铸造合金及熔炼思考题概要.docx

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铸造合金及熔炼思考题概要

第一篇铸造有色合金及其熔炼思考题及参考答案

1.基本概念：

屈服强度、抗拉强度、固溶强化、时效强化

屈服强度就是指金属对起始塑性变形的抗力；抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标；固溶强化是指形成固溶体使合金强化的方法；时效强化是指通过热处理利用合金的相变产生第二相微粒，造成的强化。

2.金属材料的强化机制主要有哪些，对强度和塑性有什么影响？

晶界强化、固溶强化、分散强化、形变强化、复合强化。

形变强化与粒子强化在强度提高时，塑性会显著降低；固溶强化在强度提高时塑性还能保持较好的水平；晶界强化时，细化晶粒提高强度也改善塑性。

3.铸造合金的使用性能有哪些？

机械性能、物理性能和化学性能

4.铸造合金的工艺性能有哪些？

铸造性能、熔炼性能、焊接性能、热处理性能、机加工性能

5.基本概念：

变质处理、机械性能的壁厚效应

所谓变质处理是在熔融合金中加入少量的一种或几种元素（或加化合物起作用而得），改变合金的结晶组织，从而改善合金机械性能。

这种随铸件壁厚增加而使机械性能下降的现象，称为机械性能的壁厚效应。

6.铝硅合金进行变质处理的原因及方法？

原因：

铝硅合金中的硅相在自发非控制生长条件下会长成粗大的片状，这种形态的脆性相严重割裂基体，大大降低合金的强度和塑性，为了改变这种状况，必须进行变质处理。

方法：

生产上常在合金液中加入氟化纳与氯盐的混合物来进行变质处理，加入微量的纯钠也有同样效果。

7.镁、铜、铁和锰对铝硅合金组织和性能的影响？

1）镁：

少量的镁，即能大大提高抗拉和屈服强度，随着镁量增加，强化效果不断增大，强度急剧上升，而塑性下降；2）铜：

使铝硅合金强度显著增加，但伸长率下降，提高合金的热强性；3）铁：

恶化了合金的机械性能，特别是塑性，同时降低了合金的抗蚀性；4）锰：

在Al-Si合金中加入锰，可大大降低Fe的危害。

8.Al-Si类活塞合金多为共晶及过共晶合金的原因？

活塞材料要求具有高的热强性和耐磨性，低的线膨胀系数和密度。

共晶及过共晶合金铝硅合金中含有大量共晶和初生硅硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。

9.稀土在铝合金中有什么作用？

主要作用是提高铝合金的耐热性，同时还具有一定的变质作用。

10.铝铜类合金的室温机械性能和耐热性很高，而铸造性能差，且抗腐蚀性特别低的原因？

铝铜合金是最典型最重要的时效强化型合金，因此它有很高的室温机械性能；铝铜类合金具有较高的共晶温度，α基体的固溶度在350℃以下变化很小，加入一些难熔元素利于形成成分结构均复杂的第二相，这些相成分区很窄，热硬性很高，因此铝铜类合金具有较高的耐热性；铝铜合金的结晶温度范围较宽，并且液态粘度随铜含量的增加而上升，因此铝铜合金的铸造性能差；铜和铝的电极电位差大，容易引起电化学腐蚀，因此铝铜合金的抗腐蚀性低。

11.Al-Mg合金铸件的机械性能壁厚效应大的原因及防止措施？

由于铝镁二元合金的结晶温度范围很大，铸态组织中共晶体量较少，镁增大液态粘度，此类合金的铸造性能不好，因此其机械性能壁厚效应大。

防止措施：

1）熔炼和铸造时采取特殊的保护措施，防止合金氧化；2）加入少量的铍，提高合金的抗氧化性；3）细化晶粒

12.铝合金热处理的目的是什么？

1）改善合金的组织和亚结构，实现固溶强化和时效强化，充分提高机械性能。

通过它还能改善合金的切削加工性能；2）消除铸造或冷加工引起的内应力；3）稳定铸件的组织和形态、尺寸、防止因高温引起合金相变产生体积膨大现象；4）消除偏析，改善合金的组织和性能。

13.如果让你设计一种耐磨、耐热铝合金，请你指出该合金的主要成分和熔炼时需注意的要点，说明理由。

采用共晶或过共晶铝硅合金，因为共晶及过共晶铝硅合金中含有大量共晶和初生硅，可以保证合金有良好的铸造性能和低的线胀系数，并提高强度、耐磨性、抗蚀性。

同时为了提高该合金的耐热性，还可以向合金中加少量的铜或稀土元素，因为铜和稀土都可以提高合金的高温强度；还可以加入少量的镁，使合金可热处理强化，提高室温性能；加入少量的锰，抵消铁的有害作用，也能改善高温强度。

由于合金中含有大量的初生硅和共晶硅，因此在熔炼过程中，必须进行变质处理，改变合金的结晶组织，从而改善机械性能。

14.基本概念：

变质潜伏期和炉料遗传性

许多变质元素加入铝液后，此保持时间称为变质潜伏期；所谓遗传性，就是质量差的炉料，熔化后获得的铸件组织性能也差，虽然经过正常的熔炼工艺处理仍无改善。

15.铝液中氧化夹杂与针孔有何关系？

原因何在？

铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高，铸件针孔越多。

因为氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件针孔的形成。

16.浮游法精炼的基本原理和方法。

原理：

在铝液中吹入气体或产生气体，利用气泡在铝液中的浮升，将氢及夹杂排出液面。

因为铝液内气泡中氢的分压起始为零，溶解氢按西华特定律不断进入气泡，随气泡很快逸入大气。

精炼方法：

包括氯盐精炼、硝酸盐精炼、吹惰性或活性气体精炼等。

17.铸造铝合金熔炼用熔剂的分类和作用？

1）覆盖熔剂只起隔离保护作用；2）覆盖精炼熔剂兼有保护和精炼作用

18.精炼效果检验的内容和方法？

1）气体含量的检验（观察针孔度、观察减压凝固试样、气相色谱法、真空测气仪）；2）氧化夹杂的检测（Al2O3等氧化物夹杂常用溴—甲醇法的化学方法测定）

19.影响变质处理效果的因素有哪些？

1）冷却速度；2）变质潜伏期；3）变质衰退；4）变质合金中元素的相互作用

20.铸造镁合金有什么特性？

优点：

1）密度小、质量轻；2）比强度和比刚度高；3）良好的导热导电性能；4）良好的电磁屏蔽能力；5）优良的阻尼减振性能；6）良好的压铸成型及塑性加工性能；7）疲劳强度比铝合金高；8）摩擦时不产生火花、无毒性；9）易于回收和切削加工。

缺点：

1）抗蚀性较差；2）镁合金的熔炼和铸造均需采用专门的防护措施。

21.铸造镁合金分为哪几类？

1）标准类铸镁合金（Mg-Al-Zn系合金）；2）高强度类铸镁合金（Mg-Zn-Zr系合金）：

3）耐热类镁合金（Mg-RE-Zn-Zr系合金）

22.锆和稀土对镁合金有什么影响？

锆对镁合金的影响：

1）改善铸造性能；2）除氢作用；3）除杂质作用；4）提高抗蚀性。

稀土对镁合金的影响：

1）提高机械性能；2）提高热强性；3）改善铸造性能

23.在几类镁合金中，为什么Mg-Al类合金必须进行孕育处理？

Mg-Al类合金自发凝固状态的晶粒很粗大，铸件壁厚时更明显。

晶粒粗大将显著降低合金的机械、铸造性能，因此需要对合金进行孕育处理，细化基体晶粒。

24.镁合金熔炼时为什么需要保护，其熔炼保护技术有哪几种，基本原理是什么？

镁合金熔炼时特别容易氧化燃烧，因此熔炼时需要保护。

保护方法有熔盐保护法、合金化保护法、气体保护法。

熔盐保护的机理：

融盐层直接物理隔离；合金化保护的机理：

形成致密氧化膜后物理隔离；气体保护的机理：

1）与合金反应形成致密保护膜，2）隔离空气

25.镁合金气体保护熔炼的意义，SF6保护机理及存在的问题？

熔剂保护熔炼时存在两大问题：

一是熔剂粉尘和高温分解出Cl2、HCl和蒸发的盐雾，造成严重的公害；二是铸件容易出现熔剂夹杂，降低抗蚀性和机械性能。

因此，发展了镁合金的气体保护熔炼。

在含SF6气氛下熔炼，镁合金液面生成MgF2+MgO膜，这种MgF2表面膜致密，可起保护作用。

但是SF6的温室效应比较显著，为CO2的几百万倍。

26.Mg-Al类合金为什么不能加锆变质，其孕育处理方法有哪几种？

因为Mg-Al类合金含有铝，铝阻碍锆的加入，锆与铝形成ZrAl3化合物下沉到坩埚底部，使Zr损耗掉。

孕育处理方法有：

1）过热孕育法；2）加碳孕育法。

27.镁合金熔炼时加锆存在哪些困难，实际生产中是如何加锆的？

1）锆的熔点高，密度大；2）锆的化学活性强，锆在高温下易和大气或炉气中的气体反应，形成的化合物也不溶于镁液中，使锆的损耗增加；3）许多元素阻碍增加锆，锆能和镁液中的许多元素等形成化合物，它们不溶于镁液中，沉淀在坩埚底部。

一般采用含锆化合物或中间合金加锆。

28.基本概念：

脱锌腐蚀

黄铜在流动的海水等介质中，锌逐渐溶失，留下海绵状铜，这种现象称为脱锌腐蚀。

29.铸造锡青铜产生逆偏析的原因？

锡青铜的结晶温度范围宽，枝晶发达，低熔点的富锡δ相被包围在α枝晶间隙中，此时氢的溶解度因温度下降而急剧降低，呈气泡形式析出，产生背压，把富锡熔体推向枝晶间隙中心。

而在凝固后期，铸件从内到外仍存在着大量的显微通道，在氢气泡形成的背压和固态收缩力内外交攻下，迫使富锡熔体沿。

枝晶间的显微通道向铸件表面渗出，堆积在铸件表面。

30.铜合金熔炼时脱氧的原因及常用方法，哪一类铜合金不需要脱氧，为什么？

原因：

铜合金含氧过多将使铜的塑性和导电性能显著降低。

常用方法：

常用脱氧剂脱氧，磷铜（Cu-P）中间合金是最常用的脱氧剂。

黄铜一般不需要脱氧，因为黄铜中含有锌，锌容易蒸发，能自动除氢和脱氧，所以一般无需精炼和磷铜脱氧

31.铸造锌合金按铝量可分为哪几类？

亚共晶型锌合金、过共晶型锌合金、包晶型锌合金

32.钛合金按退火组织分为哪几类？

α型钛合金、α+β型钛合金、β型钛合金

33.铸造钛合金常见熔炼方法？

非自耗电极电弧炉熔炼和自耗电极电弧炉熔炼

第二篇铸铁思考题及参考答案

1.基本概念：

碳当量、共晶度、球化衰退、铁碳相图双重性

答：

根据各元素对共晶点实际碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称为“碳当量”。

铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值称为共晶度。

球化处理后的铁水，在停留一定时间以后，球化效果会消失，这种现象称为球化衰退。

在一定条件下，Fe-C相图有按Fe-石墨和Fe-Fe3C转变的两种可能性，称为铁碳相图的双重性。

2.根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为哪几种？

答：

白口铁，碳主要以碳化物的形式存在；灰口铁，碳主要以石墨的形式存在；麻口铁，碳主要以石墨与渗碳体的形式存在。

3.灰铸铁中根据石墨的形态不同而分为哪几种铸铁？

答：

片状石墨铸铁（简称灰铁）、球状石墨铸铁（简称球铁）、可锻铸铁（简称可铁）、蠕虫状石墨铸铁（简称蠕铁）。

4.铸铁的一次、二次结晶主要包括哪几个阶段？

答：

一次结晶过程包括初析石墨或初析奥氏体的结晶和共晶凝固过程；二次结晶过程包括奥氏体中碳的脱溶和共析转变。

5.石墨对灰铸铁的性能有什么影响？

答：

在灰铸铁组织中，石墨是决定铸铁性能的主要方面，它对铸铁有双重影响。

一方面使灰铸铁的力学性能比较低，虽然具有一定的强度与硬度，但是塑性与韧性几乎为零；另一方面赋予了灰铸铁特殊的性能比如缺口敏感性小、良好的减震性和减摩性。

6.提高灰铸铁性能的主要途径是什么？

答：

1）合理选定化学成分。

在碳当量较低时，适当提高Si/C比，强度性能会有所提高。

2）孕育处理。

促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除过冷石墨；适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成，从而达到改善铸铁的强度性能及其它性能的目的。

3）微量或低合金化。

7.铸铁中形成球状石墨的主要条件是什么？

答：

进行球化处理

8.球墨铸铁孕育和球化处理的目的是什么？

答：

孕育处理的目的是：

1）消除结晶过冷和白口倾向；2）促进石墨化，增加石墨核心，细化球状石墨，提高石墨球的圆整度，改善球化率；3）减小晶间偏析。

球化处理的目的是获得球状石墨，提高铸铁力学性能。

9.球墨铸铁常见的缺陷有哪些？

答：

在QT生产中，除了会产生一般的铸造缺陷以外，还经常会产生一些特有的缺陷。

包括缩孔及缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮、球化不良及衰退。

10.可锻铸铁的生产主要包括那两个步骤？

答：

1）浇注纯白口铸铁件；2）可锻化退火（使渗碳体分解为团絮状石墨）。

11.基本概念：

炉气燃烧比、炉壁效应

答：

表征焦炭层燃烧完全程度的指标称为炉气燃烧比，用ηv表示：

ηv=CO2/（CO2+CO）×100%；冲天炉内的炉气有自动趋于沿炉壁流动的倾向称为炉壁效应。

12.铸铁熔炼的方法主要有哪些？

答：

冲天炉熔炼法、电炉（电弧炉、感应炉）熔炼、双联熔炼和三联熔炼。

13.提高冲天炉铁水温度的措施有哪些？

答：

1）采用高质量的焦炭，2）高的焦炭比，3）合适的风速和风量，4）合理的风口位置，5）预热送风，6）富氧送风，7）改进炉膛形状。

14.冲天炉熔炼过程中铁液中碳、硫、硅、锰、磷的含量发生了什么变化？

答：

碳、硫含量增加，硅、锰烧损，磷含量基本不变。

15.冲天炉与电炉双联的原理和特点？

答：

1）原理：

利用冲天炉完成熔化任务，利用电炉完成铁水的升温与调整成分；2）特点：

效率高；成本合适；铁水质量好。

第三篇铸钢和铸造高温合金及其熔炼思考题及参考答案

1.基本概念：

魏氏组织、热裂、冷裂

先共析铁素体以针状或片状的方式插入奥氏体之中，称魏氏组织；热裂是铸件在凝固过程中，铸造应力超过钢的强度极限而产生的裂纹；冷裂是铸件冷至弹性状态（约600～700℃）时，铸造应力超过钢的强度极限而产生的裂纹。

2.根据含碳量的不同，铸造碳钢可分为哪几种？

低碳钢、中碳钢、高碳钢

3.简述碳钢的结晶过程

主要包括一次凝固过程和固态相变两个过程。

一次凝固过程指对于C＜0.5%铸钢的包晶反应。

固态相变过程包括奥氏体的粒化过程、先共析铁素体的析出和共析反应。

4.铸造碳钢生产中常见的铸态组织缺陷有哪些？

晶粒粗大、魏氏组织、表面脱碳组织、非金属夹杂物和气体

5.结晶组织对铸造碳钢的机械性能影响如何？

1）奥氏体晶粒度的影响：

奥氏体晶粒大小直接影响到最终形成的组织中的铁素体和珠光体的晶粒度。

晶粒越细，钢的强度和韧性越好。

2）晶粒形状的影响：

在钢液凝固过程中，从表面到中心分布有三个晶区，即细等轴区，柱状晶区和粗等轴区。

缩小粗等轴和柱状晶区，提高细等轴晶率，可以使钢的性能提高。

3）铁素体形态的影响：

在铸态的亚共析钢组织中，由于钢的含碳量和冷却速度的不同，在二次结晶过程中析出的先共析铁素体具有三种形态：

即粒状、条状（魏氏体）和网状。

条状组织和网状组织都使钢的强度降低。

通过热处理，可使这两种组织转变为粒状组织，从而提高钢的性能。

6.铸造特种用途低合金钢有哪几种？

低温用低合金钢、耐热低合金钢、抗磨用低合金钢

7.铸造低合金钢热处理的目的是什么？

除改善铸态组织、细化晶粒和消除内应力外，主要是发挥合金元素提高淬透性的作用而获得高性能。

8.稀土元素在铸钢中的作用？

净化作用、变质作用、合金化作用

9.基本概念：

稳定化处理、金属的钝化

金属的钝化指活泼金属由易腐蚀的活性状态变为耐腐蚀的钝性状态；充分发挥钛的作用，使钢中尽可能多的C都形成TiC，并将铬稳定在奥氏体基体中的热处理方法称为稳定化处理。

10.提高钢抗蚀性的途径有哪些？

1）提高钢的电极电位，减轻电化学腐蚀倾向；2）在钢表面形成一层钝化膜，提高抗蚀性；3）在合金组织中尽可能获单相组织，降低钢的阴极活性，提高钢的耐蚀性。

11.提高钢抗氧化性的途径有哪些？

1）改变氧化层结构

钢中加入合金元素，生成尖晶石型氧化物FeO·M2O3或Fe2O3·MO，则钢就具有良好的抗氧化性。

2）提高出现FeO的下限温度

钢中加入合金元素，在与铁形成固溶体的情况下，如果能提高出现FeO的下限温度，也可以提高钢的抗氧化性。

12.Cr13型马氏体不锈钢热处理的工艺和目的是什么？

目的是消除钢中的碳化物，保证其抗蚀性和综合机械性能。

工艺包括退火、淬火和回火，其中退火：

为了消除铸造应力；淬火：

为了得到M体，防止碳化物析出；回火：

为了消除淬火应力并获得良好的综合机械性能。

13.18-8型不锈钢产生晶间腐蚀的原因及防止措施？

晶间腐蚀是由于碳化物（Cr、Fe）23C6沿晶界析出而引起其周围区域铬的贫化所致。

防治措施有：

1）加入合金元素：

提高基体的溶碳能力或使钢中尽可能多的C都与加入的合金元素形成碳化物，将铬稳定在奥氏体基体中；2）热处理：

将碳化物固溶到基体之中。

14.基本概念：

等温强度

随温度升高，在一定温度时，晶界和晶内强度相等，这一温度就是“等强温度”，一般是一个温度区间。

15.高温合金的分类方法

按基体分类：

铁基高温合金、镍基高温合金、钴基高温合金

按合金的主要强化特征分类：

固溶强化型、时效强化型、弥散强化型、

复合强化型

按合金的成型方式分类：

变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金

16.对时效析出型强化高温合金有什么要求？

1）在相图上有固溶体的溶解度随温度而改变的曲线，同时合金成分处于两相区；2）第二相均匀弥散分布在基体上，并且高温下稳定；3）第二相具有良好的热强性，能产生强化效果，第二相的最高稳定温度限制了第二相的强化的极限温度。

17.高温合金晶界强化的常用方法有哪些？

纯净化、微合金化、晶界控制

18.定向凝固需同时满足哪两个基本条件？

1）铸件在整个凝固过程中的热流必须垂直于晶体生长中的固—液界面向单一方向流动；2）晶体生长前方的液体中没有稳定的结晶核心，因此必须维持正向温度梯度

19.高温合金定向凝固方法有哪些？

发热铸型法、功率降低法、高速凝固法、液态金属冷却法、单晶法（选晶法和籽晶法）

20.定向凝固提高高温合金性能的原因有哪些？

1）高温下持久和蠕变断裂多半是沿垂直于零件主应力的横向晶界，而定向组织中则没有或很少有横向晶界，从而明显提高了合金的寿命；2）定向凝固合金的组织，基体相和强化相都是沿一定的方向择优生长，且平行于主应力轴，通常择优生长方向的形变抗力较大。

21.碱性电炉熔炼最基本的方法有哪几种？

氧化法和不氧化法熔炼

22.碱性电弧炉氧化法熔炼脱碳的方法和目的？

在炉料熔化完毕后，加入氧化剂通过熔池中碳的氧化产物（一氧化碳气泡），使钢液产生剧烈的氧化沸腾，从而达到脱磷，除气和去除非金属夹杂物的目的。

脱碳的方法有矿石脱碳和吹氧脱碳

23.电炉钢生产采用的脱氧方法有哪几种？

扩散脱氧、沉淀脱氧、综合脱氧

24.基本概念：

集肤效应

由于高频，炉料中的电流绝大部分都沿表层流过，这种现象称为集肤效应。

25.感应电炉的原理和特点

原理：

利用交流电感应的作用，使金属炉料本身发出热量，来加热和熔化金属的一种熔炼方法。

特点：

1）坩埚内金属液搅动激烈；2）电流频率较高，可以降低电容量，从而节省在电容器上的投资；3）由于集肤效应的存在，表层金属液温度较高。

26.感应电炉的结构主要包括哪几部分？

高频电流设备、电容器、感应器、坩埚

27.感应电炉熔炼的基本工艺包括哪几道工序？

坩埚的制作、装料、熔化、氧化、脱氧、合金化、出钢浇注

28.真空感应熔炼的原理和特点

原理：

是一种无芯感应炉，所不同的是这种电炉的坩埚装在一个真空室内，熔炼时真空室内部被抽成真空，炉料就在真空中进行熔炼和浇注。

优点：

①可以去除材料中的大部分气体和非金属夹杂物；②大大减少元素的氧化损失；③操作过程简便。

缺点：

①合金元素挥发损失；②由于坩埚反应，使坩埚寿命短。

29.真空感应炉熔炼基本工艺主要有哪几道工序？

坩埚制备、炉料准备和装料、抽真空、熔化、精炼、合金化、浇注

30.常见真空感应电炉有哪几种

立式真空感应电炉、卧式真空感应电炉、半连续式真空感应炉

31.氩氧脱碳法（简称AOD法）熔炼的原理

同时向钢包内吹入氧气和氩气，利用碳氧反应精炼；利用Ar气稀释CO，降低PCO，从而达到在降低碳含量的同时，保证铬不被大量氧化的一种熔炼不锈钢的方法。

32.电渣重熔的原理和特点

原理：

利用电流通过具有一定电阻的特制熔渣时所产生的电阻热来熔炼金属的一种方法。

特点：

1）渣洗精炼；2）定向凝固3）产品种类多、应用范围广4）技术经济指标好

33.特种熔炼方法主要有哪些？

电渣炉熔炼、氩氧脱碳法熔炼、真空氩氧脱碳法熔炼、等离子炉熔炼