1. 铸铁分为哪几类?其最基本的区别是什么?
答:按照碳的存在形态不同铸铁分三类:白口铸铁,碳主要以渗碳体形式存在,该类铸铁硬、脆,很少直接用;灰口铸铁,碳主要以石墨形式存在,该类铸铁因石墨形状不同而性能不同,用途不同;麻口铸铁,碳一部分以渗碳体形式存在另一部分以石墨形式存在,该类铸铁也硬、脆,很少直接用。
2.影响石墨化的因素有哪些?是如何影响的?
答:(1)铸铁的化学成分对石墨化的影响:
碳和硅是强烈促进石墨化的元素;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;硫是有害元素,阻碍石墨化并使铸铁变脆;磷是一个促进石墨化不显著的元素。
(2)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。
3.在生产中,有些铸件表面棱角和凸缘处常常硬度很高,难以进行机械加工,试问其原因是什么?
答:由于结晶时表面棱角和凸缘处冷却速度快不利于石墨化的进行,形成的组织中存在大量的莱氏体,性能硬而脆,切削加工比较困难。
4.在铸铁中,为什么含碳量与含硅量越高时,铸铁的抗拉强度和硬度越低?
答:因为碳和硅是强烈促进石墨化的元素,铸铁中碳和硅含量越高,越容易石墨化。
而石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨减小铸件的有效承载截面积,同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应
力集中,形成脆性断裂。
5.在铸铁的石墨化过程中,如果第一阶段(包括液相中析出一次石墨和奥氏体中析出二次石墨)、第二阶段(共析石墨)完全石墨化、部分石墨化、未石墨化,问它们各获得哪种组织的铸铁?
答:
6.什么是孕育铸铁?如何进行孕育处理?
答:经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁。
孕育处理是在浇注前往铁液中加入少量的孕育剂,改变铁液的结晶条件,从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨的工艺过程。
7.为什么说球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料?其生产工艺如何?答:球墨铸铁析出的石墨呈球状,对金属基体的割裂作用比片状石墨小,使铸铁的强度达到基体组织强度的70~90%,所以球墨铸铁的抗拉强度、塑性、韧性不仅高于其它铸铁,而且可与相应组织的铸钢相媲美,特别是球墨铸铁的屈强比几乎比钢高一倍,一般钢的屈强比为0.3-0.5,而球墨铸铁的屈强比达0.7-0.8。
在一般机械设计中,材料的许用应力是按照屈服强度来确定的,因此,对于承受静载荷的零件,
用球墨铸铁代替铸钢,就可以减轻机器的重量,但球墨铸铁的塑性和韧性却低于钢。
生产工艺:
(1)严格要求化学成分,对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高,降低球墨铸铁中锰,磷,硫的含量;
(2)铁液出炉温度比灰铸较铁更高,比补偿球化,孕育处理时铁液温度的损失;
(3)进行球化处理,即往铁液中添加球化剂;
(4)进行孕育处理;
(5)球墨铸铁流动性较差,收缩较大,因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸,多应用冒口,冷铁,采用顺序凝固原则;(6)进行热处理。
8.可锻铸铁是怎样生产的?可锻铸铁可以锻造吗?
答:可锻铸铁的生产氛围两个步骤:第一步,浇注成白口铸件坯件;第二步,石墨化退火。
可锻铸铁的可锻只是表示它的塑性比一般铸铁要好,并不表示可以锻造,可锻铸铁里有石墨,锻造时石墨将发生滑移,形成片状的缺陷,其性能将会大幅度下降。
所以不可锻造。
9.为什么可锻铸铁适宜制造壁厚较薄的零件,而球墨铸铁却不宜制造壁厚较薄的零件?
答:可锻铸铁的力学性能接近于同类基体的球墨铸铁,但与球墨铸铁相比,具有铁水处理简易、质量稳定、废品率低等优点。
因此,生产
中常用可锻铸铁制作一些截面较薄的零件,而如果用球墨铸铁铸造,易于形成白口。
10.HT200、KTH300-06、KTZ550-04、QT400-18、QT700-02、QT800-02等铸铁牌号中的数字分别表示什么性能?具有什么显微组织?这些性能是铸铁性能,还是热处理后性能?若是热处理后性能,请指出其热处理方法。
答:(1)字母后面的两组数字分别表示其最小的抗拉强度值(MPa)和伸长率(%);(2)显微组织:HT200珠光体和片状石墨;KTH300-06:铁素体和团絮石墨;KTZ550-04:珠光体和团絮状石墨;QT400-18:铁素体F和球状石墨;QT700-02:珠光体P和球状石墨;QT800-02:珠光体P或S回和球状石墨;(3)HT200的抗拉强度和伸长率是热处理后性能,消除内应力退火;KTH300-06:石墨化退火;KTZ550-04:石墨化退火;QT400-18:退火;QT700-02:正火;QT800-02:淬火加回火或调质处理。
11.试从下列几个方面来比较HT150灰铸铁和退火状态的20号钢。
(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
答: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,一般C% =2.5-4.0,Si%=1.0-2.5,Mn%=0.5-1.4及微量S、P。
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:
12.试指出下列铸件应采用的铸铁种类和热处理方法,并说出原因。
(1)机床床身(2)柴油机曲轴(3)液压泵壳体(4)犁铧(5)球磨机衬板
答:(1)珠光体灰铸铁,消除内应力退火;(2)球墨铸铁,调质处理,因为球墨铸铁经调制处理后,获得回火索氏体和球状石墨组织,硬度为250~380HBS,具有良好的综合力学性能;(3)灰铸铁,表面淬火,消除内应力退火;(4)可锻铸铁,石墨化加退火;(5)白口铸铁,淬火加高温回火。
13.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50~55HRC。
试确定其热处理方法。
答: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,大约900~950℃,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
14.根据下表所列的要求,归纳对比几种铸铁的特点。
15.减摩铸铁与抗磨铸铁在性能及应用上有何差异?
答:根据工作条件的不同,耐磨铸铁可以分为减摩铸铁和抗磨铸铁两类。
减磨铸铁用于制造在润滑条件工作的零件,如机床床身、导轨和汽缸套等。
这些零件要求较小的摩擦系数。
抗磨铸铁用来制造在于摩擦条件下工作的零件,如轧辊、球磨机磨球等。
16.铸铁的碳有哪几种存在形式?按铸铁中石墨的形态可将铸铁分为
哪些类型?它们的石墨形态各是什么?
答:碳的存在形式:以间隙固溶体的形式存在;以Fe3C的形式存在;以游离的石墨形式存在。
白口铸铁:碳以渗碳体形式存在;灰口铸铁:片状、球墨铸铁:球状、蠕墨铸铁:蠕虫状;可锻铸铁:团絮状。
17.钢和铸铁在性能上有何差异?为什么?
答:石墨与基体相比,其强度和塑性都要小得多,石墨减小铸铁件的有效承载截面积,同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集中,形成脆性断裂。
因此,铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低。
虽然铸铁的机械性能不如钢,但由于石墨的存在,却赋予铸铁许多钢所不及的性能:如良好的耐磨性、高的消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性。
石墨结晶时体积膨胀,所以铸造收缩率小,其铸造性能优于钢。
18.灰口铸铁和球墨铸铁在性能上有何差异?为什么?
答:灰口铸铁中石墨以片状形式存在,而球墨铸铁中石墨以球状形式存在。
由于石墨呈球状分布对基体的割裂作用可降到最小,可以充分发挥基体的性能,所以球墨铸铁的力学性能如抗拉强度等比灰口铸铁高,其塑性韧性比灰口铸铁好。