铸铁的热处理工艺.docx

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1、铸铁的热处理工艺铸铁生产除适当地选择优学成分以得到定的组织外，热处理也是进一步调 整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。铸铁的热处理和钢的热处埋 有相同之处，也有不同之处。铸铁的翌逊理一般不能改善原始组织中石墨的形态 和分布状况。对灰口铸铁来说，由于片状石墨所引起的应力集中效应是对铸铁性 能起主导作用的困素，因此对灰口铸铁施以热处理的强化效果远不如钢和球铁那 样显著。故友口铸铁热处理工艺主要为退火、正火等。对于球铁来说，由于石墨 呈球状，对基体的割裂作用大大减轻，通过热处理可使基作组织充分发挥作用， 从而可以显著改善球性的机械性能。故球铁像钢一样，其热处理工艺有退火、正 火、调质、多温

2、淬火、感应加热淬火和外表化学热处理等。铸铁的热处理工艺：1 .消除应力退火由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应 力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消 除。去应力退火通常的加热温度为500550C保温时间为28h,然后炉冷（灰 口铁）或空冷（球铁）。采用这种工艺可消除铸件内应力的9095%,但铸铁组织 不发生变化。假设温度超过550C或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强 度和硬度降低。2 .消除铸件白口的高温石墨化退火铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能 差、易剥落。因此必须采用退火（或正火）的方

3、法消除白口组织。退火工艺为：加 热到550-950C保温25 h,随后炉冷到500550再出炉空冷。在高温保温 期间，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A,在随后护冷过程中二次渗碳体 和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从 而提高了切削加工性。3 .球铁的正火球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，均匀组织，以提 高铸件的机械性能。有时正火也是球铁外表淬火在组织上的准备、正火分高温正 火和低温正火。高温正火温度一般不超过950980C,低温正火一般加热到共 折温度区间820860。正火之后一般还需进行四人处理，以消除正火时产生 的内应力。4 .球铁的

4、淬火及回火为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到Afcl以上3050 （Afcl代表 加热时A形成终了温度），保温后淬入油中，得到马氏体组织。为了适当降低淬 火后的剩余应力，一般淬火后应进行回火，低温回火组织为回火马氏作加残留贝 氏体再加球状石墨。这种组织耐磨性好，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中 温回火温度为350500C回火后组织为回火屈氏体加球状石墨，适用于要求耐 磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温回火温度为500-60D,回火 后组织为回火索氏作加球状石墨，具有韧性和强度结合良好的综合性能，因此在 生产中广泛应用。5 .球铁的多温淬火球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较

5、好的塑性和韧性。多温淬火 加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A化、不残留F,同时也防止A晶粒长 大。加热温度一般采用Afcl以上3050C,等温处理温度为0350C以保证获 得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等温淬火后。41200 1400MPa, ak=33.6J/cm2, HRC = 4751。但应注意等温淬火后再加一道回火 工序。6 .外表淬火为了提高某些铸件的外表硬度、耐磨性及疲劳强度，可采用外表淬火。灰铸 铁及球铁铸件均可进行外表淬火。一般采用高（中）频感应加热外表淬火和电接触 外表淬火。7 .化学热处理对于要求外表耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处

6、 理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。铸铁热处理按工艺目的不同，铸铁热处理主要可以分为以下几种：（1）去应力退火热处理；（2）石墨化热处理；（3）改变基体组织热处理。本章 简要介绍上述热处理工艺的理论基础和工艺特点。第一节去应力退火热处理去应力退火就是将铸件在一定的温度下保温，然后缓慢冷却，以消除铸件中 的铸造残留应力。对于灰口铸铁，去应力退火可以稳定铸件几何尺寸，减小切削 加工后的变形。对于白口铸铁，去应力退火可以防止铸件在存放、运输和使用过 程中受到振动或环境发生变化时产生变形甚至自行开裂。一、铸造残留应力的产生铸件在凝固和以后的冷却过程中要发生体积收缩或膨胀，这种体积变化往往

7、受到外界和铸件各局部之间的约束而不能自由地进行，于是便产生了铸造应力。 如果产生应力的原因消除后，铸造应力随之消除，这种应力叫做临时铸造应力。 如果产生应力的原因消除后铸造应力仍然存在，这种应力叫做铸造残留应力。铸件在凝固和随后的冷却过程中，由于壁厚不同，冷却条件不同，其各局部 的温度和相变程度都会有所不同，因而造成铸件各局部体积变化量不同。如果此 时铸造合金已经处于弹性状态，铸件各局部之间便会产生相互制约。铸造残留应 力往往是这种由于温度不同和相变程度不同而产生的应力。二、去应力退火的理论基础研究说明，铸造残留应力与铸件冷却过程中各局部的温差及铸造合金的弹性 模量成正比。过去很长的时期里，人

8、们认为铸造合金在冷却过程中存在着弹塑性 转变温度，并认为铸铁的弹塑性转变温度为400左右。基于这种认识，去应力 退火的加热温度应是400C。但是，实践证明这个加热温度并不理想。近期的研 究说明，合金材料不存在弹塑性转变温度，即使处于固液共存状态的合金仍具有 弹性。为了正确选择去应力退火的加热温度，首先让我们看看铸铁在冷却过程中应 力的变化情况。图1是用应力框测定的灰铸铁冷却过程中粗杆内应力的变化曲 线。-L4-2.8图1灰铸铁应力变化曲线在a点前灰铸铁细杆已凝固完毕，粗杆处于共晶转变期，粗杆石墨化所产生 的膨胀受到细杆的阻碍，产生压应力，到达a点时，粗杆的共晶转变结束，应力 到达极大值。从a点

9、开始，粗杆冷却速度超过细杆，二者温差逐渐减小，应力随之减小， 到达b点时应力降为零。此后由于粗杆的线收缩仍然大于细杆，加上细杆进入共 析转变后石墨析出引起的膨胀，粗杆中的应力转变为拉应力。到达c点时粗杆共析转变开始，细杆共析转变结束，两杆温差再次增大，粗 杆受到的拉应力减小。到达d点时，粗杆受到的拉应力降为零，粗杆所受到的应力又开始转变为压 应力。从e点开始，粗杆的冷却速度再次大于细杆，两杆的温差再次减小，粗杆受 到的压应力开始减小。到达f点时，应力再度为零。此时两杆仍然存在温差，粗杆的收缩速度仍然 大于细杆，在随后的冷却过程中，粗杆所受到的拉应力继续增大。从上述分析可以看出，灰铸铁在冷却过程中有三次完全卸载（即应力等于零） 状态。如果在其最后一次完全卸载（即f点）时，对铸件保温，消除两杆的温差， 然后使其缓慢冷却，就会使两杆间的应力降到最小。对灰铸铁冷却过程中的应力 测定说明，灰铸铁最后一次完全卸载温度在550600C。这与实际生产中灰铸 铁的退火温度相近。