工程材料与热处理 第7章作业题参考答案_第1页
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文档简介

1、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

2、: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

3、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7090%,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,

4、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

5、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、QT7

6、00-02、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

7、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0.170.37%;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

8、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410100120好好HT150150650170240好好好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250380HBS,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

9、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5055HRC。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900950,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。种类牌号表示显微组织成分特点(碳当量)生产方法的特点力学、工艺性能用途举例灰铸铁HT(铁素体;铁素体+珠光体;珠光体)+片状石墨3.0%4.3%热处理:消除内应力退火力学性能较差,但生产工艺简单。底座,箱体工作台孕育铸铁HT珠光体+片状石墨3.0%4.

10、3%孕育处理力学性能较好,生产稍微复杂齿轮,凸轮球墨铸铁QT(铁素体;铁素体+珠光体;珠光体)+球状石墨4.2%5.1%将铁水球化和孕育处理力学性能较好,生产简单柴油机曲杆,连杆,齿轮蠕墨铸铁RuT(铁素体;铁素体+珠光体;珠光体)+蠕虫状石墨4.2%4.3%蠕化处理和孕育处理力学性能中等柴油机气缸,汽缸盖可锻铸铁KTHKTZ(铁素体;珠光体)+团絮状石墨2.5%3.4%长时间的石墨化退火力学性能好于灰铸铁,生产工艺复杂KTH:扳手;KTZ:曲柄等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

11、,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

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