金屬材料學習題與思考題
第七章鑄鐵
1、 鑄鐵與碳鋼相比，在成分、組織和效能上有什麼區別？
（1）白口鑄鐵：含碳量約2.5%,矽在1%以下白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體（fe3c）形式存在，因斷口呈亮白色。
故稱白口鑄鐵，由於有大量硬而脆的fe3c，白口鑄鐵硬度高、脆性大、很難加工。因此，在工業應用方面很少直接使用，只用於少數要求耐磨而不受衝擊的製件，如拔絲模、球磨機鐵球等。大多用作煉鋼和可鍛鑄鐵的坯料
（2）灰口鑄鐵；含碳量大於4.3％，鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態片狀石墨存在。斷口呈灰色。
它具有良好鑄造效能、切削加工性好，減磨性，耐磨性好、加上它熔化配料簡單，成本低、廣泛用於製造結構複雜鑄件和耐磨件。
（3）鋼的成分要複雜的多，而且效能也是各不相同鋼是含碳量在0.04%-2.3%之間的鐵碳合金。
我們通常將其與鐵合稱為鋼鐵，為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有矽、錳、硫、磷等，而且鋼還根據品質分類為①普通鋼（p≤0.
045%，s≤0.050%）② 優質鋼（p、s均≤0.035%）③ 高階優質鋼（p≤0.
035%，s≤0.030%） 按照化學成分又分 ①碳素鋼：.低碳鋼（c≤0.
25%）.中碳鋼（c≤0.25~0.
60%）.高碳鋼（c≤0.60%）。
②合金鋼：低合金鋼（合金元素總含量≤5%）.中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）.
高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。
2、c、si、mn、p、s元素對鑄鐵石墨化有什麼影響？為什麼三低（c、si、mn低）一高（s高）的鑄鐵易出現白口？
（1）合金元素可以分為促進石墨化元素和阻礙石墨化元素，順序為：
al、c、si、ti、ni、p、co、zr、nb、w、mn、s、cr、v、fe、mg、ce、b等。其中，nb為中性元素，向左促進程度加強，向右阻礙程度加強。c和si是鑄鐵中主要的強烈促進石墨化元素，為綜合考慮它們的影響，引入碳當量ce = c% + 1/3si%，一般ce≈4%，接近共晶點。
s是強烈阻礙石墨化元素，降低鑄鐵的鑄造和力學效能，控制其含量。
（2）鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過程中易產生白口組織和裂紋。
白口組織是由於在鑄鐵補焊時，碳、矽等促進石墨化元素大量燒損，且補焊區冷速快，在焊縫區石墨化過程來不及進行而產生的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工效能很差。採用含碳、矽量高的鑄鐵焊接材料或鎳基合金、銅鎳合金、高釩鋼等非鑄鐵焊接材料，或補焊時進行預熱緩冷使石墨充分析出，或採用釺焊，可避免出現白口組織，。
3、鑄鐵壁厚對石墨化有什麼影響？冷速越快，不利於鑄鐵的石墨化，這主要取決於澆注溫度、鑄型材料的導熱能力及鑄件壁厚等因素。冷速過快，第二階段石墨化難以充分進行。
4、石墨形態是鑄鐵效能特點的主要矛盾因素，試分別比較說明石墨形態對灰鑄鐵和球墨鑄鐵力學效能及熱處理工藝的影響。墨的數量、大小和分布對鑄鐵的效能有顯著影響。如片狀石墨 ，數量越多對基體的削弱作用和應力集中程度越大。
石墨形狀影響鑄鐵效能：片狀、團絮狀、球狀。對於灰鑄鐵，熱處理僅能改變基體組織，改變不了石墨形態，熱處理不能明顯改善灰鑄鐵的力學效能。
球墨鑄鐵是石墨呈球體的灰鑄鐵，簡稱球鐵。由於球墨鑄鐵中的石墨呈球狀，對基體的割裂作用大為減少，球鐵比灰鑄鐵及可鍛鑄鐵具有高得多的強度、塑性和韌性。
5、球墨鑄鐵的效能特點及用途是什麼？
球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經球化處理後獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用於製造內燃機、汽車零部件及農機具等.。
珠光體型球墨鑄鐵——柴油機的曲軸、連桿、齒輪；工具機主軸、蝸輪、蝸桿；軋鋼機的軋輥；水壓機的工作缸、缸套、活塞等鐵素體型球墨鑄鐵——受壓閥門、機器底座、汽車后橋殼等。
6、和剛相比，球墨鑄鐵的熱處理原理有什麼異同？
球墨鑄鐵的熱處理主要有退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。
7、ht200、ht350、kth300-06、qt400、qt600各是什麼鑄鐵？數字代表什麼意義？各具有什麼樣的基體和石墨形態？說明他們的力學效能特點及用途。
（1）灰鑄鐵常用型號為ht100/ht150/ht200/ht250/ht300/ht350
黑心可鍛鑄鐵常用牌號為kth300-06/kth350-10/ktz450-06/ktz550-04/ktz650-02/ktz700-02,其中kth300-06適用於氣密性零件,kth380-08適用於水暖件，kth350-10適用於閥門、汽車底盤。
（2）牌號中代號後面只有一組數字時，表示抗拉強度值；有兩組數字時，第一組表示抗拉強度值，第二組表示延伸率值。兩組數字中間用「一」隔開。抗拉強度隨壁厚而變化，壁厚越大抗拉強度越小。
3）①灰口鑄鐵：灰鑄鐵是指石墨呈片狀分布的灰口鑄鐵。灰鑄鐵**便宜，應用廣泛，其產量約佔鑄鐵總產量的80%以上。
1.牌號：常用的牌號為ht100、ht150、ht200、……、ht350
2.組織
灰鑄鐵的組織是由液態鐵水緩慢冷卻時通過石墨化過程形成的，其基體組織有鐵素體、珠光體和鐵素體加珠光體三種。灰鑄鐵的顯微組織如下圖所示。為提高灰鑄鐵的效能，常對灰鑄鐵進行孕育處理，以細化片狀石墨，常用的孕育劑有矽鐵和矽鈣合金。
經孕育處理的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。
3.熱處理
熱處理只能改變鑄鐵的基體組織，但不能改變石墨的形態和分布。由於石墨片對基體的連續性的破壞嚴重，產生應力集中大，因而熱處理對灰鑄鐵的強化效果不大，其基體強度利用率只有30%-50%。灰鑄鐵常用的熱處理有：
消除內應力退火、消除白口組織退火和表面淬火。
4.用途
灰鑄鐵主要用於製造承受壓力和振動的零部件，如工具機床身、各種箱體、殼體、幫浦體、缸體等。
②球墨鑄鐵：球墨鑄鐵是指石墨呈球形的灰口鑄鐵，是由液態鐵水經石墨化後得到的。與灰鑄鐵相比，它的碳當量較高，一般為過共晶成分，這有利於石墨球化。
1.牌號：qt400-17、qt420-10、qt500-05、qt600-02、 qt700-02、qt800-02、qt1200-01
2.組織
球墨鑄鐵是由基體+球狀石墨組成，鑄態下的基體組織有鐵素體、鐵素體加珠光體和珠光體3種。球狀石墨是液態鐵水經球化處理得到的。加入到鐵水中能使石墨結晶成球形的物質稱為球化劑，常用的球化劑為鎂、稀土和稀土鎂。
鎂是阻礙石墨化的元素，為了避免白口，並使石墨細小且分布均勻，在球化處理的同時還必須進行孕育處理，常用的孕育劑為矽鐵和矽鈣合金。
3.效能
由於球狀石墨圓整程度高，對基體的割裂作用和產生的應力集中更小，基體強度利用率可達70%-90%。接近於碳鋼，塑性和韌性比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高。
4.熱處理
由於球狀石墨危害程度小，因而可以對球墨鑄鐵進行各種熱處理強化。球墨鑄鐵的熱處理主要有退火、正火、淬火加回火、等溫淬火等。
5.用途
球墨鑄鐵在汽車、機車、工具機、礦山機械、動力機械、工程機械、冶金機械、機械工具、管道等方面得到廣泛應用，可代替部分碳鋼製造受力複雜，強度、韌性和耐磨性要求高的零件。
③可鍛鑄鐵：可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經石墨化退火後獲得的，其石墨呈團絮狀。可鍛鑄鐵中要求碳、矽含量不能太高，以保證澆注後獲得白口組織，但又不能太低，否則將延長石墨化退火週期。
1.牌號：kth ktb ktz分別表示黑心、白心、珠光體可鍛鑄鐵代號
2.組織
可鍛鑄鐵的組織與第二階段石墨化退火的程度有關。當第一階段石墨化充分進行後（組織為奧氏體+團絮狀石墨），在共析溫度附近長時間保溫，使第二階段石墨化也充分進行，則得到鐵素體+團絮狀石墨組織，由於表層脫碳而使心部的石墨多於表層，斷口心部呈灰黑色，表層呈灰白色，故稱為黑心可鍛鑄鐵。若通過共析轉變區時，冷卻較快，第二階段石墨化未能進行，使奧氏體轉變為珠光體，得到珠光體+團絮狀石墨的組織，稱為珠光體可鍛鑄鐵。
3.效能
由於可鍛鑄鐵中的團絮狀石墨對基體的割裂程度及引起的應力集中比灰鑄鐵要小，因而其強度、塑性和韌性均比灰鑄鐵高，接近於鑄鋼，但不能鍛造，其強度利用率達到基體的40%-70%。
4.用途
可鍛鑄鐵常用於製造形狀複雜且承受振動載荷的薄壁小型件，如汽車、拖拉機的前後輪殼、管接頭、低壓閥門等。這些零件如用鑄鋼製造則鑄造效能差，用灰鑄鐵則韌性等效能達不到要求。
8、如何理解鑄鐵在一般的熱處理過程中，石墨參與相變，但是熱處理並不能改變石墨的形態和分布。
鑄鐵的熱處理目的在於兩方面：一是改變基體組織，改善鑄鐵效能，二是消除鑄件應力。值得注意的是：
鑄件的熱處理不能改變鑄件原來的石墨形態及分布，即原來是片狀或球狀的石墨熱處理後仍為片狀或球狀，同時它的尺寸不會變化，分布狀況不會變化。
鑄鐵件熱處理只能改變基體組織，不能改變石墨的形態及分布，機械效能的變化是基體組織的變化所致。普通灰口鑄鐵(包括孕育鑄鐵)石墨片對機械效能(強度、延性)影響很大，灰口鑄鐵經熱處理改善機械效能不顯著。還需要注意的是鑄鐵的導熱性較鋼差，石墨的存在導致缺口敏感性較鋼高，因此鑄鐵熱處理中冷卻速度(尤其淬火)要嚴格控制。
9、某廠生產球墨鑄鐵曲拐。經澆注後，表面常出現「白口」，為什麼？為消除白口，並希望得到珠光體基體組織，應採用什麼樣的熱處理工藝？
鑄件冷卻時，表層及薄截面處，往往產生白口。白口組織硬而脆、加工效能差、易剝落。因此必須採用退火（或正火）的方法消除白口組織。
退火工藝為：加熱到550－950℃保溫2～5 h，隨後爐冷到500—550℃再出爐空冷。在高溫保溫期間 ，遊高滲碳體和共晶滲碳體分解為石墨和a，在隨後護冷過程中二次滲碳體和共析滲碳體也分解，發生石墨化過程。
由於滲碳體的分解，導致硬度下降，從而提高了切削加工性。
10、解釋工具機底座常用灰鑄鐵製造的原因。
工藝問題,這些零件形狀複雜,除鑄造用其他方法難以得到毛坯,而灰口鑄鐵具有十分優秀的鑄造效能.而鋼的鑄造性很差. 其一,**便宜,這些產品的重量很重.
其二,減震,灰鑄鐵中含碳量比較高，石墨在鑄鐵中的吸振能力或阻止振動傳播的作用，使灰鑄鐵有優良的減振性，鋼材沒有這個特性. 其三,減磨.灰鑄鐵中石墨有儲油的作用，在有潤滑的條件下，加上石墨本身是良好的潤滑劑和冷卻劑，所以灰鑄鐵有很好的減磨作用，從而灰鑄鐵比結構鋼耐。
其四,對缺口敏感性很低,灰鑄鐵本身的顯微結構石墨是呈現細片狀結構，千瘡百孔的,再加幾個缺口不要緊.鋼要是有缺口,十分容易在缺口處疲勞破壞。
金屬材料學第7 11章課後習題答案
金屬材料學習題與思考題 第七章鑄鐵 1 鑄鐵與碳鋼相比，在成分 組織和效能上有什麼區別？1 白口鑄鐵 含碳量約2.5 矽在1 以下白口鑄鐵中的碳全部以滲透碳體 fe3c 形式存在，因斷口呈亮白色。故稱白口鑄鐵，由於有大量硬而脆的fe3c，白口鑄鐵硬度高 脆性大 很難加工。因此，在工業應用方面很少直接...
金屬材料與熱處理課後習題
第一章金屬材料基礎知識 1 什麼是強度？材料強度設計的兩個重要指標分別是什麼？2 什麼是塑性？塑性對材料的使用有何實際意義？3 繪出簡化後的fe fe3c相圖。4 根據fe fe3c相圖，說明下列現象的原因。1 含碳量1 的鐵碳合金比含碳量0.5 的鐵碳合金的硬度高。2 一般要把鋼材加熱到1000 ...
《金屬材料學》主要章小結
金屬材料學 主要章小結和學習思路 金屬材料工程系 1 合金化原理小結 圖1 鋼合金化原理 主線 核心和設計思路 2 結構鋼複習小結 表1 典型結構鋼的特點 應用及演變 橫向圖2 材料成分 工藝 組織 效能間的關係 3 合金工具鋼複習小結 表2 典型工具鋼的特點 應用及演變 4 鑄鐵複習小結 圖2 鑄...