第八章铸铁
习题参考答案
一、解释下列名词
答：
1、石墨化：铸铁中碳原子析出石墨的过程。
石墨化退火(或称高温退火)：将温度加热到共析温度以上，使渗碳体分解成石墨的退火。
2、灰口铸铁：碳大部分以游离状态的石墨析出，凝固后断口呈暗灰色。
可锻铸铁：石墨形状为团絮状的灰口铸铁。
球墨铸铁：石墨形状为球状的灰口铸铁。
~
蠕墨铸铁：石墨形状为蠕虫状的灰口铸铁。
变质铸铁(或称孕育铸铁)：变质(孕育)处理后的灰铸铁。
白口铸铁：碳除少量溶于铁素体外，其余全部以化合态的渗碳体析出，凝固后断口呈白亮的颜色。
二、填空题
1、铸铁与钢比较，其成分主要区别是含碳和硅量较高，且杂质元素硫和磷含量较多。
2、化学成分和冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。
3、白口铸铁中的碳主要以渗碳体形式存在，而灰口铸铁中的碳主要以石墨形式存在，两者比较, 前者的硬度高而脆性大。
4、石墨的存在给灰口铸铁带来一系列的优越性能，如_铸造性能_、_切削加工性_、减摩性_ 、_消震性能良好_、_缺口敏感性较低_。
5、含碳量为∼% 的铸铁，如果全部按Fe-G 相图进行结晶，其石墨化过程可分为如下二个阶段：第一阶段：在1154℃通过共晶反应形成G 。
第二阶段：在1154℃∼738℃冷却过程中自奥氏体中析出G以及在738℃通过共析反应形成G共析。
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6、渗碳体是亚稳定相，高温长时间加热会分解为铁和石墨。
7、灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁的石墨形态分别呈片状、团絮状及球状。
8、HT200 是灰铸铁的牌号，其中的碳主要以石墨的形式存在，其形态呈片状，
由于它具有良好消震性能性能，在机床业中常用来制造机床床身。
9、球墨铸铁是通过浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂进行球化处理，并加入少量的孕育剂促使石墨化，在浇铸后直接获得球状石墨结晶的铸铁。
10、铸铁在凝固过程中, 如果第一阶段充分地石墨化, 第二阶段或充分石墨化、或部分石墨化、或完全不石墨化，则分别得到 F 、F+P 、P 为基体的铸铁。
11、铸铁的耐热性主要指它在高温下抗氧化和抗生长的能力，铸铁中加入适量的Al 、Si 、Cr等合金元素可有效地提高其耐热性能。
三、简答题
1、白口铸铁、灰口铸铁和钢，这三者的成分、组织和性能有何主要区别
答：碳钢是指含碳量%～%的铁碳合金，铸铁是指大于%的铁碳合金。
与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。
比碳钢含有较多硫、磷等杂质元素。
钢的组织为铁素体+珠光体、珠光体、珠光体+二次渗碳体；铸铁的组织为珠光体+二次渗碳体+莱氏体、莱氏体、一次渗碳体+莱氏体。
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钢中低碳钢塑性韧性较好、强度和硬度较低，良好的焊接性能和冷成型性能；中碳钢有优良的综合机械性能；高碳钢塑性韧性较低，但强度和硬度较高、耐磨性较好。
以上钢均可进行锻造和轧制，并可经过热处理改变其组织，进而极大的提高其性能。
白口铸铁组织中存在着共晶莱氏体，性能硬而脆，很难切削加工，但其耐磨性好，铸造性能优良。
灰铸铁组织中碳全部或大部分以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色。
其铸造性能、切削加工性、减摩性、消震性能良好，缺口敏感性较低。
2、化学成分和冷却速度对铸铁石墨化和基体组织有何影响
答：(1)化学成分
1)碳和硅碳和硅是强烈促进石墨化元素,铸铁中碳和硅的含量越高,就越容易充分进行石墨化。
由于共晶成分的铸铁具有最佳的铸造性能。
因此,将灰铸铁的碳当量均配制到4%左右。
2)锰锰是阻止石墨化的元素,但锰与硫化合成硫化锰,减弱了硫的有害作用,结果又间接促进石墨化的作用。
故铸铁中有适量的锰是必要的。
3)硫硫是强烈阻碍石墨化的元素,它不仅强烈地促使白口化,而且还会降低铸铁的流动性和力学性能,所以硫是有害元素,必须严格控制其含量。
4)磷磷是弱促进石墨化的元素,同时能提高铁液的流动性,但磷的含量过高会增加铸铁的脆性,使铸铁在冷却过程中易开裂,、所以也应严格控制其含量。
(2)冷却速度
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生产实践证明,在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分易出现白口组织,而内部和厚壁处则容易进行石墨化。
由此可见,冷却速度对石墨化的影响很大。
冷却速度越慢,原子扩散时间充分,也就越有利于石墨化的进行。
冷却速度主要决定于浇注温度、铸件壁厚和铸型材料。
3、试述石墨形态对铸铁性能的影响。
答：灰铸铁中石墨呈片状，片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，存在石墨地方就相当于存在孔洞、微裂纹，它不仅破坏了基体的连续性，减少了基体受力有效面积，而且在石墨片尖端处形成应为集中，使材料形成脆性断裂。
石墨片的数量越多，尺寸越粗大，分布越不均匀，铸铁的抗拉强度和塑性就越低。
由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨存在对其影响不大。
故灰铸铁的抗压强度一般是抗拉强度的3-4倍。
球墨铸铁中石墨呈球状，所以对金属基体的割裂作用较小，使得基体比较连续, 在拉伸时引起应力集中的现象明显下降，从而使基体强度利用率从灰铸铁的30%～50%提高到70%～90%，这就使球墨铸铁的抗
拉强度、塑性和韧性、疲劳强度不仅高于其它铸铁，而且可以与相应组织的铸钢相比。
可锻铸铁中石墨呈团絮状。
与灰铸铁相比对金属基体的割裂作用较小，可锻铸铁具有较高的力学性能，尤其是塑性与韧性有明显的提高。
4、指出下列牌号铸铁的类别、用途及主要性能指标：
答：⑴HT150 表示抗拉强度值大于150Mpa的普通灰铸铁，主要用于低负荷及不重要的零件如盖、手轮等。
⑵HT250 表示抗拉强度值大于250Mpa的孕育铸铁，主要用于制造力学性能要求较高的铸件如汽缸、联轴器等。
⑶KTH350-10 表示抗拉强度大于350 Mpa、延伸率大于10%的铁素体黑心可锻铸铁，主要用于制造形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件，如减速器壳等。
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⑷KTZ550-04 表示抗拉强度大于550 Mpa、延伸率大于4%的珠光体黑心可锻铸铁，主要用于制造强度、耐磨性要求较高的零件，如曲轴、连杆等。
⑸QT420-10 表示抗拉强度大于420 Mpa、延伸率大于10%的球墨铸铁，主要用于制造阀体、阀盖等。
四、选择题
1、普通铸铁力学性能的好坏，主要取决于( A)。
A、基体组织类型
B、热处理的情况
C、石墨的形状、大小与分布
D、石墨化程度
2、灰铸铁床身薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难，解决的办法是( C)。
A、改用球铁
B、正火
C、石墨化退火
D、等温淬火
3、提高灰铸铁耐磨性应选用( C)。
A、整体淬火
B、渗碳+淬火+低温回火
C、表面淬火
D、等温淬火
4、铸铁中的合金元素( C)对石墨化起促进作用。
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A、Mn
B、S
C、Si
5、经变质处理后的灰口铸铁，其石墨形态呈( B)状。
A、球
B、细片
C、团絮
6、可锻铸铁的生产过程必须经过两个步骤，第一步要铸成( C)，第二步再经过石墨化退火而成。
A、灰口铸件
B、麻口铸件
C、白口铸件
7、常用铸件的含碳量通常控制在( C)成份范围内。
A、亚共晶
B、共晶
C、过共晶
8、就塑性而言，( B)基体的灰口铸铁塑性较好。
A、P
B、F
C、P+F
9、铸造过程，铸件的组织与冷却速度有关，( A)冷时铸件易出现白口组织。
A、快
B、慢
C、中速
10、灰口铸件淬火处理后，其组织中的片状石墨将( C) 。
A、变为M
B、变为P
C、不变
11、将铸件加热到500℃～560℃，保温后随炉冷至150℃～200℃出炉空冷，此处理称为( C) 。
A、再结晶退火
B、高温回火
C、消除应力退火
12、要获得珠光体为基体的球墨铸铁，可采用( C) 。
A、高温退火
B、低温退火
C、正火
13、耐热铸铁大多使用（B）为基体组织+ 球状石墨，以免受热时发生渗碳体分解石墨化及氧化性气体渗入铸铁内。
A、P
B、F
C、P+F
五、判断题
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( F ) 1、灰铸铁通过热处理可将片状石墨变成球状石墨或团絮状石墨，从而改善铸铁的力学性能。
( F ) 2、可锻铸铁塑性好，故容易锻造成形。
( T ) 3、球墨铸铁可通过调质处理和等温淬火工艺提高其力学性能。
( T ) 4、灰铸铁的减振性能比钢好。
( T ) 5、灰口铸铁的缺口敏感性高于一般钢制零件。
( T ) 6、热处理可以改变球状石墨的形态和分布。
( T ) 7、对铸铁进行低温退火时，其主要目的是消除铸造应力，稳定铸件尺寸。
( T ) 8、因为钢的杂质元素含量较铸铁低，因而钢的性能必定优于铸铁。
素含量较铸铁低，因而钢的性能必定优于铸铁。
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