必威铸造合金及熔炼思考题1）气体含量的检验（观察度、观察减压凝固试样、气相色谱法、线）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）

　　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。

　　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。

　　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)。

　　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必威，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。

　　由于铝镁二元合金的结晶温度范围很大，铸态组织晶体量较少，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

　　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

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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、合金化保、气体保。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

　　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。

　　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/(CO2CO)×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。

　　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。

　　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MgF2MgO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。

　　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必威。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。

　　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。

　　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。

　　铝液中氧化夹杂越多，则含氢量也越高，铸件越多。因为氧化夹杂物提供了气泡成核的现成界面，促使铸件的形成。

　　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。

　　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。

　　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）

　　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

　　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。

　　答：一次结晶过程包括初析石墨Fra Baidu bibliotek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。

　　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必威，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。

　　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性能的目的。3）微量或低合金化。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。