试从石墨的存在来分析灰铸铁的力学性能和其他特殊性能
灰铸铁材料的微观组织与力学性能研究
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。
(4)--金属工艺学课程期末考试(答案题解)
《金属工艺学》试卷A1、填空题（共20分，每小题2分）1. 金属材料的力学性能主要包括 强度 、 硬度 、 塑性 、 韧性 等。
2. 金属的结晶过程包括 晶核形成 和 晶核长大 。
3. 过冷奥氏体的等温转变产物有 珠光体 、 贝氏体 和 马氏体 三种类型。
4. 电阻焊按接头形式包括 点焊 、 缝焊 和 对焊 。
5. 合金的流动性差，易产生 浇不足 、 冷隔 等铸件缺陷。
6. 焊接热影响区包括 熔合区 、 过热区 、 正火区 、 部分相变区 。
7. 按照外形不同，切屑可分为 节状切屑 、 带状切屑 、 粒状切屑 、 崩碎切屑 四类。
8. 一般机械加工中，使用最多的刀具材料是 高速钢 和 硬质合金 。
9. 常用的切削液有 水溶液 、 切削油 和 乳化液 。
10. 板料冲压的基本工序可分为两大类 分离工序 和 成形工序 。
2、选择题（共20分，每小题2分）1. 金属在疲劳试验时，试样承受的载荷为（ 4）。
(1) 静载荷 (2) 动载荷(3) 冲击载荷 (4) 交变载荷2. 固溶强化的根本原因是（ 3）。
(1) 晶格类型发生变化 (2) 晶粒变细(3) 晶格发生畸变 (4) 晶格发生滑移3. A1、Ar1、Ac1、A3之间的关系为（ 2 ）。
(1) A1>Ar1>Ac1>A3 (2) Ar1<A1<Ac1<A3(3) Ar1>A1>Ac1>A3 (4) A3<Ac1<A1<Ar14. 与钢相比，铸铁工艺性能的突出特点是（ 3 ）。
(1) 焊接性能好 (2) 锻造性能好(3) 铸造性能好 (4) 热处理性能好5. 对于高熔点合金精密铸件的成批生产,常采用（ 3 ）。
(1) 压力铸造 (2) 低压铸造(3) 熔模铸造 (4) 金属型铸造6. 当凸模和凹模之间间隙大于板料厚度,凸模又有圆角时,此冲压模为（ 4 ）。
(1) 冲孔模 (2) 落料模(3) 切断模 (4) 拉深模7. 刀具的正常磨损不包括（ 2 ）（1）前刀面磨损 （2）卷刃（3）后刀面磨损 （4）前后刀面磨损8. 轿车油箱生产时既经济合理又生产效率高的焊接方法是（ 3 ）。
灰铸铁材质解析报告
灰铸铁材质解析报告灰铸铁材质主要是由它的结晶组织所决定的，所以要控制其金相组织，并熟悉金相与性能两者的关系。
从灰铸铁的金相组织图片可以看出，灰铸铁是在金属基体上分布着大量的片状石墨，可知灰铸铁金相组织包括石墨和金属基体两部分。
石墨本身一是比重小（2.25），只有铁的三分之一，所以在铸铁中占的体积较大，如百分之三的石墨碳就能在铸铁中占有百分之十的体积；另一特点是机械性能很低，据有关资料介绍抗拉强度不足20N/mm2 ，塑性几乎等于零，HB 大约为3左右。
由这两大特点，片状石墨在铸铁中对机械性能特别对强度是起决定性的作用，至此可知基体组织对灰铸铁力学性能的影响，远低不过石墨片的割裂作用，所以要控制铸铁的机械性能，应首先注意控制石墨。
灰铸铁的石墨主要以片状形态存在于基体中，石墨对基体的破坏作用一方面是由于它在铸铁中占有大的体积，因而减少了基体和承受负荷的有效断面积；更重要的方面是灰铸铁的石墨呈片状，基体中有许多类似尖锐缺口的石墨片，当承受负荷时，这些石墨边缘就出现强烈的应力集中。
虽然铸件所承受的负荷不很大，但在石墨边缘处的实际应力可能就已超过基体的屈服强度，因而使金属基体沿石墨边缘发生塑性变形，以至出现裂纹，造成损坏。
因而灰铸铁的抗拉强度很低，它的塑性则几乎等于零，为脆性材料。
片状石墨的分布，按国家标准图谱可分为A（片状）型石墨；B（菊花状）型石墨；C（块片状）型石墨；D（枝晶点状）型石墨；E（枝晶片状）型石墨；F（星状）型石墨六种。
A型石墨为无向性均匀分布的石墨，是灰铸铁中最常见的一种。
这种分布的石墨片在同一共晶团内是相互联系的，由中心向外呈辐射状，组成了具有弯曲分枝的石墨片簇，主要形成在共晶或接近共晶的亚共晶铸铁中，其结晶条件是过冷度较小。
因它的形成必须要求结晶时，石墨和奥氏体在铁水中能较“自由”的生长，过冷度较小则为每一个共晶石墨簇均匀“自由”的长大创造了条件，因而形成了这种无向性均匀分布的石墨。
灰铸铁的组织及性能
石墨 类型
D
形成条件
碳当量低，成核条件差，初析奥氏体 多，冷却速度快，过冷度大
碳当量较形成D型时更低，但冷却速 E 度慢，共晶凝固时液体数量已很少，
故呈方向性分布(取决于初析奥氏体)
F
过共晶成分，快冷时形成，如活塞中 常出现F型石墨
灰铸铁的金相组织及其对性能的影响
7.2.1 灰铸铁的组织及性能
内蒙古机电职业技术学院 机电工程系 数控1101班 王逸禄同学
指导教师：董香萍
灰铸铁的成分
成份：一般为Wc=2.5%～4.0%,Wsi=1.0%～ 3.0%,WMn=0.5%～1.4%,Ws≤0.15%,Wp≤0.30%。 组织：看成是碳钢的基体加片状石墨，分为三类：铁素 体基体、铁素体-珠光体基体、珠光体基体灰铸铁。
3. 铸造应力： 1〉热应力 铸件壁厚薄；
(P44)
2〉相变应力
3〉机械阻碍应力
4〉断面敏感性 （内外厚薄处结晶后的组织和性能差异）
灰铸铁的性能
工艺性能
(二)
切削性能(P45) 石墨对刀具的润滑和断屑作用 有游离渗碳体(白口)时差 合金元素V、Ti、B、Cr、P 硬化相
工艺性能
灰铸铁的性能
(二) 焊补性能 ① 易形成渗碳体； ② 易产生裂纹； ③ 产生新的渣孔、气孔。
元素
存在形式
碳 以化合碳存在量小于0.80%。其余以石墨存在
硅 固溶于铁素体中
锰 少量固溶于铁素体。大部分溶于共析碳化物和渗碳体中，以(Fe,Mn)3C合金渗碳体 形式存在
磷 少量固溶于铁素体，其固溶量随碳当量增加和冷却速度降低而减少。主要以二元、 三元磷共晶和磷共晶-碳化物复合物形式存在
金属材料学第7-11章课后习题答案
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。
灰铸铁详细资料大全
灰铸铁详细资料大全灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。
主要成分是铁、碳、矽、锰、硫、磷，是套用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。
根据石墨的形态，灰铸铁可分为：普通灰铸铁，石墨呈片状；球墨铸铁，石墨呈球状；可锻铸铁，石墨成团絮状；蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状。
基本介绍•中文名：灰铸铁•外文名：gray cast iron•指：具有片状石墨的铸铁•主要成分：铁、碳、矽、锰、硫、磷•产量：占铸铁总产量80%以上•套用：制造机架、箱体简介,组成成分,主要性能,热处理,牌号套用,简介灰铸铁是铸铁的一种。
碳以片状石墨形式存在于铸铁中。
断口呈灰色。
有良好的铸造、切削性能，耐磨性好。
用于制造机架、箱体等。
灰铸铁石墨呈片状，有效承载面积比较小，石墨尖端易产生应力集中，所以灰铸铁的强度、塑性、韧度都低于其他铸铁。
但具有优良的减振性、低的缺口敏感性和高的耐磨性。
组成成分灰铸铁碳量较高（为2.7%~4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石墨。
按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；珠光体一铁素体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布著多而粗大的石墨片，其强度、硬度差，很少套用；珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布著均匀、细小的石墨片，其强度、硬度相对较高，常用于制造床身、机体等重要件；珠光体—铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上，分布著较为粗大的石墨片，此种铸铁的强度、硬度尽管比前者低，但仍可满足一般机体要求，其铸造性、减震性均佳，且便于熔炼，是套用最广的灰铸铁。
灰铸铁显微组织的不同，实质上是碳在铸铁中存在形式的不同。
灰铸铁中的碳有化合碳（Fe3C)和石墨碳所组成。
化合碳为0.8%时，属珠光体灰铸铁；化合碳小于0.8%时，属珠光体—铁素体灰铸铁；全部碳都以石墨状态存在时，则为铁素体灰铸铁。
主要性能力学性能灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。
石墨形态对灰铸铁力学性能的影响
石墨形态对灰铸铁力学性能的影响1 引言灰铸铁的弹性模量反映其抵抗塑性变形的一种能力，代表着其刚性的大小，其值将直接影响铸铁件的尺寸稳定性[1]。
弹性模量的大小是保证缸体、曲轴等重要铸件的精度，减少其工作过程中发生变形的重要指标。
一般认为影响灰铸铁弹性模量的主要因素片状石墨的数量和形态。
具有D型石墨的灰铸铁比具有A型石墨的弹性模量高[2]。
节能降耗、汽车轻量化和大功率化的发展，对灰铸铁材料的薄壁高强度化[3]及其弹性模量的要求越来越高。
关于灰铸铁的抗拉强度，人们已进行了大量的研究工作，而有关其弹性模量及其与抗拉强度间的相关关系等方面的研究工作则相对较少。
实际上，对于汽车缸体、连杆、机床和精密机械等铸件而言，通常不是由断裂而失效，而是因铸件尺寸稳定性差而失效。
因此，和抗拉强度相比，弹性模量显得更为重要。
非金属夹杂物对于钢的组织和性能的影响已经引起了人们的广泛重视[4]，但对于夹杂物对于铸铁材料的组织和性能的影响，特别是针对弹性模量方面的研究，则报道的较少。
本文旨在对通过对灰铸铁中石墨形态和氧化夹杂数量的分析，揭示其对抗拉强度和弹性模量的影响规律。
2试验方法石墨数量和石墨形态是严重影响铸铁性能的主要因素，本文采用在基本固定铸铁石墨数量的条件下，研究石墨形态和非金属夹杂对抗拉强度和杨氏弹性模量的影响。
2.1 试验用铁水及炉前处理将碳当量控制在3.8-3.9之间，采用不同的合金进行孕育处理，得到不同石墨形态的铸铁组织。
试验所用铁水的熔化是在100kg中频感应电炉中进行，采用包内冲入法进行孕育处理，处理温度为1450~1500℃。
浇铸成φ30的圆柱形试样，材料的化学成分如表1所示。
表1 试样的化学成分（wt/%）C Si Mn P S微量元素孕育剂3.20 1.800.730.3170.0206Mo、Ni、Cu、Cr等硅锶3.11 1.860.760.3340.022硅锶锰3.11 1.950.740.3080.0204硅锶稀土3.16 2.030.70.320.1132硅锶2.2 组织参数的测定从试棒的相同位置取样，经过打磨→磨光→抛光后，首先用3%-4%硝酸酒精进行浸蚀，利用光学显微镜对试样基体组织进行定量分析；然后重新抛光，在不浸蚀的条件下，利用光学显微镜观察石墨形态及其分布；利用扫描电镜及其能谱对氧化夹杂进行分析。
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。
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1、试从石墨的存
在来分析灰铸
铁的力学性能
和其他特殊性
能
力学性能：灰铸铁中碳以石墨片的形态存在于基体中，因此灰铸铁充型能力强、收缩性小、产生裂纹的倾向性也低。
特殊性能：铸造性能好，一般不需要炉前处理可直接浇注，无需冒口和冷铁，铸造工艺简单且成型后一般不需要热处理。
2、设计铸造结构
时，对铸件的外
壁和内腔如何
考虑
外壁：避免外部的侧凹、分型面应平直、凸台和肋的结构应便于起模、减少分型面的数目、铸件应具有结构斜度。
内腔：尽量少用或不用型芯、应使型芯安放稳定、排气通畅、清理方便、铸件结构中应避免封闭空腔。
3、为什么要考虑
模锻斜度和圆
角半径？有利
于锻件从模膛
中取出、利于金
属流动和增大
锻件强度，防止
锻件中产生裂
纹减缓磨损。
锤
上模锻带孔的
锻件时不能锻
出通孔的原因：
要留出一定厚
度的冲孔连皮，
防止在冲除时
损坏锻模。
4、周铣法：用圆柱
铣刀铣削工件
表面的方法称
为周铣法端铣
法：用面铣刀铣
削工件表面的
方法称为端铣
法成批加工
中采用端铣法
5、基准是零件上
用于确定其他
点线面的位置
所依据的那些
点线面工艺
基准：零件在制
造和装配过程
中使用的基准
为工艺基准
精基准：利用已
经加工过的表
面作为定位基
准称为精基准，
其原则是：保证
互相位置要求
原则、保证加工
余量合理分配
原则、便于工件
安装原则、粗基
准步重复使用
原则
6、切削热是如何
产生的？它对
切削加工有何
影响？切削过
程中变形抗力
与摩擦阻力所
消耗的工绝大
部分转换为切
削热。
影响：使
刀头部分温度
升高，导致刀具
硬度降低，刀具
材料的切削性
能下降，加速刀
具磨损、使工件
温度升高产生
热变形而影响
加工精度
1生产铸钢件为什
么比铸铁件容易出
现缩孔，粘沙等缺
陷？应如何防止？
答；原因，铸钢件
比铸铁件的合金液
压收缩性和凝固性
更显著，较难得到
相应液压金属的补
充。
故此铸件更容
易出现缩孔，粘沙
等缺陷。
防止；1
在热节处安放冒口
2难以设置冒口的
厚大部位安放冷铁
3在铸件厚大部位
设置内浇口。
2什么是冷变形？
金属经冷变形后，
组织和性能发生了
什么变化？有何办
法来消除加工硬
化？
答；1冷变形是在
再结晶温度一下进
行的塑性变形过
程。
2金属经冷变形
后晶格严重畸变导
致位错滑移阻力增
大，塑性变形抗力
提高即硬度和强度
显著提高，塑性和
韧性下降，产生加
工硬化现象。
3退
火，回火，再结晶。
3预锻模膛和终锻
没烫的作用有何不
同？飞边槽的作用
是什么用？
答；预锻没烫的作
用是使金属终锻时
更容易充满模腔并
减少终端没烫的磨
损，延长其使用寿
命，保证锻件的质
量。
终端模腔的作
用是是坯料变形到
锻件所需的形状和
尺寸。
飞边槽的作
用是是金属充满没
烫及容纳多余金
属。
4产生焊接应力的
原因是什么？减少
焊接应力的措施？
答；焊缝区温度最
高，其两侧的温度
随距焊缝距离的增
大而降低。
由于金
属材料具有热胀冷
缩的特征，所以当
焊件各区加热温度
不同时，其单位长
度伸长量也不同，
因此。
措施
5什么是周铣法？
用周洗发铣平面时
顺铣和逆铣各有何
优缺点？
答；用圆柱铣刀铣
削工件表面的方法
成为周铣法。
逆铣
容易使刀具磨损，
增大了工件表面的
粗糙度值，并在已
加工表面产生冷硬
层。
顺铣切削时从
最大厚度逐渐减至零，没有刀齿滑行现象，工件表面质量较高，提高了刀具耐用度。
逆铣是，铣刀作用在工件垂直方向的分力向上抬起工件，容易产生振动，对装夹不利。
顺铣时，铣刀
齿作用在工件上的
垂直分力向下压工
作台的，可减少震
动，并起到加紧的
作用。
逆铣时水平
分力与工件的进给
方向相反有助于铣
床工作台丝杠与螺
母接触，铣削平稳。
而顺铣时受水平分
力与工件进给方向
相同，由于螺母与
丝杠之间有间隙，
间隙在进给方向前
方，水平分力的大
小是变化的，当水
平分力增大到一定
程度，会造成工件
连同工作台丝杠一
起向前窜动，造成
进给量突然增大严
重时会发生打刀现
象。