2010铸造合金及其熔炼教学大纲

《铸造合金及其熔炼》课程教学大纲

课程代码：050141002

课程英文名称：Casting Alloy and Smelting

课程总学时：56 讲课：48 实验：8 上机：0

适用专业：材料成型及控制工程专业

大纲编写（修订）时间：2010.10

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

《铸造合金及其熔炼》课试材料加工及控制工程专业的骨干课之一，本课程的教学目的是使学生掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系，掌握铸铁熔炼的基本原理，了解各种铸铁的生产方法及冲天炉的操作工艺，为获得合格的铸铁件奠定合金及熔炼方面的基础。掌握铸造碳钢、低合金钢、高合金钢的化学成分、金相组织、力学性能的关系，掌握合金元素在铸钢中的作用，掌握炼钢工艺特点，了解炼钢设备的基本构造。掌握常用的铸造铝合金、铸造铜合金的成分、组织、性能及应用的关系，掌握合金的铸造性能及熔炼工艺原理的基础知识，常用合金及其典型熔炼工艺。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

（1）．掌握常用铸铁的成分、组织、性能及其内在联系的规律性，掌握常用合金元素的作用。

（2）．了解孕育机理、球化机理及固态石墨化机理，了解各种铸铁的生产方法。

（3）．掌握冲天炉熔炼的基本原理和获得高温优质铁水的途径。

（4）．了解冲天炉的结构、操作工艺和熔炼过程的控制方法。

（5）．全面、系统的讲授常用的铸造碳钢及铸造合金钢的牌号、化学成分、组织与性能，阐明铸态组织的形成机理和热处理方法。

（6）．介绍国内外在铸钢材料方面的研究成果、发展方向及动态，以扩大思路，开阔眼界。

（7）．讲授电弧炉炼钢及感应炉炼钢的工艺过程，阐明炼钢过程中各期主要的物理化学反应，对钢水质量和铸件质量的影响。

（8）．从冶炼钢方面的新技术，从冶金因素方面指明进一步提高铸件质量的途径。

（9）．铝合金

重点掌握铝硅合金的成分、组织、性能的关系，及提高铝硅合金性能的主要途经，了解铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金的成分、组织、性能的关系。掌握合金元素的作用。

（10）．铜合金

掌握锡青铜、铝青铜、特殊黄铜的成分、组织、性能的关系，掌握其铸造特点。

（11）．有色合金熔炼

掌握气体在有色合金中的溶解和析出规律，氧化夹杂的生成条件及存在形

态，掌握常用有色合金的熔炼、精炼工艺及变质方法。

（三）实施说明

（1）．根据教学大纲组织教学内容，以教材为主，不断充实新理论、新技术、发展方向。

（2）．由于教学时数有限，课内只作重点讲授，其它内容安排学生自学。

（3）．注意各章节间内在联系的讲授和总结，注意理论联系实际的教学方法。

（4）．注意培养学生的自学能力，总结能力，分析问题和解决问题的能力。

（四）对先修课的要求

要求学生在学习本门课之前，应熟练掌握相图的基本知识和理论，掌握金属学原理、传热学原理、冶金学原理。而且，要求学生在生产实习中对实际生产有较好的感性认识。

（五）对习题课、实验环节的要求

（1）．习题：学生能用所学的理论知识独立完成习题作业，以便增加综合能力。

（2）．实验：要求学生独立完成金相观察的组织分析及对性能的影响。（六）课程考核方式

1.考核方式：考试

2.考核目标：考核学生对基本概念的掌握情况，对专业理论知识的掌握情况，以及运用专业理论知识分析问题和解决问题的能力。开出设计性实验，提高学生的知识运用能力。

3.成绩构成：考试：80%，平时：6%，实验：14%。

（七）参考书目

《铸造合金及其熔炼》，陆文华等编，机械工业出版社出版社，出版时间2004

二、中文摘要

《铸造合金及其熔炼》教学大纲适用于材料成型及控制工程专业大学本科教学使用，主要讲述铸铁及其熔炼、铸钢及其熔炼、铸造有色合金及其熔炼的基本原理及工艺控制过程。通过课程讲授与实验相结合的方法，用专业理论知识分析工程实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。

三、课程学时分配表）

四、教学内容及基本要求

（一）铸铁及其熔炼

具体内容：

铸铁的结晶与组织的形成，灰铸铁，球墨铸铁及蠕墨铸铁，可锻铸铁，铸铁的熔炼。

重点：

铁碳及铁碳硅相图，灰铸铁的成分组织、性能和应用，球墨铸铁及蠕墨铸铁的成分、组织、性能，蠕墨铸铁及其组织和性能，可锻铸铁的成分、组织、性能及应用，冲天炉中高温的产生及热交换，燃烧反应强化冲天炉熔炼过程的途径，提高冲天炉的热效率，冲天炉内的冶金反应。

难点：

灰口铸铁的一次结晶白口铸铁的一次结晶，铸铁的凝固方式，奥氏体中碳的脱溶，奥氏体的共析转变和马氏体转变，合金元素对铸铁结晶过程的影响。

影响灰铸铁组织形成的基本因素，灰铸铁组织中的石墨和基体，灰铸铁的孕育，灰铸铁的机械性能和化学成分，低合金灰铸铁，灰铸铁的铸造性能，灰铸铁的热处理。

球墨铸铁的化学成分，石墨的球化，球墨铸铁的孕育，球墨铸铁的铸造性能，球墨铸铁件常见缺陷，球墨铸铁件的热处理。

蠕墨铸铁的蠕化和孕育，蠕墨铸铁常见缺陷，球墨铸铁及蠕墨铸铁件化学成分的选择举例。可锻铸铁中石墨的形成，白口铁铸态石墨化动力学，二阶段石墨化过程动力学，可锻铸铁的化学成分及热处理，加速加锻铸铁退火过程的途径，可锻铸铁的铸造性能，可锻铸铁的常见缺陷。

冲天炉熔炼过程中铁液化学成分的变化，冲天炉熔炼过程的检测与铁液质量的炉前控制，炉外脱硫。

习题内容：

1．试分析共晶成分及亚共晶成分铸铁在一定的冷却速度下生成麻口组织时，往往在铁液中先有石墨共晶形成的道理。

2．综合分析硅在铸铁中所起的各方面作用，以及它对铸铁性能的影响。

3．分析合金元素对铸铁结晶过程的主要影响。

4．说明灰铸铁具有良好流动性的原因。

5．为什么热处理方法不能从根本上改善铸铁的性能。

6．分析灰铸铁中石墨基片状存在对其性能的影响。

7．会铸铁进行孕育处理的目的？常用的孕育剂是什么？

8．说明S、P含量对铸铁石墨化和机械性能的影响。

9．灰铸铁件进行低温退火和高温退火的目的是什么。

10．试分析球墨铸铁比灰铸铁的切口敏感性强，而减震性和导热性较差的道理。

11．试分析在铸态下得到高韧性球墨铸铁、高强度球墨铸铁和高韧性高强度球墨铸铁的基本途径，并于热处理方法进行比较。

12．试分析在奥—贝氏体球墨铸铁的热处理中，改变加热温度和等温淬火温度对生成组织和性能的影响。

13．试分析在铸造工业上采用的铸件顺序凝固及冒口补缩的方案在球墨铸铁件运用的效果。

14．试分析球墨铸铁的凝固特点。

15．为什么蠕墨铸铁的减震性、导热性和机械性能位于灰铸铁和球墨铸铁中间。

16．说明硅、锰二元素的含量对机体组织的影响。

17．铸铁中加入合金元素，进行合金化的目的。

18．试论述加速黑心可锻铸铁退火过程的途径和措施。

19．说明第一阶段石墨化过程中，石墨核心形成与长大的过程。

20．试论述石墨形状和基体组织对铸铁机械性能的影响。

21．说明黑心可锻铸铁退火过程中组织的变化过程。

22．说明可锻铸铁碳硅比的选择对石墨化过程的影响。

23．说明冲天炉送风量过大或过小均不利于提高铁液温度的道理。

24．试分析冲天炉不适合于熔炼高合金铸铁的道理。

25．前炉和炉缸的作用。

26．指出冲天炉熔化铁水时，铁液增碳和减碳的冶金过程？并指出影响增碳的因素。

27．指出冲天炉熔化铁水时，影响增硫和脱硫的因素？并介绍一种炉外脱硫的方法。

28．按网形图分析焦耗和风量分别对铁水温度和铁水熔化率的影响。

29．分析冲天炉风口以上的炉气成分及含量分布。

30．说明对铸造用铁液质量的基本要求。

31．冲天炉富氧送风的优点是什么。

39．铬、镍在高合金钢中的作用。

实验上机：

灰铸铁金相组织观察，球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁金相组织观察。

（二）铸钢及其熔炼

具体内容：

铸造碳钢，铸造低合金钢，铸造高合金钢，电弧炉炼钢，感应电炉炼钢。

炼钢技术的发展

重点：

铸钢结晶过程及铸态组织，铸钢件力学性能，合金元素在钢中的作用（存在形式、常用合金元素），高锰钢、不锈钢，电弧炉及感应电炉的结构、熔炼工艺，炉外精炼。

难点：

常见元素对机械性能的影响（锰、硫、磷、硅），气体和非金属夹杂物对机械

性能的影响，铸造性能（流动性、体收缩率及缩孔率、线收缩率、热裂倾向、冷裂倾向）。

锰系及锰硅系铸造低合金钢，铬系及铬镍系铸造低合金钢，其它铸造低合金钢，低合金钢的铸造性能。

铸造抗磨钢（铸态组织、热处理、加工硬化及抗磨性），铸造不锈钢（铬不锈钢、铬镍不锈钢及马氏体不锈钢），铸造耐热钢（钢在高温下的强化和蠕变）。

三相电弧炉的结构及主要技术指标，碱性电弧炉氧化法炼钢，钢的浇注。

感应电炉的结构及工作原理，酸性感应电炉炼钢工艺，碱性感应电炉炼钢工艺。真空炼钢、氩氧脱碳法、真空氩氧脱碳法炼钢、电渣炉炼钢，炉外处理钢水的工艺：真空处理及真空浇注。

习题内容：

32．五大元素对铸钢性能的影响。

33．铸钢中非金属夹杂物的形态及对性能的影响。

34．铸钢铸态组织主要缺陷及消除方法。

35．铸钢的铸造性能特点。

36．锰、铬、镍、钼、铜在低合金钢中的作用。

37．试分析高锰钢作为最通用的一种抗磨钢的道理。

38．指出改善高锰钢性

40．铬镍不锈钢的铸造性能。

41．碱性电弧炉氧化法炼钢各期主要任务是什么。

42．氧化脱碳的意义？为什么要在温度超过一定值后才能进行氧化脱碳。

43．“大口出钢、钢渣混出”的意义。

44．使分析感应电炉炼钢的特点。

45．真空感应电炉炼钢的优缺点。

46．使分析VOD法最适合冶炼不锈钢和超低碳钢的道理。

47．全面分析炉外精炼的作用和意义。

实验上机：

铸造碳钢、铸造合金碳钢金相组织观察

（三）铸造有色合金及熔炼

具体内容：

铝合金，铜合金，其它合金；铝合金的熔炼，铜合金的熔炼。

重点：

铝—硅类合金，铝—铜类合金，铝—镁类合金，铝—锌类合金，锡青铜，铝青铜，黄铜，轴承合金，铝液的氧化及吸气、铝合金的精炼及变质，铜合金的氧化及脱氧。

难点：

工业纯铝的一般特性、铸造铝合金的分类及其特点，铝—硅类合金（成分、组织与性能，提高铝—硅类合金性能的主要途径），铝—铜类合金（成分、组织与性能），铝—镁类合金（成分、组织与性能），铝—锌类合金（成分、组织与性能）。

工业纯铜的一般特性及应用、铸造铜合金的分类，锡青铜（成分、组织、性能及用途、合金元素对锡青铜的影响），铝青铜（成分、组织、性能及用途，合金元素对铝青铜的影响）；黄铜（成分、组织、性能及用途，特殊黄铜）。

轴承合金的成分、组织、性能及应用，锌合金的成分、组织、性能及应用。

铝合金熔炼的一般原则，对铝液质量的要求，铝液的氧化及吸气，铝液中的气体来源及氢在铝液中的溶解特性，铝液的氧化、吸气及影响因素，铝合金的精炼（吸附精炼及非吸附精练），铝合金的变质处理（共晶、亚共晶、过共晶铝合金的变质）。

铜合金的氧化及脱氧（铜合金的氧化特性、铜合金的脱氧），铜合金的吸气及除气精炼（气体在铜液中的溶解特性，除气精炼的原理及方法）。

习题内容：

48．铸造铝合金共分几类？各类合金的特点是什么，合金代号是什么。49．提高Al—Si类合金力学性能有哪些途径，试举例说明。

50．Al—Si共晶合金变质前后有哪些变化？简述变质机理。

51．铸造铝合金常用的热处理规范有几种？试举例说明。

52．铝液中氢与氧化夹杂之间有何

53．铝液精炼工艺分几类？使举例说明。

54．铝合金细化处理机理和共晶硅变质机理有何不同？最常用的细化剂有哪些。

55．铸造锡青铜的铸造工艺特点是什么？克服锡青铜阀体渗漏有哪些方法。

56．分析ZCuZn38的结晶过程，描述其铸态组织，分析含锌量和力学性能之间的关系。

57．铜液有几种脱氧方法？各自的优缺点如何。

58．试述磷铜的脱氧原理及脱氧工艺要点。

实验上机：

铸造碳钢、铸造合金钢、铸造铝合金、铸造铜合金金相组织观察。

实验上机：

铝合金液精炼净化工艺及铝液质量检测设计性实验。

了解采用气体旋转喷吹铝液精炼处理的基本原理，了解设备的使用原理及操作过程；掌握气体喷吹工艺参数对铝液精炼效果的影响，能通过浮游法精炼原理的分析，对气体喷吹工艺参数进行设计，并对精炼铝液效果进行检测。

编写人：赵忠兴

审核人：杜晓明

批准人：张罡