工程材料习题

第八章习题与思考题一、名词解释：1．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，故称为白口铸铁。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，故称为灰口铸铁3．可锻铸铁：可锻铸铁是先将铁水浇注成白口铸铁,然后经过石墨化退火,使游离渗碳体发生分解形成团絮状石墨的一种高强度灰口铸铁。4．球墨铸铁：石墨呈球状分布在基体上的灰口铸铁称为球墨铸铁。5．石墨化：铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程.根据铁合金双重状态图,铸铁的石墨化过程可分为三个阶段.第一阶段,液相至共晶结晶阶段.第二阶段,共晶至共析转变之间阶段.第三阶段,共析转变阶段.6．孕育铸铁：经过孕育处理，获得基体组织上分布细小片状石墨的灰铸铁，称为孕育铸铁。二、铸铁的石墨化过程是如何进行的？影响石墨化的主要因素有哪些？1.铸铁的石墨化过程：铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程.根据铁合金双重状态图,铸铁的石墨化过程可分为三个阶段.第一阶段,液相至共晶结晶阶段.包括从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶成分的液相结晶出奥氏体和石墨；以及由一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解为奥氏体和石墨。第二阶段,共晶至共析转变之间阶段.包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间内分解为奥氏体和石墨第三阶段,共析转变阶段.包括共析转变时，奥氏体转变为铁素体和石墨及共析渗碳体退火时分解为铁素体和石墨。2．影响石墨化过程的主要因素：A.铸铁的化学成分对石墨化的影响①碳和硅:碳和硅都是强烈促进石墨化的元素.②锰:锰是阻碍石墨化的元素.它能溶于铁素体和渗碳体中,其固碳的作用,从而阻碍石墨化.③硫:硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆.④磷:磷是一个促进石墨化不显著的元素.B:冷却速度对石墨化过程的影响冷却速度越慢，越有利于石墨化。三、试述石墨形态对铸铁性能的影响。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。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。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。总之，石墨的形状越接近于球形，铸铁的强度、塑性及韧性越高。四、比较各类铸铁的性能特点，与钢相比铸铁在性能（包括工艺性能）上有何优缺点？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。与钢相比，铸铁中含碳及含硅量较高。同时，含有较多硫、磷等杂质元素。铸铁的抗拉强度，塑性和韧性要比碳钢低．一般说来，石墨数量愈少，形状愈接近球形，则铸铁的强度，塑性及韧性愈高.石墨的存在虽然降低了铸铁的力学性能,但却赋予铸铁为许多钢件所不及的性能:①优良的铸造性能②良好的切削加工性③较好的耐磨性和减振性④较低的缺口敏感性五、试从下列几个方面来比较HTl50铸铁和退火状态20钢。(1)成分(2)组织(3)抗拉强度(4)抗压强度(5)硬度(6)减摩性(7)铸造性能(8)锻造性能(9)可焊性(10)切削加工性成分：20钢含碳量平均为0.20%，硅含量约0.17～0.37%；HT150对成分无严格要求，只要求其力学性能。作为灰铸铁，其含碳量通常大于2.4%，硅含量也较高。组织：20钢退火组织为铁素体+珠光体；HT150为铁素体+珠光体的基体上分布着片状石墨。性能比较抗拉强度,MPa抗压强度，MPa硬度HBS减摩性铸造性能锻造性能可焊性切削加工性20钢≥410100~120好好HT150≥150650170~240好好好六、现有铸态下球墨铸铁曲轴一根，按技术要求，其基体应为珠光体组织，轴颈表层硬度为HRC50－55。试确定热处理方法。若要使基体获得珠光体组织，须进行高温正火处理：将铸件加热到共析温度范围以上30~50℃，保温一段时间后，出炉空冷。由于要求表层硬度为HRC50-55，还需进行表面淬火处理，如高频淬火等七、如何获得高强度球墨铸铁？首先应严格控制化学成分，控制S,P含量，以保证球化质量和减少磷共晶等夹杂。适当添加合金元素以提高淬透性等。其次，提高球化与孕育质量，使石墨的圆整度好，球径小，分布均匀。最后，根据要求采用适当的热处理工艺，如调质处理，等温淬火等。