鑄鋼件的熱處理方式

鑄鋼件的熱處理方式按加熱和冷卻條件不同，鑄鋼件的主要熱處理方式有：退火（工藝代號：5111）、正火（工藝代號：5121）、均勻化處理、淬火（工藝代號：5131）、回火（工藝代號：5141）、固溶處理（工藝代號：5171）、沉淀硬化、消除應(yīng)力處理及除氫處理。退火（工藝代號：5111）退火是將鑄鋼件加熱到Acs以上20?30°C，保溫一定時間，冷卻的熱處理工藝。退火的目的是為消除鑄造組織中的柱狀晶、粗等軸晶、魏氏組織和樹枝狀偏析，以改善鑄鋼力學(xué)性能。碳鋼退火后的組織：亞共析鑄鋼為鐵素體和珠光體，共析鑄鋼為珠光體，過共析鑄鋼為珠光體和碳化物。適用于所有牌號的鑄鋼件。圖11—4為幾種退火處理工藝的加熱規(guī)范示意圖。表11—1為鑄鋼件常用退火工藝類型及其應(yīng)用。正火（工藝代號：5121）正火是將鑄鋼件目口熱到Ac。溫度以上30?50C保溫，使之完全奧氏體化，然后在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。圖11—5為碳鋼的正火溫度范圍示意圖。正火的目的是細(xì)化鋼的組織，使其具有所需的力學(xué)性能，也可作為以后熱處理的預(yù)備處理。正火與退火工藝的區(qū)別有兩個：其一是正火加熱溫度要偏高些；其二是正火冷卻較快些。經(jīng)正火的鑄鋼強度稍高于退火鑄鋼，其珠光體組織較細(xì)。一般工程用碳鋼及部分厚大、形狀復(fù)雜的合金鋼鑄件多采用正火處理。正火可消除共析鑄鋼和過共析鑄鋼件中的網(wǎng)狀碳化物，以利于球化退火；可作為中碳鋼以及合金結(jié)構(gòu)鋼淬火前的預(yù)備處理，以細(xì)化晶粒和均勻組織，從而減少鑄件在淬火時產(chǎn)生的缺陷。淬火（工藝代號：5131）淬火是將鑄鋼件加熱到奧氏體化后（Ac?；駻c•以上），保持一定時間后以適當(dāng)方式冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。常見的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。鑄鋼件淬火后應(yīng)及時進(jìn)行回火處理，以消除淬火應(yīng)力及獲得所需綜合力學(xué)性能。圖11—6為淬火回火工藝示意圖。鑄鋼件淬火工藝的主要參數(shù)：（1）淬火溫度：淬火溫度取決于鑄鋼的化學(xué)成分和相應(yīng)的臨界溫度點。圖11—7為鑄鋼件淬火工藝溫度范圍示意圖。原則上，亞共析鑄鋼淬火溫度為Ac。以上20?30°C，常稱之為完全淬火。共析及過共析鑄鋼在Ac。以上30?50C淬火，即所謂亞臨界淬火或兩相區(qū)淬火。這種淬火也可用于亞共析鋼，所獲得的組織較一般淬火的細(xì)，適用于低合金鑄鋼件韌化處理。（2）淬火介質(zhì)：淬火的目的是得到完全的馬氏體組織。為此，鑄件淬火時的冷卻速率必須大于鑄鋼的臨界冷卻速率。否則不能獲得馬氏體組織及其相應(yīng)的性能。但冷卻速率過高易于導(dǎo)致鑄件變形或開裂。為了同時滿足上述要求，應(yīng)根據(jù)鑄件的材質(zhì)選用適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)，或采用其他冷卻方法（如分級冷卻等）。在650?400C區(qū)間鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變速率最快，因此鑄件淬火時應(yīng)保證在此溫度內(nèi)快冷。在Ms點以下希望冷卻緩慢一些，以防止淬火變形或開裂。淬火介質(zhì)通常采用火、水溶液、油和空氣。在分級淬火或等溫淬火時，采用熱油、熔融金屬、熔鹽或熔堿回火（工藝代號：5141）回火是將淬火或正火后的鑄鋼件加熱到Ac,以下的某一選定溫度，保溫一定時間后，以適宜的速率冷卻，使淬火或正火后得到的不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，消除淬火（或正火）應(yīng)力以及提高鑄鋼的塑性和韌性的一種熱處理工藝。通常淬火加高溫回火處理的工藝稱之為調(diào)質(zhì)處理。淬火后的鑄鋼件必須及時進(jìn)行回火，而正火后的鑄鋼件必要時才予以回火處理?；鼗鸷箬T鋼件的性能取決于回火溫度、時間及次數(shù)。隨著回火溫度的提高和時間的延長，除使鑄鋼件的淬火應(yīng)力消除外，還使不穩(wěn)定的淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體、托氏體或索氏體，使鑄鋼的強度和硬度降低，而塑性顯著地提高。對一些含有強烈形成碳化物的合金元素（如銘、鉬、釩和鎢等）的中合金鑄鋼，在400?50°C回火時出現(xiàn)硬度升高、韌性下降的現(xiàn)象，稱為二次硬化，即回火狀態(tài)鑄鋼的硬度達(dá)到最大值。一般有二次硬化特性的中合金鑄鋼需要進(jìn)行多次（1?3次）回火處理。鑄鋼件的回火按溫度不同可分為低溫回火和高溫回火。（1）低溫回火：一般在150?250C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行?；鼗鸷罂煽绽洹⒂屠浠蛩洹Ｆ淠康氖窃诒Ａ翳T件高強度和硬度的條件下，消除淬火應(yīng)力。主要用于滲碳、表面淬火及要求高硬度的耐磨鑄鋼件。（2）高溫回火：高溫回火溫度為500?650C，保溫適當(dāng)時間后冷卻。主要用于在淬火或正火后調(diào)鑄鋼的組織，使之兼有高強度和良好韌性的碳鋼和低、中合金鋼鑄件?；鼗鸫嘈允侵贫ê辖痄撹T件回火工藝時必須注意的問題。在下列兩個溫度范圍內(nèi)均可發(fā)生。在250?400C發(fā)生的脆性：經(jīng)淬火成為馬氏體組織的鑄鋼，在此溫度范圍內(nèi)都會產(chǎn)生回火脆性。如稍高于此脆性溫度區(qū)回火，則可消除此回火脆性。而且以后再在上述溫度范圍內(nèi)回火時，也不會再出現(xiàn)回火脆性，故常稱之為第一類回火脆性。在400?500°C（甚至650°C）發(fā)生的脆性：這對多數(shù)低合金鑄鋼都會發(fā)生，即發(fā)生鑄鋼的高溫回火脆性。如將已在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生脆性的鑄鋼件再加熱到600C（或650C）以上，之后在水或油中快冷，即可消除此種脆性。然而已消除脆性的鑄件，如又加熱到產(chǎn)生回火脆性的溫度，脆性又會出現(xiàn)。這常稱之為第二類回火脆性。固溶處理（工藝代號：5171）固溶處理是將鑄件加熱至適當(dāng)溫度并保溫，使過剩相充分溶解，然后快速冷卻以獲得過飽和固溶體的熱處理工藝。固溶處理的主要目的是使碳化物或其他析出相溶解于固溶體中，獲得過飽和的單相組織。一般奧氏體不銹耐熱鋼、奧氏體錳鋼及沉淀硬化不銹耐熱鋼鑄件均需經(jīng)固溶處理。固溶溫度的選擇取決于鋼種的化學(xué)成分和相圖。奧氏體錳鋼鑄件一般為1000?1100C；奧氏體鎳銘不銹鋼鑄件為1000?1250C。鑄鋼中含碳量越高，難熔合金元素越多，則其固溶溫度應(yīng)越高。含銅的沉淀硬化鑄鋼，由于鑄態(tài)有硬質(zhì)富銅相在冷卻過程中沉淀，致使鑄鋼件硬度升高。為軟化組織、改善加工性能，鑄鋼件需經(jīng)固溶處理。其固溶溫度為900?950C經(jīng)快冷后可得到銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%?1.5%的過飽和單相組織。沉淀硬化處理（時效處理）鑄件經(jīng)固溶處理或淬火后，在室溫或高于室溫的適當(dāng)溫度保溫，在過飽和固溶體中形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和（或）析出彌散分布的強化相而使金屬硬化的處理稱為沉淀硬化處理（或時效處理）。在高于室溫下進(jìn)行的稱為人工時效。其實質(zhì)是：在較高的溫度下，自過飽和固溶體中析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他不穩(wěn)定的中間相，并彌散分布于基體中，因而使鑄鋼的綜合力學(xué)性能和硬度提高。時效處理的溫度直接影響鑄鋼件的最終性能。時效溫度過低，沉淀硬化相析出緩慢；溫度過高，則因析出相的聚集長大引起過時效，而得不到最佳的性能。所以應(yīng)根據(jù)鑄鋼件的牌號及規(guī)定的性能要求選用時效溫度。奧氏體耐熱鑄鋼時效溫度一般為550?850°C，高強度沉淀硬化鑄鋼為500°C，時間為1?4h。含銅的低合金鋼和奧氏體耐熱鋼鑄件以及低合金的奧氏體錳鋼鑄件多采用時效處理。圖11-8為截面25mm試樣的時效效果。消除應(yīng)力處理：其目的是消除鑄造應(yīng)力、淬火應(yīng)力和機械加工