第七章 铸造低合金钢

牌号化学成分(质量分数)，%C(碳)Si(硅)Mn(锰)P(磷)，S(硫)Cr(铬)Ni(镍)Mo(钼)Cu(铜)ZG30Mn 0.27～0.34 0.30～0.50 1.20～1.50 ≤0.035 ————ZG40Mn 0.35～0.45 0.30～0.45 1.20～1.50 ≤0.035 ————ZG40Mn2 0.35～0.45 0.20～0.40 1.60～1.80 ≤0.035 ————ZG50Mn2 0.45～0.55 0.20～0.40 1.50～1.80 ≤0.035 ————ZG20Mn(ZG20SiMn)0.12～0.22 0.60～0.80 1.00～1.30 ≤0.035 —≤0.40 ——ZG35Mn(ZG35SiMn)0.30～0.40 0.60～0.80 1.10～1.40 ≤0.035 ————ZG35SiMnMo 0.32～0.40 1.10～1.40 1.10～1.40 ≤0.035 —0.20～0.30 ≤0.30 ZG35CrMnSi 0.30～0.40 0.50～0.75 0.90～1.20 ≤0.035 0.50～0.80 ———ZG20MnMo 0.17～0.23 0.20～0.40 1.10～1.40 ≤0.035 ——0.20～0.35 ≤0.30 ZG55CrMnMo(ZG5CrMnMo)0.50～0.60 0.25～0.60 1.20～1.60 ≤0.035 0.60～0.90 —0.20～0.30 ≤0.30 ZG40Cr1(ZG40Cr)0.35～0.45 0.20～0.40 0.50～0.80 ≤0.035 0.80～1.10 ———ZG34Cr2Ni2Mo(ZG34CrNiMo)0.30～0.37 0.30～0.60 0.60～1.00 ≤0.035 1.40～1.70 1.40～1.70 0.15～0.35 —ZG20CrMo 0.17～0.25 0.20～0.45 0.50～0.80 ≤0.035 0.50～0.80 —0.40～0.60 —ZG35Cr1Mo(ZG35CrMo)0.30～0.37 0.30～0.50 0.50～0.80 ≤0.035 0.80～1.20 —0.20～0.30 —ZG42Cr1Mo(ZG42CrMo)0.38～0.45 0.30～0.60 0.60～1.00 ≤0.035 0.80～1.20 —0.20～0.30 —ZG50Cr1Mo(ZG50CrMo)0.46～0.54 0.25～0.50 0.50～0.80 ≤0.035 0.90～1.20 —0.15～0.25 —ZG65Mn 0.62～0.70 0.17～0.37 0.90～1.20 ≤0.035 ————ZG28NiCrMo 0.25～0.30 0.30～0.80 0.60～0.90 ≤0.035 0.35～0.85 0.40～0.80 0.35～0.55 —ZG30NiCrMo 0.25～0.35 0.30～0.60 0.70～1.00 ≤0.035 0.60～0.90 0.60～1.00 0.35～0.50 —ZG35NiCrMo 0.30～0.37 0.60～0.90 0.70～1.00 ≤0.035 0.40～0.90 0.60～0.90 0.40～0.50 —（1）中国GB标准一般工程用碳素铸钢|[GB/T 11352—1989]a. 一般工程用碳素铸钢的钢号与化学成分，见表5-1。

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、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）的铸铁易出现白口？（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。

第七章合金钢碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。

但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。

而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。

在零件设计时，屈服强度是设计的依据。

所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。

为了满足使用要求，必须选用合金钢。

1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。

⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。

合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。

⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。

它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。

2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。

与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。

具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。

普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。

因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。

钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。

3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。

由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。

因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，σs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。

铸造合金及其熔炼复习思考题铸铁及其熔炼1.什么是Fe-C双重相图，那一个相图是热力学稳定的，如何用双重相图来解释同一化学成分的铁水在不同的冷却速度下会得到灰口或白口，硅、铬对双重相图共晶临界点各有何影响？2.什么是碳当量、共晶度，有何意义。

3.分析片状石墨、球状石墨、蠕虫状石墨与奥氏体的共晶结过程和形成条件。

4.铸铁固态相变有那些，对铸铁最终组织有何影响？5.冷却速度、化学成分（C、Si、Mn、Cr、Cu等）对铸铁的一次结晶和二次结晶有何影响？6.灰铸铁中石墨的分布形态有那几种，对铸铁的性能有何影响，从化学成分、冷却速度及形核等方面说明其形成条件。

7.灰铸铁的基体和非金属夹杂物有那些类型，对铸铁的性能有何影响？8.灰口铸铁的性能有何特点？与其组织有何关系？汽车上那些铸件采用灰口铁生产？9.影响灰铸组织、性能的因素有那些，根据组织与性能的关系分析提高灰铸铁性能的途径和措施。

10.灰铸铁孕育处理的目的是什么，有那些作用，孕育铸铁化学成分的选择原则是什么，提高孕育效果有那些途径和措施？11.说明球墨铸铁生产的工艺过程，其化学成分选择的原则是什么，与灰口铸铁有何不同？12.球墨铸铁的球化剂和球化处理方法有那些？13.球铁凝固组织中为何易于出现自由渗碳体，如何消除自由渗碳体？14.根据铸铁组织形成原理分析在铸态下获得高韧性、高强度球墨铸铁的途径与措施。

15.球墨铸铁比灰口铸铁易出现缩孔、缩松缺陷，分析其原因和防止措施。

16.铸铁的热处理有何特点，生产上球墨铸铁采用那些热处理工艺？17.蠕墨铸铁有何性能特点？18.蠕墨铸铁的化学成分选择与灰铁和球铁有何不同，蠕化剂和蠕化处理工艺有那些？19.简述可锻铸铁生产工艺过程，化学成分选择原则，为何对于薄壁小件采用可锻铸铁生产有优越性？20.减摩铸铁与抗磨铸铁的组织要求有何不同，常用减摩铸铁和抗磨铸铁有那些？21.提高铸铁的耐热性能的途径和措施有那些？常用耐热铸铁有那些？22.提高铸铁的耐蚀性能的途径和措施有那些，硅、铭、铬三元素在耐热铸铁及耐蚀铸铁中的作用是什么？23.简述冲天炉的结构与熔炼的一般过程。

作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。

2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。

3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。

4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。

5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。

8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。

11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。

12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。

二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。

2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。

3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。

4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。

5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。

6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。

7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。

8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。

9、常用的冷却介质有油、水、空气等。

10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。

铸造工程学复习提纲1什么是铸造？与其他材料成形工艺相比，铸造工艺有何优缺点。

铸造：将液态〔熔融〕的合金浇入到与零件的形状，尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的消费方法通常称为铸造。

铸造是消费金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有本钱低，工艺灵敏性大，合适消费不同材料、形状和重量的铸件，并合适于批量消费。

但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。

铸造工艺的优点：(1)适用范围广，据统计：在机械行业中铸件占机器总质量的50%以上；(2)可以制造各种合金铸件(3)铸件尺寸精度高〔与一般焊接件、锻件比拟〕(4)本钱低廉(5)可以消费形状复杂的零件铸造工艺的缺点：(1)铸造消费过程比拟复杂。

(2)影响铸件质量的因素多。

(3)废品率一般较高。

(4)铸件容易出现各种缺陷。

〔浇缺乏，缩孔，气孔，裂纹等〕。

2铸造技术开展的趋势有哪几个方面。

(1)铸件尺寸、重量范围扩展〔特大-特小型铸件〕；(2)铸件的轻量化〔材质轻量化、工艺的准确化〕；(3)铸件的准确化；(4)数字化铸造；(5)网络化铸造：建模+仿真，网络化管理(6)清洁化铸造。

3液态金属充型才能概念，简答铸型和浇注条件方面因素对充型才能的影响并提出进步充型才能应采取的措施。

液态金属充型才能：液态金属经浇注系统充满铸型型腔的全部空间，形成轮廓明晰，形状完好的铸件的才能。

对充型才能的影响：1〕铸型性质:蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、铸型外表光亮碳.2〕浇注条件:浇注温度、充型压头、浇注系统构造.进步充型才能应采取的措施：针对影响充型才能的各种因素，从方便容易、经济有效几方面进展选择。

一般情况下，进步浇注温度和使用绝热涂料最宜。

〔温度升高，充型才能进步〕4金属中的气体来源有哪些方面，它们对铸件质量可能会产生哪些不利影响。

来源于熔炼过程、浇铸过程和凝固过程的气体卷入与界面反响。

不利影响：几乎都是有害的，如降低流动性、引起裂纹、造成组织疏松、降低各种强度指标、不利于铸件热处理等等。