鑄鐵的熱處理工藝

1、鑄鐵的熱處理工藝鑄鐵生產(chǎn)除適當?shù)剡x擇優(yōu)學成分以得到定的組織外，熱處理也是進一步調(diào) 整和改進基體組織以提高鑄鐵性能的一種重要途徑。鑄鐵的熱處理和鋼的熱處埋 有相同之處，也有不同之處。鑄鐵的翌遜理一般不能改善原始組織中石墨的形態(tài) 和分布狀況。對灰口鑄鐵來說，由于片狀石墨所引起的應力集中效應是對鑄鐵性 能起主導作用的困素，因此對灰口鑄鐵施以熱處理的強化效果遠不如鋼和球鐵那 樣顯著。故友口鑄鐵熱處理工藝主要為退火、正火等。對于球鐵來說，由于石墨 呈球狀，對基體的割裂作用大大減輕，通過熱處理可使基作組織充分發(fā)揮作用， 從而可以顯著改善球性的機械性能。故球鐵像鋼一樣，其熱處理工藝有退火、正 火、調(diào)質(zhì)、多溫

2、淬火、感應加熱淬火和外表化學熱處理等。鑄鐵的熱處理工藝：.消除應力退火由于鑄件壁厚不均勻，在加熱，冷卻及相變過程中，會產(chǎn)生效應力和組織應 力。另外大型零件在機加工之后其內(nèi)部也易殘存應力，所有這些內(nèi)應力都必須消 除。去應力退火通常的加熱溫度為500550C保溫時間為28h,然后爐冷（灰 口鐵）或空冷（球鐵）。采用這種工藝可消除鑄件內(nèi)應力的9095%,但鑄鐵組織 不發(fā)生變化。假設溫度超過550C或保溫時間過長，反而會引起石墨化，使鑄件強 度和硬度降低。.消除鑄件白口的高溫石墨化退火鑄件冷卻時，表層及薄截面處，往往產(chǎn)生白口。白口組織硬而脆、加工性能 差、易剝落。因此必須采用退火（或正火）的方法消除白

3、口組織。退火工藝為：加 熱到550-950C保溫25 h,隨后爐冷到500550再出爐空冷。在高溫保溫 期間，游高滲碳體和共晶滲碳體分解為石墨和A,在隨后護冷過程中二次滲碳體 和共析滲碳體也分解，發(fā)生石墨化過程。由于滲碳體的分解，導致硬度下降，從 而提高了切削加工性。.球鐵的正火球鐵正火的目的是為了獲得珠光體基體組織，并細化晶粒，均勻組織，以提 高鑄件的機械性能。有時正火也是球鐵外表淬火在組織上的準備、正火分高溫正 火和低溫正火。高溫正火溫度一般不超過950980C,低溫正火一般加熱到共 折溫度區(qū)間820860。正火之后一般還需進行四人處理，以消除正火時產(chǎn)生 的內(nèi)應力。.球鐵的淬火及回火為了提

4、高球鐵的機械性能，一般鑄件加熱到Afcl以上3050 （Afcl代表 加熱時A形成終了溫度），保溫后淬入油中，得到馬氏體組織。為了適當降低淬 火后的剩余應力，一般淬火后應進行回火，低溫回火組織為回火馬氏作加殘留貝 氏體再加球狀石墨。這種組織耐磨性好，用于要求高耐磨性，高強度的零件。中 溫回火溫度為350500C回火后組織為回火屈氏體加球狀石墨，適用于要求耐 磨性好、具有一定效穩(wěn)定性和彈性的厚件。高溫回火溫度為500-60D,回火 后組織為回火索氏作加球狀石墨，具有韌性和強度結(jié)合良好的綜合性能，因此在 生產(chǎn)中廣泛應用。.球鐵的多溫淬火球鐵經(jīng)等溫淬火后可以獲得高強度，同時兼有較好的塑性和韌性。多溫

5、淬火 加熱溫度的選擇主要考慮使原始組織全部A化、不殘留F,同時也防止A晶粒長 大。加熱溫度一般采用Afcl以上3050C,等溫處理溫度為0350C以保證獲 得具有綜合機械性能的下貝氏體組織。稀土鎂鋁球鐵等溫淬火后。41200 1400MPa, ak=33.6J/cm2, HRC = 4751。但應注意等溫淬火后再加一道回火 工序。.外表淬火為了提高某些鑄件的外表硬度、耐磨性及疲勞強度，可采用外表淬火?；诣T 鐵及球鐵鑄件均可進行外表淬火。一般采用高（中）頻感應加熱外表淬火和電接觸 外表淬火。.化學熱處理對于要求外表耐磨或抗氧化、耐腐蝕的鑄件，可以采用類似于鋼的化學熱處 理工藝，如氣體軟氯化、氯化

6、、滲硼、滲硫等處理。鑄鐵熱處理按工藝目的不同，鑄鐵熱處理主要可以分為以下幾種：（1）去應力退火熱處理；（2）石墨化熱處理；（3）改變基體組織熱處理。本章 簡要介紹上述熱處理工藝的理論基礎和工藝特點。第一節(jié)去應力退火熱處理去應力退火就是將鑄件在一定的溫度下保溫，然后緩慢冷卻，以消除鑄件中 的鑄造殘留應力。對于灰口鑄鐵，去應力退火可以穩(wěn)定鑄件幾何尺寸，減小切削 加工后的變形。對于白口鑄鐵，去應力退火可以防止鑄件在存放、運輸和使用過 程中受到振動或環(huán)境發(fā)生變化時產(chǎn)生變形甚至自行開裂。一、鑄造殘留應力的產(chǎn)生鑄件在凝固和以后的冷卻過程中要發(fā)生體積收縮或膨脹，這種體積變化往往 受到外界和鑄件各局部之間的約

7、束而不能自由地進行，于是便產(chǎn)生了鑄造應力。 如果產(chǎn)生應力的原因消除后，鑄造應力隨之消除，這種應力叫做臨時鑄造應力。 如果產(chǎn)生應力的原因消除后鑄造應力仍然存在，這種應力叫做鑄造殘留應力。鑄件在凝固和隨后的冷卻過程中，由于壁厚不同，冷卻條件不同，其各局部 的溫度和相變程度都會有所不同，因而造成鑄件各局部體積變化量不同。如果此 時鑄造合金已經(jīng)處于彈性狀態(tài)，鑄件各局部之間便會產(chǎn)生相互制約。鑄造殘留應 力往往是這種由于溫度不同和相變程度不同而產(chǎn)生的應力。二、去應力退火的理論基礎研究說明，鑄造殘留應力與鑄件冷卻過程中各局部的溫差及鑄造合金的彈性 模量成正比。過去很長的時期里，人們認為鑄造合金在冷卻過程中存

8、在著彈塑性 轉(zhuǎn)變溫度，并認為鑄鐵的彈塑性轉(zhuǎn)變溫度為400左右?；谶@種認識，去應力 退火的加熱溫度應是400C。但是，實踐證明這個加熱溫度并不理想。近期的研 究說明，合金材料不存在彈塑性轉(zhuǎn)變溫度，即使處于固液共存狀態(tài)的合金仍具有 彈性。為了正確選擇去應力退火的加熱溫度，首先讓我們看看鑄鐵在冷卻過程中應 力的變化情況。圖1是用應力框測定的灰鑄鐵冷卻過程中粗桿內(nèi)應力的變化曲 線。-L4-2.8圖1灰鑄鐵應力變化曲線在a點前灰鑄鐵細桿已凝固完畢，粗桿處于共晶轉(zhuǎn)變期，粗桿石墨化所產(chǎn)生 的膨脹受到細桿的阻礙，產(chǎn)生壓應力，到達a點時，粗桿的共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束，應力 到達極大值。從a點開始，粗桿冷卻速度超過細桿，二者溫差逐漸減小，應力隨之減小， 到達b點時應力降為零。此后由于粗桿的線收縮仍然大于細桿，加上細桿進入共 析轉(zhuǎn)變后石墨析出引起的膨脹，粗桿中的應力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚Α５竭_c點時粗桿共析轉(zhuǎn)變開始，細桿共析轉(zhuǎn)變結(jié)束，兩桿溫差再次增大，粗 桿受到的拉應力減小。到達d點時，粗桿受到的拉應力降為零，粗桿所受到的應力又開始轉(zhuǎn)變?yōu)閴?應力。從e點開始，粗桿的冷卻速度再次大于細桿，兩桿的溫差再次減小，粗桿受 到的壓應力開始減小。到達f點時，應力再度為零。此時兩桿仍然存在溫差，粗桿的收縮速度仍然 大于細桿，在隨后的冷卻過程中，粗桿所受到的拉應力繼續(xù)增大。從上述分析可以看出，灰鑄鐵