鑄造合金與加工實例

 第一章金屬學基礎1
第一節金屬結構的常用檢測手段1
一、顯微檢測分析的機理2
二、金屬的微觀結構4
三、金屬的結構和性能的關係6
第二節鐵碳合金的平衡狀態圖8
一、相的平衡8
二、金屬的結晶9
三、鐵碳合金的相變10
第三節合金鋼的相變動力學14
一、合金元素的分類15
二、合金鋼相變動力學16
三、馬氏體的性質16
四、合金元素對Fe-C平衡圖的影響19

第二章特殊性能的合金鋼20
第一節耐熱鋼20
一、常用耐熱鋼20
二、影響耐熱鋼高溫強度的因素和機理23
第二節耐蝕不銹鋼24
一、奧氏體型和鐵素體型耐蝕不銹鋼25
二、高綜合性能板條馬氏體不銹鋼25
第三節耐磨鋼27
一、抗衝擊磨料磨損的鑄鋼材料和工藝28
二、抗熱疲勞剝落與磨損的鑄鋼32
三、抗流體耐蝕的鑄鋼34
第四節低合金鋼及其他鋼材35
一、低合金高強度結構鋼36
二、低合金抗磨鋼37
三、高強度低導磁性鋼37
四、低溫鑄鋼37

第三章特殊性能的鑄鐵39
第一節中錳球墨鑄鐵39
一、化學成分與顯微組織40
二、鑄件生產工藝41
三、鑄件造型和冷卻工藝42
四、大襯板生產工藝42
第二節低合金高強度球墨鑄鐵44
一、銅鉬合金球墨鑄鐵44
二、鎳鉬合金球墨鑄鐵45
三、低鎢合金球墨鑄鐵45
第三節蠕墨鑄鐵46
第四節耐熱鑄鐵48
一、中矽耐熱灰鑄鐵48
二、中矽中鋁球墨鑄鐵49
三、高鋁耐熱鑄鐵49
第五節耐磨灰鑄鐵與白口鑄鐵50
一、氣缸套用的耐磨灰鑄鐵50
二、高鉻低合金抗磨白口鑄鐵51
三、鉻28耐酸耐磨鑄鐵51
第六節其他類型鑄鐵材料52
一、用於制堿工業的耐鹼鑄鐵材料52
二、自磨銳犁生產和瀝土犁鏵鑄鐵的生產工藝53
三、鐵素體球墨鑄鐵54
四、白心與黑心可鍛鑄鐵55
五、無限冷硬鑄鐵軋輥56
六、錳鎢銅奧氏體白口鑄鐵57

第四章有色金屬合金及其熔煉58
第一節銅及銅合金58
一、純銅58
二、黃銅59
三、青銅62
四、白銅63
五、銅-錳基阻尼合金64
第二節銅合金的熔煉及原理和工藝65
一、銅合金的熔煉及原理65
二、純銅的冶煉工藝67
三、爐前檢驗方法69
第三節各類鑄造銅合金熔煉工藝70
一、黃銅類鑄銅70
二、青銅類鑄銅74
三、白銅類鑄銅75
四、銅合金的堆焊技術75
第四節鋁和鋁合金的強化處理77
一、純鋁77
二、鋁合金78
第五節鎂合金與鋅合金90
一、鎂合金的性質與應用90
二、鎂合金的生產與加工工藝91
三、粗鎂的生產工藝流程93
四、鎂與鎂合金的精煉技術94
五、鋅合金95

第五章金屬學與熱加工知識問答97
1.金屬學研究物件的核心是什麼？97
2.金屬的晶體、晶粒與金屬的亞微觀缺陷是何關係？97
3.晶粒的間界與晶粒的性質有無異同？98
4.金屬的彈性形變與範性形變（塑性形變）的特異性如何?99
5.金屬原子點陣發生滑移（或稱滑移）有何規律？99
6.常用金屬的晶型如何區分？熔點有何不同？99
7.何為孿晶？有何特徵？100
8.什麼是固溶體？100
9.間隙相、間隙固溶體和替代型（置換型）固溶體各有什麼特點？100
10.鐵碳合金及其他合金的共晶為什麼熔點最低？101
11.為何過共析鋼（含碳0.77%～1.8%）冷卻時析出Fe3C而不是石墨碳？101
12.為什麼灰鑄鐵中石墨呈條形而黑心可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀？101
13.形成碳化物和溶入鐵素體的合金元素如何排列強弱順序？102
14.擴大和縮小γ區的合金元素及其在α鐵與γ鐵中的最大溶解度如何？102
15.圖示擴大γ區和縮小γ區（即擴大α區）諸合金元素的作用是什麼？102
16.影響合金元素之間溶解度的因素是什麼？102
17.黑色金屬中的奧氏體從高溫連續冷卻下來形成珠光體（含共析片狀碳化物），從高溫淬火形成馬氏體再回火則形成粒狀碳化物，如何解釋這一規律？104
18.奧氏體鑄鋼與鍛鋼在工業應用上有何區別？104
19.含有形成碳化物的元素（carbideformingelements）的鋼其等溫轉變曲線和含有形成鐵素體元素ferritestrengthen)的鋼的等溫轉變曲線有何區別?105
20.流動性最好的合金是共晶成分或純金屬，如何理解？105
21.有何措施使鋁合金長時間不發生自熱時效硬化?106
22.軟磁鋼、硬磁鋼與磁滯現象有何關係?106
23.為什麼變壓器中的鐵芯不用整塊磁鐵而用多層矽鋼片組成?107
24.鋼中所謂的“白點”是什麼?108
25.滾動摩擦與滑動摩擦的機制有何不同?108
26.金屬材料發生疲勞裂紋的機制是什麼?109
27.耐熱鋼中最忌諱的有害元素是什麼？極限含量是多少？109
28.如何認識Na、Sr對Al-Si合金變質的正負效應？109
29.用做彈簧的鋼為何常是矽錳鋼？110
30.所有的鋼中都含有一定數量的矽和錳是什麼原因?110
31.為什麼耐腐鋼和耐熱鋼中必含有較多的鉻鎳元素？110
32.如何防止合金結構鋼發生回火脆性？110
33.金屬或者合金的內耗是什麼概念？111
34.對金屬材料做拉力試驗過程會發生什麼物理現象？111
35.含有鎢或鉬的鋼水冷卻速率對形成碳化物的類型有無影響?111
36.共析鋼與亞共析、過共析鋼的轉變有何區別?112
37.淬火馬氏體組織在回火處理過程中有無原子擴散?112
38.銅合金中的夾雜元素Fe和P對性能有何影響?112
39.低碳鋼能否發生時效硬化?112
40.衝擊試樣的缺口有哪些形式，其衝擊功有無區別？112
41.拉力試棒在被拉斷之前，為何中間部位發生縮頸？112
42.什麼叫應變陳化？113
43.沸騰鋼、半去氧和鎮靜鋼的根本區別是什麼？113
44.生產合格的沸騰鋼有何要領？113
45.沸騰鋼錠的中間泡帶是怎樣生成的？114
46.黑色金屬中不可避免的氧化夾雜物在顯微鏡下各有何特徵？114
47.黑色金屬中硫化夾雜有何特徵？114
48.矽酸鹽類複合夾雜物有何特徵？114
49.如何劃分粗晶粒鋼與細晶粒鋼？114
50.除去溫度外，有什麼因素會影響晶粒長大？115
51.鋼的奧氏體晶粒度對熱處理的效果有何影響？115
52.如何測定奧氏體的晶粒度（指奧氏體未發生相變之前的晶粒大小）？115
53.如何對低碳鋼和低合金鋼鑒別其粗晶或細晶的傾向？115
54.在沒有標準圖片的條件下，如何對鋼的奧氏體晶粒定級？116
55.金屬中內應力的基本概念是什麼?116
56.如何解釋金屬淬火形成內應力?117
57.何謂馬氏體逆變?117
58.板條馬氏體因為什麼發生逆變？118
59.氧氣在鋁和銅中的溶解度有何規律？118
60.氧氣和氮氣在鋼中的溶解度有何規律？119
61.對鋼鐵材料做金相組織檢查如何防止發生假像？119
62.製備鑄鐵金相試樣，如何保持石墨的本來面貌？120
63.採用電解拋光製備金相試樣有何優越性？適用範圍和應注意的技術因素是什麼?120
64.非晶質金屬是怎樣形成的?121
65.如何防止滾珠軸承組在使用過程突發雜訊?121
66.什麼是密烘鑄鐵？121
67.如何提高大型鋼錠模的使用壽命？122
68.在鋼鐵中公認是有害因素磷和硫有無可利用的途徑？122
69.何謂正常鋼與反常鋼，二者之間有何區別?123
70.高錳（13%）鋼鑄件為何在使用過程有時也發生斷裂?如何防止?124
71.能否使白口鑄鐵在最短的時間內變成黑心可鍛鑄鐵?124
72.對高錳（Mn≥13%）鋼的試塊和試棒進行機械加工十分困難，有無改善其加工性能的辦法?125
73.當代主要精煉鋼水的技術是什麼?125
74.對金屬材料做壓力加工成型的方法中，何謂熱加工、半熱加工和冷加工?125
75.如何解決高鉻鑄鋼件大批開裂問題？126
76.如何提高機床導軌的耐磨性和保持機床的持久精度？127
77.如何解決高矽耐酸鑄鐵的大量氣孔問題？127
78.什麼叫刮皮實驗？128
79.耐候鋼是指什麼鋼？129
80.時效強化（硬化）與沉澱強化（硬化）是否相同？129
81.電解拋光金相試片時應注意控制的技術因素有哪些？130
82.電解拋光金相試片時應如何選擇電解液？131
83.有色金屬（合金）的精煉程式規定先脫氫氣後去氧，可否倒過來進行？如不可，是何原因？132
84.用三角試片是否是爐前肉眼檢驗鐵水中石墨球化的唯一方法?132
參考文獻134
作者簡介135

材料特別是金屬材料的性能與其加工處理工藝過程具有極其密切的關係，因此材料專業的研究包括“科學”與“工程”兩個部分，二者具有同等重要性。國內外關於金屬材料方面的專業教材和參考書雖然也很多，從內容、深度和側重點上雖有不同，但大多以系統地介紹“科學”方面的知識為主，而涉及具體工藝的“工程”方面的內容相對較少。這可能與這些書的作者有的主要在高校或科研院所從事科學研究，有的在企業生產第一線的工程技術人員因各方面原因很少系統編寫專著有關。

本書與其他相關參考書不同，並不是系統全面地介紹金屬學的相關知識點，而是以金屬學中的知識為基礎，更強調金屬材料生產中的具體工藝過程，使讀者在書中瞭解到生產中的具體操作過程。因此本書較有助於金屬材料專業的本科生及從事相關生產的科研人員掌握材料具體生產工藝。

本書主要從金屬材料的生產過程著手，第一章介紹了在生產實踐中所必須掌握的金屬學部分基礎知識；第二章重點介紹了耐熱鋼、耐蝕不銹鋼以及耐磨鋼等鑄鋼的特點及製備工藝；第三章介紹了球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、耐熱鑄鐵等特殊性能鑄鐵的工藝特點；第四章介紹銅合金、鋁合金及鎂合金等常用有色合金的熔煉及加工工藝；第五章對在科研及生產實踐中的常見問題進行了解答。

本書由瀋陽鑄造研究所副總工程師、教授/研究員級高級工程師朱家琛編撰，作者根據幾十年的科學研究與生產經驗，收集了國內外相關的技術資料，並將自己的研究成果和實踐經驗進行了整理與彙編，希望能對相關科研人員有所幫助。全書由遼寧大學蔣成勇副教授負責整理修改。

由於編者水準所限，書中定會有疏漏和不當之處，懇請讀者批評指正。

本書在編寫過程中得到化學工業出版社、瀋陽鑄造研究所、遼寧大學等單位的領導和老師的大力支持，在此向他們表示衷心的感謝。

編著者
2016年10月
遼寧瀋陽