金属材料学第7章 铸铁
金属材料学第章课后习题答案
金属材料学习题与思考题第七章铸铁1、铸铁与碳钢相比,在成分、组织和性能上有什么区别（1）白口铸铁：含碳量约%,硅在1%以下白口铸铁中地碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在,因断口呈亮白色.故称白口铸铁,由于有大量硬而脆地Fe3c,白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工.因此,在工业应用方面很少直接使用,只用于少数要求耐磨而不受冲击地制件,如拔丝模、球磨机铁球等.大多用作炼钢和可锻铸铁地坯料（2）灰口铸铁；含碳量大于％,铸铁中地碳大部或全部以自由状态片状石墨存在.断口呈灰色.它具有良好铸造性能、切削加工性好,减磨性,耐磨性好、加上它熔化配料简单,成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件.（3）钢地成分要复杂地多,而且性能也是各不相同钢是含碳量在%%之间地铁碳合金.我们通常将其与铁合称为钢铁,为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过%.钢地主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等,而且钢还根据品质分类为①普通钢（P≤%,S≤%）②优质钢（P、S均≤%）③高级优质钢（P≤%,S≤%）按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤%）.中碳钢（C≤~%）.高碳钢（C≤%）.②合金钢：低合金钢（合金元素总含量≤5%）.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）.高合金钢（合金元素总含量＞10%）.2、C、Si、Mn、P、S元素对铸铁石墨化有什么影响为什么三低（C、Si、Mn低）一高（S高）地铸铁易出现白口（1）合金元素可以分为促进石墨化元素和阻碍石墨化元素,顺序为：Al、C、Si、Ti、Ni、P、Co、Zr、Nb、W、Mn、S、Cr、V、Fe、Mg、Ce、B等.其中,Nb为中性元素,向左促进程度加强,向右阻碍程度加强.C和Si是铸铁中主要地强烈促进石墨化元素,为综合考虑它们地影响,引入碳当量CE = C% + 1/3Si%,一般CE≈4%,接近共晶点.S是强烈阻碍石墨化元素,降低铸铁地铸造和力学性能,控制其含量.（2）铸铁地含碳量高,脆性大,焊接性很差,在焊接过程中易产生白口组织和裂纹.白口组织是由于在铸铁补焊时,碳、硅等促进石墨化元素大量烧损,且补焊区冷速快,在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生地.白口铸铁硬而脆,切削加工性能很差.采用含碳、硅量高地铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料,或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出,或采用钎焊,可避免出现白口组织,.3、铸铁壁厚对石墨化有什么影响冷速越快,不利于铸铁地石墨化,这主要取决于浇注温度、铸型材料地导热能力及铸件壁厚等因素.冷速过快,第二阶段石墨化难以充分进行.4、石墨形态是铸铁性能特点地主要矛盾因素,试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能及热处理工艺地影响.墨地数量、大小和分布对铸铁地性能有显着影响.如片状石墨 ,数量越多对基体地削弱作用和应力集中程度越大.石墨形状影响铸铁性能：片状、团絮状、球状.对于灰铸铁,热处理仅能改变基体组织,改变不了石墨形态,热处理不能明显改善灰铸铁地力学性能.球墨铸铁是石墨呈球体地灰铸铁,简称球铁.由于球墨铸铁中地石墨呈球状,对基体地割裂作用大为减少,球铁比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多地强度、塑性和韧性.5、球墨铸铁地性能特点及用途是什么球墨铸铁.将灰口铸铁铁水经球化处理后获得,析出地石墨呈球状,简称球铁.比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性.用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等..珠光体型球墨铸铁——柴油机地曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机地轧辊；水压机地工作缸、缸套、活塞等. 铁素体型球墨铸铁——受压阀门、机器底座、汽车后桥壳等.6、和刚相比,球墨铸铁地热处理原理有什么异同球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.7、HT200、HT350、KTH300-06、QT400、QT600各是什么铸铁数字代表什么意义各具有什么样地基体和石墨形态说明他们地力学性能特点及用途.（1）灰铸铁常用型号为HT100/HT150/HT200/HT250/HT300/HT350球墨铸铁常用型号为QT400-18/QT400-15/QT450-10/QT500-7/QT600-3/QT700-2/QT800-2/QT900-2黑心可锻铸铁常用牌号为KTH300-06/KTH350-10/KTZ450-06/KTZ550-04/KTZ650-02/KTZ700-02,其中KTH300-06适用于气密性零件,KTH380-08适用于水暖件,KTH350-10适用于阀门、汽车底盘.（2）牌号中代号后面只有一组数字时,表示抗拉强度值；有两组数字时,第一组表示抗拉强度值,第二组表示延伸率值.两组数字中间用“一”隔开.抗拉强度随壁厚而变化,壁厚越大抗拉强度越小.3）①灰口铸铁：灰铸铁是指石墨呈片状分布地灰口铸铁.灰铸铁价格便宜,应用广泛,其产量约占铸铁总产量地80%以上.1.牌号：常用地牌号为HT100、HT150、HT200、……、HT3502.组织灰铸铁地组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成地,其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种.灰铸铁地显微组织如下图所示.为提高灰铸铁地性能,常对灰铸铁进行孕育处理,以细化片状石墨,常用地孕育剂有硅铁和硅钙合金.经孕育处理地灰铸铁称为孕育铸铁.3.热处理热处理只能改变铸铁地基体组织,但不能改变石墨地形态和分布.由于石墨片对基体地连续性地破坏严重,产生应力集中大,因而热处理对灰铸铁地强化效果不大,其基体强度利用率只有30%-50%.灰铸铁常用地热处理有：消除内应力退火、消除白口组织退火和表面淬火.4.用途灰铸铁主要用于制造承受压力和振动地零部件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体等.②球墨铸铁：球墨铸铁是指石墨呈球形地灰口铸铁,是由液态铁水经石墨化后得到地.与灰铸铁相比,它地碳当量较高,一般为过共晶成分,这有利于石墨球化.1.牌号：QT400-17、QT420-10、QT500-05、QT600-02、 QT700-02、QT800-02、QT1200-012.组织球墨铸铁是由基体+球状石墨组成,铸态下地基体组织有铁素体、铁素体加珠光体和珠光体3种.球状石墨是液态铁水经球化处理得到地.加入到铁水中能使石墨结晶成球形地物质称为球化剂,常用地球化剂为镁、稀土和稀土镁.镁是阻碍石墨化地元素,为了避免白口,并使石墨细小且分布均匀,在球化处理地同时还必须进行孕育处理,常用地孕育剂为硅铁和硅钙合金.3.性能由于球状石墨圆整程度高,对基体地割裂作用和产生地应力集中更小,基体强度利用率可达70%-90%.接近于碳钢,塑性和韧性比灰铸铁和可锻铸铁都高.4.热处理由于球状石墨危害程度小,因而可以对球墨铸铁进行各种热处理强化.球墨铸铁地热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等.5.用途球墨铸铁在汽车、机车、机床、矿山机械、动力机械、工程机械、冶金机械、机械工具、管道等方面得到广泛应用,可代替部分碳钢制造受力复杂,强度、韧性和耐磨性要求高地零件.③可锻铸铁：可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后获得地,其石墨呈团絮状.可锻铸铁中要求碳、硅含量不能太高,以保证浇注后获得白口组织,但又不能太低,否则将延长石墨化退火周期.1.牌号：KTH KTB KTZ分别表示黑心、白心、珠光体可锻铸铁代号2.组织可锻铸铁地组织与第二阶段石墨化退火地程度有关.当第一阶段石墨化充分进行后（组织为奥氏体+团絮状石墨）,在共析温度附近长时间保温,使第二阶段石墨化也充分进行,则得到铁素体+团絮状石墨组织,由于表层脱碳而使心部地石墨多于表层,断口心部呈灰黑色,表层呈灰白色,故称为黑心可锻铸铁.若通过共析转变区时,冷却较快,第二阶段石墨化未能进行,使奥氏体转变为珠光体,得到珠光体+团絮状石墨地组织,称为珠光体可锻铸铁.3.性能由于可锻铸铁中地团絮状石墨对基体地割裂程度及引起地应力集中比灰铸铁要小,因而其强度、塑性和韧性均比灰铸铁高,接近于铸钢,但不能锻造,其强度利用率达到基体地40%-70%.4.用途可锻铸铁常用于制造形状复杂且承受振动载荷地薄壁小型件,如汽车、拖拉机地前后轮壳、管接头、低压阀门等.这些零件如用铸钢制造则铸造性能差,用灰铸铁则韧性等性能达不到要求.8、如何理解铸铁在一般地热处理过程中,石墨参与相变,但是热处理并不能改变石墨地形态和分布.铸铁地热处理目地在于两方面：一是改变基体组织,改善铸铁性能,二是消除铸件应力.值得注意地是：铸件地热处理不能改变铸件原来地石墨形态及分布,即原来是片状或球状地石墨热处理后仍为片状或球状,同时它地尺寸不会变化,分布状况不会变化.铸铁件热处理只能改变基体组织,不能改变石墨地形态及分布,机械性能地变化是基体组织地变化所致.普通灰口铸铁(包括孕育铸铁)石墨片对机械性能(强度、延性)影响很大,灰口铸铁经热处理改善机械性能不显着.还需要注意地是铸铁地导热性较钢差,石墨地存在导致缺口敏感性较钢高,因此铸铁热处理中冷却速度(尤其淬火)要严格控制.9、某厂生产球墨铸铁曲拐.经浇注后,表面常出现“白口”,为什么为消除白口,并希望得到珠光体基体组织,应采用什么样地热处理工艺铸件冷却时,表层及薄截面处,往往产生白口.白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落.因此必须采用退火（或正火）地方法消除白口组织.退火工艺为：加热到550－950℃保温2～5 h,随后炉冷到500—550℃再出炉空冷.在高温保温期间 ,游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A,在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解,发生石墨化过程.由于渗碳体地分解,导致硬度下降,从而提高了切削加工性.10、解释机床底座常用灰铸铁制造地原因.工艺问题,这些零件形状复杂,除铸造用其他方法难以得到毛坯,而灰口铸铁具有十分优秀地铸造性能.而钢地铸造性很差. 其一,价格便宜,这些产品地重量很重. 其二,减震,灰铸铁中含碳量比较高,石墨在铸铁中地吸振能力或阻止振动传播地作用,使灰铸铁有优良地减振性,钢材没有这个特性. 其三,减磨.灰铸铁中石墨有储油地作用,在有润滑地条件下,加上石墨本身是良好地润滑剂和冷却剂,所以灰铸铁有很好地减磨作用,从而灰铸铁比结构钢耐.其四,对缺口敏感性很低,灰铸铁本身地显微结构石墨是呈现细片状结构,千疮百孔地,再加几个缺口不要紧.钢要是有缺口,十分容易在缺口处疲劳破坏.11、影响铸态组织地主要因素是什么铸铁地组织取决于石墨化进行地程度,为了获得所需要地组织,关键在于控制石墨化进行地程度.实践表明,铸铁地化学成分和结晶时地冷却速度是主要因素.第八章铝合金1、试述铝合金地合金化原则.为什么以硅、铜、镁、锰、锌等元素为主加元素,而以钛、硼、稀土等作为辅加元素.铝具有一系列比其他有色金属、钢铁和塑性等更优良地性能,如密度小,仅为,约为钢或铜地1/3；优良地导电性、导热性；良好地耐蚀性；优良地塑性和加工性能等.但纯铝地力学性能不高,不适合作为承受较大载何地结构零件.为了提高铝地力学性能,在纯铝中加入某些合金元素,制成铝合金.铝合金仍保持纯铝地密度小和耐蚀性好地特点,且力学性能比纯铝高得多.经热处理后地铝合金地力学性能可以和钢铁材料相媲美. 铝合金中常加入地元素为硅、铜、镁、锰、锌元素等.这些合金元素在固态铝中地溶解度一般都是有限地.2、铝合金热处理强化和钢淬火强化地主要区别是什么铝合金地热处理强化不发生同素异构转变.铝合金地淬火处理称为固溶处理,由于硬脆地第二相消失,所以塑性有所提高.过饱和地ａ固溶体虽有强化作用,但是单相地固溶强化作用是有限地,所以铝合金固溶处理强度、硬度提高并不明显,而塑性却有明显提高.铝合金经固溶处理后,获得过饱和固溶体.在随后地室温放置或低温加热保温时,第二相从过饱和固溶体中析出,引起温度、硬度以及物理和化学性能地显着变化,这一过程称为时效.铝合金地热处理强化实际上包括了固溶处理与时效处理两部分.3、以Al-Cu合金为例,简要说明铝合金时效地基本过程.①形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区.在新淬火状态地过饱和固溶体中,铜原子在铝晶格中地分布是任意地、无序地.时效初期,即时效温度低或时效时间短时,铜原子在铝基体上地某些晶面上聚集,形成溶质原子偏聚区,称G·P（Ⅰ）区.G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系,这些聚合体构成了提高抗变形地共格应变区,故使合金地强度、硬度升高.②G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区.随着时效温度升高或时效时间延长,铜原子继续偏聚并发生有序化,即形成G·P （Ⅱ）区.它与基体α仍保持共格关系,但尺寸较G·P（Ⅰ）区大.它可视为中间过渡相,常用θ”表示.它比G·P（Ⅰ）区周围地畸变更大,对位错运动地阻碍进一步增大,因此时效强化作用更大,θ”相析出阶段为合金达到最大强化地阶段.③形成过渡相θ′.?随着时效过程地进一步发展,铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚,当铜原子与铝原子比为1：2时,形成过渡相θ′.由于θ′地点阵常数发生较大地变化,故当其形成时与基体共格关系开始破坏,即由完全共格变为局部共格,因此θ′相周围基体地共格畸变减弱,对位错运动地阻碍作用亦减小,表现在合金性能上硬度开始下降.由此可见,共格畸变地存在是造成合金时效强化地重要因素.④形成稳定地θ相.过渡相从铝基固溶体中完全脱溶,形成与基体有明显界面地独立地稳定相Al2Cu,称为θ相此时θ相与基体地共格关系完全破坏,并有自己独立地晶格,其畸变也随之消失,并随时效温度地提高或时间地延长,θ相地质点聚集长大,合金地强度、硬度进一步下降,合金就软化并称为“过时效”.θ相聚集长大而变得粗大.4、铝合金地成分设计要满足哪些条件才能有时效强化一种合金能否通过时效强化,首先取决于组成合金地元素能否溶解于固溶体以及固溶度随温度变化地程度.如硅、锰在铝中地固溶度比较小,且随温度变化不大,而镁、锌虽然在铝基固溶体中有较大地固溶度,但它们与铝形成地化合物地结构与基体差异不大,强化效果甚微.因此,二元铝－硅、铝－锰、铝－镁、铝－锌通常都不采用时效强化处理.而有些二元合金,如铝－铜合金,及三元合金或多元合金,如铝－镁－硅、铝－铜－镁－硅合金等,它们在热处理过程中有溶解度和固态相变,则可通过热处理进行强化.为获得良好地时效强化效果,在不发生过热、过烧及晶粒长大地条件下,淬火加热温度高些,保温时间长些,有利于获得最大过饱和度地均匀固溶体.另外在淬火冷却过程不析出第二相,否则在随后时效处理时,已析出相将起晶核作用,造成局部不均匀析出而降低时效强化效果.5、硬铝合金有哪些优缺点说明2A12（LY12）地热处理特点.硬铝属于Al-Cu-Mg系合金,具有强烈地时效强化作用,经时效处理后具有很高地硬度、强度,故Al-Cu-Mg系合金总称为硬铝合金.这类合金具有优良地加工性能和耐热性,但塑性、韧性低,耐蚀性差,常用来制作飞机大梁、空气螺旋桨等.硬铝合金地热处理特性是强化相地充分固溶温度与（α+β+S）三元共晶地熔点507℃.因此,硬铝淬火加热地过烧敏感性很大,为了获得最大固溶度地过饱和固溶体,2A12合金最理想地淬火温度为500℃±3℃,但实际生产条件很难做到,所以2A12合金常用地淬火温度为495～500℃.6、试述铸造铝合金地类型、特点和用途.铸造铝合金一般分为以下 4 个系列 :Al-Si 合金该系合金又称为硅铝明 , 一般 Si 地质量分数为 4%-22%.Al-Si 合金具有优良地铸造性能 , 如流动性好、气密性好、收缩率小和热裂倾向小 , 经过变质和热处理之后 , 具有良好地力学性能、物理性能、耐腐蚀性能和中等地机加工性能 , 是铸造铝合金中品种最多 , 用途最广地一类合金.Al-Cu 合金该系合金中 Cu 地质量分数为 3%-11% , 加人其他元素使室温和高温力学性能大幅度提高 , 如ZL205A (T6) 合金地标准性能σb 为 490MPa, 是目前世界上强度最高地铸造铝合金之一 , ZL206 、 ZL207 和 ZL208 合金具有很高地耐热性能. ZL207 中添加了混合稀土 , 提高了合金地高温强度和热稳定性 , 可用于 350-400 ℃ 下工作地零件 , 缺点是室温力学性能较差 , 特别是伸长率很低. Al-Cu 合金具有良好地切削加工和焊接性能 , 但铸造性能和耐腐蚀性能较差.这类合金在航空产品上应用较广 , 主要用作承受大载荷地结构件和耐热零件.Al-Mg 合金该系合金中 Mg 地质量分数为 4%-11% , 密度小 , 具有较高地力学性能 , 优异地耐腐蚀性能 , 良好地切削加工性能 , 加工表面光亮美观.该类合金熔炼和铸造工艺较复杂 , 除用作耐蚀合金外 , 也用作装饰用合金.Al-Zn 合金 Zn 在 Al 中地溶解度大 , 当 Al 中加人 Zn 地质量分数大于 10% 时 , 能显着提高合金地强度 , 该类合金自然时效倾向大 , 不需要热处理就能得到较高地强度.这类合金地缺点是耐腐蚀性能差 , 密度大 , 铸造时容易产生热裂 , 主要用做压铸仪表壳体类零件.7、试解释：铝合金地晶粒粗大,不能靠重新加热处理来细化.由于铝合金不象钢基体在加热或冷却时可以发生同素异构转变,因此不能像钢一样可以通过加热和冷却发生重结晶而细化晶粒.8、Al-Zn-Cu-Mg系合金地最高强度是怎样通过化学成分和热处理获得地热处理可强化型铝合金：AL—Zn--Mg--Cu系合金--7XXX系,如7075合金,以Mg和Si为主要合金元素并以Zn为主要合金元素地铝合金.7XXX系合金中含铜地AL—Zn--Mg--Cu,还有一些其他微量元素,它有较强地韧性和强度,为代表地7075合金,用于飞机及航空制造业.这类合金有抗应力腐蚀性和抗剥落腐蚀地能力会随之下降.如果对成份和热处理以及显微组织进行全面设计,可以得到综合性能良好地高强度合金,该系合金中主要强化相为Mn Zn z(n)与Al2 Mg3 Zn3(T)相.用于制作轮椅地材料7003-C合金主要强化相为?相和Mg2Si..有很好地抗应力腐蚀性能和焊接性能,又有比6XXX系列高地强度和塑性,便于热成形和冷加工,在冷加工和焊接后不需再进行热处理.研究2种不同热处理方式对喷射成形超高强度Al-Zn-Mg-Cu系铝合金地显微组织和力学性能地影响.观察沉积态、挤压态、固溶及时效处理后样品地显微组织,对经时效处理地样品进行了力学性能测试.结果表明：沉积态合金晶粒均匀细小；挤压态合金存在大量地第二相颗粒,为富铜相；固溶处理后,合金出现了再结晶现象.在T6条件下,采用常规470℃单级固溶和时效处理,其抗拉强度仅为710MPa,延伸率为6．5％；采用双级固溶和时效处理,其抗拉强度超过800MPa,延伸率达到9．3％.（T6：固溶热处理后进行人工时效地状态）9、不同铝合金可通过哪些途径达到强化地目地代号名称说明与应用F 自由加工状态适用于在成形过程中,对于加工硬化和热处理条件无特殊要求地产品,对该状态产品地力学性能不作规定O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度地加工产品H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度地产品,产品在加工硬化后要经过（也可不经过）使强度有所降低地附加热处理.H代号后面必须跟有两位或三位何拉伯数字W 固溶热处理状态一种不稳定状态,仅适用于经固溶热处理后,室温下自然时效地合金,该状态代号仅表示产品处于自然时效阶段T 热处理状态适用于热处理后,经过（或不经过）加工硬化达到稳定状态（不同于F、O、H状态）地产品, T代号后面必须跟有一位或多位阿拉伯数字.TO 固溶热处理后,经自然时效再经过冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度地产品T1 由高温成形冷却,然后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T2 由高温成形冷却,经冷加工后自然时效至基本稳定地状态.适用于由高温成形过程冷却后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T3 固溶热处理后进行冷加工,再经自然时效至基本稳定地状态.适用于在固溶热处理后,进行冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T4 固溶热处理后自然时效至基本稳定地状态.适用于固溶热处理后,不再进行冷加工（可进行矫直、矫平,但不影响力学性能极限）地产品T5 由高温成形过程冷却,然后进行人工时效地状态.（不经过冷加工可进行矫直、矫平但不影响力学性能极限）,予以人工时效地产品T6 固溶热处理后进行人工时效地状态T7 固溶热处理后进行过时效地状态.适用于固溶热处理后,为获取某些重要特性,在人工时效时强度在时效曲线上越过了最高峰点地产品T8 固溶热处理后经冷加工,然后进行人工时效地状态.适用于经冷加工或矫直、矫平以提高强度地产品T9 固溶热处理后人工时效,然后进行冷加工地状态.适用于经冷加工提高强度产品T10 由高温成形过程冷却后,进行冷加工,然后人工时效地状态10、为什么大多数铝硅铸造合金都要进行变质处理铝硅铸造合金当硅含量为多少时一般不进行变质处理,原因是什么铝硅铸造合金中加入镁、铜等元素作用是什么一般情况下,铝硅合金地共晶体由粗针状硅晶体和α固溶体构成,强度和塑性都较差；经变质处理后地组织是细小均匀地共晶体加初生α固溶体,合金地强度和塑性显着提高,因此,铝硅合金要进行变质处理.铸造硅铝合金一般需要采用变质处理,以改变共晶硅地形态.常用地变质剂为钠盐.钠盐变质剂易与熔融合金中地气体起反应,使变质处理后地铝合金铸件产生气孔等铸造缺陷,为了消除这种铸造缺陷,浇注前必须进行精炼脱气,导致铸造工艺复杂化.故一般对于Si小于7%--8%地合金不进行变质处理.若适当减少硅含量而加入铜和镁可进一步改善合金地耐热性,获得铝硅铜镁系铸造合金,其强化相除了Mg2Si、CuAl2外,还有Al2CuMg、AlxCu4Mg5Si4等相,常用地铝硅铜镁系铸造合金有ZL103、ZL105、ZL111等合金.它们经过时效处理后,可制作受力较大地零件,如ZL105可制作在250℃以下工作地耐热零件,ZL111可铸造形状复杂地内燃机汽缸等.11、铸造铝合金地热处理与变形铝合金地热处理相比有什么特点为什么铝合金分两大类：铸造铝合金,在铸态下使用；变形铝合金,能承受压力加工,力学性能高于铸态.可加工成各种形态、规格地铝合金材.主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等.铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金.变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金.不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等.可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能,它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等. 铝合金可以采用热处理获得良好地机械性能,物理性能和抗腐蚀性能. 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金和铝锌合金.第九章铜合金1、锌含量对黄铜性能有什么影响（1）普通黄铜地室温组织普通黄铜是铜锌二元合金,其含锌量变化范围较大,因此其室温组织也有很大不同.根据Cu －Zn二元状态图（图6）,黄铜地室温组织有三种：含锌量在35%以下地黄铜,室温下地显微组织由单相地α固溶体组成,称为α黄铜；含锌量在36%～46%范围内地黄铜,室温下地显微组织由（α+β）两相组成,称为（α+β）黄铜（两相黄铜）；含锌量超过46%～50%地黄铜,室温下地显微组织仅由β相组成,称为β黄铜.（2）压力加工性能α单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.两相黄铜（从H63至H59）,合金组织中除了具有塑性良好地α相外,还出现了由电子化合物CuZn为基地β固溶体.β相在高温下具有很高地塑性,而低温下地β′相（有序固溶体）性质硬脆.故（α+β）黄铜应在热态下进行锻造.含锌量大于46%～50%地β黄铜因性能硬脆,不能进行压力加工.（3）力学性能黄铜中由于含锌量不同,机械性能也不一样.对于α黄铜,随着含锌量地增多,σb和δ均不断增高.对于（α+β）黄铜,当含锌量增加到约为45%之前,室温强度不断提高.若再进一步增加含锌量,则由于合金组织中出现了脆性更大地r相（以Cu5Zn8化合物为基地固溶体）,强度急剧降低.（α+β）黄铜地室温塑性则始终随含锌量地增加而降低.所以含锌量超过45%地铜锌合金无实用价值.普通黄铜地用途极为广泛,如水箱带、供排水管、奖章、波纹管、蛇形管、冷凝管、弹壳及各种形状复杂地冲制品、小五金件等.随着锌含量地增加从H63到H59,它们均能很好地承受热态加工,多用于机械及电器地各种零件、冲压件及乐器等处.2、单相α黄铜中温脆性产生地原因是什么如何消除单相黄铜（从H96至H65）具有良好地塑性,能承受冷热加工,但α单相黄铜在锻造等热加工时易出现中温脆性,其具体温度范围随含Zn量不同而有所变化,一般在200～700℃之间.因此,热加工时温度应高于700℃.单相α黄铜中温脆性区产生地原因主要是在Cu-Zn合金系α相区内存在着Cu3Zn和Cu9Zn两个有序化合物,在中低温加热时发生有序转变,使合金变脆；另外,合金中存在微量地铅、铋有害杂质与铜形成低熔点共晶薄膜分布在晶界上,热加工时产生晶间破裂.实践表明,加入微量地铈可以有效地消除中温脆性.3、什么是黄铜地“自裂”产生地原因是什么通常采用什么方法消除。
7 金属材料基础-生铁、铁合金及铸铁
Si 0.5 0.7 0.7
Mn 0.25 0.35 0.50
Cu 不大于 0.10 0.12 0.15
As 0.06 0.08 0.10
Bi 0.05 — —
Pb 0.05 — —
Sb 0.05 0.05 0.05
Sn 0.06 0.08 0.08
FeW80-A FeW80-B FeW80-C
FeW70
中还原
钛铁常用作：炼钢脱氧剂、脱氮剂及合金元素加入
剂。
• • •
钛的脱氧能力远超过硅、锰，是极强的脱氧剂。 钛与熔在钢中的氮、硫结合成一种不溶于钢水的稳 定化合物，使钢的机械性能得到了改善。 在不锈钢和耐热钢的生产中，钛作为合金元素加入 钢中。
钛铁 GB/T 3282-2006
（8）钒铁
钒铁是用碳在电炉内还原五氧化二钒
带有蓝黄闪光彩色。
锰铁的硬度很大，这是因为锰本身具有脆硬性质，
而且锰铁中还存在着脆硬的碳化锰(Mn3C)的缘故。
剂。 用。
锰和氧的亲和力很大，在炼钢时也常用它来作脱氧 锰与硫能生成不溶于钢水的MnS，可作为脱硫剂使 锰使钢具有很好的性能，是冶炼各种锰钢时的合金
元素。
碳素锰铁最常见，由于其含碳量高，所以只能适用
钼铁 GB3649-87
化学成分/% 牌号 Mo Si S P 不大于 FeMo70 65.0-75.0 1.5 0.10 0.05 0.10 0.50 C Cu Sb Sn
FeMo70Cu1
FeMo70Cu1.5 FeMo60-A FeMo60-B FeMo60-C FeMo60 FeMo55-A FeMo55-B
19.0～21.0 17.0～<19.0 15.0～17.0 9.0～<13.0
《金属材料与热处理》教材习题答案：第七章 有色金属及硬质合金
《金属材料与热处理》教材习题答案第七章有色金属及硬质合金1.纯铜的性能有何特点？纯铜的牌号如何表示？答：铜的密度为8.96 ×103 kg/m3，熔点为1083℃，其导电性和导热性仅次于金和银，是最常用的导电、导热材料。
它的塑性非常好，易于冷、热压力加工，在大气及淡水中有良好的抗蚀性能，但纯铜在含有二氧化碳的潮湿空气中表面会产生绿色铜膜，称为铜绿。
纯铜强度低，虽然冷加工变形可提高其强度，但塑性显著降低，不能制作受力的结构件。
按化学成分不同可分为工业纯铜和无氧铜两类，我国工业纯铜有三个牌号：即一号铜（99.95%Cu）、二号铜（99.90%Cu），三号铜（99.7%Cu），其代号分另为T1、T2、T3；无氧铜，其含氧量极低，不大于0.003%，其代号有TU1、TU2，“U”是“无”字汉语拼音字首。
2.铜合金有哪几类？它们是根据什么来区分的？答：常用的铜合金有黄铜、青铜、白铜三大类。
黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金，白铜是以镍为主加合金元素的铜合金，除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青铜。
按主加元素种类的不同，青铜又可分为锡青铜、铝青铜、硅青铜和铍青铜等。
3.锌的含量对黄铜的性能有何影响？答：锌含量在32％以下时，随锌含量的增加，黄铜的强度和塑性不断提高，当锌含量达到30％一32％时，黄铜的塑性最好。
当锌含量超过39％以后，强度继续升高，但塑性迅速下降。
当锌含量大于45％以后，强度也开始急剧下降，所以工业上所用的黄铜Zn含量一般不超过47％。
4.青铜按生产方式分为哪两类？它们的牌号如何表示？答：按生产方式也可分为压力加工青铜和铸造青铜两类。
压力加工青铜的代号由“Q”＋主加元素的元素符号及含量＋其他加人元素的含量组成，如QSn4一3。
铸造青铜的牌号表示方法由“ZCu”+主加元素符号+主加元素含量+其他加入元素的元素符号及含量组成。
如ZCuSn5Pb5Zn5等。
5.含锡量对锡青铜的性能有何影响？答：锡含量较小时，随着锡含量的增加，青铜的强度和塑性增加，当锡含量超过5%~6%时，其塑性急剧下降，强度仍然高。
《金属材料学》各章小结
图1 钢合金化原理、主线、核心和设计思路2、结构钢复习小结表1 典型结构钢的特点、应用及演变横向图2 材料成分、工艺、组织、性能间的关系3、合金工具钢复习小结表2 典型工具钢的特点、应用及演变图2 铸铁成分、工艺、组织、性能关系图3 铝合金分类和性能特点总复习提要一、主线、核心和“思想”主线：零件服役条件→技术要求→选择材料→强化工艺→组织结构→最终性能→应用、失效。
寻求最佳方案，充分发掘材料潜力。
（1）同一零件可用不同材料及相应工艺。
例：调质钢符合淬透性原则可代用，柴油机连杆螺栓可用40Cr调质，也可用15MnVB；工模具钢，CrWMn、9SiCr、9Mn2V等钢在有些情况下也可考虑代用。
（2）同一材料，可采用不同的强化工艺。
例：60Si2Mn，有常规中温回火，也可等温淬火；T10钢，淬火方法有水、水-油、分级等。
根据不同零件的服役条件，考虑改进工艺，以达到提高零件寿命的目的。
强化工艺不同，组织有所不同，但都能满足零件的性能要求。
通过分析、试验，可得到最佳的强化工艺。
考虑问题不可呆板、机械、照搬书本，不要认为中C就是调质，低合金超高强度钢就是用低温回火工艺。
弹簧钢就是中温回火?其实，60Si2Mn有时也可用作模具。
某些低合金工具钢也可做主轴，GCr15也可制作量具、模具等。
要学活，思路要宽。
提出独特见解，怎样才能做到?核心：核心是合金化基本原理。
这是材料强韧化矛盾的主要因素，要真正理解“合金元素的作用，主要不在于本身的固溶强化，而在于对合金材料相变过程的影响，而良好的作用只有在合适的处理条件下才能得到体现。
”应该主要从强化机理和相变过程两个方面来考虑。
掌握了合金元素的作用，才能更好地理解各类钢的设计与发展，才能更好地采用热处理等强化工艺。
从钢厂出来，钢成分已定。
如何在这基础上充分优化材料的使用性能，关键就在于热处理等处理工艺。
企业中的许多问题都是因为在材料的加工过程中的工艺存在问题。
总结一下常用合金元素的作用、表现是很有必要的。
《工程材料学》习题
《工程材料学》习题《工程材料学》习题第一章概论一、解释名词晶体、金属键、离子键、分子键、共价键二、填空题 1、材料科学的任务是揭示材料的之间的相互关系及变化规律。
2、材料的性能主要包括两个方面。
3、晶体物质的基本特征是。
4、固体中的结合键可分为种，它们是、、、。
三、是非题1、晶体是较复杂的聚合体。
2、结构材料是指工程上要求机械性能的材料。
3、物质的状态反映了原子或分子之间的相互作用和它们的热运动。
4、比重较大的金属是黑色金属，比重较小的金属是有色金属。
四、综合分析题1、比较离子晶体与分子晶体的结构特征及性能特点。
2、比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别。
第二章金属的结构一、名词解释固溶强化弥散强化相金属化合物固溶体二、是非题1、金属化合物相与固溶体相的本质区别在于前者的硬度高、脆性大。
2、于溶质原子对位错运动具有阻碍作用，因此造成固溶体合金的强度、硬度提高。
3、固溶体的强度、硬度一定比溶剂金属的强度、硬度高。
三、选择题1、固溶体合金在结晶时a)不发生共晶转变b)要发生共晶转变c)必然有二次相析出 d)多数要发生共析转变 2、二元合金中，铸造性能最好的合金是：a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金 3、同素异构转变伴随着体积的变化，其主要原因是： a)晶粒尺寸发生变化b)过冷度发生变化c)致密度发生变化d)晶粒长大速度发生变化 4、二元合金中，压力加工性能最好的合金是a)固溶体合金b)共晶合金c)共析合金d)包晶成分合金四、填空题1、强化金属材料的基本方法：、和。
合金的两大基本相是和，其本质区别是。
第三章金属的结晶一、解释名词疲劳强度、组织、过冷度、晶格、变质处理、晶体结构、晶体二、是非题1、金属结晶的必要条件是快冷。
2、细晶粒金属的强度高但塑性差。
3、凡是液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
4、金属的晶界是面缺陷。
晶粒越细，晶界越多，金属的性能越差。
5、纯金属的实际结晶温度与其冷却速度有关。
工程材料与热加工复习资料-学生(含部分答案)
工程材料与热加工复习资料第1章材料的力学性能疲劳断口的三个区域。
疲劳源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区三部分组成5．金属塑性的2个主要指标。
伸长率和断面收缩率6．金属的性能包括力学性能、_物理___性能、_化学_性能和__工艺_性能。
7．材料的工艺性能包括哪些？包括铸造性、焊接性、锻压性、切削性以及热处理性。
第2章金属的晶体结构与结晶二、问答题1．金属中常见的晶体结构有哪几种？(α-Fe、γ-Fe是分别是什么晶体结构)。
体心立方体晶格、面心立方体晶格、密排六方晶格。
α-Fe 是体心立方体晶格结构γ-Fe是面心立方体晶格结构晶体和非晶体的特点和区别。
2．实际晶体的晶体缺陷有哪几种类型？点缺陷、线缺陷、面缺陷。
3点缺陷分为：空位、间隙原子、置换原子4．固溶体的类型有哪几种?置换固溶体、间隙固溶体5．纯金属的结晶是由哪两个基本过程组成的?晶体的形成、晶体的长大6．何谓结晶温度、过冷现象和过冷度?纯金属液体在无限缓慢的冷却条件下的结晶温度，称为理论结晶温度金属的实际结晶温度低于理论结晶温度的现象称为过冷现象理论结晶温度与实际结晶温度的差叫做过冷度过冷度与冷却速度有何关系？结晶时冷却的速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度就越低。
7．晶粒大小对金属的力学性能有何影响?在一般情况下，晶粒越细，金属的强度、塑性和韧性就越好。
细化晶粒的常用方法有哪几种?增加过冷度、变质处理、振动或搅拌8．什么是共析转变？在恒定温度下，有一特定成分的固相同时分解成两种成分和结构均不同的新固相的转变成为共析转变二、填空题1．珠光体是由___铁素体_____和____渗碳体_____组成的机械混合物(共析组织)。
2．莱氏体是由_____奥氏体___和____渗碳体_____组成的机械混合物(共晶组织)。
3．奥氏体在1148℃时碳的质量分数可达____2.11%______，在727℃时碳的质量分数为____0.77%___。
4. 根据室温组织的不同，钢可分为___共_____钢、____亚共____钢和____过共___钢。
铸 铁
第二节 铸铁的石墨化
• ３.硫的影响 • 硫是强烈阻碍石墨化的元素. 硫不仅增强铁、碳原子的结合力. 而且形
成硫化物后常以共晶体形式分布在晶界上. 阻碍碳原子的扩散. 硫不但 能促进铸铁白口化. 而且还能降低铸铁的铸造性能和力学性能. 所以硫 是有害元素. 铸铁中的含硫量越低越好. 一般应控制在０.１５％以下. • (二) 冷却速度的影响 • 冷却速度是指铁水从浇注到铸件在６００℃左右时的冷却速度. 在这 一温度范围的冷却速度是影响铸铁组织和石墨化的重要因素. 冷却速 度越小. 越有利于石墨化.
上一页 下一页 返回
第二节 铸铁的石墨化
• 二、石墨化过程 • 铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程. • 根据铁碳双重状态图中的Ｆｅ － Ｇ 相图. Ｐ′Ｓ′Ｋ′温度以上析出石墨
的过程称为第一阶段石墨化. Ｐ′Ｓ′Ｋ′及其以下温度析出石墨的过程 称为第二阶段石墨化. • 铸铁第一、第二阶段石墨化充分进行时. 铸铁的最终组织是铁素体基 体上分布着石墨.如图７ －３ (ａ) 所示. 即Ｆ ＋ Ｇ. • 铸铁第一阶段石墨化充分进行、第二阶段石墨化尚未充分进行时. 铸 铁的最终组织是铁素体与珠光体基体上分布着石墨. 如图７ －３ (ｂ) 所示. 即Ｆ ＋Ｐ ＋Ｇ.
• 铸铁第一、第二阶段石墨化均未进行时. 这种铸铁称为白口铸铁.石墨 化过程是一个原子扩散过程. 石墨化的温度越低. 原子扩散越困难. 越 不易石墨化
上一页 下一页 返回
第二节 铸铁的石墨化
• 三、影响石墨化的因素 • 铸铁石墨化程度受到许多因素影响. 但主要的影响因素是铸铁的化学
成分和冷却速度. • (一) 化学成分的影响 • 常见合金元素对铸铁石墨化影响如下:
上一页
中国船级社(CCS)《材料与焊接规范》2012年修改通
第 8 节 信息提供与保密
第 8 节标题改为“信息提供与保密”。
2.8.2.1(3)修改如下：
“2.8.2.1(3) 第三方独立审核机构代表，如认可的认证机构(ACB)代表、国际船级社协 会(IACS)观察员等，以及欧盟委员会(EU)代表或船旗国政府代表对 CCS 进行审核或评估时， 在不违反船旗国法律的前提下，在审核或评估期间可以查阅 CCS 入级船舶的有关证书、文 件和信息。”
6
1
7
* 正式批准函
1
7
* 重要设备证书
2
7
B. 营运船
第1页
信息类别
* 船级服务 --所有船级检验的日期(年月) --船级证书到期日期 --证书/报告 --过期检验 --船级条件/遗留项目的内容 --过期的船级条件/遗留项目的内容 --船舶的状况评估报告 * 法定服务 --法定检验到期日期 --法定证书到期日期
中国船级社
材料与焊接规范
2012 年修订内容
2012 年 7 月 1 日生效
北京 Beijing
目录
第0篇 第2章 第7节 第8节
入级规则 入级范围与条件 审核 信息提供与保密
第3章 第1节 第2节 第3节 第4节 第5节
产品检验 一般规定 单件/单批检验 设计认可 型式认可 工厂认可
第 1 篇 金属材料 第 1 章 通则 第 2 节 试验与检验
第 4 节 曲轴锻钢件
5.4.3.1 修改如下： “5.4.3.1 曲轴锻钢件的熔炼化学成分应符合本章表 5.3.2.1 的规定。”
第 5 节 齿轮用锻钢件
图 5.5.5.1(1)修改如下：
图 5.6.4.1(1)修改如下：
第9页
第 10 页
第八章铸铁
QT800-2 球光体 800
机械性能
0.2 MPa
5 %
ak kJ/m
2
250 17 600
270 10 300
350 5 －
420 2 －
490 2 －
560 2 －
HB
≤179
≤207
147～ 241
2297～ 302
2297～ 302
2417～ 321
应用举例
汽车、拖拉机床底盘零 件；16-64大气压阀门的 阀体、阀盖
三、球墨铸铁的牌号
用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。
如: QT420-10、QT600-2、QT800-2
四、球墨铸铁的和机械性能
牌号
基体
b MPa
QT400-17 铁素体 400
QT420-1043; 球光体
500
QT600-2 球光体 600
QT700-2 球光体 700
叶轮
发动机飞轮
灰铸铁
三、灰铸铁的牌号
HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。
如：HT150，HT200，HT250
四、灰铸铁的热处理
热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分 布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和 平共处目的是：
1、消除内应力退火： 2、高温退火：消除白口组织 3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。
二、蠕墨铸铁的组织
蠕墨铸铁的石墨具有介于片状和球状之间的中间形态，其石墨 片的长厚比较小，端部较钝。呈蠕虫状。
§6-4 蠕墨铸铁
三、蠕墨铸铁的牌号、性能和应用
牌号： 蠕墨铸铁以“RuT”表示，其后的数字表示最低抗拉强度。 如： RuT300、RuT420
工程材料(金属材料)课后习题答案
工程材料参考答案第1章机械工程对材料性能的要求思考题与习题P201.3、机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？p4工程构件与机械零件（以下简称零件或构件）在工作条件下可能受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用。
有时只受到一种负荷作用，更多的时候将受到两种或三种负荷的同时作用。
在力学负荷作用条件下，零件将产生变形，甚至出现断裂；在热负荷作用下，将产生尺寸和体积的改变，并产生热应力，同时随温度的升高，零件的承载能力下降；环境介质的作用主要表现为环境对零件表面造成的化学腐蚀，电化学腐蚀及摩擦磨损等作用。
1.4 整机性能、机械零件的性能和制造该零件所用材料的力学性能间是什么关系？p7机器的整机性能除与机器构造、加工与制造等因素有关外，主要取决于零部件的结构与性能，尤其是关键件的性能。
在合理而优质的设计与制造的基础上，机器的性能主要由其零部件的强度及其它相关性能来决定。
机械零件的强度是由结构因素、加工工艺因素、材料因素和使用因素等确定的。
在结构因素和加工工艺因素正确合理的条件下，大多数零件的体积、重量、性能和寿命主要由材料因素，即主要由材料的强度及其它力学性能所决定。
在设计机械产品时，主要是根据零件失效的方式正确选择的材料的强度等力学性能判据指标来进行定量计算，以确定产品的结构和零件的尺寸。
1.5常用机械工程材料按化学组成分为几个大类？各自的主要特征是什么？p17机械工程中使用的材料常按化学组成分为四大类：金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
1.7、常用哪几种硬度试验？如何选用P18？硬度试验的优点何在P11？硬度试验有以下优点：●试验设备简单，操作迅速方便；●试验时一般不破坏成品零件，因而无需加工专门的试样，试验对象可以是各类工程材料和各种尺寸的零件；●硬度作为一种综合的性能参量，与其它力学性能如强度、塑性、耐磨性之间的关系密切，由此可按硬度估算强度而免做复杂的拉伸实验（强韧性要求高时则例外）；●材料的硬度还与工艺性能之间有联系，如塑性加工性能、切削加工性能和焊接性能等，因而可作为评定材料工艺性能的参考；●硬度能较敏感地反映材料的成分与组织结构的变化，故可用来检验原材料和控制冷、热加工质量。
金属材料与热处理(第七版)习题册 答案
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1. 石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3. 40 5% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3. 答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
金属材料及热处理第三版电子课件模块六铸铁
（2）可锻铸铁的牌号及用途 可锻铸铁的牌号由“KT”（“可铁”两字的汉语拼音首字母）及其后的“H”（表示 黑心可锻铸铁）或“Z”（表示珠光体可锻铸铁），再加上两组数字组成，两组数字分别 表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。 可锻铸铁具有铁液处理简单、质量稳定、容易组织流水生产、低温韧性好等优点，广 泛应用于汽车、拖拉机制造等行业，常用来制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁、中（小） 型零件，甚至可以用来铸造质量仅数十克或壁厚在2 mm 以下的铸件。黑心可锻铸铁可用 于制造水管弯头、三通管件、低压阀门、扳手、农具（犁刀、犁柱等）、汽车后桥壳、轮 壳等；珠光体可锻铸铁可用于制造载荷较高的耐磨零件，如曲轴、连杆、齿轮等。
三、灰铸铁的牌号及用途
灰铸铁的牌号由“HT”（“灰铁”两字 汉语拼音首字母）加一组数字（最低抗拉强 度）组成。如HT200 表示最低抗拉强度为 200 MPa 的灰铸铁。灰铸铁的牌号及用途 见表的碳以石墨形态析出的过程称为石墨化。铸铁中的石墨可以从液体或奥氏体中 直 接 析 出 ， 也 可 以 先 结 晶 出 渗 碳 体 ， 再 由 渗 碳 体 在 一 定 条 件 下 分 解 得 到 （ Fe3C → 3Fe+C）。
二、球墨铸铁的牌号及用途
球墨铸铁的牌号是由“QT”（“球铁”两字的汉语拼音首字母）加两组数字组成，两 组数字分别表示最低抗拉强度和最低断后伸长率。如QT400-18 表示最低抗拉强度为400 MPa、最低断后伸长率为18% 的球墨铸铁，QT700-2 表示最低抗拉强度为700 MPa、最 低断后伸长率为2% 的球墨铸铁。
由于球墨铸铁具有良好的力学性能和工艺性能，并能通过热处理进一步提高其力学性 能，因此可用于制造负荷较大、受力较复杂的零件，甚至能代替钢制造某些重要零件，如 柴油机曲轴、连杆、齿轮、机床主轴等。
工程材料大题集合
第一章金属晶体结构2、金属晶体中常见的晶格类型有哪几种？属于这几种常见的晶格类型有哪些？体心立方，铁铬钨钼钒。
面心立方，铜金银铝铁。
密排六方晶格，镁锌钛。
4、为什么金属结晶一定要有过冷度？过冷度与冷却速度有什么关系？对结晶后晶粒大小有何影响？结晶温度Tn与理论结晶温度T0之间的温度差成为“过冷度”，要是液体进行结晶，就必须是结晶温度低于理论结晶温度，是液体与晶体之间长生能量差，即“自由能差”形成液体向晶体转变的驱动力，才能完成结晶过程，所以金属结晶一定要有过冷度。
冷却速度快，过冷度大，过冷度大，晶粒细小。
第二章金属塑性变形1、为什么金属晶粒越细，强度越高，塑性韧性也越好？答：金属的晶粒越细，其晶界的总面积越大，塑性变形的抗力也越大，强化作用也越大；晶粒越细，单位体积的晶粒越多，变形时同样的变形量可以有更多的晶粒来承担，是塑性变形越均匀些，减小应力集中，推迟了最终引起断裂的裂纹的发生合发展，从而提高了金属的塑性和韧性。
所以晶粒越细，强度、硬度越高；塑性韧性越好。
2、什么叫加工硬化？他给生产带来哪些好处和困难？加工硬化：经过冷态下塑性变形之后的金属的力学性能要发生很大的变化，其强度和硬度随变形量的增加而增加，同时塑性却随之降低，这种现象叫加工硬化或冷作硬化。
优点：冷挤压、冷冲压、冷轧制等加工工艺会使产品具有尺寸精度高及表面质量好。
缺点：金属的加工硬化使其强度和硬度上升，塑性下降，必然给金属材料的加工带来困难。
3、热加工对金属的组织和性能有什么影响？金属在热加工时为什变形阻力较小？热加工后金属的组织与性能产生很大的变化主要表现在以下几个方面：1）经过热加工后，可以把铸态金属中粗大的枝晶、柱状晶以及夹杂物破碎为细小的晶粒，从而是晶粒细化。
2）通过热加工，可是铸态金属中的气孔、疏松焊接，提高至密度。
3）热加工还可以改变铸态金属中的成分偏析和夹杂物的分布，是原来沿着树枝晶分布的偏析元素和夹杂物发生改变，而是他们沿变形方向拉长分布，形成在宏观监测时通常所称的“流线”。
《金属材料与热处理》教材习题答案：第六章 铸铁
《金属材料与热处理》教材习题答案第六章铸铁1.什么是铸铁？与钢相比，它在成分、组织和性能这几个方面有什么不同？答：铸铁是含碳量大于2.11％的铁碳合金而钢的含碳量通常在1.4%以下，常用的铸铁，含碳量一般在2.5％~4.0％的范围内，此外还含有较高的硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等元素。
铸铁的组织可看成在钢的基体上分布着不同形态、大小、数量的石墨。
由于石墨的力学性能很差，其强度和塑性几乎为零，这样我们就可以把分布在钢的基体上的石墨看作不同形态和数量的微小裂纹或孔洞，这些“孔洞”一方面割裂了钢的基体，破坏了基体的连续性，而另一方面又使铸铁获得了良好的铸造性能、切削加工性能及消音、减震、耐压、耐磨、缺口敏感性低等诸多优良的性能。
2.什么是铸铁的石墨化？影响铸铁石墨化的因素有哪些？答：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。
影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的成份和冷却速度。
铸铁中的各种合金元素根据对石墨化的作用不同可以分为两大类，一类是非促进石墨化的元素，有碳、硅、铝、镍、铜和钴等，其中碳和硅对促进石墨化作用最为显著。
所以铸铁中碳、硅越高，往往其内部析出的石墨量就越多，石墨片也越大。
另一类是阻碍石墨化的元素，有铬、钨、钼、钒、锰硫等。
冷却速度对石墨化的影响也很大，当铸铁结晶时，冷却速度越缓慢，就越有利于扩散，使石墨析出的越大、越充分；在快速冷却时碳原子无法扩散，则阻碍石墨化，促进白口化。
3.铸铁中石墨有哪几种形态？石墨的形态、数量和分布状态对铸铁的性能会产生什么影响？答：铸铁中石墨有曲片状、团絮状、球状和蠕虫状等形态。
在相同基体的情况下，不同形态和数量的石墨对基体的割裂作用是不同的，呈片状时表面积最大，割裂最严重，蠕虫状次之，球状表面积最小、应力最分散，割裂作用的影响就最小；石墨的数量越多、越集中，对基体的割裂也就越严重，则铸铁的抗拉强度也就越低，塑性就越差。
4.根据石墨的形态不同，铸铁可分为哪几种？答：根据铸铁中石墨形态的不同，可将铸铁分为：石墨呈曲片状存在的普通灰口铸铁，简称灰铸铁或灰铁。
金属材料与热处理习题集
《金属材料学》习题第一章金属材料的性能1.在设计机械零件时多用哪两种强度指标？为什么？2.在设计刚度好的零件，应根据何种指标选择材料。
采用何种材料为宜？材料的E越大，其塑性越差，这种说法是否正确？为什么？3.常用的硬度试验方法有几种？其应用范围如何？这些方法测出的硬度值能否进行比较？4.标锯不相同的伸长率能否进行比较？为什么？5.反映材料的受冲击载荷的性能指标是什么？不同条件下测得的这种指标能否比较？怎样应用这种性能指标？6.疲劳破坏是怎样形成的？提高零件疲劳寿命的方法有哪些？为什么表面粗糙和零件尺寸增大能使材料的疲劳强度值减小？7.断裂韧度是表明材料何种性能的指标？为什么要求在设计零件时考虑这种指标？第二章金属的结构与结晶1.解释下列名词：晶体，非晶体，金属键；晶格，晶胞，晶格常数，致密度，配位数；晶面指数，晶向指数；晶体的各向异性，同素异构（晶）转变；点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，位错；单晶体，多晶体；过冷度，形核率，成长率，自由能差；变质处理，变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？它们的原子排列和晶格常数有什么特点？α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn各属何种晶体结构？3.已知Cu的原子直径为，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu中的原子数。
4.在立方晶体结构中，一平面通过y＝1/2、z＝3并平行于X轴，它的晶面指数是多少？试绘图表示。
5.在面心立方晶格中，哪个晶面和晶向的原子密度最大？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律试什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？举例说明。
10.简述铸钢锭的组织和缺陷。
11.为什么钢锭希望尽量减少柱状晶区？而铜锭、铝锭往往希望扩大柱状晶区？12.如果其他条件相同，试比较在下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：（1）金属模浇注与沙模浇注；（2）高温浇注与低温浇注；（3）铸成薄件与铸成厚件；（4）浇注时采用震动与不采用震动。
从《金属材料学》(第3版)研究金属材料在室内家装设计中的应用
Vol.54No.2Feb.2021从《金属材料学》（第3版）研究金属材料衽室内家装设计中的应用（河南工学院，河南新乡453000）人类社会的发展和文明的进步与金属材料的不断变革有着密切的关系。
石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代,这些时代发展中对于金属工具的铸造打磨，都可作为金属材料的实践应用,成为时代发展的重要表现。
现代技术的不断创新，使得金属材料也有了越来越多的种类和表现形式，已成为人类社会发展的重要物质基础。
金属材料在现代日常生活中得到越来越广泛的应用，其是以金属元素或以金属元素为主而构成的具有金属特性的材料的统称。
金属材料学是研究金属材料的专业学科，是金属材料工程、金属热加工等学科重要的专业基础课之一。
由袁志钟编著、化学工业出版社岀版的《金属材料学》（第3版）一书，作为材料科学专业的课程教材，具体阐述了关于金属材料的历史发展历程,并对金属零部件的寿命和使用情况作简要介绍,并进一步介绍了各类钢铁材料的形成原理，创造性地对新型金属材料进行了概括总结。
全书兼具理论性、应用性和综合性,在内容上凸显了当代材料科学领域理论发展的思辨性与强韧性，突岀了材料科学与工程研究的核心方法论，既可作为高等院校材料工程专业的教学用书,也可供相关研究人员作为理论参考使用。
《金属材料学》（第3版）全书共分为三篇十五章节。
绪论部分对金属材料的发展历程、当代发展状况及未来发展趋势作了总结概括。
第一至八章为第一篇，从钢的合金化、工程结构钢、机械制造结构钢、工模具钢、不锈钢、耐热钢等方面对钢铁材料进行了全面而详细的论述。
第九至十二章为第二篇，是对有色金属合金的综合论述，主要介绍了铝合金、铜合金、钛合金、镁合金等有色金属合金,从性质、特点、分类、应用等方面对各类有色金属合金做作了具体分析。
第十三至十五章为第三篇，以新型金属材料为主要论述对象，分别介绍了金属功能材料、金属基复合材料及金属间化合物结构材料,对各类新型金属材料的性能、特点、种类及未来发展应用作了具体总结。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Si 作
② 使共晶和共析转变在一温度范围内进行；
用
③ ↑共晶和共析温度。共析温度提高更多，大
约每↑1％ Si ，可使共析温度↑28℃；
④ Si促进铸铁石墨化的作用相当于1/3C。
↑G化，≈1/3C作用。>0.2%后，出现硬脆Fe3P， 呈孤立、细小、均匀分布时，可↑耐磨性。若粗大
P 连续网状分布，将↓强度，↑铸件脆性。
于渗碳体的形成.（冷却速度) 为了使G化进行,可人为地改变热力学和动力学条件.
(虚线)
Fe－C双重相图（G－石墨， Fe3C－渗碳体）
热力学条件
当液态合金>1154℃ 时任，何相FL变最低，不发生
1154 ℃液体合金 1148 ℃ 时，只能发 生Lγ＋G
液态合金<1148 ℃， 虽然能形成Ld，但 由于液态金属与(γ＋ G) 的自有能差更大， 有利于生成γ＋G
快冷 中速冷却 缓冷
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁
7.2 石墨的形成及生长
1、片状石墨的生长方式
内
G为六方点阵层状结构。层面原子间距小，较
在
强共价键结合，层间C原子间距较大，原子作用
石墨化阶段与组织
第一阶段 第二阶段 组织
铸铁名称
完全进行 完全进行 F+G 不同基体的灰
部分进行 F+P+G 铁、球铁、蠕铁、
未进行 P+G
可锻铁
部分进行 未进行 Ld+P+G 麻口铸铁
未进行 未进行 Ld
白口铸铁
工 业 铸 铁 的 成 分 范 围 与 组 织
温度
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
而Fe3C长大只要C扩散，Fe原子局部 移动即可。G长大较难。
从动力学条件看，有利于渗碳体的形成
2、影响铸态组织的因素
（1）化学成分的影响
C Si
C和Si是基本成分，是↑↑G元素。G来源于C。 Si含量一般在0.8~3.5%之间，Si的加入使Fe-G相
图发生变化。
① 共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而左移；
S
分布晶界，使铸铁变脆。S是有害元素，其含量应
尽量低，一般将S限制在0.15%以下
促进石墨化元素
+ Al、C、Si、Ni、Cu
阻碍石墨化元素
W、Mn、Mo、S、Cr、Fe、Mg －
（2）冷却速度的影响
化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以 在很大范围内改变铸态组织。V冷越缓慢，越有利于按 Fe-G状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通 常情况下，共析阶段的G化难以完全进行
除在耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外，在普通铸铁中 都作为杂质，通常灰铁中P含量控制在＜0.2%。
溶于Fe3C中，增加Fe与C的结合力,↓G化；与S结 合生成MnS，削弱硫的有害作用。铸铁中含锰量一
Mn 般在0.5~1.4%范围内，如要获得F基体，含量应取
下限。
↑白口；↓铁水流动性，恶化铸造性；形成FeS，
石墨晶体结构
片状石墨生长机理
石墨片的形貌
2、球状G的形成过程
（1）球状石墨的结构
G呈多边形轮廓，内部呈放射 状。中心是G核心。球面是单 晶体锥形G（0001）底面.
球状石墨截面年轮状结构
球状石墨的三维结构
(2) 球状G的形成条件
孕育处理: 加入高硅铁，获得很多的非自发晶核，细化G， 为其球化做准备。（球化剂有↓ ↓G化的作用）
在生产中，铸件冷却速度是一个综合因素，它与浇 注温度、铸型条件以及铸件壁厚均有关系。同一铸件不 同壁厚处具有不同组织和性能，称之为铸件壁厚敏感效 应。铸件壁厚是设计的，难以改变，对已知壁厚铸件， 可调整化学成分来保证获得所需组织.
G化过程可分为两个阶段：发生在P′S′K′线以上的G化为 第一阶段；发生在P′S′K′线以下的G化为第二阶段，实际是 以共析线为界。第一阶段G化决定G形态,第二阶段G化决定 基体组织.
第7章 铸铁
铸铁是指含碳量大于2.11%或组织中具有共 晶组织的铁碳合金。实际上是以Fe-C-Si为主 的多元合金。如再加入Al、Cr、Mn、Cu等 元素，则是各种特殊性能铸铁.
成分 特点 用途
C：2.4-4.0％ Si：0.6-3.5％ Mn： 0.2-1.4％ S: 0.04-0.2％ P: 0.04-1.2％
因
力弱。→平行层面方向生长速度就大，石墨是在
素
与铁水相接触的条件下以片状方式生长的。
外 在 因 素
G形成会导致周围铁水贫C富Si,↑凝固点→生成 包围G片的A体壳。但G片端生长速度超过A结晶 速度, G片端总是和铁水直接接触。
如G片向两侧加厚生长，须依靠C从铁水中先扩散到A层 再扩散到G；而Fe还必须向A层外作反方向扩散，显然是较 难的→G片增厚是较慢的.最后形成了立体花朵状
本章提纲
7.1 铸铁石墨化及影响因素 7.2 石墨的形成及生长 7.3 灰铸铁 7.4 球墨铸铁 7.5 蠕墨铸铁 7.6 可锻铸铁 7.7 合金铸铁
7.1 铸铁石墨化及影响因素
1 铸铁的石墨化过程 铁中渗碳体是介稳定相，而石墨才是稳定相。铸铁
中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 石墨化条件 热力学：有利于石墨化的过程.（化学成分） 动力学：主要有成分起伏、结构起伏和原子扩散.有利
铸造性能优良，熔化加工简单，成本低，减 震性能好
广泛用于机械制造，冶金矿山，石油化工， 交通运输等
铸铁按C存在形式及其形态可分：
灰铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 可锻铸铁 白口铸铁 麻口铸铁
C全部或大部以游离片状石墨形式存在，断口呈灰色 C全部或大部分游离球形石墨形式存在 C全部或大部以游离蠕虫状石墨形式存在 C全部或大部以游离团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性 C全部或大部分化合态Fe3C形式存在，呈白亮色 灰口＋白口铁的混合组织
球化处理: 浇注前加入一定量球化剂,如稀土-硅铁-镁系等
球化剂 Mg/Ce/ Y/La等
铸铁结晶时，热力学条件对石墨化有利
成分 起伏
动力学条件
L 4.3%C
Fe3C（6.67%C）+ A 浓度差小 G（100%C）+ A
结构 起伏
L （Fe、C并存）
Fe3C （复杂正交结构）
比较接近
G （六角形层状结构）
原子扩散
有利于Fe3C长大
G长大，不但要C原子扩散集中，而 且Fe原子要从G生长前沿逆向扩散。