材料加工物理 第二节 灰铸铁
材料加工类_金属材料与热处理
5 . 灰口铸铁中，石墨存在的形状是A.圆球B.椭圆C.三角形D.片状答案：D10 . 根据白口铸铁件退火的工艺不同，形成的可锻铸铁分为珠光体基体和A.铁素体基体B.渗碳体基体C.奥氏体基体D.贝氏体基体答案：A19 . 灰铸铁中的某种组织破坏了金属基体的连续性，这种组织是A.珠光体B.铁素体C.渗碳体D.石墨答案：D55 . 球墨铸铁经热处理工艺可获得铁素体组织，从而提高塑性和韧性，这种热处理工艺是A.正火B.退火C.调质D.回火答案：B75 . 灰铸铁里石墨的晶格类型是A.三方晶格B.四方晶格C.五方晶格D.六方晶格答案：D83 . 灰口铸铁中碳的主要存在的形式是A.渗碳体B.石墨C.珠光体D.铁素体答案：B90 . 可以在高温下使用的铸铁称为A.耐磨铸铁B.耐热铸铁C.耐蚀铸铁D.球墨铸铁答案：B100 . 铸铁中的元素以石墨形式析出的过程称为石墨化，这种元素是A.铁B.硅C.碳D.硫答案：C115 . 铸铁中的碳以石墨形态析出的过程称为A.石墨化B.球化处理C.变质处理D.渗碳处理答案：A120 . 球墨铸铁的牌号是由汉语拼音字首及两组数字组成，这两个拼音字首是A.HTB.QTC.KTD.AT答案：B148 . 与钢相比，铸铁的工艺性能特点是A.焊接性好B.铸造性好C.热处理性能好D.锻造性好答案：B154 . 复杂形状铸件在切削加工前为了稳定尺寸和防止变形，常安排A.表面淬火B.石墨化退火C.去应力退火D.正火答案：C155 . 灰铸铁低温退火的目的是A.增加应力B.消除应力C.降低耐磨性D.提高耐磨性174 . HT200中的200表示该种材质的A.抗拉强度B.抗压强度C.抗剪强度D.屈服强度答案：A175 . 为了使铸件得到要求的组织，要选择合适的化学成分，选择的依据是铸件的A.密度大小 B.质量多少 C.尺寸大小 D.化学性能答案：C185 . 可锻铸铁的牌号是由字母和数字组成，其中字母的个数是A.二个B.三个C.四个D.没有字母答案：B193 . 球墨铸铁中的石墨存在的形态是A.椭圆状B.球状C.三角形状D.片状答案：B244 . KTH300-06 表示是A.珠光体可锻铸铁B.黑心可锻铸铁C.球墨铸铁D.灰口铸铁答案：B249 . 灰铸铁的性能主要取决于A.硅的含量B.碳的含量C.硫和磷的含量D.基体和石墨形态答案：D251 . 钢的基体上分布着一些片状石墨，这种铸铁是A.白口铸铁B.灰口铸铁C.球墨铸铁D.麻口铸铁答案：B282 . 石墨的强度、塑性和韧性A.较高B.较低C.不确定D.与含碳量有关答案：B286 . 球墨铸铁经某种热处理工艺可获得回火索氏体基体组织，从而获得良好的综合力学性能，这种热处理工艺是A.正火B.退火C.调质D.回火答案：C290 . 铸铁中石墨的存在，降低了铸铁的A.耐磨性能B.减振性能C.力学性能D.切削性能答案：C291 . 球墨铸铁的强度和塑性比灰铸铁的强度和塑性A.差B.好C.相同D.不确定答案：B334 . 不是合金铸铁的是A.耐磨铸铁B.耐热铸铁C.耐蚀铸铁D.球墨铸铁答案：D350 . 球墨铸铁孕育处理的目的是A.减少共晶团数目B.细化石墨球颗粒C.增加共晶团数目D.消除球化剂的白口倾向答案：B、C、D358 . 铸造生产中为了得到细晶粒的铸件，常采取的方法有A.增加过冷度B.变质处理C.振动处理D.时效处理答案：A、B、C362 . 铸铁生产工艺简单，成本低廉，具有良好的铸造性能、减摩性能和较低的缺口敏感性及A.减振性能B.焊接性能C.切削加工性能D.塑性加工性能答案：A、C385 . 影响铸铁石墨化的因素有A.化学成分B.铸铁的硬度C.冷却速度D.铸铁的熔点答案：A、C378 . 为了改善球墨铸铁的性能，常用的热处理工艺有A.退火B.正火C.调质处理D.等温淬火答案：A、B、C、D392 . 属于灰口铸铁的有A.白口铸铁B.灰铸铁C.球墨铸铁D.蠕墨铸铁答案：B、C、D410 . 由于白口铸铁中存在过多的渗碳体，其脆性大，所以较少直接使用。
铸铁是什么材料
铸铁是什么材料
铸铁是一种含碳量在2%以上的铁合金材料，通常用于制造机械零件、汽车零件、铁路轨道、桥梁等工程结构。
铸铁通常分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁三种类型，每种类型都有其独特的特性和用途。
首先，灰铸铁是最常见的铸铁材料之一，其含碳量在2.5%以下。
灰铸铁的微
观组织中含有大量的石墨，这使得其具有很好的润滑性和吸振性能，因此在制造摩擦副和机械零件时广泛应用。
另外，灰铸铁还具有较高的耐磨性和耐热性，适用于一些高温摩擦场合，如汽车发动机缸体、汽缸套等零部件。
其次，球墨铸铁是一种添加了稀土镁合金的铸铁材料，其微观组织中的石墨呈
球状，因此具有较高的韧性和强度。
球墨铸铁的拉伸强度和冲击韧性分别是灰铸铁的2-3倍和10倍以上，因此在需要高强度和韧性的零件上得到广泛应用，如汽车
曲轴、车轮、机械零件等。
最后，白口铸铁是一种含碳量在2%以上的铸铁材料，其微观组织中几乎不含
石墨，因此具有较高的硬度和抗压强度。
白口铸铁通常用于制造一些需要较高硬度和耐磨性的零件，如刀具、磨料轮、齿轮等。
总的来说，铸铁作为一种常见的铁合金材料，具有较好的机械性能和加工性能，因此在工程结构和机械制造领域得到广泛应用。
不同类型的铸铁材料具有各自独特的特性和用途，可以根据具体的工程需求选择合适的铸铁材料进行制造，以满足不同零件的性能要求。
铸铁在工程领域的应用前景广阔，将继续发挥重要作用。
第二章 灰铸铁
40
B——片状和点状石墨聚集成菊花状（蔷薇状） 较大过冷下结晶
和A型石墨比较，由于B型 石墨成团簇状分布，容易造成 石墨和基体各自集中分布的弱 点，故灰铸铁强度下降较A型 石墨的为多。
菊花状（B状）（100×）
41
B——片状和点状石墨聚集成菊花状（蔷薇状） 较大过冷下结晶
<15 15~30 30~50 >50
3.2~3.5 3.1~3.4 3.0~3.3 2.9~3.2
HT300
<15 15~30 30~50 >50
3.1~3.4 3.0~3.3 2.9~3.2 2.8~3.1
HT350
<15 15~30 30~50 >50
2.9~3.2 2.8~3.1 2.8~3.1 2.7~3.0
15
表二 灰铸铁件 （GB76- 67）
牌号
铸件主要壁 厚（mm）
式样毛坯直 径D（mm）
抗拉强度 σb≥
（N/mm2）
抗弯强度 σw≥
（N/mm2）
挠度≥ 支距=10D （mm ）
硬度HB≥
HT10-26 所有尺寸
30
100
260
2.0
143~229
4~8
13
8~15
20
HT15-33 15~30
和A型石墨比较，由于B型 石墨成团簇状分布，容易造成 石墨和基体各自集中分布的弱 点，故灰铸铁强度下降较A型石 墨的为多。
菊花状（B状）（100×）
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C——部分石墨带尖角块状，粗大片状，初生石墨 过共晶成分，冷速小
C型石墨的特点是在A型石墨中分 布有很粗大的针片状和尖角块状石墨， 对基体的破坏性极大，导致力学性能 很差。形成C型石墨的原因是灰铸铁 的化学成分进入了过共晶范围。故一 般灰铸铁的化学成分都为亚共晶范围， 只有少量的为共晶成分。选择过共晶 成分的几乎没有。
材料加工第2章作业参考答案
第2章作业参考答案1. 液态金属成形的一般工艺过程是怎样的？结合其工艺特点分析该类工艺的优点、缺点和和适用范围。
液态金属成形是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法，一般工艺过程包括模样制造、铸型制造、金属熔化与充型、凝固等关键步骤。
铸造为液体成形具有不受零件大小/薄厚/复杂程度限制、可制造各种合金铸件、相对焊接和塑性成形而言尺寸精度高、成本低等优点；但需要造型、浇注等步骤，工艺相对繁琐，工件承载能力不如锻件，同时工作环境差，粉尘多。
铸造适用于绝大部分零件，适用范围广。
（工艺过程三点明确。
明确分析优点、缺点和适用范围，同时结合其工艺特点）2.铸造合金流动性差对铸件质量有何影响？浇注时金属液过热温度及其他工艺条件相同的情况下，初步判断一下HT350和HT200两种合金，哪个流动性好，为什么？什么是液态金属的充型性能？它与那些因素有关？流动性差，金属充型能力差，铸件成形质量降低；液态金属中的气体夹杂物不易浮出，易产生气孔、夹杂；对缩孔和裂纹的充填和愈合作用减弱，易产生缩孔、裂纹等缺陷。
HT200流动性好，HT200碳含量在3.0~3.6%，HT350在2.7~3.2%，因HT200成分更靠近共晶点，固-液区间小，熔点较低，故流动性好（固液两相区越大，结晶温度范围越大，枝晶越发达，流动性越差）。
（流动性影响，判断及理由）充型能力：指液态金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全铸件的能力。
充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受到铸型性质（如铸型蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体）、浇注条件（如浇注温度、充型压头、浇注系统结构）以及铸件结构（如模数、复杂程度等）的影响。
（充型能力定义，四个影响方面）3. 缩孔、缩松的区别是什么？什么样的合金容易出现疏松缺陷？生产中如何采取措施防止缩孔、缩松缺陷的产生？缩孔缩松的区别在形态，而取决于凝固方式，当铸件以逐层凝固方式凝固时，液态金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固部分形成集中孔，即缩孔；而铸件以体积凝固方式凝固时，枝晶间隙的液体得不到补缩而形成小的孔洞，即缩松。
各种材料在钻孔中产生的问题(及解决方法)
群钻的各种钻型基本型群钻在钻通用结构钢材料时，获得了良好的切削性能。
但是加工材料日益多样化，各类材料的加工性千差万别，加工零件的结构形状、工艺条件也有着很大的变化。
工件材料变了，孔的要求变了，促使钻型也必须跟着变，要有灵活性。
要正确分析和估计客观情况，并采取有效的措施。
本章将着重分析和总结各种情况下的钻孔经验和初步规律。
第一节钻孔中产生的问题钻孔中遇到的问题很多，下面从加工材料和工艺条件两个方面列举些实例，说明用普通麻花钻钻孔时所暴露出来的问题。
一、加工材料不同所产生的问题(1)钻强度大、硬度高的钢材时(如各种高强度合金钢、淬火钢等)，负荷大，钻不动，勉强钻下去，钻头很快磨钝、烧坏。
(2)钻高锰钢及奥氏体不锈钢时，产生严重的加工硬化现象，越钻越硬，钻头磨损很快，产生毛刺很严重。
(3)在钻床上钻钢时(如低碳钢、不锈钢)，切屑长而不断，象两条长蛇一样盘旋而出，缠绕在主轴上，乱甩伤人，很不安全，而且切削液加不进去。
在自动机床上这一问题更为突出。
(4)钻铸铁时，切屑成碎末，像研磨剂一样，高速切削时常把钻头两外缘转角磨损掉。
(5)钻紫铜时孔形常不圆，钻软紫铜也不易断屑，有时钻头被咬在孔内。
(6)钻黄铜等材料经常产生“扎刀”现象，轻则把孔拉伤，重则使钻头扭断。
(7)钻铝合金孔壁不光，切屑不易排出，尤其在钻深孔时切屑常挤死在钻沟里。
(8)钻层压塑料(如夹布胶木、夹纸胶木、玻璃丝夹布胶木等)，时常发生孔入口处有毛刺、中间分层、表面变色出黄边、出口处脱皮现象。
(9)钻有机玻璃时，孔不光亮，发暗(乌)，本来是透明净亮的，钻完孔后，孔壁变成乳白色了，更严重时孔壁烧伤，和产生“银斑”状裂纹。
(10)钻橡皮时，孔收缩量很大，易成锥形、上大下小，孔壁毛糙。
二、工艺条件不同产生的问题(1)钻薄板孔，有时工件不便于压紧，人们多采用手扶，但当钻头刚要钻出工件时，手就扶不住工件了，发生抖动，很容易出工伤事故。
另外，孔易产生多角形、毛刺和变形。
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关要点:1、炭素行业龙头,积极实施战略转型。
公司是我国炭素企业的龙头,是全国唯一的新型炭砖生产基地,产能位居亚洲第一、世界第三,但国内企业产品主要还是集中于普通功率石墨电极和炭砖等传统炭素领域。
为了适应钢铁等行业结构调整的要求并将公司打造成复合型炭素制品研发和生产基地,近年来公司加快了产品结构调整并在核石墨、纳米炭材料、特种石墨、碳纤维、石墨导热片等产品领域取得突破。
2、针状焦项目将进一步完善公司产业链。
由于顶级特殊钢必须使用以优质针状焦生产的超高功率石墨电极冶炼才能得到,而针状焦的生产工艺仅由美国、英国和日本所掌握,所以,长期以来我国针状焦主要依赖进口,不仅成本高昂而且供应不稳定,严重制约了国内超高功率石墨电极的产量。
目前公司自身每年对针状焦的需求已达到近10万吨左右,但进口供应不稳定在很大程度上阻碍了公司产品结构的优化升级。
通过努力,公司已成功研制出了油系针状焦,经中试小批量试制出了符合要求的超高功率石墨电极,现已具备进入规模化生产阶段的基本条件。
公司拟通过非公开发行投资建设10万吨/年油系针状焦项目,项目建成后将满足公司自身的需要,从而进一步完善公司的产业链。
3、特种石墨业务将支撑公司未来业绩增长。
特种石墨被广泛应用于半导体、光伏太阳能、电火花及模具加工、核能、冶金、航天等众多领域,但国内特种石墨的市场供给明显不足。
公司拟通过非公开发行投资建设3万吨/年特种石墨制造与加工项目,预计该项目将于2014年建成投产,由于特种石墨售价为10万元/吨左右,而毛利率更是高达50%-60%,所以3万吨/年特种石墨项目投产后将支撑公司未来业绩增长空间。
4、钢市有望回暖,铁精粉依旧是公司的现金牛业务。
公司铁精粉产能100万吨/年,毛利率一直在50%甚至60%以上,铁精粉业务的收入占比只有30%左右但利润占比却达到50%以上,可以说铁精粉业务是公司的现金牛业务。
尽管全球经济疲软降低了建筑业和制造业对钢铁的需求,但目前钢铁价格已经跌破了很多钢铁企业的成本价,随着铁工基等各项刺激政策的出台,预计2013年钢铁市场有望逐步回暖,铁精粉业务对公司业绩的贡献有望维持稳定。
中职《金属加工与实训-基础常识与技能训练》--第2章-常用工程材料
第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 三、合金钢的分类、牌号及用途
P.29
合金钢 种类较多，在工业上具有重要用途。它具有高强度、高硬度、高 耐磨性及特殊的物理、化学性能等；价格较高；用于制作重要的轴、齿轮、凸 轮弹簧、工具、刀具、模具等。合金钢制作的机械零件大多需要热处理后使用。
1. 合金钢的分类
（1）按钢的质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类） 优质钢 硫、磷的含量较低，如：20CrMnTi、40Cr等。 特殊质量钢 硫、磷的含量控制严格。如：38CrMoA、W18Cr4V等。
普通质量钢 有害杂质硫、磷的含量较多。 如：Q235。 优质钢 有害杂质硫、磷的含量较低。如：45、T7。 特殊质量钢 有害杂质硫、磷的含量控制严格。如：T7A、T12A。
第一节 非合金钢低合金钢和合金钢 一、非合金钢的分类、牌号及用途
P.23
1.非合金钢的分类
（3）按用途分类 结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一
P.22
第2章 常用工程材料
P.22
工程材料 是指在生活、生产和科技领域中，用于制造结构件、机器、工 具和功能部件的各类材料的统称。
工程材料的类别 工程材料按其特性， 可分为金属材料和非金属材料。 工程材料按其组成特点， 可分为金属材料、有机高分子材料、无机非金属 材料和复合材料四大类。 工程材料按其使用性能， 可分结构材料与功能材料两大类，其中结构材料 是作为承力结构的材料， 主要利用的是结构材料的学性能; 功能材料主要利用 的是其光、电、磁、热、声等特殊功能性能。 从工程材料应用领域分， 可分为信息材料、能源材料、建筑材料、机械工 程材料、生物材料、航空航天材料等。
用途：合金渗碳钢 20Cr、20CrMnTi ，活塞销、汽车变速箱齿轮等。 合金调质钢 40Cr、45Mn2，机床主轴、重要齿轮、连杆、曲轴等。 合金弹簧钢 60Si2Mn，大尺寸弹簧、板簧等。
铸铁名词解释
铸铁名词解释铸铁(cast iron)是含碳量在2%以上的铁碳合金，主要用于制造各种铸件和锻件。
铸铁中的碳以片状石墨形态存在，断口呈灰色，称为白口铸铁。
碳、硅含量较高的铸铁，断口呈银白色，称为灰口铸铁。
Zw型铸铁一般用于制造内燃机活塞、曲轴等零件。
这种铸铁应具有高的强度、耐磨性和抗热裂性，一般由铸造生铁(俗称废钢)和石墨组成。
铸铁用途广泛，主要用于制造各种铸件和锻件。
Zw型铸铁的石墨化程度取决于珠光体类型，并与所用铸造生铁中的硫、磷等杂质含量有关。
一般要求铸铁中碳和硅的含量分别不大于2%和1.6%，且其含量不得超过表2-4规定的数值。
铸铁中加入不同数量的硅、锰、硼等合金元素，可获得不同力学性能和物理性能的铸铁。
铸铁中加入钼、磷、铜、铬、镍等合金元素，则具有特殊性能的铸铁。
Zw型铸铁的石墨化程度取决于珠光体类型，并与所用铸造生铁中的硫、磷等杂质含量有关。
一般要求铸铁中碳和硅的含量分别不大于2%和1.6%，且其含量不得超过表2-4规定的数值。
铸铁中加入不同数量的硅、锰、硼等合金元素，可获得不同力学性能和物理性能的铸铁。
灰铸铁应具有足够的塑性，减少其变形时体积的变化。
为保证可能获得良好的减震效果，铸铁中碳、硅的含量应尽量低。
在进行浇注前的准备工作中，必须严格控制铁水温度和保温时间，以便将铁液充满型腔而减少气体和夹渣的产生。
为使铸铁性能符合标准，应对原材料进行严格检查。
Zw型铸铁主要用于制造机器的零部件，如曲轴、凸轮轴、齿轮、气缸套、钢锭模、增压器的壳体等。
其中以机床床身最为重要。
另外，汽缸体、活塞环、刹车盘、齿轮、转子等也是铸铁制品。
还用于铸造生铁锅的底和盖，由于具有强度大、硬度高、耐磨损和不易粘附砂粒等优点，多用于炊事用具和食品加工设备。
铸铁表面粗糙，常作磨料用。
Zw型铸铁用作翻砂工艺原料，特别适用于制造用于铸造发动机、铁路机车和电车的零件。
此外，铸铁还用作炼钢原料和特殊的铸钢添加剂。
碳素结构钢、合金结构钢和不锈耐酸钢都可以通过铸铁来铸造毛坯或精密铸件，有些还可以直接浇铸而无需加工。
灰铸铁铸造工艺文件
灰铸铁铸造工艺文件
灰铸铁铸造工艺文件主要包括以下内容：
1. 铸造工艺流程：包括浇注前的准备、浇注、冷却、落砂、清理等工序。
2. 铸造工艺参数：包括铸件尺寸、重量、材料、浇注温度、浇注时间、冷却时间等。
3. 铸造设备及工具：包括铸造机、浇注机、模具、砂箱等设备及工具的型号、规格和使用方法。
4. 铸造材料：包括铸件材料、砂型材料、涂料等材料的选用和配比。
5. 质量检测：包括铸件质量检测方法、检测标准等。
6. 安全操作规程：包括铸造过程中可能存在的安全隐患及应对措施，以及安全操作规程的说明。
灰铸铁铸造工艺文件是铸造企业生产过程中的重要技术文件，用于指导铸造生产的全过程，确保铸件的质量和安全性。
灰铸铁材料的静力学性能与疲劳性能
灰铸铁材料的静力学性能与疲劳性能张锦;贾成玺;马荣华【摘要】采用不同的碳当量,对某发动机用灰铸铁材料的化学成分进行了优化改进,改进前硅碳含量比cSi/cC＝0．63,改进后硅碳含量比cSi/cC＝0．7左右,对改进前后附铸试棒的静力学性能和疲劳性能进行了检测.结果表明：当碳当量cCE＝3．80％(质量分数)、硅碳含量比cSi/cC＝0．7左右时,灰铸铁材料的各项性能均处于较好状态；硅碳含量比c Si/c C 高的材料,其弹性模量也高,而抗拉强度和规定总延伸强度又均随弹性模量的提高而提高；相同疲劳环境下,弹性模量高的材料,其疲劳循环周次也高；经改进后,试验灰铸铁材料的抗拉强度在330~350 MPa、弹性模量在185000~195000 MPa,拉拉疲劳极限在47．5~51 MPa.%Using different carbon equivalent contents,the chemical compositions of gray cast iron material used for an engine were improved and optimized with the ratio of silicon content to carbon content (cSi/cC )changing from 0.63 (before improvement)to 0.7 (after improvement),and the static mechanical properties and fatigue properties of the attached cast test blocks were tested before and after improvement.The results show that when the carbon equivalent content cCE=3.80% (mass)and cSi/cC=0.7,the performances of the gray cast iron material were in good condition.The material with higher cSi/cC had higher elastic modulus,and the tensile strength and total extension proof strength also increased with the increase of elastic modulus.Under the same fatigue condition,the material with higher elastic modulus had higher fatigue cycles.After improvement,the tensile strength of the gray cast iron material was330~350 MPa,the elastic modulus was 185 000~195 000 MPa,and the tensile fatigue limit was 47.5~51 MPa.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2016(052)008【总页数】4页(P567-569,588)【关键词】灰铸铁;硅碳含量比;抗拉强度;弹性模量;规定总延伸强度;疲劳循环周次;疲劳极限【作者】张锦;贾成玺;马荣华【作者单位】宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021;宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021;宁夏共享集团股份有限公司检测中心，银川 750021【正文语种】中文【中图分类】TG142.1;TG115.1发动机用灰铸铁材料在服役过程中不仅受到静力载荷的作用，还会受到远小于静强度的交变载荷的作用，所以材料不仅要有一定的静强度，还必须要有一定的抗疲劳性能。
第2章 灰铸铁
第二章普通灰铸铁第一节铁－碳双重相图合金相图是分析合金金相组织的有用工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，所以，除根据铁－碳相图来分析铸铁的金相组织外，还必须研究铁－碳－硅三元合金的相图。
一、铁－碳相图的二重性从热力学的观点看，在一定的条件下，高温时的渗碳体能自动分解成为奥氏体和石墨，这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁以奥氏体和石墨的状态存在时具有较低的能量，是处于稳定平衡的状态，说明了奥氏体加渗碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。
从结晶动力学（晶核的形成与长大过程）的观点来看，以含C 4.3% 的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含C 6.67% 的渗碳体晶核要比形成含C 100% 的石墨核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不要求铁原子从晶核中扩散出去。
因此，在某些条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进行还不如莱氏体共晶转变那样顺利。
至于共析转变，也可以从热力学、动力学两方面去分析而得到和上面相似的结论。
C相图只是介稳定的，Fe－C（石墨）由此可见，从热力学观点上看，Fe－Fe3C相图转变也是相图才是稳定的。
从动力学观点看，在一定条件下，按Fe－Fe3可能的，因此就出现了二重性。
二、铁－碳双重相图及其分析对铸铁合金长期使用与研究的结果，人们得到了如图2﹣1所示的铁碳合金C介稳定系相图与Fe－C（石墨）稳定系相图，分别以实双重相图，即Fe－Fe3线和虚线表示。
表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。
图2-1 铁－碳相图G－石墨Fe3C－渗碳体表2﹣1 铁碳相图各临界点的温度、成分从这里看出，在稳定平衡的Fe－C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一些。
共晶温度高出6℃，共析温度高出9℃，这是容易理解的。
如图2﹣2的示意图所示，共晶成分的液体的自由能和共晶莱氏体(奥氏体加渗碳体)的自由能都是随着温度的上升而减低的，这二条曲线的交点就是共晶温度Tc。
灰铸铁的加工工艺及加工灰铸铁的刀具材料选择
灰铸铁的加工工艺及加工灰铸铁的刀具材料选择随着汽车行业的迅速发展，产品出现很多质量问题。
所以目前对汽车零部件的质量要求极为严格。
这对于机械制造商来说，既要保证高质量高性能的零件，又要按时交货并保证机械制造厂的整体成本，只能在加工工艺和加工效率上面寻找突破口。
汽车上的部分零部件都属于消耗品，对零部件的需求量大，如灰铸铁，制动鼓，是最典型的消耗零部件，本文就主要介绍灰铸铁的加工工艺及如何提高灰铸铁的加工效率。
一、灰铸铁的铸造问题灰铸铁的典型零部件有刹车盘，制动鼓，其作用是起刹车，制动作用，由于灰铸铁有良好的减震减磨性能，常作为汽车零部件的主要材料。
其中典型零部件刹车盘有“盘式刹车”和“鼓式刹车”，根据不同需求选择不同的刹车盘，并且灰铸铁属于铸造件，薄壁零件，技术要求高，而国内生产出口灰铸铁的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济成本和出口。
所以在铸造过程中，必须控制好铸型水分含量、砂芯和型砂湿强度，这样就减少气孔，砂眼铸造缺陷的出现，降低废品率。
二、灰铸铁的加工工艺（1）灰铸铁的加工工序的改进灰铸铁经过铸造成型之后进入机械加工车间，刚开始采用普通车床加工灰铸铁，加工工序为粗加工—半精加工—精加工，影响整体加工效率，随着灰铸铁的产量提高和质量的要求，逐渐的数控车床代替普通车床加工灰铸铁，一次加工完成，效率相对得到了提高。
（2）刀具的选择刚开始采用硬质合金刀具加工灰铸铁，随着数控车床的普及，灰铸铁的质量要求变高，硬质合金刀具本身刀体的硬度低，对线速度较敏感，采用数控车床不能高速切削，高速切削硬质合金刀具会产生剧烈磨损，导致频繁换刀，增加刀具费用，直接影响整体加工成本。
之后随着灰铸铁的批量生产，很多厂会采用立方氮化硼刀具加工灰铸铁，原因在于立方氮化硼刀具硬度高，耐磨性好，对线速度不敏感，可高速切削灰铸铁，不仅提高加工效率，而且降低了刀具费用。
各材料常用刀具转速进给参数对照表
各材料常用刀具转速进给参数对照表在机械加工领域，刀具的转速和进给参数的选择对于加工质量、效率和刀具寿命都有着至关重要的影响。
不同的材料具有不同的物理和机械性能，因此需要相应的不同刀具转速和进给参数来实现最佳的加工效果。
下面我们将为您详细介绍一些常见材料的刀具转速进给参数对照。
一、钢材钢材是机械加工中最常见的材料之一，包括低碳钢、中碳钢和高碳钢等。
对于低碳钢，如 A3 钢，在使用硬质合金刀具进行粗加工时，转速一般可设置在 800 1200 转/分钟，进给速度为 02 03 毫米/转；而在进行精加工时，转速可提高到 1200 1800 转/分钟，进给速度则降低至 01 015 毫米/转。
中碳钢，例如 45 号钢，粗加工时转速通常在 600 1000 转/分钟，进给速度 015 025 毫米/转；精加工时，转速调整为 1000 1500 转/分钟，进给速度 008 012 毫米/转。
高碳钢由于硬度较高，加工时转速相对较低。
粗加工时转速约为400 800 转/分钟，进给速度 01 02 毫米/转；精加工时转速提升到 800 1200 转/分钟，进给速度为 005 01 毫米/转。
二、铝材铝材具有良好的导电性和导热性，相对较软，加工难度较低。
在使用高速钢刀具加工铝材时，粗加工转速可达到 1500 2000 转/分钟，进给速度 03 05 毫米/转；精加工时，转速进一步提高到 2000 3000 转/分钟，进给速度则减小至 01 02 毫米/转。
如果采用硬质合金刀具，粗加工转速能达到 2000 3000 转/分钟，进给速度 04 06 毫米/转；精加工时转速可高达 3000 5000 转/分钟，进给速度 01 02 毫米/转。
三、铜材铜材包括黄铜和紫铜等。
对于黄铜，在粗加工时，使用硬质合金刀具，转速可设定在 800 1500 转/分钟，进给速度 02 03 毫米/转；精加工时，转速提高到 1500 2500 转/分钟，进给速度降至 008 015 毫米/转。
灰铸铁
热处理
灰铸铁的热处理后只能改变基体组织，不能改变石墨的形态，因而不可能明显提高灰铸铁件的力学性能。灰 铸铁的热处理主要用于消除铸件内应力和白口组织，稳定尺寸，改善切削加工性能，提高表面硬度和耐磨性等。
灰铸铁铸件消除内应力退火
用以消除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的铸造应力，防止铸件产生变形和裂纹。其工艺是将铸件加 热到 500～600℃，保温一段时间后随炉缓冷至150～200℃以下出炉空冷，有时把铸件在自然环境下放置很长一 段时间，使铸件内应力得到松弛，这种方法叫“自然时效”，大型灰铸铁件可以采用此法来消除铸造应力 。
铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布着多而粗大的石墨片，其强度、硬度差，很少应用；
珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布着均匀、细小的石墨片，其强度、硬度相对较高，常用于制造床身、 机体等重要件；
珠光体—铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上，分布着较为粗大的石墨片，此种铸铁的强度、硬 度尽管比前者低，但仍可满足一般机体要求，其铸造性、减震性均佳，且便于熔炼，是应用最广的灰铸铁。
简介
灰铸铁是铸铁的一种。碳以片状石墨形式存在于铸铁中。断口呈灰色。有良好的铸造、切削性能，耐磨性好。 用于制造机架、箱体等。灰铸铁石墨呈片状，有效承载面积比较小，石墨尖端易产生应力集中，所以灰铸铁的强 度、塑性、韧度都低于其他铸铁。但具有优良的减振性、低的缺口敏感性和高的耐磨性。
组成成分
灰铸铁(4张)灰铸铁碳量较高（为2.7%~4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁 分为三类：铁素体基体灰铸铁；珠光体一铁素体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
（摘自GB/T 9439－1988）
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灰铸铁
具有片状石墨的铸铁
第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁优品ppt
• P细化程度是用金相显微镜放大500 倍下检查其片间距 的大小，见表2-3。
• 3、铸铁中的碳化物和磷共晶对其性能的影响
• （1）铸铁中的自由碳化物
• 碳化物是碳与一种或多种元素间形成的化合物。因碳 化物的出现，不仅降低铸铁的力学性能，而且也使切 削加工性能恶化。因此，一般铸铁中不允许有自由碳 化物存在。碳化物按其分布形状可分为针状、网状、 块状和莱氏体状等，在灰铸铁中，按其在大多数视场 中的百分比分为六级（碳1、碳3、碳5、碳10、碳15、 碳20），检验时用标准金相图册比较进行评定。
• （5）灰铸铁中共晶团的数量
• 共晶团：结晶时晶粒中包括了来自+G的晶粒团。• 共晶团数量越多，其力学性能越好，即强度越高。见 图2-6所示。通常，灰铸铁中共晶团边界上常有低熔点 的偏析和夹杂物存在，可用金相分析的方法将共晶团 显示出来，一般在放大10倍（或40倍）下观察，然后 按标准规定，有A、B两组分8级进行评定，试样直径 取ф70mm，见图2-7所示。侵蚀处理的显示剂： Cu2Cl2 10g 、MgCl 40g 、浓盐酸200cm3、加酒精 1000 cm3侵蚀。
第五节普通灰铸鉄化学成分的确定及熔制工 艺
• 一、确定化学成分的一般原则 • 二、确定铸铁化学成分的数学模型 • 1、铸件化学分与力学性能间的数学模型 • 2、相对强度、相对硬度和对冶金质最指标 • 三、铸铁化学成分确定的经验数据 • 四、普通灰铸铁的熔制工艺 • 1、普通灰铸铁原材料的选择与炉料配比
• （2）F体+P体：铁珠光体本身强度硬度较高（σb约为 700MPa，硬度约为200HBS），塑性低（δ约为 15%），在实际生产中，随着P含量的提高，其强度硬 度也在提高，见图2-9所示。
第二篇 第二章 常用合金铸件的生产
思考：某产品上的灰铸铁件壁厚有5mm、25mm两种，力学 性能全部要求抗拉强度为220MPa，若全部选用HT200,是否 正确？
二、可锻铸铁
可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将白口铸铁经石墨化 退火而成的一种铸铁。抗拉强度得到显著提高，且有着相 当高的塑性与韧性(但不可锻)。
（3）缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺口， 因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了
零件工作的可靠性。
（4）铸造性能优良，切削加工性好 灰铸铁的含碳量近于共 晶，流动性好。由于铸铁在结晶过程中伴有石墨析出，石墨 的析出所产生的体积膨胀抵消了部分铁的收缩，故收缩率甚 小。
2．影响铸铁组织和性能的因素
铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。在铁碳合金中 ，碳有两种存在形式：其一是渗碳体，其中w（C）=6．69% ；其二是石墨，用符号G表示，其w（C）=100%。石墨具有特 殊的简单六方晶格，如图所示。
一、灰铸铁
金属基体+片状石墨
(1)灰铸铁的化学成分 灰铸铁的化学成分大致是： w(C)=2.5%～4.0%，w(Si)=1.0%～2.5%，w(Mn)=0.5%～1.4%， w(S)≤0.15%，w(P)≤0.3%。 (2)灰铸铁的显微组织 由于化学成分和冷却条件的综合影 响，灰铸铁在室温下的显微组织有三种类型：铁素体(F)＋ 片状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋片状石墨(G)；珠光 体(P)＋片状石墨(G)。
灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。
图 2-12 灰铸铁的显微组织
铸造性能好，价格低、 生产简单，强度低， 减磨，耐磨，减振， 石墨膨胀，作承受压 力的机床底座，床身 和不重要的构件、零 件如：端盖、凸轮等 导轨、缸体
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2F 型石墨(星状)E 型石墨(枝晶片状) D 型石墨(枝晶点状)C 型石墨(块片状)B 型石墨(菊花状) A 型石墨(片状) 1.2.1 灰铸铁的组织与性能 (1) 石墨的形态第二节 灰铸铁➢ 灰铸铁的组织与性能 ➢ 提高灰铸铁性能的途径 ➢ 灰铸铁研究和生产的新进展(3)灰铸铁的性能特点 ① 力学性能➢ 灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。
➢ 灰铸铁的机械性能利用率仅有30％（与钢比）表 灰铸铁与铸造碳钢力学性能比较4性能指标 抗拉强度 σb /MPa 延伸率 / % 冲击韧性 αk / J弹性模量 E/MPa 铸造碳钢 400~650 10~25 20~60 20×104 灰铸铁100~400~0.5~5.0(7~16)×1043P+G 片F+P+G 片 F+G 片 (2) 基体组织(4)灰铸铁的国家标准 标准号：GB/T 9439-2010φ30mm 单铸试棒的抗拉强度和布氏硬度6牌号 最小抗拉强度Rm （MPa ）布氏硬度(HBW)HT100 100 ≤170 HT150 150 125-205 HT200 200 150-230 HT225 225 170-240 HT250 250 180-250 HT275 275 190-260 HT300 300 200-275 HT350350220-290② 减震性好 用于机床、缸体、缸套 ③ 导热性好 用于缸体、缸套、排气管、铁锅 ④ 加工性能好 硬度HB170~250 ⑤ 铸造性能好。
可浇注复杂和薄壁铸件 ⑥ 成本较低 成本仅为锻钢1/3 ~1/4钢、球铁、灰铸铁振动衰减图5①共晶度表：元素对Fe-C 相图的影响碳当量： CEC 1(Si38元素铁－石墨系共晶温度℃共析温度共晶点碳 量 (%) γ饱和碳量共析点碳量S - + -0.36 + - Si +14 ++ -0.31 - - Mn -8 - -0.027 +- P -21 + -0.33-Cr -6 + +0.063 + -Ni +3 - -0.053 -Cu +3 - -0.074Co + -V - + +0.135Ti - +Al + + -0.25 Mo-10++0.025(5) 灰铸铁的冶金质量同一成分的铁水经不同的处理，可获得不同性能的铸铁，因此，必须对灰铸铁件生产的冶金过程作周密的考虑，以便既能得到要求的强度指标，又能保证铸铁具有良好的工艺性能。
为了衡量灰铸铁的冶金质量，提出了一些综合性指标。
7表同等强度下中日机床铸件共晶度对比10抗拉强度(MPa)国家牌号 C(%) Si (%) 平均C (%) 平均共晶度250日本FC253.25~3.351.85~2.053.950.90中国HT2503.10~3.30 1.50~1.80 3.75 0.85300日本FC30 3.15~3.25 1.80~2.00 3.83 0.87 中国HT3002.90~3.20 1.40~1.70 3.61 0.82350日本FC35 3.10~3.20 1.75~1.95 3.76 0.85 中国HT3502.80~3.101.30~1.603.430.779式中 C 铁——铸铁实际含碳量(%)；C c '——稳定态共晶点的含碳量(%)； Si 、P ——铸铁中硅、磷含量(%)S c 的大小还能间接地推断出铸铁铸造性能的好坏以及石墨化能力的大小，因此是一个较重要的参数。
4.26% 1 / 3(Si P )C铁 C S C / C ' 铸铁偏离共晶点的程度，还可用铸铁的实际含碳量和共晶点 的实际含碳量的比值来表示，这个比值称为共晶度，以S c 表示。
C 铁共晶度：表中德缸体缸盖的碳当量和共晶度对比德国单缸缸盖Mo0.25%, 双缸缸盖Ni0.75%, 6缸缸盖Cu0.3%, 柴油机双缸缸盖Ni1.1% 中国一汽缸盖Mo0.5%，红岩缸盖Cu0.4%，195缸盖Cu0.9%12铸件 公司名 C(%) Si(%) CE(%) 共晶度 Cr(%) σb (MPa)德国单缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.9-2.0 4.10 0.94 0.15 ≥250 双缸缸盖 MAN 3.5-3.55 1.7-1.8 4.10 0.94 0.30 ≥250 6缸缸盖 MAN 3.4-3.5 1.7-1.8 4.03 0.93 0.30 ≥250 柴油机缸盖 Motortex 3.4-3.45 1.8 4.02 0.92 0.3 ≥250中国缸盖一汽 3.2-3.4 1.8-2.0 3.93 0.90 0.5 ≥250 EQ140缸体 二汽 3.2-3.4 1.9-2.1 3.96 0.90 0.3 ≥250 缸盖红岩 3.1-3.3 1.6-2.1 3.81 0.86 0.3 ≥250 195缸盖常柴3.191.583.710.850.33≥270日本的FC35与中国的HT250共晶度、碳当量相当，而抗拉强度却与中国的HT350相当；相同的牌号日本的共晶度却比我国高出0.05～0.08，碳当量高出0.20%~0.33%。
目前国外机床铸件比我国同类型铸件高一个牌号，正因为强度高碳当量也较高，国外机床不断地向轻量化方向发展，机床铸件主要壁厚从20~25mm 减至14~20mm ，比我国机床铸件薄5~15mm 。
11σb测——从φ30mm 试棒上测得的抗拉强度(MPa) S c ——共晶度灰铸铁：RG 可在0.5-1.5内波动，适当的过热与孕育处理能提高RG 值。
如RG <1，表明孕育效果不良，生产水平低，未能发挥材质的潜力。
希望RG 在1.15-1.30之间。
RG >1，表示通过熔炼技术和孕育改进的铸铁在较高的共晶度下获得了高强度。
14b 测1000-800S cRG成熟度② 成熟度和相对强度b1000 800S cHB 530 344S c上述公式计算出的抗拉强度和硬度被称为正常强度和正常硬度。
随着近几十年熔炼技术和孕育工艺的发展，实际的强度远高于计算出的正常强度。
1316HG ——硬化度 S c ——共晶度T L 、T S ——铸铁液相线和固相线温度HBS 测——φ30mm 试棒上测得的硬度HG <1，表示在保持强度下有较低的硬度。
530 344S c 170.5+0.793(T LT S )HBS 测HBS 测 HG 硬化度③ 硬化度及相对硬度15RZ 可在0.6~1.4之间波动。
RZ >1，表示强度高，硬度低，材料综合性能好。
σb 测——从φ30mm 试棒上测得的抗拉强度(MPa) HBS ——φ30mm 试棒上测得的硬度值 b 测2.27HBS 227RZ相对强度18Qi 在0.7-1.5之间波动，希望控制在Q i >1Q i >l ，表示灰铸铁在保持高强度的同时具有良好的铸造性能与加工性能。
HGiQ RG ④ 品质系数17RH 波动在0.6-1.2之间，以0.8-1.0为佳。
RH 低，表明灰铸铁的 强度高，硬度低，有良好的切削性能。
良好的孕育处理能降低RH 值。
=HBS 测 100 0.44b 测 HBS 计算HBS 测RH相对硬度灰铸铁之所以除了强度以外对硬度的要求越来越严格，是因为随着加工机床的数控化、精密化、切削高速化，铸件硬度对机床的切削速度和刀具磨损影响变得更加突出。
因此，在灰铸铁的内在质量中，力学性能以抗拉强度σb 为指标，铸造性能 以共晶度S c 为指标，加工性能以HBS 为指标，这三者的关系用 成熟度，硬化度，品质系数来表示灰铸铁的内在质量的优良程度。
2019表示灰铸铁的切削性能指标，这一方式更为直接。
m 值大， 则表明在强度高时，硬度低，切削性能好。
这些国家用m 值作为内控标准，根据不同的牌号将m 控制在1.0~1.4。
bHBSm近年来，一些国家用抗拉强度和布氏硬度之比：铸铁的内在质量实际上由三部分组成：➢化学成分、抗拉强度、硬度：这三者的关系由灰铸铁的冶金质量来表示。
➢灰铸铁的金相组织：以金属基体、石墨、晶界共晶物来表示。
➢灰铸铁的使用性能与内部缺陷：以试验的性能指标和无损探伤的结果来表示。
211.2.2 提高灰铸铁性能的途径(1) 提高Si/C比在CE保持不变的条件下，适当提高Si/C比，灰铸铁的凝固特性、组织结构与材质性能方面的变化：➢组织中初生奥氏体量增加，有加固基体的作用；➢由于总碳量降低，石墨数量相应减少，减少了石墨对基体的割裂作用；➢固溶于铁素体中的Si量增加，强化了铁素体；➢由于Si增加，使铁水的白口倾向有所降低；➢Si提高共析转变温度，珠光体稍有粗化，对强度性能有不利影响。
22Si/C比对灰铸铁强度和白口倾向的影响23(2) 孕育处理➢定义：孕育处理是在铁水中加入少量材料，促使形成结晶核心以改善金属组织和性能的方法➢目的：促进石墨化，降低白口倾向；降低断面敏感性；控制石墨形态，消除过冷石墨；适当增高共晶团数和促进细片状珠光体的形成；改善铸铁的强度性能及其它性能(如致密性、耐磨性及切削性能等)。
24(1) 孕育剂与孕育方法①孕育剂石墨化孕育剂：75SiFeBa, RE, Sr, Zr + 75SiFe(具有促进石墨化和改善石墨形态的特性)稳定化孕育剂：Cr-Si-Mn, Cr-Si-Mn-ZrCr-Si-C(强化基体、提高强度和硬度)复合孕育剂：RE-Sb-Ca-Si, RE-Sb-Cr-Ca-Si(兼有上述两种孕育剂的特性)25②孕育方法一次孕育一次孕育最常用的方法：出铁槽或浇包加入。
优点：操作简单缺点：孕育剂加入量大，孕育衰退26瞬时孕育(后孕育、晚期孕育)➢随流孕育把20~40目粒状的孕育剂随铁水浇注流加入0.08~0.2%的孕育剂，即可使铁水得到充分的孕育，这种方法的孕育剂用量很少，对消除碳化物非常有效，并可大幅度增加共晶团或石墨球数。
27保温浇注炉的随流孕育(法国某铸造厂)28➢孕育丝孕育孕育丝： 粒度：40~140号筛板厚：0.2~0.4mm 直径：1.8~7.0mm 加入量：0.02~0.03%特点：无粉尘污染；可避免不 熔质点带入铸型造成白点；便 于自动控制；但装置比较复杂。
30江铃铸造厂气冲生产线浇注现场29➢孕育块孕育孕育块可用铸造方法制造，也可将粉状孕育剂用硬脂酸粘结成块，然后插入浇口杯或特设的反应室内，当铁水流过时孕育块逐层熔化带入铸型产生孕育作用。
特点：孕育效果好，适用于大批量生产。
缺点: 不易检验。
31(3) 合金化32331.2.3 灰铸铁研究和生产的新进展(1) 冲天炉与电炉双联熔炼冲天炉熔炼：用于铸铁(灰铁、球铁、蠕铁等)优点:➢成本低(为电炉1/3),➢效率高(最大100t/h)缺点:➢温度及成分不可调,➢增硫➢夹杂物增多34感应电炉熔炼：①铁水化学成分变化小,可控元素 C Si Mn P S变化率% -5~10 +5~10 -5 不变不变②铁水温度高,可控③熔化率低(1~30T/h)，④成本高发展趋势→冲天炉熔炼+工频炉(双联熔炼)35双联熔炼能耗比较：童思艺.感应炉熔炼与双联熔炼的灰铸铁力学性能的比较. 铸造，2013, 62(2): 96-98 3638生铁中的粗大石墨性能降低铸件组织中石墨粗大炉料的遗传性 生铁 (2) 合成铸铁铸铁配料：生铁 + 废钢 + 回炉料 + 中间合金童思艺.感应炉熔炼与双联熔炼的灰铸铁力学性能的比较. 铸造，2013, 62(2): 96-9837双联熔炼灰铸铁的 冶金质量比单一感应电炉熔炼灰铸铁的冶金质量好，切削性能好。