铸造合金和熔炼.doc

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1、铸造合金与熔炼实验指导书班级：姓名：学号：南京农业大学工学院机械工程系机械制造教研室编2006年10月目录实验一铸钢及铸铁金相组织观察1一、实验目的1二、实验原理1三、实验设备和材料4四、实验内容与步骤4五、注意事项6六、实验报告6实验二铝-硅合金变质处理及金相组织观察7一、实验目的7二、实验原理7三实验设备和材料8四、实验内容与步骤8五、注意事项9六、实验报告9七、思考题9铸造合金及其熔炼实验指导书实验一铸钢及铸铁金相组织观察一、实验目的⑴了解使用中频感应电炉熔炼铸钢和铸铁的过程。⑵熟悉铸钢和铸

2、铁铸件和试样的制作（砂型浇注）。⑶了解铸钢和铸铁的金相组织，力学性能。二、实验原理1、熔炼感应电炉熔炼是利用交流电感应的作用，使坩埚内的金属炉料本身发出热量，将其熔化，并进一步使液体金属过热的一种熔炼方法。感应电炉依其构造分为无芯式和有芯式两种类型。图1-1无芯感应电炉的工作原理1一感应器2一坩埚3一钢液(或炉料)①一感应器中瞬间电流方向②一钢液(或炉料)中产生感应电流方向炼钢用的是无芯式感应电炉，其工作原理示如图1-1。在—个耐火材料筑成的坩埚外面，有螺旋形的感应器(感应线圈)。在炼钢过程中，盛

3、装在坩埚内的金属炉料(或熔化成的钢液)，尤如插在线圈中的铁芯。当往线圈中通以交流电时，由于感应作用，在炉料(或钢液)内部产生感应电动势，并因此感生感应电流(涡流)。由于炉料(或钢液)本身有电阻，故在涡流通过时会发出热量。感应电炉炼钢所需的热量就是利用这种原理产生的。无芯感应电炉的构造9铸造合金及其熔炼实验指导书无芯感应电炉主要由两个部分构成：炉体部分和电气部分。炉体部分的构造如图1-2所示。当交流电通过感应器时，在感应器的内部空间中便产生了交图1-2感应电炉炉体部分构造图1一水泥石棉盖板2一耐火砖

4、上框3一捣制坩埚4—玻璃丝绝缘布5一感应器6一水泥石棉防护板7一耐火砖底座8一不锈钢制(不感磁)边框9一转轴变磁通。交变磁通在金属炉料(或钢液)内引起感应电动势，在垂直于磁通的平面上产生涡流t从而起加热作用。感应电动势的大小与磁通及电流频率有关，其关系式如下E＝4.44ΦNf(V)式中Φ—磁通(Wb)；N——感应器匝数；f——交流电频率(Hz)由式可见，增大磁通和提高交流电频率，能够提高感应电动势。在炉料(钢液)内部，磁通的分布并不是均匀的，而是愈靠近外层(坩埚壁)，磁通密度愈大，愈靠近坩埚的中心

5、线，磁通密度愈小，因此在外层中产生的感应电动势和电流比里层来得大，这就是所谓的“集肤效应”。由于这种电流密度不均匀现象的存在，使得坩埚内炉料(钢液)外层的发热量大于里层。采用的电流频率愈高，“集肤效应”9铸造合金及其熔炼实验指导书愈显著，则发热愈是集中于外层。因此，对于大直径(大容量)的坩埚来说，如果采用高频率，则在炉料中将只有一个筒状的外层中发出较多的热量，而里层发热很少。在这种情况下，加热的效果低。为此应使电流频率与坩埚直径(炉子容量)相适应。即炉子的容量大时，所采用的电流频率应该低些。这即是

6、感应电炉的用电频率与其容量之间有一定对应关系的道理。无芯感应电炉依照所采用不同的电流频率范围，可分为高频感应电炉、中频感应电炉和工频感应电炉三种类型。2、铸造碳钢的结晶过程和铸态组织①结晶过程铸造碳钢属于亚共析钢，其结晶过程可分为两个阶段，即一次结晶和二次结晶。一次结晶：当钢液温度降至液相线时，有高温铁索体(δ—Fe)析出。温度下降至包晶温度时，发生包晶转变，生成奥氏体，温度继续下降，穿过L+γ区时，又有奥氏体自钢液中析出，此析出过程进行到固相线温度为止。二次结晶：当温度下降至GS线与PS线之间的

7、区域时，有先共析铁索体相析出。随着α相的析出，剩余奥氏体的含碳量上升。当温度达到共析转变温度时，发生共析转变，形成珠光体。结晶过程完了后，钢的组织基本上不再变化。②铸态组织碳钢铸件的铸态组织的特征是晶粒粗大，有些情况下还存在魏氏(或网状)组织。图1-3铸钢件断面上晶区分布示意图I一细等轴晶区II一柱状晶区III一粗等轴晶区与热处理后的组织相比，铸态组织的晶粒较粗大，而且存在柱状晶区，铸件断面上典型的晶粒分布见图6—2。晶粒的粗细和晶粒的形态对钢的性能有重要的影响。晶粒粗大则晶界的比表面积较小，因而

8、钢的强度较低。柱状晶具有各向异性，在其横向上的力学性能特别是韧性较低。在经受外力冲击作用时，易沿晶界发生断裂。这种铸态组织特征在厚壁铸件上表现得尤为明显。铸件壁9铸造合金及其熔炼实验指导书越厚，则铸态下的性能越差。碳钢在铸态下力学性能低，特别是不耐冲击是铸钢件必须经过热处理后才能使用的基本原因。3、铸铁的结晶和石墨化铸铁从液态转变成固态的一次结晶过程，包括初析和共晶凝固两个阶段。当过共晶成分的铁液冷却时，先遇到液相线，在一定的过冷下便会析出初析石墨的晶核，并在铁液中逐渐长大。由于结