3-2 钢铁材料（3）《机械基础》安徽省（分类招生和对口招生）装备制造类 知识点讲解

安徽省装备制造大类对口高考机械基础复习讲义 模块3 机械工程材料 3-2 钢铁材料（3） 考点16 铸铁与铸钢（理解） 【考纲要求】 （1）识记低合金钢与合金钢的分类。 （2）理解并能说出低合金钢与合金钢牌号的表示方法。 （3）理解常用合金钢的性能，掌握常用牌号及其应用。 【知识网络】 【知识和技能要点】 三、铸铁 铸铁是碳的质量分数大于 2.11%的铁碳合金。 工业上实际使用的铸铁中碳的质量分数一般为 2.5%～4%，Si、Mn、S、P等杂质的含量也比非合金钢多。 铸铁具有良好的铸造性能、切削加工性能、耐磨性及减振性，生产简单，价格低廉。但塑性、韧性较差，抗拉强度较低，一般用于制造形状复杂,不能用锻造、轧制、拉丝等方法成形的零件。 根据碳在铸铁中的存在形式,铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁。 白口铸铁中的碳大部分以渗碳体形式存在,断口呈银白色，性能硬而脆,不易切削加工,在机械工业中很少直接应用。 常用铸铁的性能、牌号和用途 类别 石墨形状 性能特点 牌号组成 应用举例 灰铸铁 断口呈暗灰色，是在碳钢的基体上分布着一些片状石墨。 石墨强度、硬度较低，塑性、韧性极差，严重降低了铸铁的抗拉强度和塑性，但对铸铁的抗压强度影响不大，给铸铁带来优良的铸造性能，良好的切削加工性、减摩性和减振性。热处理对提高灰铸铁的强度、塑性效果不大。常用的热处理方法是去应力退火、表面淬火(如机床床身导轨 )。 HT加数字表示其最低抗拉强度 HT100用于低载荷和不重要的场合，如制造盖、手轮、支架等。 HT150用于制造承受中等载荷的零件，如汽轮机、泵体、轴承座、齿轮箱等。 HT200和HT250用于制造承受较大载荷的零件，如气缸、齿轮、液压缸、阀壳、飞轮、机床床身、活塞、制动鼓、联轴器、轴承座等。 HT300和HT350用于制造承受高载荷的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘、机身、床身、高压液压缸、滑阀壳体等。 类别 石墨形状 性能特点 牌号组成 应用举例 可锻铸铁 将一定成分的白口铸铁经过退火处理使渗碳体分解，形成团絮状石墨 与灰铸铁相比，有较高的强度，较好的塑性和韧性。 虽得名“可锻”，但实际上并不可锻造。 KTH、KTZ 加两组数字分别表示最低抗拉强度和断后伸长率 KTH300-06、KTH330-08、KTH350-10、KTH370-12用于制造汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等,以及机床上用的扳手、低压阀门、管接头和农具等。 KTZ450-06、KTZ550-04、KTZ650-02、KTZ700-02用于制造曲轴、连杆、齿轮、凸轮轴、摇臂、活塞环等。 类别 石墨形状 性能特点 牌号组成 应用举例 球墨铸铁 在浇注前往铁水中加入适量的球化剂和孕育剂作球化处理，使石墨呈球状 球状石墨对基体的割裂作用降到最小，可以充分发挥基体的性能，球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁都高，其抗拉强度、塑性、韧性与相应基体组织的铸钢相近，兼有铸铁和钢的优点，用来制造受力复杂,强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件,如柴油机曲轴、减速器齿轮及轧钢机轧辊等。 QT加两组数字分别表示最低抗拉强度和断后伸长率 QT400-15、QT450-10用于制造阀体，汽车、内燃机零件，机床零件。 QT500-7、QT600-3用于制造机油泵齿轮、机车车辆轴瓦。 QT700-2、QT800-2用于制造柴油机曲轴、凸轮轴、气缸体、气缸套,活塞环,部分磨床、铣床、车床的主轴等。 QT900-2用于制造拖拉机减速齿轮、柴油机凸轮轴。 类别 石墨形状 性能特点 牌号组成 应用举例 蠕墨铸铁 向高铁、低硫、低磷铁水中加入蠕化剂，经蠕化处理后获得的新型高强度铸铁，石墨呈蠕虫状 铸造性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间,力学性能仅次于球墨铸铁，且耐热疲劳性较好，应用越来越广泛, 常用于铸造汽车排气管、刹车盘、发动机缸体等。 RuT加数字表示最低抗拉强度 RuT300用于制造增压机废气进气壳体、汽车底盘零件、排气管、变速器箱体等。 RuT350用于制造机床底座、托架、机车、汽车和固定式内燃机缸盖、铝锭模、液压件等。 RuT400用于制造内燃机缸体、联轴器、车辆制动盘、钢锭模、液压件等。 RuT450用于制造载重卡车制动盘、活塞环、气缸套、泵壳等。 RuT500用于制造高载荷内燃机缸体、气缸套。 四、铸钢 类 别 牌号组成 化学成分 特 性 铸造碳钢 ZG+两组数字分别表示下屈服强度最低值和抗拉强度最低值，如： ZG200-400 ZG340-640 WC=0.20% ～0.60% 当零件的形状较复杂，强度要求较高,采用铸铁又不能满足要求时，一般选用铸造碳钢。广泛用于制造重型机械的零件，如水压机横梁、轧钢机机架等。 高锰耐磨合金钢 牌号组成 化学成分 特 性 ZG+碳的质量分数的万分数+合金元素符号及其含量，如ZGMn13系列： ZG100Mn13 ZG120Mn13 ZG120Mn13Cr2 ZG120Mn13W1 WC=1.05% ～1.35% WMn=11% ～14% 在一般工作条件下使用时并不耐磨，但在巨大压力和强烈冲击载荷作用下能发生硬化，表面硬度达到52～56HRC,耐磨性在高压应力作用下比非合金钢高十几倍。这类钢极易加工硬化，切削加工困难，大多采用铸造成形，然后进行水韧处理：加热到1000～1100℃,保持一定时间，然后水冷,得到单相奥氏体的工艺。 【练习题】 一、单项选择题 1.铸铁是含碳量( ) 的铁碳合金。 A．＞2.11％ B．＞0.77％ C．≥0.0218％ D．≤2.11％ 2.铸铁按照( )分类。 A.碳含量 B.含合金元素 C.基体组织 D.碳的存在形式 3.灰铸铁具有良好的铸造性能、耐磨性、减振性、切削加工性及低的缺口敏感性，这主要是由于组织中( )的作用。 A.铁素体 B.珠光体 C.石墨 D.渗碳体 4.HT300表示( )。 A．白口铸铁 B．灰铸铁 C．球墨铸铁 D．可锻铸铁 5.为提高灰铸铁的力学性能，可在铁液中加入少量的硅铁或硅钙合金，称为( )。 A.调质处理 B.退火处理 C.表面淬火处理 D.孕育处理 6.学校金工实习车间的台虎钳主要材料是( )。 A.球墨铸铁 B.普通合金钢 C.碳素工具钢 D.灰铸铁 7.为提高灰铸铁耐磨性应选用( )。 A.整体淬火 B.低温回火 C.调质处理 D.表面淬火 8.灰铸铁用于制造气缸体，主要是利用其( )。 A.耐磨性 B.减振性 C.切削加工性 D.铸造性 9.可锻铸铁中石墨以( )形态存在。 A．团絮状 B．片状 C．球状 D．蠕虫状 10.柴油机的曲轴可以用( )制造。 A．HT300 B．KTH350-10 C．KTZ650-02 D．QT800-2 11.可锻铸铁的( )均比灰铸铁要高要好。 A.强度、硬度 B.刚度、塑性 C.塑性、韧性 D.刚度、韧性 12.汽车后桥外壳应选用( )。 A.RuT300 B.QT700-2  C.KTH350-10  D.HT300 13.管接头、低压阀门一般采用的材料是( )。 A.HT200 B.KTH300-06 C.QT400-15 D.T10 14. ( )兼有铸铁和钢的优点，因而得到广泛应用，可以制造受力复杂,强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件 A．灰铸铁 B．可锻铸铁 C．球墨铸铁 D．蠕墨铸铁 15.车床、磨床的主轴一般采用( )。 A.QT800 B.ZG400 C.GCr15 D.HT300 16.发动机曲轴一般采用的材料是( )。 A.HT250 B.KTH350-10 C.QT700-2 D.T12 17.受力复杂,强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件,如柴油机曲轴、减速箱齿轮以及轧钢机轧辊等,可采用( )制造。 A．灰铸铁 B．白口铸铁 C．可锻铸铁 D．球墨铸铁 18. 蠕墨铸铁是向高铁、低硫、低磷铁水中加入( )，经处理后获得的新型高强度铸铁。 A. 催化剂 B. 球化剂 C. 蠕化剂 D. 孕育剂 19. ( ) 耐热疲劳性较好，常用于铸造汽车排气管、刹车盘、发动机缸体等。 A．灰铸铁 B．可锻铸铁 C．球墨铸铁 D．蠕墨铸铁 20.用于制造汽车活塞环、气缸套的材料是( )。 A.Ru300 B.Ru350 C.Ru450 D.Ru500 21.下列铸铁中，铸造性能最好的是( )。 A.灰铸铁  B.球墨铸铁 C.可锻铸铁  D.白口铸铁 22.下列材料中,切削加工性能最好的是( )。 A．高合金钢 B．铸钢 C．铸铁 D．低碳钢 23.以下铸铁中，力学性能最好的是( )。 A.白口铸铁 B.球墨铸铁 C.灰铸铁 D.可锻铸铁 24.选择材料：车辆制动盘( D )，三通管接头( B )，柴油机曲轴( C )，轴承座( A )。 A.HT250 B.KTH350-10 C.QT700-2 D.RuT400 25.形状复杂、力学性能要求较高,而且难以用压力加工方法成形的机架、箱体等零件,应采用( )来制造。 A．碳素工具钢 B．碳素结构钢 C．铸钢 D．铸铁 26.ZGMn13系列高锰耐磨合金钢具有高耐磨性的原因是( )。 A.平均碳的质量分数高 B.有较多的Fe3C存在 C.热处理提高了硬度和耐磨性 D.表面受到冲击产生硬化 27.高锰耐磨合金钢极易加工硬化，切削加工困难，大多采用铸造成形，然后进行( )。 A. 球化处理 B. 调质处理 C. 蠕化处理 D. 水韧处理 28.铁路道岔、拖拉机履带、挖土机铲齿等用( )制造。 A.15CrMo B.4Cr14Ni4WMo C.1Cr13SiAl D.ZG120Mn13 二、多项选择题 1.石墨强度、硬度较低，塑性、韧性极差，严重降低了铸铁的抗拉强度和塑性，但对铸铁的抗压强度影响不大，给铸铁带来( )。 A. 优良的铸造性能 B. 良好的切削加工性 C. 良好的减摩性 D. 良好的减振性 2.下列零部件适用于灰铸铁的是( )。 A.轴承座 B.齿轮箱 C.支架 D.泵体 3.灰铸铁的强度、塑性效果不大。常用的热处理方法是( )。 A.去应力退火 B. 正火 C.淬火+低温回火 D. 表面淬火 4.球状石墨在浇注前需要往铁水中加入适量的（ ）作球化处理。 A. 催化剂 B. 球化剂 C. 蠕化剂 D. 孕育剂 5.球墨铸铁 QT400Ｇ15中的两组数字分别表示( )。 A．强度 B．硬度 C．塑性 D．韧性 6.球墨铸铁的力学性能比灰铸铁高，成本接近于灰铸铁，并拥有灰铸铁优良的铸造性能、切削加工性能和减摩性等。兼有铸铁和钢的优点得以广泛应用，它可以用来代替( )。 A.非合金钢 B.合金钢 C.可锻铸铁 D.工具钢 7.对 RuT300 描述正确的是( )。 A.石墨形态主要为球状的铸铁 B.用于制造汽车排气管 C.耐热疲劳性好 D.最低抗拉强度是 300 MPa 的蠕墨铸铁 8.以下牌号是铸钢的是( )。 A.HT300 B.ZG40Cr C.ZG35SiMn D.GCr12 三、填空题 1.铸铁是碳的质量分数 ，并含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的 。 2.根据铸铁中碳的存在形式,铸铁分为 、 、 、 和 。 3.灰铸铁虽然抗拉强度和塑性较 ，但它具有良好的 、 、 和切削加工性能。 4.牌号 HT200 表示 为 200 MPa 的 铸铁。 5.灰铸铁中，碳以 石墨存在；可锻铸铁中，碳以 存在；球墨铸铁中，碳以 存在，蠕墨铸铁中，碳以 存在。 6.热处理对提高灰铸铁的强度、塑性效果不大。常用的热处理方法是 、 。 7.可锻铸铁是用一定成分的 ，经过 处理使 分解，形成 石墨的铸铁。 8.球状石墨是在浇注前往铁水中加入适量的 和 作球化处理，使石墨呈 分布的铸铁。 9.蠕墨铸铁是向高铁、低硫、低磷铁水中加入 ，经 处理后获得的新型高强度铸铁，石墨呈 。 10.ZG200-400 表示 不低于 200 MPa， 不低于 400 MPa。 11.当零件的形状较复杂，强度要求较高,采用铸铁又不能满足要求时，一般选用 。 12.高锰耐磨合金钢属于高碳、高锰钢，为了获得单相组织，必须进行 。 四、简述题 1.什么是铸铁? 它与钢相比有什么优点? 2.根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可以分为哪几类? 3.说明下列钢铁材料牌号的含义。 (1) HT200 (2) KTH300-06 (3) KTZ550-04 (4) QT700-2 (5) RuT340 (6) ZG ZG340-640 (7) ZG120Mn13 4.石墨形态对铸铁性能的影响有哪些? 5. 球墨铸铁有何性能？应用情况如何？ 【答案】 一、单项选择题 1.A 2. D 3.C 4．B 5. D 6. D 7. D 8.B 9.A 10. D 11.C 12.C 13.B 14.C 15.A 16.C 17.D 18.C 19.D 20.C 21.A 22.C 23. B 24．DBCA 25. C 26. D 27. D 28.D 二、多项选择题 1. ABCD 2. ABCD 3. AD 4.BD 5.AC 6.ABC 7.BCD 8.BC 三、填空题 1. 大于2.11% 铁碳合金 2. 白口铸铁 灰铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁 3. 差 铸造性能 减摩性 减振性 4. 最低抗拉强度 灰 5. 片状 团絮状 球状 蠕虫状 6. 去应力退火 表面淬火 7. 白口铸铁 退火 渗碳体 团絮状 8. 球化剂 孕育剂 球状 9. 蠕化剂 蠕化 蠕虫状 10. 屈服强度 抗拉强度（或强度极限） 11. 铸造碳钢 12. 水韧处理 四、简述题 1. 答：铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、减振性、切削加工性,生产简单,价格便宜。 2. 答：铸铁是碳含量大于2.11％的铁碳合金。铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、减振性、切削加工性,生产简单,价格便宜。 3.(1)答：表示抗拉强度 Rm≥200MPa 的灰铸铁； (2)答：表示抗拉强度 Rm≥300MPa，断后伸长率A≥6%的黑心可锻铸铁。 (3)答：表示抗拉强度Rm≥550MPa，断后伸长率A≥4％的珠光体可锻铸铁。 (4)答：表示抗拉强度Rm≥700MPa，断后伸长率A≥2％的球墨铸铁。 (5)答：表示抗拉强度Rm≥340MPa的蠕墨铸铁。 (6)答：表示屈服强度最低值为340MPa（ReL≥340MPa），抗拉强度最低值为640MPa（Rm≥640MPa）的铸造碳钢。 (7)答：表示碳的质量分数为1.20%、锰的质量分数为13%的铸钢（高锰耐磨合金钢）。 4. 答：影响铸铁性能的首先是石墨的形状。石墨形状越圆，力学性能越好。球墨铸铁的力学性能优于蠕墨铸铁（石墨为蠕虫状），蠕墨铸铁的力学性能优于石墨为片状的灰铸铁。但如果铸铁中的碳以碳化物形式存在时，铸铁就成为白口铸铁，它硬而脆。当石墨以片状存在于铸铁内时，碳当量提高（伴以石墨增多），铸铁的强度会下降。而且，碳当量很低时，石墨很难成为球状或者蠕虫状。从导热性和铸造性能上讲，灰铸铁优于蠕墨铸铁，更优于球墨铸铁。 5.答：球墨铸铁的力学性能比灰铸铁和可锻铸铁高，成本接近于灰铸铁，兼有铸铁和钢的优点，因而得到广泛应用。它可代替非合金钢、合金钢、可锻铸铁等材料制造受力复杂，强度、硬度、韧性和耐磨性要求较高的零件，如柴油机曲轴、减速器齿轮及轧钢及轧辊等。对实现以铁代钢、以铸代锻起到了重要作用，具有较好的经济效益。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $