工程材料与热处理 第7章作业题参考答案

1. 铸铁分为哪几类？其最基本的区别是什么？
答：按照碳的存在形态不同铸铁分三类：白口铸铁，碳主要以渗碳体形式存在，该类铸铁硬、脆，很少直接用；灰口铸铁，碳主要以石墨形式存在，该类铸铁因石墨形状不同而性能不同，用途不同；麻口铸铁，碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在，该类铸铁也硬、脆，很少直接用。

2.影响石墨化的因素有哪些？是如何影响的？
答：（1）铸铁的化学成分对石墨化的影响:
碳和硅是强烈促进石墨化的元素；锰是阻碍石墨化的元素。

它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化；硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆；磷是一个促进石墨化不显著的元素。

（2）冷却速度对石墨化过程的影响：
冷却速度越慢，越有利于石墨化。

3.在生产中，有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高，难以进行机械加工，试问其原因是什么？
答：由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行，形成的组织中存在大量的莱氏体，性能硬而脆，切削加工比较困难。

4.在铸铁中，为什么含碳量与含硅量越高时，铸铁的抗拉强度和硬度越低？
答：因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅含量越高，越容易石墨化。

而石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应
力集中，形成脆性断裂。

5.在铸铁的石墨化过程中，如果第一阶段（包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨）、第二阶段（共析石墨）完全石墨化、部分石墨化、未石墨化，问它们各获得哪种组织的铸铁？
答：
6.什么是孕育铸铁？如何进行孕育处理？
答：经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。

孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂，改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。

7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料？其生产工艺如何？答：球墨铸铁析出的石墨呈球状，对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90%，所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁，而且可与相应组织的铸钢相媲美，特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍，一般钢的屈强比为0.3-0.5，而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。

在一般机械设计中，材料的许用应力是按照屈服强度来确定的，因此，对于承受静载荷的零件，
用球墨铸铁代替铸钢，就可以减轻机器的重量，但球墨铸铁的塑性和韧性却低于钢。

生产工艺：
（1）严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量；
（2）铁液出炉温度比灰铸较铁更高，比补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失；
（3）进行球化处理，即往铁液中添加球化剂；
（4）进行孕育处理；
（5）球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，多应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则；（6）进行热处理。

8.可锻铸铁是怎样生产的？可锻铸铁可以锻造吗？
答：可锻铸铁的生产氛围两个步骤：第一步，浇注成白口铸件坯件；第二步，石墨化退火。

可锻铸铁的可锻只是表示它的塑性比一般铸铁要好，并不表示可以锻造，可锻铸铁里有石墨，锻造时石墨将发生滑移，形成片状的缺陷，其性能将会大幅度下降。

所以不可锻造。

9.为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件，而球墨铸铁却不宜制造壁厚较薄的零件？
答：可锻铸铁的力学性能接近于同类基体的球墨铸铁，但与球墨铸铁相比，具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点。

因此，生产
中常用可锻铸铁制作一些截面较薄的零件，而如果用球墨铸铁铸造，易于形成白口。

10.HT200、KTH300-06、KTZ550-04、QT400-18、QT700-02、QT800-02等铸铁牌号中的数字分别表示什么性能？具有什么显微组织？这些性能是铸铁性能，还是热处理后性能？若是热处理后性能，请指出其热处理方法。

答：（1）字母后面的两组数字分别表示其最小的抗拉强度值（MPa）和伸长率（%）；（2）显微组织：HT200珠光体和片状石墨；KTH300-06：铁素体和团絮石墨；KTZ550-04：珠光体和团絮状石墨；QT400-18：铁素体F和球状石墨；QT700-02：珠光体P和球状石墨；QT800-02：珠光体P或S回和球状石墨；（3）HT200的抗拉强度和伸长率是热处理后性能，消除内应力退火；KTH300-06：石墨化退火；KTZ550-04：石墨化退火；QT400-18：退火；QT700-02：正火；QT800-02：淬火加回火或调质处理。

11.试从下列几个方面来比较HT150灰铸铁和退火状态的20号钢。

（1）成分（2）组织（3）抗拉强度（4）抗压强度（5）硬度（6）减摩性（7）铸造性能（8）锻造性能（9）可焊性（10）切削加工性
答：成分：20钢含碳量平均为0.20%，硅含量约0.17～0.37%；
HT150对成分无严格要求，只要求其力学性能。

作为灰铸铁，一般C% =2.5-4.0，Si%=1.0-2.5，Mn%=0.5-1.4及微量S、P。

组织：20钢退火组织为铁素体+珠光体；HT150为铁素体+珠光体的基
体上分布着片状石墨。

性能比较：
12.试指出下列铸件应采用的铸铁种类和热处理方法，并说出原因。

（1）机床床身（2）柴油机曲轴（3）液压泵壳体（4）犁铧（5）球磨机衬板
答：（1）珠光体灰铸铁，消除内应力退火；（2）球墨铸铁，调质处理，因为球墨铸铁经调制处理后，获得回火索氏体和球状石墨组织，硬度为250~380HBS，具有良好的综合力学性能；（3）灰铸铁，表面淬火，消除内应力退火；（4）可锻铸铁，石墨化加退火；（5）白口铸铁，淬火加高温回火。

13.现有铸态下球墨铸铁曲轴一根，按技术要求，其基体应为珠光体组织，轴颈表层硬度为50~55HRC。

试确定其热处理方法。

答：若要使基体获得珠光体组织，须进行高温正火处理：将铸件加热到共析温度范围以上，大约900~950℃，保温一段时间后，出炉空冷。

由于要求表层硬度为HRC50-55，还需进行表面淬火处理，如高频淬火等
14.根据下表所列的要求，归纳对比几种铸铁的特点。

15.减摩铸铁与抗磨铸铁在性能及应用上有何差异？
答：根据工作条件的不同，耐磨铸铁可以分为减摩铸铁和抗磨铸铁两类。

减磨铸铁用于制造在润滑条件工作的零件，如机床床身、导轨和汽缸套等。

这些零件要求较小的摩擦系数。

抗磨铸铁用来制造在于摩擦条件下工作的零件，如轧辊、球磨机磨球等。

16.铸铁的碳有哪几种存在形式？按铸铁中石墨的形态可将铸铁分为
哪些类型？它们的石墨形态各是什么？
答：碳的存在形式：以间隙固溶体的形式存在；以Fe3C的形式存在；以游离的石墨形式存在。

白口铸铁：碳以渗碳体形式存在；灰口铸铁：片状、球墨铸铁：球状、蠕墨铸铁：蠕虫状；可锻铸铁：团絮状。

17.钢和铸铁在性能上有何差异？为什么？
答：石墨与基体相比，其强度和塑性都要小得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积，同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中，形成脆性断裂。

因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低。

虽然铸铁的机械性能不如钢，但由于石墨的存在，却赋予铸铁许多钢所不及的性能：如良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性。

石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率小，其铸造性能优于钢。

18.灰口铸铁和球墨铸铁在性能上有何差异？为什么？
答：灰口铸铁中石墨以片状形式存在，而球墨铸铁中石墨以球状形式存在。

由于石墨呈球状分布对基体的割裂作用可降到最小，可以充分发挥基体的性能，所以球墨铸铁的力学性能如抗拉强度等比灰口铸铁高，其塑性韧性比灰口铸铁好。