金属材料学课后习题答案

金属材料学习题与思考题金属材料学习题与思考题 第七章第七章 铸铁铸铁 1 1、、 铸铁与碳钢相比，在成分、组织和性能上有什么区别？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2.5%,硅在 1%以下白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3c）形式存在，因断口呈亮白色。故 称白口铸铁，由于有大量硬而脆的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的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料 （2）灰口铸铁；含碳量大于4.3％，铸铁中的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）钢的成分要复杂的多， 而且性能也是各不相同钢是含碳量在 0.04%-2.3%之间的铁碳合金。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1.7%。钢的主要元素除铁、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≤0.045%， S≤0.050%） ② 优质钢 （P、 S 均≤0.035%） ③ 高级优质钢 （P≤0.035%， S≤0.030%） 按照化学成分又分①碳素钢：.低碳钢（C≤0.25%）.中碳钢（C≤0.25~0.60%）.高碳钢（C≤0.60%）。 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 2、、C C、、SiSi、、MnMn、、P P、、S S 元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（元素对铸铁石墨化有什么影响？为什么三低（C C、、SiSi、、MnMn 低）一高（低）一高（S S 高）的铸铁高）的铸铁 易出现白口？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 是铸铁中主要的强烈促进石墨化元素，为综合考虑它们的影响，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，降低铸铁的铸造和力学性能，控制其含量。 （2）铸铁的含碳量高，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 行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的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 3、、铸铁壁厚对石墨化有什么影响？铸铁壁厚对石墨化有什么影响？冷速越快，不利于铸铁的石墨化，这主要取决于浇注温度、铸型材料的导热能 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 4、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能、石墨形态是铸铁性能特点的主要矛盾因素，试分别比较说明石墨形态对灰铸铁和球墨铸铁力学性能 及热处理工艺的影响。及热处理工艺的影响。墨的数量、大小和分布对铸铁的性能有显著影响。如片状石墨 ，数量越多对基体的削弱作 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的力学性能。 球墨铸铁是石墨呈球体的灰铸铁，简称球铁。由于球墨铸铁中的石墨呈球状，对基体的割裂作用大为减少，球铁 比灰铸铁及可锻铸铁具有高得多的强度、塑性和韧性。 5 5、球墨铸铁的性能特点及用途是什么？、球墨铸铁的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，析出的石墨呈球状，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——柴油机的曲轴、连杆、齿轮；机床主轴、蜗轮、蜗杆；轧钢机的轧辊；水压机的工作缸、 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 6、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？、和刚相比，球墨铸铁的热处理原理有什么异同？ 球墨铸铁的热处理主要有退火、正火、淬火加回火、等温淬火等。 7 7、、HT200HT200、、HT350HT350、、KTH300-06KTH300-06、、QT400QT400、、QT600QT600 各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基各是什么铸铁？数字代表什么意义？各具有什么样的基 体和石墨形态？说明他们的力学性能特点及用途。体和石墨形态？说明他们的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 3））①灰口铸铁灰口铸铁：灰铸铁是指石墨 呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜，应用广泛，其产量约占铸铁总产量的80%以上。 1.牌号：常用的牌号为 HT100、HT150、HT200、……、HT350 2.组织 灰铸铁的组织是由液态铁水缓慢冷却时通过石墨化过程形成的，其基体组织有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种。 灰铸铁的显微组织如下图所示。为提高灰铸铁的性能，常对灰铸铁进行孕育处理，以细化片状石墨，常用的孕育剂有 硅铁和硅钙合金。经孕育处理的灰铸铁称为孕育铸铁。 3.热处理 热处理只能改变铸铁的基体组织，但不能改变石墨的形态和分布。由于石墨片对基体的连续性的破坏严重，产生应力 集中大，因而热处理对灰铸铁的强化效果不大，其基体强度利用率只有30%-50%。灰铸铁常用的热处理有：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的零部件，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：球墨铸铁是指石墨呈球形的灰口铸铁，是由液态铁水经石墨化后得到的。与灰铸铁相比，它的碳当量较 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、QT1200-01 2.组织 球墨铸铁是由基体+球状石墨组成，