元素，磷是控制使用的元素，硫是限制的元素。 灰铸铁的组织：
灰铸铁中的碳大部分或全部以片状石墨的形式分布在基体组织上。按基体组织的不同灰铸铁分为三类:铁素体基体灰铸铁;铁素体+珠光体基体灰铸铁;珠光体基体灰铸铁。 灰铸铁的性能：
①力学性能。灰铸铁的组织相当于以钢为基体+片状石墨。基体中含有比钢更多的硅、锰等元素，这些元素可溶入铁素体而使基体强化，因此其基体的强度与硬度不低于相应的钢。片状石墨的强度、塑性、韧性几乎为零，可近似地把它看成是一些微裂纹，它不仅割裂了基体组织的连续性，缩小了基体承受载荷的有效截面，而且在石墨的尖端容易产生应力集中，当铸铁件受拉力或冲击力作用时容易产生脆断。因此，灰铸铁的抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性远比相同基体的钢低很多。铸铁中石墨片的数量越多，石墨片越粗大，分布越不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象越严重，则其抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性越低。
灰铸铁的性能，主要取决于基体的组织和石墨的数量、形状、大小及分布状况。由于灰铸铁的抗压强度、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨的存在对其影响不大，因此，灰铸铁的抗压强度、硬度与相同基体的钢相似。灰铸铁的抗压强度一般是其抗拉强度的3~4倍。
②其他性能。石墨虽然降低了灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正由于石墨的存在，使铸铁具有一系列其他优良性能。
a.优良的铸造性能。灰铸铁的熔点低，流动性好，收缩率小，铸造过程中不易出现缩孔、缩松现象，因此灰铸铁可以浇铸出形状复杂的薄壁零件。 b.良好的减振性能。铸铁中的石墨对振动可起缓冲作用，可阻止振动传播，并将振动能量转化为热能，故铸铁具有良好的减振性(铸铁的减振能力比钢大十倍左右)。常用于承受压力和振动的机床底座、机架、机身和箱体等零件。 c.良好的减摩性能。石墨本身是一种良好的润滑剂，在使用过程中石墨剥落后留下的孔隙具有吸附、储存部分润滑油的作用，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性。所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造。
d.良好的切削加工性能。由于石墨割裂了基体组织的连续性，在切削过程中容易断屑和排屑，且石墨对刀具具有一定的润滑作用，使刀具磨损减小。 e.较低的缺口敏感性。铸铁中的石墨就相当于其本身存在了许多微小的裂纹，从而减弱了外加缺口对铸铁的作用。 灰铸铁的热处理：
灰铸铁可以进行热处理，但由于热处理只能改变铸铁的基体组织，不会改变石墨的形状、大小和分布，因此对提高灰铸铁件的强度、塑性、韧性作用不大。生产中灰铸铁件热处理的主要目的是用来消除铸件的内应力、稳定铸件尺寸和改善切削加工性能，提高铸件的表面硬度和耐磨性等。通常采用以下三种热处理方法。
（4）球墨铸铁的化学成分、牌号、组织、性能和热处理； 化学成分：
球墨铸铁的化学成分比灰铸铁严格，其特点是含碳、硅量较高，锰、磷、硫含量较低。球墨铸铁的大致成分如下: wc=3. 6%~4. 0%、wSi=2. 0%~2. 8 %、
wMn=0. 6%~0. 8 %、wS≤0. 07%、
wP≤0. 1 %、wMg=0. 03%~0. 05 %、wRe=0. 02%~0. 04%。 牌名：
组织：
球墨铸铁的组织由球状石墨和基体组成。按球墨铸铁组织中的基体不同可分为铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、铁素体+珠光体球墨铸铁和贝氏体球墨铸铁。 性能：
由于球墨铸铁中的石墨呈球状存在，石墨对基体的割裂作用和应力集中作用降低到最小，使得基体比较连续，因此，基体组织的力学性能得以充分发挥。铸铁基体强度的利用率高达70%~90 %(灰铸铁基体强度的利用率为30%~50%，因此球墨铸铁的力学性能是铸铁中最高的。同时，球墨铸铁还兼具灰铸铁耐磨、吸振、缺口敏感性低、铸造和切削加工性优良的优点。这些优点使球墨铸铁在工业生产中得到迅速、广泛的应用。
热处理：
由于球墨铸铁中的石墨呈球状，石墨对基体的削弱作用较小，改善其基体组织就
可以使球墨铸铁的力学性能和使用性能得到大幅度提高。球墨铸铁的热处理与钢相似，但因其含碳、硅、锰较多，因此，热处理的加热温度较高，保温时间较长。球墨铸铁常采用的热处理方法有以下几种。 (1)消除内应力退火。球墨铸铁与灰铸铁相比，铸造内应力一般高1 ~2倍。因此，用球墨铸铁制造的零件，特别是形状复杂、壁厚悬殊较大的零件，都应当进行消除内应力的低温退火。球墨铸铁的消除内应力的退火工艺与灰铸铁相似，但加热温度一般控制在550℃~650 ℃。对于珠光体基体的球墨铸铁，为防止加热温度超过600℃后，可能会发生共析渗碳体的石墨化，所以加热温度应适当降低为550℃~620 ℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却(冷却速度为30~60 0G /h)至200℃~250℃出炉空冷。采用这种工艺退火，可消除铸件中残余应力的90%~95% 。 (2)石墨化退火。球墨铸铁的铸态组织中常会出现不同程度的珠光体和渗碳体，为了改善切削加工性能，消除铸造应力，必须进行石墨化退火，使组织中的渗碳体和珠光体得以分解。根据球墨铸铁铸态组织的不同，退火可分为两种。①低温石墨化退火。当铸态组织中为铁素体+珠光体+石墨或珠光体+石墨，而没有自由渗碳体时，为了获得塑性、韧性较高的以铁素体为基体的球墨铸铁，可进行低温退火，使珠光体中的共析渗碳体分解成铁素体+石墨。低温石墨化退火工艺是将铸件加热至共析温度附近，即720℃~760 ℃，保温2~8h后，随炉冷至600℃左右，再出炉空冷。②高温石墨化退火。当铸态组织中不仅有珠光体，而且还有自由渗碳体时，为了使渗碳体分解，获得以铁素体为基体的球墨铸铁，需采用高温石墨化退火，高温石墨化退火的工艺是将铸件加热至900℃~950℃，保温2~5h后，随炉冷却至600℃左右，再出炉空冷。
(3)正火。球墨铸铁正火的目的是为了获得珠光体组织，并使晶粒细化，织均匀，从而提高零件的强度、硬度及耐磨性。正火工艺各厂不完全相同，但根据正火的加热温度可分为以下两种。①低温正火。低温正火也称不完全奥氏体化正火，是将工件加热到共析温度范围内(820 ℃~860 ℃)，保温一定时间，使基体一部分转变为奥氏体，另一部分铁素体没有发生转变，这时的组织为奥氏体+少量分散的铁素体+球状石墨。冷却是采用出炉空冷、风冷或喷雾等，冷却后的组织为珠光体+少量分散(破碎)铁素体+球状石墨。这种组织除具有一定的强度外，尚具有较好的韧性。②高温正火。高温正火也称完全奥氏体化正火。正火的加热温度一般选取在共析温度范围以上，为880℃~950 ℃，使基体全部转变为奥氏体组织，保温一定时间后出炉空冷。高温正火后可以获得珠光体+石墨的球墨铸铁。为了增加珠光体的数量，也可采用风冷、喷雾冷却等方法加快冷却速度。由于正火时冷却速度较快，球墨铸铁的导热性较差，正火后铸件内部的应力较大;因此正火后还要进行去应力退火处理，去应力退火的温度一般为550 ℃~600 ℃，保温一定时间后空冷。
(4)淬火及回火。球墨铸铁经正火处理后可获得较好的综合机械性能，但对于某些要求较高的铸件在正火处理达不到预期效果时，就必须采用淬火与回火的热处理工艺，来提高球墨铸铁件的机械性能，发挥球墨铸铁件的内在潜力。淬火是将球墨铸铁件加热到880℃~920℃，使球墨铸铁的基体在高温下转变为均一的奥氏体，然后放入水中或油中进行冷却，从而得到马氏体和球状石墨的组织。然后再进行不同温度的回火处理。
一般球墨铸铁淬火后若进行低温回火处理，低温回火后的组织为回火马氏体+球状石墨，具有高的硬度和耐磨性，主要用于制造轴承的内外套圈;若淬火后进行中温回火处理，其组织为回火托氏体+球状石墨，具有较高的强度和一定的韧性，
可用于制造铣床的主轴;若淬火后进行高温回火处理，其组织为回火索氏体+球状石墨，具有良好的塑性、韧性和强度相结合的综合性能，常用来制造柴油机曲轴、连杆等重要零件。(5)等温淬火。球墨铸铁经等温淬火后可获得高的强度，同时具有较好的塑性和韧性。等温淬火是目前发挥球墨铸铁材料最大潜力的一种热处理方法。如为了满足高速、大马力机器中受力复杂件(如齿轮、曲轴、凸轮轴等)的要求，常把球墨铸铁件进行等温淬火来提高它的综合机械性能。
球墨铸铁等温淬火工艺为:将球墨铸铁件加热到550℃~ 920℃，保温一定时间，使其基体组织成为均匀的奥氏体组织，然后迅速放入到250℃~350℃的盐浴炉中等温30 ~90 min，出炉空冷。
（5）可锻铸铁的化学成分、牌号、性能和热处理； 化学成分：
可锻铸铁的生产必须经过两个步骤:第一步先要浇注成白口铸铁件，第二步再经高温长时间的可锻化退火，使渗碳体分解出团絮状石墨。为了保证在一般冷却条件下铸件能够获得全部的白口组织，须使可锻铸铁中的碳、硅含量较低，化学成分一般为wc= 2. 3%~2. 8 %，wSi=1.0%~1. 6%，wMn=0. 3%~0. 8 %，wS≤0. 2%，wp≤0. 1%。 组织：
根据可锻铸铁的化学成分、生产过程和退火方法的不同，可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。
①黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。黑心可锻铸铁是由白口铁经高温石墨化退火后得到的。黑心可锻铸铁的热处理工艺是把白口铁加热到900℃~ 960 ℃ , 使铸铁组织转变为奥氏体+渗碳体组织，并进行长时间保温(约30 h，进行第一阶段石墨化后，渗碳体发生分解，形成团絮状石墨。在随后的缓冷过程中，奥氏体中的过饱和碳充分析出，并附着在已形成的石墨表面，完成第二阶段石墨化(720℃~760 ℃)，在缓冷至650℃~700℃出炉空冷，得到以铁素体为基体的可锻铸铁。若在第一阶段石墨化后，采用较快速度冷却(100 ℃/h)，使奥氏体转变为珠光体，就得到以珠光体为基体的可锻铸铁。 ②白心可锻铸铁。白心可锻铸铁是由白口铸铁在950 ℃~ 980℃的氧化性气氛中退火而得到的。热处理过程中的主要现象是氧化和脱碳，其正常的基体组织应该是铁素体。但实际上由于脱碳不充分，铸件的外层是铁素体，而内层是珠光体。如果脱碳进行的程度更差些，内部还可能残留一些一次渗碳体，石墨量极少，因此断口呈白色，故称白心可锻铸铁。由于其力学性能，特别是韧性较差，这种铸铁在生产上很少使用。 牌号：
三、选材和编制热处理工艺路线（20分）
现有下列零件及可供选择的材料，（1）给各零件选择合适的材料，（2）编制简明工艺路线，（3）说明热处理工艺的主要作用。零件名称：自行车架，连杆螺栓，车厢板簧，滑动轴承，变速齿轮，机床床身，柴油机曲轴。
可选材料：60Si2Mn,ZQSn6-6-3,QT600-2,T12A,40Cr,HT200,16Mn,20CrMnTi. 答：简明工艺路线：备料—锻造—正火—机械加工—渗碳—淬火、低温回火—机械加工。
自行车架：16Mn 焊接
连接螺栓：40Cr 最终热处理方法：调质
车厢板簧：60Si2Mn 最终热处理方法：淬火+中温回火 滑动轴承：ZQSn6-6-6-3 使用状态：铸造
变速齿轮：20CrMnTi 最终热处理方法：渗碳后淬火、低温回火 机床机身：HT200 最终热处理方法：去应力退火 柴油机油轴：QT600-2 最终热处理方法：等温淬火 热处理工艺的主要作用：
正火：主要为了消除毛胚的锻造应力，降低硬度以改善切削加工性，同时也均匀组织，细化晶粒，为以后的热处理作组织准备。
渗碳：为了保证传动轴表层的含碳量及渗碳层深度要求。
淬火+低温回火：提高表面的硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性，其中低温回火的作用是消除淬火应力及减少脆性。