铸造合金原理及熔炼（蔡启舟）（第2版）

前言
本书自2010年出版以来，因内容全面，专业性和实用性强，深受广大读者的欢迎，但随着专业教学改革和铸造合金理论与技术的不断发展，内容有待进一步更新与完善，特进行本次修订。
本书的修订内容主要为：各类铸造合金的牌号和技术参数均采用了最新的国家标准。在第1章中，增加了灰铸铁的冶金质量指标、等温淬火球墨铸铁、厚大断面球墨铸铁的生产、硅固溶强化铁素体球墨铸铁，以及球化处理和蠕化处理新技术等内容。第2章中，增加了低合金高强度铸钢、微合金化铸钢，并重新编写了合金元素在钢中的作用、高锰钢的加工硬化机理和马氏体不锈钢等内容。第3章中，将原“3.1.5 其他铸造铝合金”中的铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铝锌合金等改编为与“3.1.1铸造铝硅合金”并列的3个小节，同时，将原“3.3 铸造镁合金和锌合金”改编为“3.3 铸造镁合金”和“3.4 铸造锌合金”。考虑到目前普遍采用感应电炉熔炼铸铁和铸钢，而且，铸造镁合金的产量逐年增加，第4章中，将原“4.3 感应电炉熔炼”改编为“4.1 铸铁和铸钢的感应电炉熔炼”，并新增“4.6 镁合金熔炼”一节。其他部分知识在原书基础上作了局部的改动与调整，基本保持了原书的结构与风格。
此外，书中许多地方更新和补充了最新的技术发展，适当增加了学术前沿的内容。在修订过程中，我们参考了国内外的有关书籍、教材以及期刊学术论文，引用了其中一些材料和数据，在此，谨向各书的编者、论文作者和出版者表示深切的谢意。
本书可作为普通高等学校材料成型及控制工程专业、材料加工工程专业和机械类专业本科生教材，也可作为相关技术人员的参考用书，或企业继续教育的培训教材。
由于编者的水平有限，书中难免有错误和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者
2020年3月




第1版前言
铸造合金是重要的工程材料，广泛应用于各工业部门，在国计民生中占有重要的地位。我国是一个铸造大国，铸件产量自2000年起连续几年遥居世界首位，2008年铸件产量已达3350万吨。但是，所生产的铸件材质性能普遍较国外低1～2级，少数高档铸件仍需进口。任何一个高性能铸件的获得，必须掌握铸造合金的化学成分、熔炼、热处理等工艺因素、金相组织和性能之间的关系。在上述背景下编写了这本书，本书的目的是使读者在掌握铸造合金的基本理论的同时，又能触及学科前沿的最新技术成果。
全书共分4章，第1章为铸铁合金，介绍了铸铁的结晶与组织的形成、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特种铸铁。重点是铸铁的凝固及组织形成与控制的基本理论。第2章为铸钢，阐述了铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造高合金钢的化学成分、组织与性能以及铸钢的热处理。第3章为铸造有色合金，阐述了铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金、铸造锌合金的合金牌号、化学成分、组织与性能控制等。第4章为铸造合金的熔炼，主要介绍了冲天炉熔炼、电弧炉炼钢、感应电炉熔炼的原理以及铸铁、铸钢熔液的炉外精炼和铸造有色合金的精炼。
本书是在总结作者多年来从事《铸造合金原理及熔炼》教学和科研实践经验的基础上，同时吸取国内同仁多年的教学改革成果而编写的。全书系统论述了有关铸造合金原理及其熔炼技术的知识，力求加强基础理论、阐明基本概念与基本问题，尽可能介绍学科前沿的最新研究成果，并提供了丰富的生产和实验数据，加强了实用性，突出了先进性。
本书可作为大专院校材料成形及控制工程专业铸造方向或铸造专业的教材，也适合从事铸造合金的研究与生产的科技人员参考。
本书第1章和第2章由蔡启舟编写，第3章和第4章由吴树森编写。
由于编者的水平有限，在内容和学术观点方面，可能有失偏颇，存在不少的错漏，敬请广大读者指正。

编者
2009年8月

蔡启舟，华中科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。1986年和1989年分别获华中科技大学铸造专业学士和硕士学位，2000年于日本国立室兰工业大学获工学博士学位。现兼任全国铸铁及熔炼技术委员会副主任委员，《特种铸造及有色合金》、《表面技术》和《现代铸铁》等杂志的编委。

  主要研究方向包括金属凝固及组织与性能控制、金属基复合材料、轻合金表面改性等，承担了国家科技重大专项课题、国家自然科学基金、总装部预研基金、湖北省自然科学基金及多项横向合作科研项目。在Surface & Coatings Technology, Journal of Alloys and Compounds，Materials Science and Engineering： A等国内外重要学术期刊和国际会议上发表论文180余篇，其中SCI收录90余篇，编写教材3部。

《铸造合金原理及熔炼》（第2版）共分4章，第1章为铸铁，介绍了铸铁的结晶与组织的形成、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特种铸铁，重点是铸铁的凝固及组织形成与控制的基本理论。第2章为铸钢，阐述了铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造高合金钢的化学成分、组织与性能以及铸钢的热处理。第3章为铸造有色合金，阐述了铸造铝合金、铸造铜合金、铸造镁合金、铸造锌合金的合金牌号、化学成分、组织与性能控制等。第4章为铸造合金的熔炼，主要介绍了感应电炉熔炼、冲天炉熔炼、电弧炉炼钢的原理以及铸铁、铸钢熔体的炉外精炼和铸造有色合金的熔炼与精炼。
《铸造合金原理及熔炼》（第2版）可作为普通高等学校材料成型及控制工程专业、材料加工工程专业和机械类专业本科生教材，也可作为相关技术人员的参考用书或企业继续教育的培训教材。

第1章铸铁1
1.1铸铁概述1
1.1.1铸铁的种类1
1.1.2铸铁的相与组织2
1.2铸铁的结晶与组织形成6
1.2.1Fe-C合金双重状态图6
1.2.2白口铸铁的一次结晶9
1.2.3灰铸铁的一次结晶11
1.2.4球墨铸铁的一次结晶14
1.2.5铸铁的二次结晶19
1.2.6化学成分对铸铁组织的影响20
1.2.7主要工艺因素对铸铁组织的影响24
1.3灰铸铁26
1.3.1灰铸铁的组织和性能26
1.3.2灰铸铁的生产30
1.3.3灰铸铁的冶金质量指标32
1.3.4提高灰铸铁力学性能的途径33
1.3.5灰铸铁的孕育36
1.3.6灰铸铁的铸造性能40
1.3.7灰铸铁的热处理41
1.4球墨铸铁42
1.4.1球墨铸铁的组织及性能42
1.4.2球墨铸铁的生产44
1.4.3球墨铸铁的铸造性能及主要缺陷51
1.4.4球墨铸铁的热处理56
1.4.5等温淬火球墨铸铁58
1.4.6厚大断面球墨铸铁件的生产60
1.4.7硅固溶强化铁素体球墨铸铁61
1.5蠕墨铸铁62
1.5.1蠕墨铸铁的组织及性能62
1.5.2蠕墨铸铁的生产64
1.6特种铸铁69
1.6.1减磨铸铁69
1.6.2抗磨铸铁72
1.6.3耐热铸铁75
1.6.4耐腐蚀铸铁79
思考题80

第2章铸钢82
2.1铸造碳钢82
2.1.1铸造碳钢的化学成分及性能82
2.1.2铸造碳钢的结晶及组织83
2.1.3铸造碳钢的基本组元对力学性能的影响88
2.1.4铸造碳钢的热处理89
2.1.5碳钢的铸造性能91
2.1.6铸造碳钢的焊接性能93
2.2铸造低合金钢93
2.2.1合金元素在钢中的作用94
2.2.2普通铸造低合金钢96
2.2.3低合金高强度铸钢100
2.2.4微合金化铸钢101
2.2.5特殊低合金钢103
2.2.6铸造低合金钢的热处理104
2.2.7低合金钢的铸造性能105
2.2.8低合金铸钢的焊接性能107
2.3铸造高合金钢107
2.3.1铸造高锰钢107
2.3.2铸造不锈钢114
2.3.3铸造耐热钢122
思考题124

第3章铸造有色合金125
3.1铸造铝合金125
3.1.1铸造铝硅合金125
3.1.2铸造铝铜合金140
3.1.3铸造铝镁合金145
3.1.4铸造铝锌合金147
3.1.5铸造铝合金的热处理149
3.2铸造铜合金155
3.2.1铸造铜合金的分类155
3.2.2铸造锡青铜156
3.2.3铸造铝青铜161
3.2.4铸造铅青铜164
3.2.5铸造黄铜166
3.3铸造镁合金169
3.3.1概述169
3.3.2铸造镁合金的种类及性能169
3.4铸造锌合金174
3.4.1概述174
3.4.2Zn-Al合金及其合金化175
3.4.3压铸用锌基合金176
3.4.4高Al锌合金176
思考题177

第4章铸造合金的熔炼179
4.1铸铁和铸钢的感应电炉熔炼179
4.1.1感应电炉加热及熔化原理179
4.1.2炉衬材料和烧结182
4.1.3铸铁的工频感应电炉熔炼185
4.1.4铸钢的感应电炉熔炼188
4.2铸铁的冲天炉熔炼192
4.2.1冲天炉的燃烧过程原理192
4.2.2冲天炉的热交换过程原理199
4.2.3冲天炉的冶金反应原理202
4.2.4冲天炉强化熔炼的主要措施207
4.2.5铸铁熔液的炉外脱硫210
4.3铸钢和铸铁的电弧炉熔炼214
4.3.1电弧炉炼钢的特点214
4.3.2碱性电弧炉熔炼215
4.3.3碱性电弧炉吹氧返回法炼钢220
4.3.4酸性电弧炉熔炼222
4.3.5低碳及超低碳钢的炉外精炼224
4.4铝合金熔炼227
4.4.1熔炼炉227
4.4.2铝合金的熔炼特点230
4.4.3铝合金熔液的精炼231
4.5铜合金熔炼238
4.5.1铜合金的熔炼特点238
4.5.2铸造铜合金的脱氧241
4.5.3铸造铜合金的除氢242
4.5.4铸造铜合金用的熔剂242
4.6镁合金熔炼243
4.6.1镁合金熔炼设备243
4.6.2镁合金熔炼的氧化与保护246
4.6.3镁液除气与精炼249
思考题252

参考文献253