灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关

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。

金属材料与热处理考试模拟题（含答案）一、单选题（共33题，每题1分，共33分）1.齿轮工艺路线不包括( ) 。

A、热处理B、检验C、烧结D、淬火正确答案：C2.回火后的组织,下面错误的是( )。

A、回火托氏体B、回火马氏体C、回火索氏体D、回火奥氏体正确答案：D3.按碳的含量分类下列正确的是( )。

A、小碳钢B、超碳钢C、大碳钢D、中碳钢正确答案：D4.面心立方晶格有( )个顶点。

A、10B、6C、8正确答案：C5.下列( )不属于青铜。

A、硅青铜B、铝青铜C、铁青铜D、锡青铜正确答案：C6.铅在常温下的变形属:( ) 。

A、冷变形B、既有冷变形也有热变形C、热变形D、弹性变形正确答案：C7.在下列牌号中属于优质碳素结构钢的有( )。

B、08FC、T10AD、Q235-A.F正确答案：B8.淬火后的钢一般需要进行及时（）。

A、退火B、回火C、正火正确答案：A9.钢经表面淬火后将获得:( )。

A、一定深度的马氏体B、全部马氏体C、下贝氏体D、上贝氏体正确答案：A10.液态合金在平衡状态下冷却时结晶终止的温度线叫（）。

A、共晶线B、共析线C、固相线D、液相线正确答案：C11.根据碳在铸铁中存在的形式分类其中不包括( )。

A、球墨铸铁B、麻口铸铁C、白石铸铁D、灰铸铁正确答案：A12.C曲线右移使淬火临界冷却速度( ),淬透性( )。

A、减小、增大B、减小、减小C、增大、减小D、增大、增大正确答案：A13.下列钢中,属于低合金钢的是( )。

A、15CrMoB、Q235—BC、20正确答案：A14.能使单晶体产生塑性变形的应力为（）。

A、正应力B、切应力C、切应变正确答案：B15.拉伸实验中，试样所受到的力为（）。

A、多次冲击B、冲击C、变式载荷D、静态力正确答案：D16.实际晶粒度总是( )起始晶粒度。

A、无法确定B、大于C、小于D、等于正确答案：B17.共晶白口铸铁的室温组织是( )。

A、低温莱氏体B、铁素体C、渗碳体D、珠光体正确答案：A18.做冲击试验时，试样承受的载荷为( ) 。

铸件硬度灰铸铁硬度简介灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。

生产优质铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。

孕育处理是生产工艺中最重要的环节之一。

良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。

在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。

接近共晶凝固温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。

每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。

凝固速率的降低，就有助于按铁－石墨稳定系统凝固，而且能得到A型石墨组织。

一孕育处理的作用灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。

未经孕育处理的灰铸铁，显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。

为保证铸件品质的一致性，孕育处理是必不可少的。

铸铁孕育处理所用的孕育剂，加入量很少，对铸铁的化学成分影响甚小，对其显微组织的影响却很大，因而能改善灰铸铁的力学性能，对其物理性能也有明显的影响。

良好的孕育处理有以下作用：◆消除或减轻白口倾向；◆避免出现过冷组织；◆减轻铸铁件的壁厚敏感性，使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小，硬度差别也小；◆有利于共晶团生核，使共晶团数增多；◆使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的A型石墨，从而改善铸铁的力学性能。

孕育良好的铸铁流动性较好，铸件的收缩减少、加工性能改善、残留应力减少。

二．灰铸铁的显微组织灰铸铁的力学性能决定于其基体组织和片状石墨的分布状况。

灰铸铁的力学性能主要取决于其基体组织，为了得到高强度，希望基体组织以珠光体为主、尽量减少铁素体含量。

如果铁素体量过多，不仅导致铸铁的强度低，而且加工时会使刀具过热，显著降低刀具的寿命。

与球墨铸铁不同，对灰铸铁不可能有延性和韧性的要求，只要求其强度，所以一般都以珠光体含量高为好。

灰铸铁中的石墨片，有切割金属基体、破坏其连续性、使其强度降低的作用。

第六章铸铁一、填空题（每小题1分，共20分）1、铸铁是含碳量大于 2.11%铁碳合金，但铸铁中的碳大部分不再以渗碳体的形式存在，而是以游离的石墨状态存在。

2、铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化。

铸铁中的石墨可以从液态中直接结晶出或从渗碳体中直接析出，也可以先结晶出渗碳体，再由在一定条件下分解而得到。

3、铸铁的力学性能主要取决于基体组织和石墨的形态、大小、数量以及分布状态。

4、铸铁中的石墨一方面割裂了钢的基体，破坏了基体的连续性，而另一方面又使铸铁获得了良好的铸造性能、切削加工性能及消音、减震、耐压、耐磨、缺口敏感性低等诸多优良的性能。

5、根据铸铁在结晶过程中的石墨化程度不同，铸铁可分为灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁三类；另外根据铸铁中石墨形态的不同，还可将铸铁分为灰铸铁其石墨呈曲片状；可锻铸铁，其石墨呈团絮状；球墨铸铁，其石墨呈球状；蠕墨铸铁，其石墨呈蠕虫状。

6、可锻铸铁的生产过程包括两个步骤：首先铸造成_白口铸铁，然后进行长时间的石墨化退火。

7、对于已形成的铸铁组织，通过热处理只能改变其基体组织，而不能改变石墨的大小、数量、形态和分布。

8、球墨铸铁中的石墨对基体的割裂作用小，因此，可通过热处理改变其基体的组织来提高和改善其力学性能。

二、判断题（判断正误并在括号内填√或×，每小题2分，共20分）1、通过热处理可以改变灰铸铁的基体组织，故可显著地提高其力学性能。

（×）2、可锻铸铁比灰铸铁的塑性好，因此可以进行锻压加工。

（×）3、厚铸铁件的表面硬度总比内部高。

（√）4、可锻铸铁只适用于制造薄壁铸件。

（√√）5、灰铸铁的强度、塑性和韧性远不如钢。

（√）６、球墨铸铁可以通过热处理改变其基体组织，从而改善其性能。

（√）７、可锻铸铁的碳和硅的含量要适当低一些。

（√）８、灰铸铁是目前应用最广泛的铸铁。

（√）９、白口铸铁的硬度适中，易于切削加工。

（×）１０、铸铁中的石墨数量越多，尺寸越大，铸件的强度就越高，塑性、韧性就越好。

材料成形工艺基础华中科技大学第四版课后习题答案1. 金属材料的机械性能通常用哪几个指标衡量？答：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳极限等。

2. 何谓同素异晶转变，纯铁不同温度下的晶格变化如何？答：同素异晶转变：金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异晶转变。

纯铁在1538。

C结晶为σ-Fe ,体心立方结构;温度降到1394。

C时，σ-Fe转变为γ-Fe,面心立方结构；降到912。

C时，γ-Fe转变为α-Fe,为体心立方结构3. 从状态图看含碳0.4%、0.9%的碳钢在室温下由哪些组织构成？答：0.4%由铁素体（F）+珠光体（P）0.9%由二次渗碳体（Fe3CⅡ）+珠光体（P）4. 淬火的目的是什么？答：淬火的主要目的是使奥氏体化后的工年获得尽量多的马氏体（或下贝氏体组织），然后配以不同的温度回火获得各种需要的性能。

例如：提高钢件的机械性能,诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等，改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性等。

5.某弹簧由优质碳素钢制造，应选用什么牌号的钢？应选用怎样的热处理工艺？答：含碳量在0.6%-0.9%之间，65、70、85、65Mn.65Mn淬火+中温回火6.从下列钢号中，估计出其主要元素大致含量20 45 T10 16Mn 40Cr答：0.2%C 、0.45%C、1.0%C,Mn≤0.4%,Si≤0.35、0.16%C,Mn1.2%-1.6% 、0.4%C，0.8-1.1%Cr7.简述铸造成型的实质及优缺点。

答：铸造成型的实质是：利用金属的流动性，逐步冷却凝固成型的工艺过程。

优点：1.工艺灵活生大，2.成本较低，3.可以铸出外形复杂的毛坯缺点：1.组织性能差，2机械性能较低，3.难以精确控制，铸件质量不够稳定4.劳动条件太差，劳动强度太大。

8.合金流动性取决于哪些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：合金流动性取决于 1.合金的化学成分 2.浇注温度 3.浇注压力 4.铸型的导热能力5.铸型的阻力合金流动性不好：产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔缺陷的间接原因。

灰铸铁缺陷产生的原因分析及预防措施一、影响灰铸铁力学性能的主要因素：化学成份 (C 、Si 、Mn 、P 、S 合金元素)灰铸铁的力学性能金相组织石墨的形状、大小、分布 和数量以及基体组织工艺、冶金因素：主要有冷却速度，铁液的过热处理、孕育处理、炉料特性等 (1)关于冷却速度的影响 铸铁是一种对冷却速度敏感性很大的材料，同一 铸件的厚壁和薄壁部份，内部和外表都可能获得相差悬殊的组织，俗称为组织 的不均匀性。

因为石墨化过程在很大程度上取决于冷却速度。

影响铸件冷却速 度的因素较多：铸件壁厚和分量、铸型材料的种类、浇冒口和分量等等。

由于 铸件的壁厚、分量和结构取决于工作条件，不能随意改变，故在选择化学成份 时应考虑到它们对组织的影响。

(2)关于铁液孕育处理的影响 孕育处理就是在铁液进入铸件型腔前，把孕育 剂附加到铁液中以改变铁液的冶金状态，从而可改善铸铁的显微组织和性能。

对灰铸铁而言，进行孕育处理是为了获得 A 型石墨、 珠光体基体、 细小共 晶团的组织，以及减少铸件薄壁或者边角处的白口倾向和对铸件壁厚的敏感性； 对可锻铸铁而言，是为了缩短短退火周期，增大铸件的允许壁厚和改善组织的 结构；对球墨铸铁而言，是为了减少铸件白口倾向，提高球化率和改善石墨的 圆整性。

(3)关于铁液过热处理的影响。

提高铁液过热温度可以： ①增加化合碳含量和 相应减少石墨碳含量， ②细化石墨， 并使枝晶石墨的形成， ③消除铸铁的 “遗 传性”，④提高铸件断面上组织的均匀性， ⑤有利于铸件的补缩。

同样，铁液保 温也有铁液过热的类似作用。

工艺因素和冶金因素(4)关于炉料特性的影响实际生产中往往发现改变金属炉料(例如采用不同产地的生铁或者改变炉料的配比等)而化学成份似乎无变化的情况下铸铁具有不同的组织和性能，这说明原材料的性质直接影响着用它熔炼出来的铸铁的性质，称为铸铁的：“遗传性”为此，采用提高铁液温度和使用多种铁料配料可消除这种“遗传性”，并改善铸铁的组织和性能。

1.绪论工业中应用最早的铸铁就是以片状石墨存在于金属基体中的灰铸铁。

由于其成本低廉，并具有铸造性、可加工性、耐磨性及减振性均优良的特点。

迄今是工业中应用最广泛的一种铸铁。

20世纪80年代初，铸铁材料发展进入了顶峰期，随后，世界的铸铁产量便出现急剧递减，然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料。

灰铸铁在结晶过程中，约有w（C）为80%的碳以石墨的形式析出，这就给灰铸铁带来两方面的特点：一方面，由于石墨强度较低（Rm﹤20N/mm2），且以片状的形态存在，割裂了基体的连续性，因此灰铸铁的强度不高，脆性较大。

另一方面，由于石墨的存在，灰铸铁具有良好的减震性、耐磨性、切削加工性和缺口敏感性。

由于共晶结晶过程中石墨化膨胀，还有减少缩松、缩孔的倾向。

同时，灰铸铁还有较高的抗压强度。

灰铸铁传统的化学成分中Si/C比较低（0.40～0.55）。

适当提高Si/C比（0.65～0.85），是提高铸铁内在质量的重要途径之一。

提高Si/C比的作用是：可使连续的初析奥氏体枝晶增加，这就像混凝土中的钢筋一样，对灰铸铁起到加固的作用，可扩大稳定系和介稳定系的温度差，增加过冷度△T，从而细化石墨，有效地扩大集体组织的利用率；还可降低灰铸铁的白口倾向，减小断面敏感性，提高弹性模量和形变抗力。

当然，Si/C比较高，会使铁素体增加，强度和硬度有所降低。

我国各种铸铁的年产量现约为800万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%~15%，即通常所说的废品率为10%~15%，若这些铸件工报废,将是极大的浪费。

采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务。

常用的焊既接方法有气焊、钎焊、电弧焊等,其中手工电弧焊应用最多。

但是铸铁件的焊补极易产生白口和裂缝，其中产生白口的主要原因是冷却速度过快和石墨元素不足;而产生裂缝的原因主要是焊接应力。

焊接是一种将材料永久性的连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。

灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关要点:1、炭素行业龙头,积极实施战略转型。

公司是我国炭素企业的龙头,是全国唯一的新型炭砖生产基地,产能位居亚洲第一、世界第三,但国内企业产品主要还是集中于普通功率石墨电极和炭砖等传统炭素领域。

为了适应钢铁等行业结构调整的要求并将公司打造成复合型炭素制品研发和生产基地,近年来公司加快了产品结构调整并在核石墨、纳米炭材料、特种石墨、碳纤维、石墨导热片等产品领域取得突破。

2、针状焦项目将进一步完善公司产业链。

由于顶级特殊钢必须使用以优质针状焦生产的超高功率石墨电极冶炼才能得到,而针状焦的生产工艺仅由美国、英国和日本所掌握,所以,长期以来我国针状焦主要依赖进口,不仅成本高昂而且供应不稳定,严重制约了国内超高功率石墨电极的产量。

目前公司自身每年对针状焦的需求已达到近10万吨左右,但进口供应不稳定在很大程度上阻碍了公司产品结构的优化升级。

通过努力,公司已成功研制出了油系针状焦,经中试小批量试制出了符合要求的超高功率石墨电极,现已具备进入规模化生产阶段的基本条件。

公司拟通过非公开发行投资建设10万吨/年油系针状焦项目,项目建成后将满足公司自身的需要,从而进一步完善公司的产业链。

3、特种石墨业务将支撑公司未来业绩增长。

特种石墨被广泛应用于半导体、光伏太阳能、电火花及模具加工、核能、冶金、航天等众多领域,但国内特种石墨的市场供给明显不足。

公司拟通过非公开发行投资建设3万吨/年特种石墨制造与加工项目,预计该项目将于2014年建成投产,由于特种石墨售价为10万元/吨左右,而毛利率更是高达50%-60%,所以3万吨/年特种石墨项目投产后将支撑公司未来业绩增长空间。

4、钢市有望回暖,铁精粉依旧是公司的现金牛业务。

公司铁精粉产能100万吨/年,毛利率一直在50%甚至60%以上,铁精粉业务的收入占比只有30%左右但利润占比却达到50%以上,可以说铁精粉业务是公司的现金牛业务。

尽管全球经济疲软降低了建筑业和制造业对钢铁的需求,但目前钢铁价格已经跌破了很多钢铁企业的成本价,随着铁工基等各项刺激政策的出台,预计2013年钢铁市场有望逐步回暖,铁精粉业务对公司业绩的贡献有望维持稳定。

球铁与灰铁生产工艺球墨铸铁球墨铸铁铁液的特点与灰铸铁相比，球墨铸铁铁液的铸造性能有如下的特点：●铁液中的硫化物和氧化物等含量高。

此外，若接触空气和气体容易产生氧化物。

●石墨化膨胀容易引起铸件胀大，尺寸精度易受影响。

●厚壁部位易发生夹渣。

●冒口补缩效果不易发挥，容易产生缩孔。

●铸件清理比较麻烦。

●铁液流动性能较好，不易产生裂纹。

●铸型、型芯排气的好坏，对能否获得健全铸件有很大的影响。

●铸件容易产生的主要缺陷是：渣孔、缩孔、气孔、针孔及夹杂物。

球墨铸铁生产工艺控制影响铸态球铁生产稳定性的因素很多，要稳定地生产球墨铸铁，必须在生产中把握好以下几点：稳定的化学成分和铁液温度，准确的铁液量，合适的球化和孕育处理方法，以及可靠的炉前控制。

1 设备选择1.1 熔炼设备选择熔炼设备的选用首先是在满足生产需要的前提下，遵循高效、低耗的原则。

感应电炉的优点是：加热速度快，炉子的热效率较高，氧化烧损较轻，吸收气体较少。

因此，用中频电炉熔炼，可避免增硫、磷问题，使铁水中P不大于0.07％、S不大于0.05％。

1.2 球化包的确定为了提高球化剂的吸收率，增加球化效果，球化处理包应比一般铁液包深。

球化包的高度与直径之比确定为2:1。

2 原材料选择2.1 炉料选择球铁球化剂的加入效果条件是：高碳、低硅、大孕育量。

为了稳定化学成分和有效地控制促进白口化元素和反球化元素，保证熔炼铁水的质量，选用张钢Z14生铁，其化学成分：C＞3.3％，Si 1.25％～1.60％,P≤0.06％，S≤0.04％。

2.2 球化剂的选择球化剂的选用应根据熔炼设备的不同，即出铁温度及铁液的纯净度（如含硫量、氧化程度等）而定。

我国最常用的是稀土镁硅铁球化剂，采用这种球化剂处理时，由于合金中含硅量较高，可显著降低镁处理时反应的剧烈程度。

同时也能因增硅而有些孕育作用。

电炉生产时，因温度相对较高，所用球化剂的化学成分见表１。

表1 球化剂FeSiMg8Re7化学成分项目出铁温度/℃S %球化剂成分/%Mg Re Si电炉1420~1480≤0.047.0~9.0 6.0~8.0≤44.03 炉前控制3.1 化学成分选择球铁原铁液应高碳、低硅、低硫、低磷。