武汉理工大学,金属工艺学第6章 常用合金铸件的生产
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2-2常用合金铸件的生产
5
二、灰铸铁 (Gray cast iron)
铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底 座、箱体类铸件。 1.灰铸铁的成分、组织和性能
化学成分：
C＝2.8%～3.8％； Si＝1.2％～2.7％； Mn＝0.5％～1.3％； P≤0.3％；S≤0.15％
6
显微组织(Structure )
金属基体Matrix:(铁素体-Ferrite，珠光体-Pearlite ) +片状石墨-Graphite flakes 。
❖ 白口铸铁(White cast iron)：C主要以Fe3C形式出现的铸铁，断 口呈银白色。性能：又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器
零件中很少采用。主要用途：炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。
❖ 灰铸铁（Grey cast iron）：C主要以片状石墨形式出现的铸铁， 断口是灰色。 性能：具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性
2.影响灰铸铁组织和性能的因素（Effect of Various Factors
on Structure and Properties of Gray Cast Iron )
性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的 是石墨，包括石墨的形态，石墨的大小，还有它的数 量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响石 墨化的因素。
对原铁水的熔炼要求
❖ 严格控制原铁水的化学成分：C 3.6％～4.0％，Si 1.0 ％～1.3％，Mn不大于0.4～0.6，S不大于0.06，P不大于 0.08。
特点：高碳、低硅、低锰、硫、磷。
❖ 铁水出炉温度高：必须在1400～1420C以上。 这是因为经过球化处理以后，铁水温度大约降低50～ 100ºC。
相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。 根据基体组织不同，灰铸铁分为三类：铁素体灰铸铁(F)， 铁素体－珠光体灰铸铁(F-P)，珠光体灰铸铁(P) 。 片状石墨是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰铸铁的 基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但 由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。
二、灰铸铁 (Gray cast iron)
铸造性能最好，价格较低，适于制造形状复杂的底 座、箱体类铸件。 1.灰铸铁的成分、组织和性能
化学成分：
C＝2.8%～3.8％； Si＝1.2％～2.7％； Mn＝0.5％～1.3％； P≤0.3％；S≤0.15％
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显微组织(Structure )
金属基体Matrix:(铁素体-Ferrite，珠光体-Pearlite ) +片状石墨-Graphite flakes 。
❖ 白口铸铁(White cast iron)：C主要以Fe3C形式出现的铸铁，断 口呈银白色。性能：又硬又脆，不能进行切削加工，所以在机器
零件中很少采用。主要用途：炼钢原料，也可处理成可锻铸铁。
❖ 灰铸铁（Grey cast iron）：C主要以片状石墨形式出现的铸铁， 断口是灰色。 性能：具有良好的铸造性能、减振性能和减摩性
2.影响灰铸铁组织和性能的因素（Effect of Various Factors
on Structure and Properties of Gray Cast Iron )
性能决定于组织，铸铁组织中对性能起决定性作用的 是石墨，包括石墨的形态，石墨的大小，还有它的数 量和分布等。因此影响灰铸铁组织的因素就是影响石 墨化的因素。
对原铁水的熔炼要求
❖ 严格控制原铁水的化学成分：C 3.6％～4.0％，Si 1.0 ％～1.3％，Mn不大于0.4～0.6，S不大于0.06，P不大于 0.08。
特点：高碳、低硅、低锰、硫、磷。
❖ 铁水出炉温度高：必须在1400～1420C以上。 这是因为经过球化处理以后，铁水温度大约降低50～ 100ºC。
相当于在纯铁或钢的基体上嵌入大量石墨片。 根据基体组织不同，灰铸铁分为三类：铁素体灰铸铁(F)， 铁素体－珠光体灰铸铁(F-P)，珠光体灰铸铁(P) 。 片状石墨是影响灰铸铁机械性能的决定性因素。灰铸铁的 基体组织实际上就是纯铁、亚共析钢和共析钢的组织，但 由于分布着大量石墨，使其性能与碳钢有很大不同。
武汉理工大学的课件 金属工艺学
精密模锻工艺特点：
Ø需要精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下 料。 Ø需要精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、 脱碳层及其它缺陷等。 Ø应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面 形成的氧化皮。 Ø精密模锻的锻件精度很大程度上取决于锻模的加工 精度。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使 金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。 Ø模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。 Ø精密模锻一般都在刚度大、精度高的模锻设备上进 行。如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。
3.5.4 液态模锻
液态模锻的工艺流程：
原材料配制→熔炼→浇注→加压成型→脱 模→冷却→热处理→检验→入库。
液态模锻原理仿真
直接式液态模锻：压头（成型凸模）直接作用在液态 金属上，在压力下充型、凝固、并伴有微量的塑性变 性组织。适合于生产形状简单、性能要求较高的零件。
间接式液态模锻：同全立式压铸相似。
粉末锻造是粉末冶金成型方法和锻造相结合 的一种金属加工方法。它是将粉末预压成型后， 在充满保护气体的炉子中烧结制坯，将坯料加热 至锻造温度后模锻而成。
粉末锻造的优点（与模锻相比）
Ø材料利用率高，可达90%以上。而模锻的材料 利用率只有50%左右。 Ø机械性能高。材质均匀无各向异性，强度、塑 性和冲击韧性都较高。
高能高速成型的特点: Ø模具简单 Ø零件精度高，表面质量好 Ø可提高材料的塑性变形能力 Ø利于采用复合工艺
高能高速成型的类型
1．爆炸成型
爆炸成型是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的 化学能对金属毛坯进行加工的高能高速成型方法。除高 能高速成型共有的特点外，爆炸成型还具有以下特点：
(1)简化设备 (2)适于大型零件成型
直接式液态模锻
间接式液态模锻
常用合金铸件的生产课件
常用合金铸件的生产课件1. 引言本课件主要介绍常用合金铸件的生产过程，包括铸造工艺、模具设计、合金材料选择、铸造过程控制等方面内容。
通过学习本课件，您将了解到合金铸件的生产过程以及如何进行有效的控制和优化。
2. 铸造工艺铸造是制造合金铸件的常用工艺之一，主要包括砂型铸造、金属型铸造和压铸等。
下面我们将对这几种常用的铸造工艺进行介绍。
2.1 砂型铸造砂型铸造是一种常用的铸造工艺，它使用砂型作为铸件的模具。
砂型铸造可以用于生产各种形状和大小的铸件，成本较低且适用于小批量生产。
砂型铸造的主要步骤包括模具设计、模具制造、砂型制备、浇注、冷却、清理等。
2.2 金属型铸造金属型铸造是使用金属模具进行铸造的工艺，主要适用于中小型铸件的生产。
相比于砂型铸造，金属型铸造的成本较高，但能够获得更高的精度和表面质量。
金属型铸造的主要步骤包括模具设计和制造、熔炼铸造金属、填充模腔、冷却、脱模等。
2.3 压铸压铸是一种高效的铸造工艺，通过将熔融金属注入压铸机中，利用高压和快速冷却来形成铸件。
压铸可以实现高生产效率和精确度，适用于大批量生产。
压铸的主要步骤包括模具设计和制造、熔炼金属、注射填充、压力维持、冷却脱模等。
3. 模具设计模具设计是铸件生产过程中的重要环节，它直接影响到铸件的质量和成本。
好的模具设计能够提高铸件的精度和表面质量，减少材料使用，降低生产成本。
以下是模具设计的一些关键点。
3.1 模具结构设计模具结构设计应考虑到铸件的形状、尺寸和特殊要求等因素。
合理的模具结构能够方便铸件的填充和冷却，提高铸件质量。
3.2 模具材料选择模具材料应具有高热传导性、良好的耐磨性和耐热性。
常用的模具材料有铸铁、钢等。
3.3 模具制造工艺模具制造工艺包括模具加工、热处理、组装等步骤。
模具加工的精度和质量直接决定了铸件的精度和表面质量。
4. 合金材料选择合金材料的选择在铸件生产过程中起着关键作用。
不同的合金具有不同的性能和应用范围，合适的合金选择可以提高铸件的强度、抗腐蚀性和耐磨性。
(精选)常用合金铸件的生产
HT250 细珠光体 HT300 细珠光体 HT350 细珠光体
较细片状 薄壁缸体、缸盖、机床立柱、横梁、床身、箱体、活塞等
细小片状 细小片状
机床导轨，受力较大的床身、立柱，液压阀体，大型发动机 缸体、缸盖，蜗轮，泵壳等
机床导轨、工作台，水泵缸体、阀体、凸轮，大型发动机缸 体、缸盖、衬套，需要表面淬火的铸铁件等
6．缺口敏感性小，石墨已在金属基体上形成大量的缺 口，故外来缺口影响甚微。
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二、灰铸铁的组织
灰铸铁按基体组织可分为铁素体灰铸铁、铁素体+珠 光体灰铸铁、珠光体灰铸铁三种。
1．铁素体基体灰铸铁 铁素体基体的灰铸铁的石墨 片粗大、量多，几乎所有的碳都 转变成了石墨，石墨片对基体的 割裂作用大，故力学性能差，应 用较少。
按铸铁中碳的存在形态（反映在截面颜色），可将 铸铁分为灰口铸铁、白口铸铁、麻口铸铁三类。
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铸铁
灰口铸铁：大量的碳以游离态（石墨）存在，断口 呈灰黑色，应用最广。
白口铸铁：大量的碳以化合态（Fe3C）存在，断口 呈银白色，既硬又脆，难以进行机械加 工，很少用于制造零件。
麻口铸铁：大部分碳化合态存在，少量以石墨形态 存在，断口为银白色基体散布着一些黑 点，既硬又脆，难以加工，极少用。
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2．铁素体+珠光体基体灰铸铁 珠光体与铁素体混合基体上分 布着较粗大的石墨，故强度较低， 铸造性能、切削性能、减振性优于 珠光体基体灰铸铁，适用于一般机 件，如齿轮箱等，是应用最广的灰 铸铁。
3．珠光体基体灰铸铁
珠光体基体上分布着均匀、细小的石墨片，对基体 的割裂作用较轻，故强度、硬度较高，多用于重要机件， 如床身等。
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四、灰铸铁的牌号和应用
与钢不同，灰铸铁的牌号不能用化学成分表示，而 是用力学性能来表示。
【材料课件】4常用合金铸件生产
铸钢主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的零件， 如铁路车辆上的摇枕、侧架、车轮及车钩，重型水压 机横梁，大型轧钢机机架、齿轮等。
常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。
16
1、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂： （1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。 （2）工艺上大都采用定向凝固原则 （3）必须严格掌握浇注温度
（2）其它性能 耐磨性好、减震性好 、缺口敏感性小、 铸造性能和切削加工性能良好 。
6
灰铸铁的显微组织
7
性能指标
铸造碳钢 灰铸铁
灰铸铁与碳钢机械性能的比较
抗拉强度 σb (N/mm2)
400~650
100~350
延伸率 δ(%)
10~25
0~0.5
冲击韧性 αk(J/cm2)
20~60
0~5
硬度 (HBS)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
3、灰铸铁的孕育处理
孕育铸铁：HT250、HT300、H350T
孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度； 浇 注前向铁水 中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化 组织，促进石墨化。
孕育铸铁的特点：
强度较高，冷却速度对其组 织和性能的影响甚小。因此，适 用静载荷下要求较高强和耐磨性 的铸件，特别适合生产厚大铸件 如重型机床、压力机床身、高压 液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。
同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为 白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过 程的进行。
可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程 中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形 成白口组织
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（二）灰铸铁
1、灰铸铁的组织和性能特点
钢基体+片状石墨
常用铸钢：碳素铸钢、低合金铸钢、高合金铸钢。
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1、铸钢的铸造工艺特点
铸钢的铸造性能差，铸造工艺复杂： （1）对砂型性能如强度、耐火度和透气性要求更高。 （2）工艺上大都采用定向凝固原则 （3）必须严格掌握浇注温度
（2）其它性能 耐磨性好、减震性好 、缺口敏感性小、 铸造性能和切削加工性能良好 。
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灰铸铁的显微组织
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性能指标
铸造碳钢 灰铸铁
灰铸铁与碳钢机械性能的比较
抗拉强度 σb (N/mm2)
400~650
100~350
延伸率 δ(%)
10~25
0~0.5
冲击韧性 αk(J/cm2)
20~60
0~5
硬度 (HBS)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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3、灰铸铁的孕育处理
孕育铸铁：HT250、HT300、H350T
孕育处理：降低碳、硅含量，以提高铸铁的强度； 浇 注前向铁水 中加入少量的孕育剂（75%硅铁），可以细化 组织，促进石墨化。
孕育铸铁的特点：
强度较高，冷却速度对其组 织和性能的影响甚小。因此，适 用静载荷下要求较高强和耐磨性 的铸件，特别适合生产厚大铸件 如重型机床、压力机床身、高压 液压件、活塞环、齿轮、凸轮等。
同一铸件厚壁处为灰口组织，而薄壁处为 白口组织，这说明：缓慢冷却有利于石墨化过 程的进行。
可见，当铁水的碳当量较高，结晶过程 中缓慢冷却时，易形成灰口铸铁；相反易形 成白口组织
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（二）灰铸铁
1、灰铸铁的组织和性能特点
钢基体+片状石墨
常用合金铸造的生产ppt课件
.
• 比如HT250 退火态硬度 大概 209HB 抗拉 强度250MPa
• HT300 退火态硬度 大概 231HB 抗拉强度 300MPa
• HT300 退火态硬度 大概 253HB 抗拉强度 350MPa
.
3）灰口铁性能 ② 工艺性能：片层状石墨 铸造流动性好 不能锻压和冲压 焊接性差 机械加工性能好
.
球化分级
球化级别 1级 2级 3级 4级 5级
说明 石墨呈球状，少量团絮，允许极少量 团絮状 石墨大部分呈球状，余为团状和极少 量团絮状 石墨大部分呈团状，余为团絮状，允 许有极少量蠕虫状 石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团 状、团絮状 石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球 状、团状、团絮状
.
球化率（％） ≥95
.
1.2.1 铸铁件的生产
1.2.1.1 灰口铁铸件 1）灰口铁 2）灰口铁组织 3）灰口铁性能 4）影响灰口铁组织和性能的因素 5）灰口铸铁热处理
.
A
L+
H
B
温N J
度
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
A+ Fe3C
G
A+
Le
F
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le
P
P
F+ Fe3C
加铸铁的冷脆性。 限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。
.
② 冷却速度 1）铸型材料 2）铸件壁厚
铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈 大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。
由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺 寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象 称为壁厚（对力学性能的）敏感性。
• 比如HT250 退火态硬度 大概 209HB 抗拉 强度250MPa
• HT300 退火态硬度 大概 231HB 抗拉强度 300MPa
• HT300 退火态硬度 大概 253HB 抗拉强度 350MPa
.
3）灰口铁性能 ② 工艺性能：片层状石墨 铸造流动性好 不能锻压和冲压 焊接性差 机械加工性能好
.
球化分级
球化级别 1级 2级 3级 4级 5级
说明 石墨呈球状，少量团絮，允许极少量 团絮状 石墨大部分呈球状，余为团状和极少 量团絮状 石墨大部分呈团状，余为团絮状，允 许有极少量蠕虫状 石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团 状、团絮状 石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球 状、团状、团絮状
.
球化率（％） ≥95
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1.2.1 铸铁件的生产
1.2.1.1 灰口铁铸件 1）灰口铁 2）灰口铁组织 3）灰口铁性能 4）影响灰口铁组织和性能的因素 5）灰口铸铁热处理
.
A
L+
H
B
温N J
度
A+
L
D
L+A
A
E
C
L+ Fe3C F
A+ Fe3C
G
A+
Le
F
A+F S Fe3CⅡ A+ Fe3CⅡ+Le
P
P
F+ Fe3C
加铸铁的冷脆性。 限制在0.5%以下，高强度铸铁则限制在0.2~0.3%以下。
.
② 冷却速度 1）铸型材料 2）铸件壁厚
铸件壁愈厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈 大，愈易得到粗大的石墨片和铁素体基体。
由此可知：随着壁厚的增加，石墨片的数量和尺 寸都增大，铸铁强度、硬度反而下降。这一现象 称为壁厚（对力学性能的）敏感性。
金属工艺学cp2.2 常用合金铸件的生产
铁最常用，基体为铁素体。
4、性能：相当高的塑韧性δ 〈12% 、ak〈30J/cm2，比 灰铸铁好，但不能锻造。 石墨呈团絮状，减轻了 对金属基体的割裂作用，抗 拉强度σ显著提高。 黑心可锻铸铁塑韧性比 珠光体可锻铸铁高，但强度 硬度较低。 5、牌号： 如：KTH300—06；用作弯 头、三通管件、阀门等。 KTZ550—04；用于载荷较 高的耐磨损、凸轮轴，齿轮 等。
2、冷却速度： 冷却速度快V↑→原子来不 急扩散，G难以进行；易白 口——Fe3C 。 冷却速度慢V小——易得到 灰口— G 。 所以设计时：合理选择 铸 件壁厚和铸型材料 铸件壁厚： 薄 件→ 白口 厚大件→灰口 铸型材料： 金属型冷却速度比砂型快。
3、孕育处理：先熔炼出含 碳（1%左右）、硅（1.5% 牌号： H T 左右）较低的铁水，然后 ××× σb≥ ××× MPa 加入孕育剂（硅铁、硅含 灰铸铁简称 量75%、加入量0.25— “灰铁” 3.3%），经过孕育处理后 再浇铸，从而提高灰铸铁 的抗拉强度。特点：析出 的石墨细小均匀。孕育铸 铁仍是灰铸铁。 优点：抗拉强度达到250400MPa，HB达到170-270。 冷却速度对组织与性能影 响小。
4、灰铸铁的牌号及生产特点
1）牌号 HT100：铁素体灰铸铁 HT150： P+F灰铸铁 HT200 HT250 P灰铸铁 HT300 HT350 孕育铸铁 2）生产特点： 冲天炉熔炼--浇注。 铸造工艺简单，一般不需冒口和冷铁。 浇注温度较低（1200-1350度）。 铸件一般不需热处理。
二、可锻铸铁（玛铁、玛钢）：白
三、铜、铝合金铸件的生产特点
铜、铝合金的熔化特点是金属料与燃料不直接接触，以 减少金属的损耗和保证金属的纯洁，铜、铝合金多采用以焦 炭为燃料的坩埚炉来熔化。
4、性能：相当高的塑韧性δ 〈12% 、ak〈30J/cm2，比 灰铸铁好，但不能锻造。 石墨呈团絮状，减轻了 对金属基体的割裂作用，抗 拉强度σ显著提高。 黑心可锻铸铁塑韧性比 珠光体可锻铸铁高，但强度 硬度较低。 5、牌号： 如：KTH300—06；用作弯 头、三通管件、阀门等。 KTZ550—04；用于载荷较 高的耐磨损、凸轮轴，齿轮 等。
2、冷却速度： 冷却速度快V↑→原子来不 急扩散，G难以进行；易白 口——Fe3C 。 冷却速度慢V小——易得到 灰口— G 。 所以设计时：合理选择 铸 件壁厚和铸型材料 铸件壁厚： 薄 件→ 白口 厚大件→灰口 铸型材料： 金属型冷却速度比砂型快。
3、孕育处理：先熔炼出含 碳（1%左右）、硅（1.5% 牌号： H T 左右）较低的铁水，然后 ××× σb≥ ××× MPa 加入孕育剂（硅铁、硅含 灰铸铁简称 量75%、加入量0.25— “灰铁” 3.3%），经过孕育处理后 再浇铸，从而提高灰铸铁 的抗拉强度。特点：析出 的石墨细小均匀。孕育铸 铁仍是灰铸铁。 优点：抗拉强度达到250400MPa，HB达到170-270。 冷却速度对组织与性能影 响小。
4、灰铸铁的牌号及生产特点
1）牌号 HT100：铁素体灰铸铁 HT150： P+F灰铸铁 HT200 HT250 P灰铸铁 HT300 HT350 孕育铸铁 2）生产特点： 冲天炉熔炼--浇注。 铸造工艺简单，一般不需冒口和冷铁。 浇注温度较低（1200-1350度）。 铸件一般不需热处理。
二、可锻铸铁（玛铁、玛钢）：白
三、铜、铝合金铸件的生产特点
铜、铝合金的熔化特点是金属料与燃料不直接接触，以 减少金属的损耗和保证金属的纯洁，铜、铝合金多采用以焦 炭为燃料的坩埚炉来熔化。
金属工艺学(专科)武汉理工大学 在线作业答案
金属工艺学(专科)-作业答案一、判断1、电焊条焊芯的作用是用于导电的。
（B）A. 正确B. 错误2、金属加热温度越高，可锻性越好。
（B）A. 正确B. 错误3、自由锻件上应避免锥体或斜面结构。
（A）A. 正确B. 错误4、生产类型就是指年产量。
（B）A. 正确B. 错误5、生产类型就是指生产批量。
（A）A. 正确B. 错误6、铸造合金的铸造性能主要包括合金的流动性和合金的收缩。
（A）A. 正确B. 错误7、含碳量4.3﹪的灰口铸铁铁水的流动性最好。
（B）A. 正确B. 错误8、加工铸铁等脆性材料和采用硬质合金高速切削时，不采用切削液。
（A）A. 正确B. 错误9、分模面在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等。
（A）A. 正确B. 错误10、孕育铸铁由于晶粒细化，所以它是一种高强度铸铁。
（B）A. 正确B. 错误11、车床上的四爪卡盘是用来装夹回转体零件的。
（B）A. 正确B. 错误12、点焊就是用焊条每隔一定距离焊一个焊点。
（B）A. 正确B. 错误13、一般进行热处理的钢都是镇静钢。
（A）A. 正确B. 错误14、闪光对焊对接头清理工作要求不高。
（A）A. 正确B. 错误15、共晶成分的铸铁是在恒温下结晶的，所以结晶后不会产生集中缩孔。
（B）A. 正确B. 错误16、钢的质量好坏是按其中的碳含量来区分的。
（B）A. 正确B. 错误17、钎焊焊前焊件准备（加工、清理、装配）工作要求高。
（A）A. 正确B. 错误18、采用直流电焊机焊接时，反接法就是焊条接正极，工件接负极。
（A）A. 正确B. 错误19、气焊焊接黄铜时应该采用中性焰。
（B）A. 正确B. 错误20、由于扩孔钻钻芯截面较大，故可对孔进行精加工。
（B）A. 正确B. 错误21、车外圆时可以用丝杠走刀。
（B）A. 正确B. 错误22、把钢加热成为奥氏体后速冷到Ms线以上等温一段时间再冷却下来的热处理叫分级淬火。
金属工艺学 第3版 单元六 铸造
模块二 铸造工艺图
铸造工艺图是表示铸型分型面、浇注系统、冒口系统、浇注位置、型芯结构尺寸、控制凝 固措施（冷铁、保温衬板）等内容的图纸。
一、 浇注位置是指浇注时铸型分型面所处的位置。 （1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下。 （2）铸件的大平面应朝下。 （3）具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型下部。 （4）易形成缩孔的铸件，浇注时应把厚的部分放在分型面附近的上部或侧面。
2．砂型的各组成部分 从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔。 上砂型与下砂型的分界面称为分型面。 3． 造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。
全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型 。
用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称 为机器造型。
机器造型常用的紧砂方法有：震实、压实、震压、抛 砂、射压等几种方式。
二、分型面的选择 铸型组元间的接合面称为分型面。 （1）应减少分型面的数量，尽量使铸件位于下型中。 （2）尽量采用平直面作为分型面，少用曲折面作为分型面。 （3）尽量使铸件的主要加工面和加工基准面位于一个砂箱内。 （4）分型面一般设在铸件的最大截面处，充分利用砂箱高度， 不要使模样在一个砂箱内过高。 三、工艺参数的选择 绘制铸造工艺图应考虑的主要工艺参数是加工余量、起模斜度 、铸造圆角、收缩率和芯头等 。 件加工面尺寸和零件精度，在进行铸件工艺设计时预先增加的，并 且在机械加工时切去的金属层厚度。 起模斜度是为பைடு நூலகம்使模样容易从铸型中取出或芯子自芯盒脱出， 平行于起模方向在模样或芯盒壁上设置的斜度。
二、收缩性
合金在液态凝固和冷却至室温过程中，产生体积和尺寸减小的现象称为收缩。 1． 液态合金从浇注温度冷却到室温过程中要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。 ●液态收缩是指熔融金属在凝固阶段的体积收缩；凝固收缩是指溶融金属在凝固阶段的体积 收缩；固态收缩是指金属在固态由于温度降低而发生的体积收缩。 2． 影响合金收缩的因素主要有：化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件等。
第6章 常用合金铸件的生产.ppt
不锈钢
按用途分类： 耐磨钢
……
• 铸钢件的铸造工艺: 铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性差，收 缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂 等缺陷。
* 要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。 * 应严格控制浇注温度，防止过高或过低。 * 2铸/8/钢202件0 2须:10热PM处理。
②铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金 结晶温度范围很小，呈逐层凝固
特征，故流动性 较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问 题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。
2/8/2020 2:10 PM
普通黄铜，普通黄铜中再加入 Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所组成的 多元黄铜称特殊黄铜。
2 铸造铜合金的铸造工艺特点
① 锡青铜 锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽，流动性较差，
易产生缩松。但氧化倾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。对壁厚较大的 重要铸件(蜗轮、阀体等)必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般 壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。
2/8/2020 2:10 PM
2/8/2020 2:10 PM
常用合金铸件的生产
6.2 铸钢件的生产
按化学成分：
铸造碳钢：以铸造中碳钢用的最多；而铸造
低碳钢和铸造高碳钢用的少。
铸造合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金元
素，如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13为铸造耐磨钢； ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。
灰铸铁：石墨呈片状 球墨铸铁：石墨呈球状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
2/8/2020 2:10 PM
铸铁件的生产
6.1.1
按用途分类： 耐磨钢
……
• 铸钢件的铸造工艺: 铸钢的熔点高，钢液易氧化，吸气，流动性差，收 缩大。因此，铸造困难，易产生浇不足、气孔、缩松缩孔、夹渣和粘砂 等缺陷。
* 要求型砂的耐火度高，有良好的透气性和退让性。 * 应严格控制浇注温度，防止过高或过低。 * 2铸/8/钢202件0 2须:10热PM处理。
②铝青铜、铝黄铜等含铝较高的铜合金 结晶温度范围很小，呈逐层凝固
特征，故流动性 较好，易形成集中缩孔，但极易氧化。铸造时要解决的主要问 题是防止氧化夹杂和消除缩孔。为消除缩孔，必须使铸件顺序凝固。
2/8/2020 2:10 PM
普通黄铜，普通黄铜中再加入 Mn、Al、Fe、Si、Pb、Sn等元素所组成的 多元黄铜称特殊黄铜。
2 铸造铜合金的铸造工艺特点
① 锡青铜 锡青铜的结晶温度范围很大，同时凝固区域很宽，流动性较差，
易产生缩松。但氧化倾向不大，因所含Sn、Pb等元素不易氧化。对壁厚较大的 重要铸件(蜗轮、阀体等)必须采取强烈的顺序凝固，对形状复杂的薄壁件和一般 壁厚件，若致密性允许降低，可采用同时凝固。
2/8/2020 2:10 PM
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常用合金铸件的生产
6.2 铸钢件的生产
按化学成分：
铸造碳钢：以铸造中碳钢用的最多；而铸造
低碳钢和铸造高碳钢用的少。
铸造合金钢：在碳钢的基础上加入少量的合金元
素，如锰、铬、钼、钒等。ZGMn13为铸造耐磨钢； ZG1Cr18Ni9为铸造不锈钢。
灰铸铁：石墨呈片状 球墨铸铁：石墨呈球状 可锻铸铁：石墨呈团絮状 蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
2/8/2020 2:10 PM
铸铁件的生产
6.1.1
武汉理工大学《金属工艺学》复习
铸 造
将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其 冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。 液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力，称为充 型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷 影响充型能力的因素 合金的流动性；浇注条件（浇注温度，充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄 热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。
铸造工艺参数：
机械加工余量和铸孔；铸造收缩率；拔模斜度；铸造圆角。
定性地绘出图示零件的铸造工艺图
先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模 斜度、型芯轮廓 （P98）
课件画工艺图部分
铸件的结构设计（教材 、课件及作业相关部分）
压力加工
金属压力加工 定义：金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变 形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方 法，又称金属塑性加工。
焊缝的布置
焊缝分散布置的设计
焊缝对称布置的设计
焊缝避开最大应力集中位置的设计
焊缝远离机械加工表面的的设计
焊缝的布置
焊缝位置便于手弧焊的设计
便于自动焊的设计
便于点焊及缝隙焊的设计
错误的焊缝布置
焊接顺序原则：先自由后约束
切削加工
切削运动
机 床 名 称 卧 式 车 床 钻 床 主运动 进给运动 机床 名称 主运动 进给运动
需一副冲孔模、一副落料模。 冲孔模：φ凸=φ孔=100 φ凹=φ凸+Z=100+0.2=100.2 落料模：φ凹=φ落料=200 φ凸=φ凹－Z=200－0.2=199.8
焊 接
焊接方法分类：熔焊，压焊，钎焊
电弧焊
将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其 冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。 液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力，称为充 型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷 影响充型能力的因素 合金的流动性；浇注条件（浇注温度，充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄 热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。
铸造工艺参数：
机械加工余量和铸孔；铸造收缩率；拔模斜度；铸造圆角。
定性地绘出图示零件的铸造工艺图
先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模 斜度、型芯轮廓 （P98）
课件画工艺图部分
铸件的结构设计（教材 、课件及作业相关部分）
压力加工
金属压力加工 定义：金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变 形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方 法，又称金属塑性加工。
焊缝的布置
焊缝分散布置的设计
焊缝对称布置的设计
焊缝避开最大应力集中位置的设计
焊缝远离机械加工表面的的设计
焊缝的布置
焊缝位置便于手弧焊的设计
便于自动焊的设计
便于点焊及缝隙焊的设计
错误的焊缝布置
焊接顺序原则：先自由后约束
切削加工
切削运动
机 床 名 称 卧 式 车 床 钻 床 主运动 进给运动 机床 名称 主运动 进给运动
需一副冲孔模、一副落料模。 冲孔模：φ凸=φ孔=100 φ凹=φ凸+Z=100+0.2=100.2 落料模：φ凹=φ落料=200 φ凸=φ凹－Z=200－0.2=199.8
焊 接
焊接方法分类：熔焊，压焊，钎焊
电弧焊
《金属工艺学》考核标准
考试方式与标准考试方式：闭卷•先要获得考试资格再参加理论考试•成绩: 平时20%(课堂作业、课外作业、实验、考勤）+考试80%•若有大作业，大作业作为平时成绩，占总比例10%考试标准：考试内容根据专业特点的不同，重点内容有所变化，但均以大纲为依据，主出卷人出好题目后，需经同类课程其他老师审查，无误后交给教学主任审核签字后试卷才能生效。
考试题型：判断题、填空题、名词解释、单选题、多选题、问答题、改错题、综合题。
《金属工艺学》考试大纲绪论机器制造过程。
第1章金属材料的主要性能1、力学性能的概念。
力学性能主要指标：强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度。
2、金属材料的工艺性能及物理化学性能。
第2章铁碳合金铁碳合金相图中的相、特性点和特性线。
典型铁碳合金的组织转变。
铁碳合金相图的应用。
第3章钢的热处理热处理的基本概念。
钢在加热和冷却时的组织转变。
钢的退火、正火、淬火、回火的目的、工艺特点及应用。
钢的表面淬火和化学热处理。
第4章非金属材料塑料、陶瓷和复合材料的基本知识。
熟悉常用工程塑料、工业陶瓷及复合材料的分类、性能特点及应用，学会在生产实践中，正确选择并应用这些材料。
第5章铸造工艺基础要重点掌握铸造合金液体的充型能力与流动性及其影响因素，缩孔与缩松的产生与防止，铸造应力、变形与裂纹的产生与防止。
掌握铸件质量的综合控制方法。
第6章常用合金铸件的生产掌握各种铸铁的生产方法、牌号的表示方法、组织、性能、使用范围和铸造工艺特点。
第7章砂型铸造工艺了解常用的机械造型方法；掌握砂型铸造工艺及铸造工艺图的表示方法，正确选择铸造工艺参数；根据砂型铸造工艺特点，能够正确地设计铸件的结构。
第8章特种铸造熔模铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造和离心铸造等特种铸造方法特点及应用。
第9章金属压力加工基础了解金属塑性变形的有关理论基础，特别是塑性变形对金属组织和性能的影响，金属可锻性的影响因素等。
第10章常用的锻造方法初步掌握自由锻和模锻的基本工序、特点及应用。
常用合金铸件的生产ppt课件
炼钢生铁经过进一步的熔炼(氧化过程)， 得到一钢、材普,此通过灰程口称铸炼铁钢〔。简称灰铁〕
1.普通灰铸铁的性能灰铁的显微组织 ＝金属基体〔F+P〕＋片G
见图,相当于在钢的基体 上嵌入了大量G片。
石墨是碳的一种结晶方式，六方晶格，碳原子呈层片状陈列； 性能：Rm(σ)、A(δ)、ak很低,硬度为3HBW;低的力学性能,使灰铁基体上布满了裂纹和孔洞. 由于G的存在
ZG1Cr18Ni9为铸造镍铬不锈钢,可耐强酸强碱. 二、铸钢件的消费特点 1.钢的熔炼 要求用电弧炉、感应电炉。(为什么？) 2.铸造工艺 由于钢的熔点高、流动性差，钢水易氧化和吸气，而且其体积收缩为钢的2～3倍。 因此铸钢用砂耐火、透气性要高；冒口〔个头大〕与冷铁配合要好；
3.热处置 为消除铸态晶粒粗大、组织不匀及内应力,铸 钢件铸后必需热处置，主为：正火或退火。
(俗称：10-1锡青铜) 黄铜－Cu-Zn合金 颜色随Zn↑,由黄红色→淡 黄色;如:ZCuZn38(含38％的锌,余为铜) 三、铸造铝合金 1.纯铝 Al
雪白色，熔点660℃，面心立方晶格，没有 同素异构转变。
2.铝合金的分类
变形铝合金 ；铸造铝合金 1)变形铝合金
厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、 带材、 管材、线材等。
P灰铸铁 P+F灰铸铁 F灰铸铁
2.铸铁的组织及影响要素
灰铸铁按基体不同可分为;
要控制铸铁组织与成分，必需控制其石墨化 程度，而影响石墨化的主要要素为：
1)化学成分 成分：Wc=2.7%~3.9%；Wsi=1.1~2.6%； WMn =0.6~1.2% 随C、Si 增多，G核增多， 析出G多而粗大； 反之，G少； S 、Mn妨碍 G ，添加白口化，应严控，P 添加冷脆性。
1.普通灰铸铁的性能灰铁的显微组织 ＝金属基体〔F+P〕＋片G
见图,相当于在钢的基体 上嵌入了大量G片。
石墨是碳的一种结晶方式，六方晶格，碳原子呈层片状陈列； 性能：Rm(σ)、A(δ)、ak很低,硬度为3HBW;低的力学性能,使灰铁基体上布满了裂纹和孔洞. 由于G的存在
ZG1Cr18Ni9为铸造镍铬不锈钢,可耐强酸强碱. 二、铸钢件的消费特点 1.钢的熔炼 要求用电弧炉、感应电炉。(为什么？) 2.铸造工艺 由于钢的熔点高、流动性差，钢水易氧化和吸气，而且其体积收缩为钢的2～3倍。 因此铸钢用砂耐火、透气性要高；冒口〔个头大〕与冷铁配合要好；
3.热处置 为消除铸态晶粒粗大、组织不匀及内应力,铸 钢件铸后必需热处置，主为：正火或退火。
(俗称：10-1锡青铜) 黄铜－Cu-Zn合金 颜色随Zn↑,由黄红色→淡 黄色;如:ZCuZn38(含38％的锌,余为铜) 三、铸造铝合金 1.纯铝 Al
雪白色，熔点660℃，面心立方晶格，没有 同素异构转变。
2.铝合金的分类
变形铝合金 ；铸造铝合金 1)变形铝合金
厂家直接按加工成各种规格的型材、板材、 带材、 管材、线材等。
P灰铸铁 P+F灰铸铁 F灰铸铁
2.铸铁的组织及影响要素
灰铸铁按基体不同可分为;
要控制铸铁组织与成分，必需控制其石墨化 程度，而影响石墨化的主要要素为：
1)化学成分 成分：Wc=2.7%~3.9%；Wsi=1.1~2.6%； WMn =0.6~1.2% 随C、Si 增多，G核增多， 析出G多而粗大； 反之，G少； S 、Mn妨碍 G ，添加白口化，应严控，P 添加冷脆性。
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机械应力
铸件在固态收缩时受阻
变形与裂纹
热应力的形成过程分析
铸件的结构：铸件各部分能自由收缩
热应力的消除方法
工艺方面：采用同时凝固原则 时效处理：人工时效；自然时效
铸件的结构尽可能对称 铸件的壁厚尽可能均匀
铸件变形的判定
厚部、心部受拉应力，出现内凹变形。 薄部、表面受压应力，出现外凸变形。
第六章 常用合金铸件的生产
1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用 力学性能表示？
相同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组 织和性能也不相同。
2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？ 不能，截面积越大，冷却速度越慢，得到的组
织越大（石墨也大），强度反而降低。
铸件包括：铸铁、铸钢、铸铜、铸铝……,由于铸铁材料(包括灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁)具有优良的铸造性能，且资源丰富，冶炼方便，价格低 廉，铸铁件占液态成形件中相当大的份额。
6.1 铸铁件生产
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业上常用的铸铁一般含碳量 在2.4%～4.0%的范围内 。
碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨。 根据碳在铁碳合金中的存在形式，铸铁可以分为：
四、灰铸铁的牌号
由于灰铸铁的性能不仅取决于化学成分，还与铸件的壁厚（即 冷却速度）有关，因此它的牌号以力学性能来表示。
灰口铸铁的牌号用HT×××表示，其中“HT”代表灰铸铁， 后面的三位数字表示其最低的抗拉强度。（见附表）
1）灰铸铁牌号为什么不用含碳量多少表示，而用 力学性能表示？
相同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，其组 织和性能也不相同。
1、白口铸铁
在白口铸铁中的碳，除极少量溶入铁素体中外，其余的都以化合 碳——Fe3C存在，因其断口呈银白色，故称为白口铸铁。
2、麻口铸铁
在麻口铸铁中的碳一部分以Fe3C形式存在，另一部分以石墨形式存在， 断口为灰白色相间。性能介于白口铸铁和灰口铸铁之间，既难加工，又无特 殊优点，故一般很少应用。
3、灰口铸铁
2）有一铸件当其强度不够时，可否通过增大截面解决？ 不能，截面积越大，冷却速度越慢，得到的组
织越大（石墨也大），强度反而降低。
四、灰铸铁的牌号
由于灰铸铁的性能不仅取决于化学成分，还与铸件的壁厚（即 冷却速度）有关，因此它的牌号以力学性能来表示。
灰口铸铁的牌号用HT×××表示，其中“HT”代表灰铸铁， 后面的三位数字表示其最低的抗拉强度。（见附表）
6.1.1 灰铸铁
一、灰铸铁的性能
灰铸铁的显微组织由金属基体（铁素体和珠光体）和片状石墨所 组成，相当于在纯铁或钢的基体上嵌入了大量石墨片。
铸铁之所以用得如此广泛,是因为石墨的存在，石墨的存在，使 铸铁具有铸钢所不具备的性能。
良好的铸造性能，如流动性好、收缩小
铸铁的优点
良好的切削加工性能； 高的耐磨性；
含碳愈高，析出的石墨数量愈多、愈粗大，而基体中铁素体增加、珠 光体减少；反之，含碳降低，石墨减少，且细化。
（2）硅——是强烈促进石墨化的元素，随着含硅量的增加，石墨 显著增多。
实践证明，铸铁若含硅量过少，即使含碳量高，石墨也很难形成。
Ⅰ—白口铸铁区 Ⅱa—麻口铸铁区 Ⅱ—珠光体灰口铸铁区 Ⅱb—珠光体、铁素体灰口铸铁区 Ⅲ—铁素体灰口铸铁区
2、冷却速度
减小冷却速度可以促进石墨化，增大冷却速度则阻止石墨化。
当其它条件(如化学成分、铸型材料和浇注温度等)一定时，铸件愈 厚，冷却速度愈慢，则石墨化倾向愈大，易得到粗大石墨片和铁素体基 体；反之，铸件愈薄，冷却速度愈快，则石墨化倾向愈小，易得到细小 石墨片和珠光体基体。
三、灰铸铁的孕育处理
（3）球墨铸铁 球墨铸铁中的碳大部分或全部呈球状石墨出现。其强度、塑性均 比可锻铸铁高，抗拉强度甚至高于碳钢，是一种高性能的铸铁材料。主要用于受力复 杂的重要零件，可代替可锻铸铁和部分碳钢件。
（4）蠕墨铸铁 蠕墨铸铁中的碳大部分呈蠕虫状石墨出现，这种石墨形态介于 片状石墨和球状石墨之间。因而蠕墨铸铁同时具有片状灰口铸铁及球墨铸铁的性能 特点，主要应用于经受热循环载荷的铸件及结构复杂、强度要求较高的铸件。
上次课内容的回顾
缩孔与缩松的形成
纯金属、共晶成分和凝固温度范围窄的合金 逐层凝固
缩孔
凝固区域较宽的合金
消除缩孔和缩
松的方法
糊状凝固
缩松
原则
顺序凝固原则、同时凝固
方法
合理布置内浇道及确定浇铸工艺。 合理应用冒口、冷铁等工艺措施。
内应，导致不同部 位不均衡的收缩而引起的应力。
普通灰铸铁的主要缺点是粗大的石墨片严重地割裂金属基体， 致使铸铁强度低。
实践证明，提高灰铸铁抗拉强度最有效的途径是：对出炉铁液 进行孕育处理再行浇注。
孕育处理是向铁液中加入孕育剂。常用的孕育剂为含硅量 75%的硅铁合金。
将熔炼出的铁水在浇铸前加 入质量分数为0.25%—0.60%的孕 育剂，孕育剂在铁水中形成大量 弥散的石墨结晶的核心，使石墨 化作用显著提高，从而得到在细 珠光体上均匀分布着细片状石墨 的组织。
在灰口铸铁中的碳主要以石墨形态出现，其断口呈暗灰色。由于石墨的形 态及结晶生长过程的不同，又可分为：
(1)普通灰口铸铁 普通灰口铸铁 的石墨呈片状，强度低，塑性差，但 铸造性能好，在铸铁材料中应用最广 泛。
(2)可锻铸铁 可锻铸铁中的碳 主要以团絮状石墨形态出现，因有较 高的塑性和韧性而得名，其实是不可 锻的。主要用于受冲击和振动的薄壁 小件。
铁素体灰铸铁 (全部石墨)
铁素体—珠光体灰铸铁 (化合碳小于0.8%)
珠光体灰铸铁 (化合碳0.8%)
因此，想要控制铸铁的组织和性能，必须控制石墨化的程度。
影响铸铁石墨化的主要因素有化学成分和冷却速度。
1、化学成分
铸铁成分中碳、硅为主要元素，对石墨化起决定性作用，其它元素 也有一定影响。
（1）碳——既是形成石墨的元素，又是促进石墨化的元素。
良好的吸振缓冲性能；
低的缺口敏感性能。
石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。
二、影响铸铁组织和性能的因素
铸铁的石墨化： 碳以石墨的形式析出的过程。 通常视石墨化过 程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。
灰铸铁中的碳由化合碳（Fe3C）和石墨碳所组成。根据化合碳的 含量不一样把它分为以下三种：