氧的亲和力比铜和氧的亲和力大的元素,脱氧剂：

3Cu2O+2Al→Al2O3+6Cu

（1）沉淀脱氧

脱氧剂本身可以溶解在铜液中,与Cu2O的脱氧反应在整个熔池内进行,脱氧速度快,脱氧彻底,但脱氧产物不易清除,是其缺点（Al,Si,Mg……）

（2）扩散脱氧

脱氧剂本身不能溶解在铜液中,只覆盖在铜液表面,脱氧只在表层进行,借助Cu2O不断向液面扩散才能不断脱氧。

缺点是脱氧速度低,受Cu2O扩散速度控制,但对铜液无污染脱氧剂：

CaC2,Mg3B2,硼渣Na2B4O6·MgO

（3）沸腾脱氧

又称“青木脱氧”，将新鲜的树干插入铜液中，由于燃烧不完全，产生大量的CO及碳氢化合物，这些气体上浮时引起铜液翻腾，与Cu2O充分反应，从而脱氧。

（4）磷铜脱氧

除电工用的纯铜外，磷是工业应用最广泛的脱氧剂；磷以磷铜中间合金的形式加入

5Cu2O+2P→P2O5+10Cu

P2O5沸点为347度，在铜液中以气泡形式上浮，上浮过程发生如下反应,继续脱氧：

Cu2O+P2O5→2CuPO3

3、论述铸造钛合金熔炼技术

答：

钛熔体的高熔点与高活性使得其熔炼工艺十分复杂，主要有加热方式、真空获得和熔炼坩埚三大问题。

（1）加热方式：

电磁感应加热（2000度以内）

高能束：

电弧；离子弧；电子束

（2）真空获得：

机械泵：

~0.01Pa；扩散泵：

1e-3Pa；分子泵：

1e-4Pa。

（3）熔炼坩埚：

水冷铜坩埚。

悬浮炉：

利用电磁感应加热将和合金熔化，并利用电磁里将熔体完全悬浮，避免熔体与水冷坩埚接触（熔炼合金量受限）。

凝壳炉：

利用电磁感应加热或高能束将合金熔化，合金熔体与水冷坩埚接触，形成一个薄的凝壳，该凝壳将水冷坩埚和高温熔体分离（利用合金本身形成的薄壳作坩埚）。

4、以中国、ISO、日本和美国为例，论述一下变形铝合金的牌号及状态表示方法

答：

（1）中国：

根据新制定的GB/T16474-1996变形铝合金及铝合金牌号表示方法，凡是成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其命名指直接采用国际四位数字体系牌号，未与国际四位数字体系牌号的变形铝合金接轨的，采用四位字符牌号（但实验铝合金在四位字符牌号前加X）命名，并按要求注册化学成分。

四位字符牌号的第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大学字母（C、I、L、N、O、P、Q、Z字母除外）。

牌号第一位数字表示铝及铝合金的组别。

如工业纯铝（1×××系）、Al-Cu（2×××系）、Al-Mn（3×××系）、Al-Si（4×××系）、Al-Mg（5×××系）、Al-Mg-Si（6×××系）、Al-Zn-Mg-Cu（7×××系）、Al-Li（8×××系）和备用合金组（9×××系）。

除改型合金外，铝合金组别按主要合金元素来确定，主要合金元素指极限含量算术平均值为最大的合金元素。

当含有一个以上的合金元素极限含量算术平均值同为最大时，应按Cu、Mn、Si、Mg、Zn、其他合金元素的顺序来确定合金组别。

牌号的第二位字母表示原始纯铝或铝合金的改型情况，最后两位数字表示同一组中不同的铝合金或者表示铝的纯度。

根据GB/T16475-1996标准规定，基础状态代号用一个英文大写字母表示。

细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或者多位阿拉伯数字表示。

1）基础状态代号。

基础状态代号有5种，如下表所示。

2）细分状态代号

①H（加工硬化）的细分状态，即在字母H后面加两位阿拉伯数字（称作H××状态）或者三位阿拉伯数字（称作H×××状态）。

a）H××状态，H后面第一位数字表示该状态的基本处理程序，第二位数字表示产品的加工硬化程度。

H1—单纯加工硬化状态。

适用于未经热处理，只经过加工硬化即获得所需强度的状态。

H2—加工硬化既不完全退火状态。

适用于加工硬化程度超过成品规定要求后，经不完全退火，使强度降低到指标的产品。

对于室温下自然时效软化的合金，H2与对应的H3具有相同的最小极限抗拉强度；对于其他合金，H2与对应的H1具有相同的最小极限抗拉强度，单伸长率比H1稍高。

H3—加工硬化及稳定化处理的状态。

适用于加工硬化后经低温热处理或由于加工过程中的受热作用致使其力学性能达到稳定的产品。

H3状态金属用于室温下逐渐时效软化的合金。

H4—加工硬化及喷漆处理的状态。

适用于加工硬化后经喷漆处理导致了不完全退火的产品。

H后面的第二位数字表示产品的加工硬化程度。

数字8表示应状态。

通常采用O状态的最小抗拉强度与下表规定的强度差之和，来规定H×8状态的最小抗拉强度。

对于O（退火）和H×8之间的状态，应在H×8代号后分别添加从1到7的数字表示，在H×8后添加9表示比H×8加工硬度程度更大的超硬状态。

b）H×××状态。

H111—适用于最终退火后又进行了适量的加工硬化，但加工硬化程度又不及H11状态的产品。

H112—适用于热加工成型的产品。

该状态产品的力学性能有规定要求。

H116—适用于镁含量≧0.4%的5×××系合金制成的产品。

这些产品具有规定的力学性能和抗剥落腐蚀的要求。

②T（热处理）状态的细分，即在字母T后加一位或者多位阿拉伯数字表示T的细分状态。

a）T×状态。

在T后面添加0-10的阿拉伯数字表示细分状态称作T×状态。

b）T××状态及T×××状态（消除应力状态除外）。

在T×状态代号后面再添加一位数字称作T××状态，或者添加量为数字称作T×××状态，表示经过了明显改变产品特性（如力学性能、抗腐蚀性能等）的特定工艺处理的状态。

c）消除应力状态。

在上述T×、T××或T×××状态代号后面添加“51”、“510”、“511”或者“54”，表示经历了消除应力处理的产品状态代号。

（2）ISO：

合金牌号国家标准化组织（ISO）的铝和铝合金的牌号石油化学元素符号与代表其成分百分数的数字组成（ISO2092-1981及ISO2107-1983）。

在牌号钱应冠以“ISO”，如已指明是国家标准牌号，则可省略。

①重熔用的纯铝锭。

电解厂生产的纯铝牌由化学元素符号（Al）与代表金属纯度的百分数数字组成。

数字应精确到小数点后两位或两位以上，如Al99.80。

②加工的工业纯铝及合金。

他们的牌号由化学元素符号与代表金属纯度或合金元素含量的百分数数字组成。

在工业纯铝的牌号中，数字只表达到小数点后一位，如Al99.0。

如果纯铝中含有最大量不超过0.1%（Cu则为例外，为0.2%）的合金元素，则在数字后还应标出该合金元素的化学符号，如Al99.0Cu，即是铝含量为99.0%，而铜含量小于0.2%的工业纯铝。

若工业纯铝中的某些杂质受到控制，且有特殊用途时，应在牌号前冠以用途的大写拉丁字母。

如纯度为99.5%的电工铝材的牌号为E-Al99.5。

铝合金的牌号由基本元素Al及合金元素的化学元素符号与合金元素含量的平均百分数字组成。

合金元素含量小于1%的不标数字。

如铜的平均含量为6%、Mn的含量小于1%的Al-Cu-Mn合金，其牌号是AlCu6Mn。

在合金牌号中表示合金元素的化学符号依其含量多少，按递减次序排列，如果他们含量大致相等，则按化学元素符号的字母顺序排列。

在国家标准中还规定变形铝及铝合金的牌号可用四位数字表示，即用美国铝业协会的牌号，但去掉前面的“AA”（美国铝业协会的“TheAluminumAssociation”的缩写）。

加工铝材的状态代号

按照国际标准的规定，铝材的状态代号在合金牌号后，用连字符号把他们分开。

材料的状态代号由字母和数字组成。

①基本状态代号

M—制造状态，表示热成形的材料，对其力学性能有一定的要求。

F—加工状态，表示不控制力学性能的热加工的材料所处的状态。

O—退火状态，表示处于最低强度性能的完全退火的压力加工产品所处的状态。

H—加工硬化状态。

T—不同于M、F、O和H状态的热处理状态，以提高其强度、硬度。

②基本状态代号H和T的详细分类

H1—加工硬化

H2—加工硬化后部分退火

H3—加工硬化后稳定化处理

在数字之后另加字母，表示材料的最终加工硬化程度（字母x表示数字1、2、3）：

HxH—充分硬化状态；

HxD—材料的抗拉强度大致处于O状态和HxH状态之间；

HxB—材料的抗拉强度大致处于O状态和HxD状态之间；

HxF—材料的抗拉强度大致处于HxD状态和HxH状态之间；

HxJ—材料的抗拉强度比HxH状态大10MPa以上的状态；TA—热成形工序后冷却到室温，使其发生自然时效的状态；

TB—固溶处理与自然时效状态；

TC—热加工后冷却到室温、再冷加工与自然时效后的状态；

TD—固溶处理、冷加工与自然时效后的状态；

TE—从热成形温度冷到室温再人工时效后的状态；

TF—固溶处理与人工时效后的状态；

TG—热加工温度冷却到室温，再冷加工与人工时效后的状态，适用于冷加工可提高其强度的材料；

TH—固溶热处理、冷加工与人工时效后的状态；

TL—固溶热处理、人工时效与冷加工的状态；

TM—固溶热处理与稳定化处理后的状态。

变形铝合金的国家标准状态代号也可用美国铝工业协会（AA）的状态代号替换，它们的对应关系如下表所示：

（3）美国：

合金牌号：

根据美国国家标准ANSIH351-1978的规定，美国的变形铝合金的牌号用四位数字表述。

该系统是由美国铝工业协会1954年采用的，1957年由美国标准化协会纳入到美国标准。

1983年国家标准化组织又将其纳入到ISO2107-1983（E）中，作为国际标准之一。

在四位数字中第一位表示合金系列。

按铝合金主要合金元素的分类如下：

工业纯铝（1×××系）Al-Cu（2×××系）

Al-Mn（3×××系）Al-Si（4×××系）

Al-Mg（5×××系）Al-Mg-Si（6×××系）

Al-Zn-Mg-Cu