工程材料学铸铁的组织与性能
工程材料第八章-铸铁
二、可锻铸铁的牌号、性能及用途
牌号：
KTH(或Z) + 数字1 +数字2
“可铁”拼音字首
H—黑心(铁素体)可 锻铸铁；Z—珠光 体可锻铸铁
最小抗拉 强度值
最小伸长率
如：KTH350－10表示基体为铁素体，最低抗拉强度为350MPa， 伸长率为10％的可锻铸铁
KTZ550－04表示基体为珠光体，最低抗拉强度为550MPa，伸 长率为4％的可锻铸铁
含磷量低，并含有一定量的稀土与镁
（二）组织：球状石墨＋基体组织 （F、F＋P、P）
（三）性能 1、力学性能：强度、塑性、韧性高 （与灰铸铁相比） 2、其他性能：近似于灰铸铁，但过冷度大易产生缩松
二、球墨铸铁的牌号和用途
牌号：
QT + 数字1 —数字2
“球铁”拼音的字首 最小抗拉强度值 最低伸长率
水泵叶轮
发动机飞轮
灰铸铁的牌号、力学性能及用途（GB/T9439-1988）
四、灰铸铁的热处理
（一）去应力退火：对精度要求较高或大型、复杂的铸 件，在切削加工之前，要进行去应力退火
（二）消除铸件白口组织、改善切削加工性的退火 灰铸铁件表层及一些薄截面处，在冷凝过程中产生的
白口组织，需进行退火处理。 将铸铁件加热到850～890℃，保温2～5h，使Fe3C分解，
牌号：
RuT + 数字
“蠕铁”拼音的字首
最小抗拉强度值
如： RuT420表示最小抗拉强度为420MPa的蠕墨铸铁
进气管
排气管
第八章 铸铁
第五节 可锻铸铁
由白口铸铁通过可锻化退火（石墨化退火）而获 得的具有团絮状石墨的铸铁
团絮状石墨削弱了石墨对基体的割裂作用，与灰 铸铁比，可锻铸铁具有较高的力学性能
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。
灰铸铁材料的微观组织与力学性能研究
灰铸铁材料的微观组织与力学性能研究灰铸铁是一种常见的工程材料，具有较好的耐磨性和抗压性能。
在实际应用中，人们常常关注其微观组织和力学性能的研究，以便更好地了解和改善其性能。
首先，我们来讨论灰铸铁的微观组织。
灰铸铁是一种铁碳合金材料，其主要成分是铸铁和石墨。
石墨以片状或球状分布在铸铁基体中，形成了典型的珠光体结构。
这种结构使得灰铸铁具有良好的抗震性和吸能能力。
此外，灰铸铁中的碳含量较高，一般在2%-4%之间，也会对其微观组织产生影响。
高碳含量会导致珠光体结构的改变，使灰铸铁的硬度和脆性增加。
其次，我们来研究灰铸铁的力学性能。
在传统的研究中，人们普遍关注灰铸铁的抗压性能。
抗压强度是评价灰铸铁力学性能的重要指标之一。
灰铸铁的珠光体结构和石墨形态对抗压强度有着重要影响。
例如，片状石墨比球状石墨对力学性能的影响更大。
此外，微观组织中各组分的相互作用和分布也会对力学性能产生影响。
例如，珠光体与渗碳体的分布、石墨与基体的结合强度等因素都会影响抗压性能。
除了抗压性能，灰铸铁的拉伸性能也是研究的热点之一。
拉伸强度和断裂延伸率是评价灰铸铁拉伸性能的两个重要指标。
与抗压性能类似，石墨形态和珠光体结构都与拉伸性能密切相关。
在拉伸过程中，珠光体的裂纹扩展路径、石墨的断裂模式等也会对拉伸性能产生影响。
此外，灰铸铁中的夹杂物也是影响其拉伸性能的重要因素之一。
夹杂物的形状、分布和数量会显著影响灰铸铁的强度和韧性。
近年来，随着材料科学的发展，人们开始探索灰铸铁的其他力学性能。
例如，疲劳性能是评价材料抗循环载荷能力的重要指标之一。
灰铸铁的疲劳性能受到其微观组织和缺陷的影响。
研究表明，珠光体内部的细小裂纹和夹杂物会成为疲劳断裂的起始点。
因此，在工程应用中，我们需要考虑珠光体结构和夹杂物的数量和质量，以提高灰铸铁的疲劳寿命。
总之，灰铸铁材料的微观组织与力学性能是一个复杂的系统。
人们通过对其微观组织和力学性能的研究，可以更好地了解灰铸铁材料的特性，并为其在工程应用中的性能改进提供依据。
工程材料与成型工艺基础习题答案
16. GCr9、GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的 合金钢题
1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使 用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造 成的？
7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高，塑性、 韧性 提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。
8.合金的晶体结构有固溶体和金属化合物，其中固溶体具有 良好的塑性，金属化合物具有高的硬度和脆性。
9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁 素体和渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号P表示。
金属材料成形基础作业（2）
一、填空题 1．液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动 性不好的合金铸件易产生浇不足和冷隔、气孔、夹渣等 铸造缺陷。 2．影响液态合金流动性的主要因素有合金的化学成分、 合金的物理性质、合金的温度、不溶杂质和气体等。合 金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差 。 3．任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至 室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根 本原因是液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变
图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案
（1）方案a易于生产； （2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸 件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷， 图（a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了 一定的结构斜度，有利于造型。
8.分析图2-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零 件生产类型相适应的分型方案。
8第八章-铸铁ppt课件(全)
QT600-3
蠕墨 蠕 铸铁 虫
状
P
F
RuT + 一组数字
数字表示最低抗拉强度值, MPa。
F+P “RuT”表示蠕墨铸铁代号
P
QT700-2 RuT260 RuT300 RuT420
第二节 常用铸铁
一、灰铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。其产量约 占铸铁总产量的80%以上。
1、组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过
比(0.2 /b)高, 约为0.7~0.8, 而钢一般只有0.3~0.5。 球墨铸铁
可进行各 种热处理, 如退火、正 火、淬火加 回火、等温 淬火等。
3、用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。
四、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁. 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的. 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、
2、热处理 热处理只改变基体组织，不改变石
墨形态。 灰铸铁强度只有碳钢的30~50%，
热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除内应力退火(又称人工时效) ② 消除白口组织退火 ③ 表面淬火
3、用途 制造承受压力和震动的零件,
如机床床身、各种箱体、壳 体、泵体、缸体。
台车式石墨化退火炉
3、影响石墨化的因素 ⑴ 化学成分的影响 碳和硅是强烈促进石墨化的元素。 碳、硅含量过低，易出现白口组织，力学性能和铸造
性能变差。 ⑵ 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶
将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
快冷时由于过冷度大，结晶将按 Fe-Fe3C相图进 行, 不利于石墨化.
球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。
低碳钢和铸铁力学性能分析
低碳钢和铸铁力学性能分析题目：低碳钢和铸铁的力学性能分析学院：机械工程学院学号：xxxxxxxxxxx 姓名：专业班级：xxx 指导老师：xxx 日期：2019年4月低碳钢和铸铁的力学性能分析作者：xxx作者单位：255000 山东理工大学摘要：材料的力学性能是指在外力作用下所表现出的抵抗能力。
由于载荷形式的不同，材料可表现出不同的力学性能，如强度、硬度、塑形、韧度、疲劳强度等。
材料的力学性能是零件设计、材料选择及工艺评定的主要依据。
本文主要讨论低碳钢和铸铁的力学性能在拉伸和压缩情况下的影响。
关键词：低碳钢、铸铁、拉伸、压缩（一）材料微观组成分析材料的微观结构几乎决定了外在性能，所以要了解研究材料的性能必须深入研究材料的组成成分。
而研究材料的组成成分需要从下面这张铁碳合金相图说起。
这张图记录了奥氏体在在不同温度下的恒温转变时组成成份和物质状态的变化。
低碳钢是指碳含量低于0.3%的碳素钢;铸铁是指碳含量在2.11%-6.69%的金属，其中用于拉伸和压缩试验的铸铁为灰口铸铁，成分一般范围为Wc=2.5%-4.0% Wsi=1.0%-2.2% Wmn=0.5%-1.3%Ws≤0.15% Wp≤0.3%。
低碳钢经过奥氏体转变的基体是铁素体和珠光体，灰口铸铁的基体是珠光体二次渗碳体和莱氏体。
铁素体和工业纯铁相似，塑形韧性较好，强度硬度较低。
渗碳体是一种复杂的间隙化合物，硬度很高，但塑性和韧性几乎为零，是钢中的主要强化相。
珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，常见的形态是两者呈片层相间分布，片层越细强度越高。
铸铁中的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的机械混合物，其中渗碳体较多，脆性大，硬度高，塑形很差。
12（二）拉伸试验12A :奥氏体 F:铁素体 P:珠光体 Fe3C:渗碳体 Ld：莱氏体δ：固相区 L:液相区1低碳钢碳含量较低，请强度硬度低，塑形较好，拉伸实验结果3如图可分为四个阶段，即弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和局部变形阶段，对应应力大小分别为ζe、ζs、ζp,材料的变形程度逐渐变大。
工程材料学铸铁的组织与性能
“p0” style=““>实验一铸铁的组织与性能“p0” style=““>一、实验目的“p0” style=““>1、观察灰口铸铁中不同类型石墨的形貌及基体组织。“p0” style=““>2、观察灰口铸铁中磷共晶的形态及分布。“p0” style=““>二、实验原理“p0” style=““>铸铁是含碳量大于2.14%或组织中具共晶的铁碳合金。工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁——碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。“p0” style=““>铸铁中的碳可以以渗碳体的形式存在，也可以石墨的形式存在。根据碳在铸铁中的存在形态的不同，通常可将铸铁分为白口铁、灰口铸铁和麻口铸铁。而根据铸铁中石墨的形态不同，又可分为普通灰口铸铁，蠕虫状石墨铸铁，球墨铸铁以及可锻铸铁。“p0” style=““>铸铁中的金属基体一般都是由珠光体。铁素体或珠光体+铁素体组成。基体上与共析钢或亚共析钢的基体组织相同。“p0” style=““>灰口铸铁的金相特点，是在钢的基础上分布着片状石墨，其组织是根据石墨片的大小、长度、分布及基体的类型不同有很大的差异，这主要决定于化yle=““>1、灰口铸铁的石墨类型“p0” style=““>灰口铸铁中石墨的大小、数量和分布对机械性能有很大的影响。为了便于比较，对铸铁中石墨进行了分类评级，我国按石墨的形成原因和分布特征，将其分为A、B、C、D、E和F六种类型。“p0” style=““>A型石墨：石墨片的尺寸和分布都比较均匀，且无方向性。这种石墨是碳当量为共晶成份或接近共晶成分的铁水在共晶温度范围内从铁水中和奥氏体同时析出的，其生成条件是具有较小的过冷度，这样才能造成均匀生核和长大，使各处的结晶和生长速度相差不大，最后得到大小和分布均匀的A型石墨。“p0” style=““>B型石墨：点状石墨被卷曲的片状石墨所包围，无方向性，具有菊花形态。称为菊花状石墨。这类石墨的特点是由于过冷度较大，首先从液相中析出细小的树枝状奥氏体，接着在树枝的间隙中产生奥氏体与石墨共晶，这时的石墨片分枝多而密，形成菊花中心的点状石墨。但是，因为不是在非常强烈的过冷条件下结晶，在初晶产物放出结晶潜热的条件下减慢了包围着初晶产物外层的铁水的结晶速度，而且又只能由沿着初生产物向外呈放射状的方向通过液体金属进行散热。所以外层石墨生长成为较粗大的曲片形，大致呈放射状分布，直至遇到邻近的共晶团为止。这类石墨常在碳、硅含量较高，过冷度较大的亚共晶灰铸铁中出现，B型石墨由于呈聚集分布，因而使铸铁的强度有所降低。“p0” style=““>C型石墨：是由大片状的初生石墨与较细小的共晶石墨所组成。石墨大小相差很大，但分布比较均匀，无方向性。这种类型的石墨主要出现在过共晶程度较大，冷却速度较慢的厚壁铸件中，由于缓慢冷却，共晶结晶前形成的初生石墨在铁水中能充分长大，形成粗片状石墨。随着初生石墨的析出，铁水的含碳量逐渐降低，在共晶温度下，具有共晶成分的铁水发生共晶转变而析出共晶石墨，结果形成粗片状的初生石墨和细小的共晶石墨片混杂分布的形式。粗大石墨片的存在，使铸铁的机械性能显著降低。“p0” style=““>D型石墨：点状与小片状的石墨无方向性的分布。它是在较大过冷条件下生成的共晶石墨。这类石墨往往出现在碳、硅含量较低，过冷度较大的亚共晶灰口铸铁中。结晶时，首先形成树枝状的奥氏体，由于过冷度较大，分布于枝晶间隙中的剩余铁水发生共晶转变时，几乎同时生成大量的石墨核心，这些石墨核心只能作微小的生长，产生多而密的分枝，所以在显微镜下，石墨呈点。片状分布在奥氏体的树枝间隙中，除了低碳和强烈过冷外，铁水过热也是D型石墨生成的条件。因为过热会使石墨生成的核心减少，石墨结晶困难，需要有较大的过冷度。这类石墨由于密集分布，也使机械性能有所下降。“p0” style=““>E型石墨：在初生奥氏体的晶间分布着有方向性的短片石墨，其特征和成因与D型石墨基本相同，只是E型石墨的分布具有明显的方向性。在实际生产中，D型和E型石墨通常不作严格区分，分称D、E型石墨，也称过冷石墨或枝晶石墨。E型石墨因分布的方向性较强，它对机械性能的影响也较D型石墨大一些。“p0” style=““>F型石墨：其特点是星状与短片状石墨混合均匀分布，F型石墨是过共晶铁水在较大过冷度的条件下形成的。大块的为初生石墨，片状石墨在其上生长。“p0” style=““>灰口铸铁的基体组织“p0” style=““>实际生产中应用的灰口铸铁主要是以珠光体为基体的，随着基体中珠光体含量的增加和细化，铸铁的强度、硬度和耐磨性提高。珠光体的细化程度与奥氏体的成分、晶粒度、分解温度有关，灰口铸铁中珠光体类型组织的形成过程与钢相似，不再重述。灰口铸铁的基体组织为铁素体、铁素体＋珠光体、珠光体组织。“p0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图1A型石墨100דp0” style=““>图2B型石墨100דp0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图3C型石墨100דp0” style=““>图4D型石墨100דp0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图5E型石墨100דp0” style=““>图6F型石墨100דp0” style=““>磷共晶：铸铁经常含有较多的磷，它在奥氏体或体素体中溶解度很小；在古陶纯铁中的溶解12%，而含碳3.5%的铸铁中只能溶解0.3%。再加上结晶偏析的结果。虽然含磷量比上述数值小，也总有磷共晶出现。铸铁中含有0.1%磷，组织中就会出现1%的二元磷共晶。但铸铁中的磷共晶往往既有二元的也有**的，有时还有碳化物组成磷共晶—碳化物复合物，其数量超过铸铁中磷含量的10倍，主题中促进石墨的因素，大多促进二元磷共晶的生成，促进碳化物形成的因素，则促进**磷共晶的生成。二元磷共晶：由磷化三铁和点状铁素体多组成；**磷共晶：由磷化三铁，碳化三铁和点状铁素体所组成；磷共晶——碳化物复合物，在二元或**磷共晶上镶有较大的碳化物条或块。“p0” style=““>经硝酸酒精溶液浸蚀后，磷共晶为白亮的，磷化三铁的基体上发表着粒状铁素体，有时粒状呈鱼骨状规则地排列在基体上。“p0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图7灰铸铁正火400דp0” style=““>图8灰铸铁铸态400דp0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图9灰铸铁退火400דp0” style=““>图10二元磷共晶500דp0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图11**磷共晶500דp0” style=““>图12**磷共晶＋复合磷共晶500דp0” style=““>球墨铸铁“p0” style=““>“p0” style=““>“p0” style=““>图13球墨铸铁铸态400דp0” style=““>“p0” style=““>图14球墨铸铁退火态400דp0” style=““>“p0” style=““>球墨铸铁的组织是由球状石墨和金属基体所组成。石墨球通常是孤立地分布在金属基体中的、石墨的圆整度越好、球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的机械性能亦越高，球墨铸铁的基体组织在铸态下变化较大，一般很难获得单一的基体组织，其组织：“珠光体+铁素体+球状石墨”。“p0” style=““>球墨铸铁的组织可以看成是钢的组织加球状石墨所组成，而机械性能又主要取决于金属基体，因此，像钢一样，通过热处理可以改变其基体组织，从而显著地改善球墨铸铁的性能。球墨铸铁虽然碳含量比钢高得多，但通过热处理控制其不同的石墨化程度、不仅可以获得类似于低碳钢的铁素体基体和类似于中、高碳钢的铁素体+珠光体，甚至珠光体基体组织，而且还可以获得不同相对量和形态的铁素体+珠光体基体组织。因此，球墨铸铁热处理后，即可获得相当于低碳钢的机械性能，又可获得相当于中、高碳钢的机械性能，这是钢的热处理所达不到的。此外等温淬火是目前发挥球墨铸铁材料潜力最有效的一种热处理方法，球墨铸铁等温淬火后，可以获得高强度或超强度，同时具有较高的塑性韧性和具备良好的综合机械性能及耐磨性，还有热处理变形小的特点。所以，经适当的等温处理的球墨铸铁可以满足日益发展的高速、大马达、受力复杂机件的性能要求，从而扩大了球墨铸铁的使用范围。调质处理后的球墨铸铁，具有较好的综合机械性能，而热处理工艺及设备则比等温淬火简单，且被切割加工性比较好，球墨铸铁经调质处理后，组织为素氏体+球状石墨，可代替部分铸钢和锻钢制造一些重要的结构零件，如连杆、曲轴等。对球墨铸铁进行感应加热表面淬火，使它们除具有良好的综合机械性能外，同时工作表面具有较高的硬度和耐磨性以及疲劳强度。根据某些
工程材料及机械制造基础 第八章铸铁
第二阶段 石墨化
铸铁的显微组织
铸铁类型
完全进行 F+C 部分进行 F+P+C 未进行 P+C 灰口铸铁
部分进行 未进行
ILMTAM
未进行 未进行
Ld’+P+C Ld’
麻口铸铁 白口铸铁
14 14
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
碳、硅含量对铸铁石墨化的影 响
麻口 铸 铁
C 白口铸铁
灰口铸铁
Si
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
15 15
碳、硅量控制范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si。 Al、Cu、Ni、Co等元素对石墨化有促进作用。
P’
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
13 13
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系
（以共晶铸铁为例）
石墨化进行程度
第一阶段 石墨化
完全进行
二次结晶（1154℃→738℃）
共析石墨化
台车式石墨化退火炉
三次结晶（ 738 ℃→室温）
ILMTAM
华东交通大学 先进材料激光制造技术研究所 Institute of Laser Manufacture Technology for Advanced Materials, ECJTU
铸铁材料性能
铸铁材料性能铸铁是一种常见的工业材料，具有优良的性能和广泛的应用。
它主要由铁、碳和硅组成，具有较高的硬度和耐磨性。
铸铁材料性能的优劣直接影响着其在工程领域的应用范围和效果。
下面将从几个方面介绍铸铁材料的性能特点。
首先，铸铁材料的强度和硬度较高。
铸铁的强度主要取决于其组织结构和碳含量，一般来说，碳含量越高，强度也越高。
而硬度则取决于铸铁中的碳化物含量，碳化物越多，硬度也越高。
因此，铸铁通常被用于制造对强度和硬度要求较高的零部件，如机床、汽车发动机缸体等。
其次，铸铁具有良好的耐磨性和耐热性。
由于铸铁中含有较高的碳含量，碳化物的形成使得铸铁具有很好的耐磨性，能够在摩擦和磨损的环境下保持较长的使用寿命。
同时，铸铁的熔点较高，耐热性也较好，能够在高温环境下保持较好的稳定性。
另外，铸铁还具有较好的液态流动性和铸造性能。
铸铁在液态状态下具有较好的流动性，能够填充模具中的各个角落，从而制造出形状复杂的零部件。
同时，铸铁的铸造性能也较好，能够通过各种铸造工艺制造出不同形状和尺寸的铸件。
最后，铸铁还具有较好的耐腐蚀性和成本效益。
铸铁在一定条件下能够抵抗大部分化学腐蚀介质的侵蚀，能够保持较长时间的使用寿命。
与此同时，铸铁的生产成本较低，加工成本也较低，能够提供较为经济实惠的解决方案。
总的来说，铸铁材料具有较好的强度、硬度、耐磨性、耐热性、液态流动性、铸造性能、耐腐蚀性和成本效益等性能特点，因此在工程领域有着广泛的应用。
但是，铸铁材料也存在一些缺点，如脆性较大、冲击韧性较差等，因此在实际应用中需要根据具体情况进行合理选择和设计。
希望本文能够对铸铁材料性能有所了解，并在实际工程中加以应用和改进。
铸铁基础知识
挠度：变形量
硅
硅是铸铁中常存五元素之一，能减少碳在液态和固态中的溶解 度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用是碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大。 在灰铸铁中硅的质量分数控制在1.1~2.7%的范围内，一般碳硅量 低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；当薄壁铸件出现白 口时可提高碳硅含量使之变灰；当壁厚铸件出现粗大石墨时，应适当 降低碳硅含量，达到提高机械强度和硬度的目的。 在球墨铸铁中，球化前硅的质量分数控制在1.0~2.0%的范围内， 这主要考虑在球化时球化孕育剂还要带入一部分硅量。通常球化后硅 的质量分数最终控制在1.8~3.3%，在此范围内，随着硅量的提高，铁 素体量增加并能细化石墨，提高球状石墨的圆整度。
铸铁的石墨
A型石墨
• A型石墨是在石墨的 成核能力较强，冷却速度 较慢，共晶转化在很小的 过冷度下进行时形成的。 由于晶核的数目较多，又 在很小的过冷度下结晶， 线生长速度低，所以石墨 分枝不很发达，故形成较 为均匀分布的片状石墨， 这是灰铸铁中最经常出现 的一种石墨分布状态。
一厂生产铸件石墨
B型石墨
一厂生产铸件石墨
F型石墨
• F型石墨是我国标准中所特有的，其特点是 在大块石墨（有的单位叫星型石墨）上分布着许 多小的石墨片（这些小石墨片呈A型分布），F型 石墨实质上亦是过共晶石墨，是高碳铁水在较大 过冷条件下生长的。大块石墨可以认为是相当于 C型中的初生石墨，小片状石墨在其上生长。 • 这种石墨在生产活塞环时经常出现，为了防止活 塞环组织出现白口，常采用高碳（如C＞3.8%） 铁水，由于壁薄，必须加强孕育过程，因此促进 了了F型石墨的生长。
铸铁基础知识讲义
铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金,除 碳外,铸铁还含有较多的Si、Mn和其它一些 杂质元素。与钢相比，铸铁熔炼简便、成 本低廉。虽然强度、塑性和韧性较低，但 具有优良的铸造性能，很高的耐磨性，良 好的消震性和切削加工性。
工程材料-第八章_铸铁
灰口铸铁的性能： 灰口铸铁的性能：
主要铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、 球墨铸铁具有与钢相近的力学性能，可部分替代钢制造承受震动、 载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。 载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。 铸铁曲轴
轧辊与辊环
球 墨 铸 铁 制 品
管道接口
核燃料贮存运输容器
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能 三、蠕墨铸铁（Vermicular Graphite iron） ）
1.冷却（结晶） 1.冷却（结晶）时的石墨化 冷却
（1）从液相中析出石墨 L → GⅠ 共晶反应） L → γ + G （共晶反应） （2）从奥氏体中析出石墨
特别提示： 特别提示：
灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 灰铸铁、球墨铸铁、 在冷却时通过析出石墨而获得。 在冷却时通过析出石墨而获得。
γ → GⅡ
（3）由共析反应生成石墨
举例：QT 5 0 0－05 举例： －
延伸率不低于5% 延伸率不低于5% 抗拉强度不小于500MPa 抗拉强度不小于500MPa “球铁”之汉语拼音字头 球铁”
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
2.球墨铸铁的组织 2.球墨铸铁的组织
电 镜 下 的 石 墨 球
第八章 铸铁－§8.2 常用铸铁的组织和性能
本章介绍灰口铸铁
第八章 铸铁 灰口铸铁的种类： 灰口铸铁的种类：
按石墨的形态，灰口铸铁分为四类： 按石墨的形态，灰口铸铁分为四类： 灰铸铁： 灰铸铁：石墨呈片状
工程材料学第6章铸铁
第二阶段石墨化 在℃－738℃温度范围内奥氏体沿E′S′ 线析出二次石墨。
第三阶段石墨化 在738 ℃（P′S′K′）通过共析反应析出石墨， 其反应方程式为： As′→Fp′+G(共析) 含3％的亚共晶铸铁－石墨相图进行转变的过程 如图所示
二 复线铁碳相图
在铁碳相图中，碳可以化合态的渗碳体的形式和游离态的石墨 (G)的形式存在。渗碳体具有复杂的斜方结构。石墨具有特殊的 简单六方晶格，其底面碳原子呈六方网络排列，原子间为共价键 结合，间距小（1.42Å）结合力很强；底面层之间为分子键，面 间距离大（3.04Å），结合力弱，所以石墨的强度和硬度不高， 韧性很低。石墨的晶体结构如图
二、球墨铸铁的牌号、组织和性能
1.牌号
我国球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组数字表示 最低抗拉强度极限和延伸率，见表
由表中数据可知，球墨铸铁的抗拉强度远远超过灰 口铸铁，而与钢相当。其突出特点是屈强比 （б0.2/бb）高，约为0.7－0.8，而钢一般只有0.3－ 0.5。在一般的机械设计中，材料的许用应力根据 б0.2确定，因此对于承受静载的零件，使用球墨铸铁 比铸钢还节省材料，重量更轻。
三 灰口铸铁的性能
1、优良的铸造性能
由于灰铸铁的化学成分接近共晶点，所以铁水流动性好，可以铸造非 常复杂的零件；另外．由于石墨比容较大，使铸件凝固时的收缩量 减少．可简化工艺，减轻铸件的应力，并可得到致密的组织。
2、优良的耐磨性
石墨本身具有润滑作用，石墨掉落后的空洞能吸附和储存润滑油，使 铸件有良好的耐磨性；此外．由于铸件中带有硬度很高的磷共晶： 又能使抗磨能力进一步 提高，这对于制备活塞环．气缸套等受摩擦 零件具有重要意义，
铸铁
第１节概述
铸铁中碳元素按主要存在方式不同可分为：
一是白口铸铸铁（断口呈现白色），碳的主要 存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨； 另一是灰口铸铁（断口呈现黑灰色），碳的主 要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。
介于白口铸铁与灰口铸铁之间为麻口铸铁，其中 的碳既有游离石墨又有渗碳体
由于铁的晶体结构与石墨的晶体结构差异很大， 而铁与渗碳体的晶体结构要接近一些，所以普通铸铁 在一般铸造条件下只能得到白口铸铁，而不易获得灰 口铸铁。因此，必须通过添加合金元素和改善铸造工 艺等手段来促进铸铁石墨化，形成灰口铸铁。
1．化学成分的影响
碳、硅、锰、硫、磷对石墨化有不同影响。其中 碳、硅、磷是促进石墨化的元素，锰和硫是阻碍石墨 化的元素。
性有明显提高。
可锻铸铁不能用锻造方法制成零件，只是因 为石墨的形态改造为团絮状，不如灰口铸铁的 石墨片分割基体严重，因而强度与韧性比灰口 铸铁高。
可锻铸铁的机械性能介于灰口铸铁与球墨 铸铁之间，有较好的耐蚀性，但由于退火时间 长，生产效率极低，使用受到限制，故一般用 于制造形状复杂，承受冲击，并且壁厚<25mm 的铸件（如汽车、拖拉机的后桥壳、轮壳等）。 可锻铸铁亦适用于制造在潮湿空气、炉气和水 等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。
二.铸铁的石墨化过程
按Fe-C相图铸铁液冷却过程中，碳溶解于铁素体外均 以石墨形成析出。石墨形成（或石墨化）分为如下两个阶 段： 第一阶段石墨化包括自低于液相线CD以下温度冷却自 液体中析出“一次石墨”，低于共晶线ECF（温度1154℃） 共晶成分（C点含4.26％C），液体转变为奥氏体与共晶石 墨组成的共晶组织；以及低于共晶温度ECF以下冷却沿ES线 从奥氏体中析出“二次石墨”。 第二阶段：略低于共析温度（738℃）的PSK线以下， 共析成分（S点，含0.68%C）奥氏体转变为由铁素体与石 墨组成的共析组织。理论上，在PSK温度以下冷却至室温， 还可能铁素体中析出三次石墨，因为数量极微，常忽略。
铸铁组织分析实验报告
铸铁组织分析实验报告实验目的本实验旨在通过对铸铁的组织分析，了解铸铁的显微组织特点，并学习铸铁的显微组织分析方法。
实验原理铸铁是一种以铁为基体中含有2%以上碳元素的合金，具有灰白色或黑色的特点。
铸铁按照碳的形式和分布可分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁。
铸铁的显微组织与其冷却过程和碳的形式分布有关，显微组织主要包括珠光体、石墨和基体等成分。
珠光体是由铁素体和珠光体组成的，其中铁素体为珠光体的基体，而珠光体由铁素体和碳化物组成。
铸铁的显微组织主要通过光学显微镜观察，通常需要进行抛光、腐蚀和染色等处理方式。
实验步骤1. 准备实验样品：从铸铁材料中切取代表性样品。
2. 磨削与抛光：将样品磨削至粗糙度较小，并使用研磨纸对样品进行抛光处理。
3. 腐蚀：将抛光后的样品放置在猛酸中进行腐蚀处理，使得样品表面获得清晰可见的显微结构。
4. 清洗：将腐蚀后的样品用清水洗净，并用酒精进行清洁处理。
5. 染色：在样品上滴一滴显微染色液，使得显微组织更加清晰可见。
6. 实验观察：使用光学显微镜观察显微组织，并进行拍照记录。
实验结果与分析经过上述步骤，我们观察到铸铁的显微组织。
铸铁通常呈现灰白色或黑色，其主要显微组织成分为珠光体、石墨和基体。
珠光体是铸铁中最主要的组织成分之一。
在光学显微镜下，珠光体呈现出颗粒状或弯曲的结构，一般为灰色或白色。
珠光体由铁素体和碳化物组成，其中铁素体为灰色的基体，而碳化物为黑色颗粒状结构。
珠光体的形成与铸铁的冷却速度和合金的成分有关，冷却速度越快，珠光体的形态越细小。
石墨是铸铁中的另一个重要成分，通常呈现出黑色结构。
石墨具有良好的润滑性和导电性，对提高铸铁材料的性能起到重要作用。
在显微组织中，石墨可以呈现出团状、片状或链状的形态，形态的不同受到铸铁成分和冷却速度的影响。
基体是铸铁中无碳化物的铁素体，通常呈现出灰白色。
基体是铸铁的主要组织成分，其性质受到铸铁成分和冷却速度的影响。
基体的性质主要决定了铸铁的强度和韧性。
球墨铸铁铸造性能介绍
自动化、智能化：提高生产 效率，降低人工成本
材料创新：开发新型球墨铸铁 材料，提高性能和降低成本
智能制造
自动化生产 线：提高生 产效率，降
低成本
智能监控系 统：实时监 控生产过程， 提高产品质
量
智能数据分 析：利用大 数据分析， 优化生产工
艺
远程控制与 维护：实现 远程监控和 维护，提高 生产安全性
04 制动系统：球墨铸铁
具有良好的耐磨性和 耐热性，适用于制动 系统的制造。
机械制造
汽车工业： 发动机、变 速箱、底盘
等零部件
工程机械： 挖掘机、推 土机、起重 机等设备的
零部件
轨道交通： 铁路、地铁、 轻轨等车辆
的零部件
船舶制造： 船舶发动机、 螺旋桨、船 体结构等零
部件
航空工业： 飞机发动机、 起落架、机 身结构等零
韧性好：球墨铸铁 的韧性较好，具有 良好的抗冲击性能， 适用于承受冲击载 荷的场合。
耐磨损：球墨铸铁 的耐磨性能较好， 适用于承受磨损的 场合。
耐腐蚀：球墨铸铁 的耐腐蚀性能较好， 适用于承受腐蚀性 介质的场合。
铸造性能好：球墨 铸铁的铸造性能较 好，适用于各种复 杂形状的铸件。
成本低：球墨铸铁 的生产成本较低， 适用于大批量生产 的场合。
球墨铸铁铸造性能介绍
演讲人
目录
01. 球墨铸铁概述 02. 球墨铸铁的铸造性能 03. 球墨铸铁的应用领域 04. 球墨铸铁的发展趋势
球墨铸铁概述
球墨铸铁的定义
01
球墨铸铁是一种铸铁材料， 其内部含有球状石墨。
03
球墨铸铁的耐磨性和耐腐蚀 性较好，适用于各种工程领 域。
02
球墨铸铁的力学性能优良， 具有较高的强度和韧性。
《金属工艺学》工程材料及机械制造基础(铸造)
4) 铸件结构: 壁太薄、大水平面，流动困难
§2 铸件的凝固与收缩Freezing and Shrinkage
液态收缩和凝固收缩得不到补偿，将产生缩孔或缩松
1. 铸件的三种凝固方式 the wideness of paste zone
P36 图2-3 (a)逐层凝固 Freezing layer by layer (c)糊状凝固 Paste freezing (b)中间凝固 Middle freezing
2. 铸造合金的收缩 Shrinkage of the Casting Alloys
合金从浇注、凝固、直至冷却到室温，其体积和尺寸缩减 现象（p36）
液态收缩liquid Contraction 体收缩
凝固收缩freezing contraction 体收缩
固态收缩solid contraction 线收缩
Especially for the production of articles with
complicate shape and structure
铸
例如：机箱、阀体、汽缸等
造
各种材料
的
广泛
Suit for almost all kinds of alloy
特
wide-ranging 大小：g~t
白口铸铁→高温退火→石墨呈团絮状 成分：低碳、低硅；2.4～2.8%C，0.4～1.4%Si 适用范围：中压阀门
形状复杂的薄壁小件：大件容易产生麻口 受一定冲击的零件 大批量生产: 单件成本高 牌号KTH300-06
第二篇 铸造 Foundry
什么叫铸造 Casting？ (p33) The production of shaped articles by pouring molten metal into the mould
铸铁抗拉能力与抗压能力
铸铁抗拉能力与抗压能力铸铁是一种重要的工程材料，其具有良好的机械性能和耐磨性能，被广泛应用于机械制造、汽车制造、船舶制造等领域。
其中，抗拉能力和抗压能力是铸铁的重要机械性能指标之一。
一、铸铁抗拉能力1.1 抗拉强度抗拉强度是指在拉伸试验中材料断裂前所承受的最大拉应力。
对于灰口铸铁来说，其抗拉强度通常在200-400MPa之间；而对于球墨铸铁来说，其抗拉强度可达到500MPa以上。
1.2 影响因素影响铸铁抗拉强度的因素主要有以下几个方面：（1）化学成分：合理的化学成分可以提高材料的强度和韧性。
（2）冶炼工艺：适当的冶炼工艺可以保证材料中夹杂物和缩孔等缺陷较少，从而提高材料的强度。
（3）热处理工艺：合理的热处理工艺可以改善材料组织结构，提高材料的强度和韧性。
（4）铸造工艺：合理的铸造工艺可以降低材料中夹杂物和缩孔等缺陷，从而提高材料的强度。
1.3 提高抗拉强度的方法为了提高铸铁的抗拉强度，可以采取以下几种方法：（1）优化化学成分，增加碳含量和硅含量，同时控制磷、硫等有害元素的含量。
（2）采用优质原料和先进的冶炼工艺，保证材料中夹杂物和缩孔等缺陷较少。
（3）采用合理的热处理工艺，改善材料组织结构，提高材料的强度和韧性。
（4）采用先进的铸造工艺，控制铸造温度和冷却速率，降低夹杂物和缩孔等缺陷。
二、铸铁抗压能力2.1 抗压强度抗压强度是指在压缩试验中材料断裂前所承受的最大压应力。
对于灰口铸铁来说，其抗压强度通常在400-600MPa之间；而对于球墨铸铁来说，其抗压强度可达到800MPa以上。
2.2 影响因素影响铸铁抗压强度的因素主要有以下几个方面：（1）化学成分：合理的化学成分可以提高材料的强度和韧性。
（2）冶炼工艺：适当的冶炼工艺可以保证材料中夹杂物和缩孔等缺陷较少，从而提高材料的强度。
（3）热处理工艺：合理的热处理工艺可以改善材料组织结构，提高材料的强度和韧性。
（4）铸造工艺：合理的铸造工艺可以降低材料中夹杂物和缩孔等缺陷，从而提高材料的强度。