第2章 铸铁
第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁
第三节 灰铸铁癿结晶
• • • • • • • • • 一、碳在铸铁中癿存存形式 二、铁—碳（渗碳体）合金二元相图 三、灰铸铁癿结晶 1、灰铸铁癿一次结晶 2、灰铸铁癿二次结晶 四、石墨结晶癿特点 1、G形核 2、G长大 3、灰铸铁中片状石墨癿形态
•
第四节 影响铸铁组织和性能癿主要因素
• • • • • • • • • • • • • 一、铸铁癿化学成分对铸铁组织和性能癿影响 1、各元素在铸铁中癿存在形式 2、铸铁中常见元素有对铁—碳双重相图各临界点癿影响 3、化学成份对铸铁G化癿影响 4、化学成分对金属基体癿影响 5、碳当量CE和共晶度SC 二、铸件况却速度对铸铁组织和性能癿影响 1、铸件壁厚对况却速度癿影响 2、浇注温度对铸件况却速度癿影响 3、 2、炉料癿影响
第二节 灰铸铁癿金相组织、性能特点、牌 号及技术要求
一、灰铸铁癿金相组织 • 灰铸铁癿金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成（即： F+G片、F+P+G片戒P+G片）。此外，还有少量癿夹杂物， 如硫化物、磷化物、碳化物、氧化物等。 • 1、石墨及其对性能癿影响 • 石墨本身有两个显著癿特点：一是密度小（约2.25g/cm3， 仅为铁癿1/3），在铸铁组织中占体积大；二是石墨本身软 而脆，力学能差，且强度较低（σb＜20Mpa）。石墨在铸 铁组织中就相当于存在着许多切口一样，对金属基体起着 割离作用；另一方面，引起应力集中，致使金属基体癿力 学性能得丌到充分癿収挥（据测定基体癿性能収挥 30%~50%）。石墨对灰铸铁性能癿影响起着决定性癿作用。 这主要表现在石墨癿形状、分布、大小和数量等方面。
• 2、金属基体对性能的影响 • 灰铸铁癿金属基体主要分为三种：F体、F体+P体、P体。 如面2-8所示。 • （1）F体：铁素体本身质软，强度和硬度较低（σb约 为250MPa，硬度约为90HBS）,塑性高（δ约为50% 左右）。但是在铁素体基体癿灰铸铁中,由于片状石墨 癿存在，铁素体癿塑性难収挥。 • （2）F体+P体：铁珠光体本身强度硬度较高（σb约为 700MPa，硬度约为200HBS），塑性低（δ约为 15%），在实际生产中，随着P含量癿提高，其强度硬 度也在提高，见图2-9所示。
材料加工第2章作业参考答案
第2章作业参考答案1. 液态金属成形的一般工艺过程是怎样的？结合其工艺特点分析该类工艺的优点、缺点和和适用范围。
液态金属成形是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法，一般工艺过程包括模样制造、铸型制造、金属熔化与充型、凝固等关键步骤。
铸造为液体成形具有不受零件大小/薄厚/复杂程度限制、可制造各种合金铸件、相对焊接和塑性成形而言尺寸精度高、成本低等优点；但需要造型、浇注等步骤，工艺相对繁琐，工件承载能力不如锻件，同时工作环境差，粉尘多。
铸造适用于绝大部分零件，适用范围广。
（工艺过程三点明确。
明确分析优点、缺点和适用范围，同时结合其工艺特点）2.铸造合金流动性差对铸件质量有何影响？浇注时金属液过热温度及其他工艺条件相同的情况下，初步判断一下HT350和HT200两种合金，哪个流动性好，为什么？什么是液态金属的充型性能？它与那些因素有关？流动性差，金属充型能力差，铸件成形质量降低；液态金属中的气体夹杂物不易浮出，易产生气孔、夹杂；对缩孔和裂纹的充填和愈合作用减弱，易产生缩孔、裂纹等缺陷。
HT200流动性好，HT200碳含量在3.0~3.6%，HT350在2.7~3.2%，因HT200成分更靠近共晶点，固-液区间小，熔点较低，故流动性好（固液两相区越大，结晶温度范围越大，枝晶越发达，流动性越差）。
（流动性影响，判断及理由）充型能力：指液态金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全铸件的能力。
充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受到铸型性质（如铸型蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体）、浇注条件（如浇注温度、充型压头、浇注系统结构）以及铸件结构（如模数、复杂程度等）的影响。
（充型能力定义，四个影响方面）3. 缩孔、缩松的区别是什么？什么样的合金容易出现疏松缺陷？生产中如何采取措施防止缩孔、缩松缺陷的产生？缩孔缩松的区别在形态，而取决于凝固方式，当铸件以逐层凝固方式凝固时，液态金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固部分形成集中孔，即缩孔；而铸件以体积凝固方式凝固时，枝晶间隙的液体得不到补缩而形成小的孔洞，即缩松。
第2章 灰铸铁
第二章普通灰铸铁第一节铁－碳双重相图合金相图是分析合金金相组织的有用工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，所以，除根据铁－碳相图来分析铸铁的金相组织外，还必须研究铁－碳－硅三元合金的相图。
一、铁－碳相图的二重性从热力学的观点看，在一定的条件下，高温时的渗碳体能自动分解成为奥氏体和石墨，这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁以奥氏体和石墨的状态存在时具有较低的能量，是处于稳定平衡的状态，说明了奥氏体加渗碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。
从结晶动力学（晶核的形成与长大过程）的观点来看，以含C 4.3% 的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含C 6.67% 的渗碳体晶核要比形成含C 100% 的石墨核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不要求铁原子从晶核中扩散出去。
因此，在某些条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进行还不如莱氏体共晶转变那样顺利。
至于共析转变，也可以从热力学、动力学两方面去分析而得到和上面相似的结论。
C相图只是介稳定的，Fe－C（石墨）由此可见，从热力学观点上看，Fe－Fe3C相图转变也是相图才是稳定的。
从动力学观点看，在一定条件下，按Fe－Fe3可能的，因此就出现了二重性。
二、铁－碳双重相图及其分析对铸铁合金长期使用与研究的结果，人们得到了如图2﹣1所示的铁碳合金C介稳定系相图与Fe－C（石墨）稳定系相图，分别以实双重相图，即Fe－Fe3线和虚线表示。
表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。
图2-1 铁－碳相图G－石墨Fe3C－渗碳体表2﹣1 铁碳相图各临界点的温度、成分从这里看出，在稳定平衡的Fe－C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一些。
共晶温度高出6℃，共析温度高出9℃，这是容易理解的。
如图2﹣2的示意图所示，共晶成分的液体的自由能和共晶莱氏体(奥氏体加渗碳体)的自由能都是随着温度的上升而减低的，这二条曲线的交点就是共晶温度Tc。
第二章铸造成形讲解
•薄壁处受压力，厚壁处受拉力
•变形
防止变形的措施
• 设计铸件时尽可能壁厚均匀，形状对称。 • 采取同时凝固。 • 设计“反变形”量。
•时效处理：有内应力的铸件在加工前置于 露天半年以上，或550~650ºC去应力退火。
3、铸件的裂纹与防止
• 热裂 热裂是铸件在高温下产生的裂纹。 其形状特征是：裂纹短，缝隙宽，形状 曲折，缝内呈氧化色。
• 2、铸造合金的收缩 • 3、缩孔与缩松
铸件的凝固方式之一
• 逐层凝固
– 纯金属和共晶 成份的合金， 结晶温度是一 固定值。凝固 过程由表面向 中心逐步进行
温度
固 表层
液 中心
铸件的凝固方式之二
• 糊状凝固
– 结晶温度范围 很宽的合金， 从铸件的表面 至心部都是固 液两相混存。
铸件的凝固方式之三
铸造 碳钢 0.35 1610
白口 铸铁 3.00 1400
灰口 铸铁 3.50 1400
液态 收缩 1.6
2.4
3.5
凝固 固态 总收缩 收缩 收缩 （%）
3
7.8 12.46
12~ 4.2 5.4~6.3
12.9 6.9~ 0.1 3.3~4.2 7.8
铸件中的缩孔与缩松
• 缩孔和缩松的形成 液态合金在冷凝过 程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减 的容积的得不到补足，则在铸件最后凝 固的部位形成一些孔洞
1、合金的流动性 2、浇注条件 3、铸型填充能力
充型能力不强，则易产生浇不足（short run） 、 冷隔（short run）…等。
合金的充型能力之一
合金的流动性
• 合金的流动性是指熔融合金的流动能力。– 流动性好，充型能力强，便于浇出轮廓清 晰、薄而复杂的铸件。
合工大材料成型技术基础复习知识点(全面)(可打印修改) (2)
材料成型技术基础第2章铸造1、铸造的定义、优点、缺点：铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。
优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制；工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少；铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。
缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，晶粒粗大。
2、充型能力的定义、影响它的三个因素：金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。
3、影响流动性的因素；纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素：①合金成分：纯金属和共晶成分的合金，结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好；非共晶成分的合金，呈中间凝固方式，流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。
结晶温度范围越窄，合金流动性越好。
②合金的质量热容、密度和热导率：合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好。
影响充型能力的铸型的三个条件：①铸型的蓄热系数：铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力。
蓄热系数越大，金属液保持液态时间短，充型能力越低。
（在型腔喷涂涂料，减小蓄热系数）②铸型温度：铸型温度越高，有利于提高充型能力。
③铸型中的气体：铸型的发气量过大且排气能力不足，就会使型腔中气压增大，阻碍充型。
浇注温度和压力对充型能力的影响：①浇注温度：提高浇注温度，延长保持液态的时间，从而提高流动性。
温度不能过高，否则金属液吸气增多，氧化严重，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向。
②充型压力（流动方向上的压力）：充型压力越大，流动性越好。
机械制造基础铸造第二章
机械制造基础
第二章 铸造成型
§2-1.2
金属与合金的铸造性能
液态合金的充型能力
—— 液态 合金充满铸型型 腔，获得形状完 整、轮廓清晰铸 件的能力。 充型能力不足容易出现浇 不足、冷隔缺陷，尤其对 于薄壁铸件
机械制造基础
第二章 铸造成型
影响充型能力的因素：
1. 合金的流动性 ——液态合金本身的流动能力。
(1). 流动性的测试 螺旋形试样法
机械制造基础
第二章 铸造成型
(2). 影响流动性的因素：
合金的种类：
灰口铸铁、硅黄铜流动性最好， 铸钢的流动性最差。 灰口铸铁：l 1000 mm 硅黄铜： l 1000 mm 铸钢： l 200 mm
机械制造基础
第二章 铸造成型
（2）机器造型
指用机器完成全部或至少完成紧砂 操作的造型工序。 1）特点： ①提高了生产率，铸件尺寸精度较高； ②节约金属，降低成本； ③改善了劳动条件； ④设备投资较大。 2）应用：成批、大量生产各类铸件。
机械制造基础
第二章 铸造成型
3）机器造型方法 ①震压造型： 先震击紧实，再用较低的比压（0.15 －0.4MPa ）压实。 紧实效果好，噪音大，生产率不够高。 ②微震压实造型： 对型砂压实的同时进行微震。 紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。
要预热后再浇注合金液。
(3). 铸型的排气能力，流动阻力，充型能 力，所以铸型要留出气口。
机械制造基础
第二章 铸造成型
2.1.2.2 铸件的收缩 ① 液态收缩阶段
② 凝固收缩阶段 ③ 固态收缩阶段
T ① ② ③
钢铁是怎样炼成的每章概括题目
钢铁是怎样炼成的每章概括题目
钢铁是一种重要的金属材料，它主要是通过炼铁和炼钢的工艺来制备的。
下面我将从不同角度概括每章的主题。
第一章，铁矿石的开采和破碎。
在这一阶段，铁矿石被开采出来，然后经过破碎、磨矿等工艺处理，以便进一步的加工和提炼。
第二章，炼铁的基本工艺。
这一章主要涵盖了炼铁的基本工艺，包括高炉冶炼、炼铁原料的配料、炉料的制备、高炉操作等内容。
炼铁是将铁矿石还原成铁的过程，是生产生铁的第一步。
第三章，炼钢的工艺流程。
炼钢是将炼铁产物转化为钢的过程，这一章将涵盖炼钢的工艺流程，包括转炉炼钢、电炉炼钢、精炼等工艺，以及钢水的连铸等内容。
第四章，钢铁产品的加工与应用。
这一章将介绍钢铁产品的加工工艺，包括热轧、冷轧、热镀锌、冷镀锌、镀铝等工艺，以及钢铁产品在建筑、机械、汽车、家电等
领域的应用。
第五章，环保与安全。
钢铁生产过程中会产生大量的废气、废水和固体废弃物，这一
章将介绍钢铁生产过程中的环保措施和安全生产措施，包括废气处理、废水处理、粉尘防治、安全生产等内容。
以上是对钢铁炼制过程的每章概括，希望能够对你有所帮助。
第2章金属材料的基础知识
相是指合金中具有同一的聚集状态、同一的结构和性质的均匀组 成部分。按照相的形态划分，分为液相和固相。固态合金中的相 结构，分为固溶体和金属化合物。
组织是指用肉眼或借助显微镜观察到材料具有独特微观形貌特征 的部分。组织反映材料的相组成、相形态、大小和分布状况，它 是决定材料最终性能的关键。
金属材料的基本知识
金属材料在不同的使用场合下，所要求的力 学性能、物理性能、化学性能以及工艺性能各 不相同。虽然都是金属材料，不同成分和不同 状态下的性能差异也非常大。造成金属材料性 能差异的主要原因是由于金属材料内部结构的 不同。
2.1 金属材料的基础知识
按照物质原子在三维空间排列方式的不同， 材料可分为晶体材料与非晶体材料两大类。
3）面缺陷
面缺陷是指晶体中有一维空间方向上尺寸 很小，另外两维方向上尺寸较大的缺陷。这类 缺陷主要是指晶界和亚晶界。
晶界和亚晶界处区域内的原子排列不整齐， 偏离其平衡位置，产生晶格畸变。
面缺陷对金属的塑性变形起着阻碍的作用， 强度、硬度较晶内高。因此金属内部的晶粒越 细小，晶界就越多，强度和硬度就越高。
（2）金属的实际晶体结构
在理想状态下，金属的晶体结构是原子排 列的位向或方式完全一致的晶格，这种晶体称 为单晶体。
单晶体需要通过特殊的方法才能获得，例 如生产半导体元件的单晶硅、单晶锗等。
单晶体在不同方向上具有不同性能的现象 称为各向异性。
多晶体：由许多位向不同的晶粒构成 的晶体。
晶粒：多晶体是由许多微小的单晶体 构成的，这单晶体称为晶粒。
液体
2.1.1 纯金属的晶体结构与结晶
纯金属是指仅由同一种金属元素组成的金属。 汽车中的各种导电体、传热器等大多由纯铜、 纯铝等纯金属材料制成。纯金属是典型的晶体材料。
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3
3
4
级别
A
A
A
B
E
牌号
KmTB-
Mn1W3
KmTB-
Mn5Cr4
KmTBNi4-
Cr2-DT
KmTBNi4-
Cr2-GT
KmTB-
Cr26
硅(Si)/%
0.8~ 1.3
0.5~ 1.0
0.3~ 0.8
0.3~ 0.8
≤1.000
锰(Mn)/%
0.8~ 1.3
0.5~ 1.0
0.3~ 0.8
0.3~ 0.8
≤0.060
磷(P)/%
≤0.150
≤0.150
≤0.100
使用条件
较小冲击载荷
—
中等冲击载荷
较小冲击载荷
较大冲击载荷
注：“DT”、“GT”分别代表“低碳”和“高碳”，表示该牌号含碳量的高低。
表2-8-2硬度
分类
1
2
3
3
4
级别
A
A
A
B
E
牌号
KmTB-
Mn1W3
KmTB-
Mn5Cr4
KmTBNi4-
Cr2-DT
曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，活塞环，万向接头，轴套
KTZ550-04
KTZ650-02
KTZ700-02
白心可锻铸铁
KTB350-04
有较好的韧性和可切削加工性，有非常好的焊接性，强度及耐磨性较差
机械制造上很少应用
2.3球墨铸铁（YB/T 036.2—1992、GB/T 1348—1988）
表2-3-1牌号及力学性能
240
220
200
H215
190~240
7.35
孕育
铸铁
HT300
HT350
10~20
20~30
30~50
290
250
230
H235
210~260
10~20
20~30
30~50
340
290
260
H255
230~280
表2-1-2特性及应用
类别
牌号
特性
应用举例
铁素体
灰铸铁
HT100
铸造性好，工艺简便，铸造应力低，不用时效处理，减振性优良，低载荷，不重要，不需加工的零件
表2-6-1牌号及化学成分
牌号
化学成分/%
碳(C)
硅(Si)
锰(Mn)
磷(P)
硫(S)
铬(Cr)
铝(Al)
RTCr
3.0~ 3.8
1.5~ 2.5
1.0
0.20
0.12
0.5~1.0
—
RTCr2
3.0~ 3.8
2.0~ 3.0
0.12
≥1.00~ 2.00
—
RTCr16
1.6~ 2.4
1.5~ 2.5
QT700-2
较高的强度和耐磨性，低韧性和低塑性
贝氏体或回火马氏体球墨铸铁
QT800-2
QT900-2
高强度和耐磨性，有一定的韧性
曲轴，凸轮轴，减速齿轮，传动轴，万向节
2.4中锰抗磨球墨铸铁（YB/T 036.2—1992、GB/T 3180—1982）
表2-4-1牌号及力学性能
牌号
锰含量
抗拉强度σb/MPa
挠度f/mm，≥
冲击值
Ak
/J，≥
硬度
HRC
砂型
金属型
砂型
金属型
试样直径/mm
支距/mm
30
50
300
500
MQTMn6
5.5~6.5
510
390
3.0
2.5
8
44
MQTMn7
>6.5~7.5
470
440
3.5
3.0
9
41
MQTMn8
>7.5~9.0
430
490
4.0
3.5
10
38
表2-4-2特性及应用
阀体，泵，受压容器，壳，箱，汽车底盘悬挂件
QT300-15
铁素体
珠光体
球墨铸铁
QT450-10
焊接性和可加工性较好，塑性较低，强度和小能量冲击韧性较高
QT500-7
中等强度与塑性，切削性好
阀体，机车车辆轴瓦，电动机架、机壳，齿轮箱
珠光体
球墨铸铁
QT600-3
中高强度，低塑性，耐磨性较好
曲轴，凸轮，气缸套，连杆，机床主轴
类型
牌号
抗拉强度σb/MPa，≥
屈服强度σs/MPa，≥
伸长率δ
/%
硬度Байду номын сангаас
HBS
铁素体
球墨铸铁
QT400-18
400
250
18
130~180
QT300-15
15
铁素体
珠光体
球墨铸铁
QT450-10
450
310
10
160~210
QT500-7
500
320
7
170~230
珠光体
球墨铸铁
QT600-3
600
伸长率δ
/%
硬度
HBS
A
B
黑心
可锻
铸铁
KTH300-06
300
6
≤150
KHT300-08
330
8
KTH350-10
350
200
10
KHT370-12
370
12
珠光体
可锻
铸铁
KTZ450-06
—
450
270
6
150~200
KTZ550-04
550
340
4
180~230
KTZ650-02
650
430
2
气缸体，齿轮，床身，油缸，飞轮，活塞
孕育
铸铁
HT300
HT350
强度高，耐磨性好，白口倾向大，铸造性差，需进行人工时效处理，较大弯曲力及拉力的零件
主轴箱，卡盘，曲轴，泵体，气缸盖
2.2可锻铸铁（GB/T 9400—1988）
表2-2-1牌号及力学性能
类型
牌号
抗拉强度σb/MPa，≥
屈服强度σs/MPa，≥
50
珠光体
RUT380
380
300
0.75
207~288
RUT340
340
270
1.00
400~450
珠光体
铁素体
RUT300
300
240
1.50
160~270
RUT260
260
195
3.00
187~269
铁素体
表2-7-2特性及应用
牌号
主要特性
应用举例
RUT420
具有高强度、硬度、耐磨性和较高的导热性
KmTBNi4-
Cr2-GT
KmTB-
Cr26
硬度
HRC
铸态
50~ 60
50~ 60
—
—
50~ 58
淬火态
—
—
≥55
≥55
≤40
软化退火态
—
—
—
—
≤40
牌号
成分
MTCuMo-175
MTCrMoCu-235
碳(C) %
3.00~3.60
3.20~3.60
硅(Si) %
1.50~2.00
1.30~1.80
锰(Mn) %
0.60~0.90
0.50~1.00
磷(P) %
≤0.30
≤0.30
硫(Si) %
≤0.14
≤0.15
铜(Cu) %
1.00~1.30
0.60~1.10
车轮上的轮壳，机床用螺钉扳手和勾型扳手，农机犁刀
KHT350-10
有较高的冲击韧性和强度，用于承受冲击、振动和扭转负荷下的工作零件
车轮上的轮壳，差速器壳，转向节壳
KHT370-12
珠光体可锻铸铁
KTZ450-06
有高的强度和硬度，但冲击韧性较低，有良好的耐磨性和加工性，可代替低、中碳钢、低合金钢和有色金属合金制造承受动静载荷，在磨损条件下工作并要求有一定韧性的重要工作零件
150~269
KTZ700-02
700
530
2
240~290
白心
可锻
铸铁
KTB350-04
340
350
360
—
5
4
3
≤230
KTB380-12
320
380
400
170
200
210
13
12
8
≤200
KTB400-05
360
400
420
200
220
230
8
5
4
≤220
KTB450-07
400
450
480
370
3
190~270
QT700-2
700
420
2
225~305
贝氏体或
回火马氏体
球墨铸铁
QT800-2
800
480
245~335
QT900-2
900
600
280~360
表2-3-2特性及应用
类型
牌号
特性
应用举例
铁素体
球墨铸铁
QT400-18