铸钢件热处理作业指导书

热处理作业指导书

1.目的

保证热处理质量。

2.热处理方式

按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。

3.热处理操作要求

．退火

退火是将铸钢件加热到Acs 以上20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理工艺。退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。适用于所有牌号的铸钢件。图1—1为几种退火处理工艺的加热规范示意图。表l—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用。表1-2铸钢件退火工艺及退火后的硬度。

图1—1为几种退火处理工艺的加热规范示意图

表l—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用

表1-2铸钢件退火工艺及退火后的硬度

．正火

正火是将铸钢件目口热到Ac。温度以上30～50o C 保温，使之完全奥氏体化，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。图1—2为碳钢的正火温度范围示意图。表1-3铸钢件正火工艺及退火后的硬度，表1-4常用低合金铸件正火或正火+回火工艺及硬度。正火的目的是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也司作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火的铸钢强度稍高于退火铸钢，其珠光体组织较细。一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。

图1—2为碳钢的正火温度范围示意图

正火可消除共析铸钢和过共析铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火；可作为中碳钢以及合金结构钢淬火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组织，从而减少铸件在淬火时产生的缺陷。

表1-3铸钢件正火工艺及退火后的硬度

表1-4常用低合金铸件正火或正火+回火工艺及硬度

．淬火

淬火是将零件加热到奥氏体化后(Ac。或Ac＆#8226;以上)，保持一定时间后以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。常见的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。零件淬火后应及时进行回火处理，以消除淬火应力及获得所需综合力学性能。图1—3为淬火回火工艺示意图。

表1-5零件淬火、回火工艺及硬度。

图1—3为淬火回火工艺示意图

淬火工艺的主要参数：

(1)淬火温度：淬火温度取决于钢的化学成分和相应的临界温度点。图1—3为铸钢件淬火工艺温度范围示意图。原则上，亚共析钢淬火温度为Ac。以上20～30oC，常称之为完全淬火。共析及过共析铸钢在Ac。以上30～50oC 淬火，即所谓亚临界淬火或两相区淬火。这种淬火也可用于亚共析钢，所获得的组织较一般淬火的细，适用于低合金铸钢件韧化处理。(2)淬火介质：淬火的目的是得到完全的马氏体组织。为此，零件淬火时的冷却速率必须大于铸钢的临界冷却速率。否则不能获得马氏体组织及其相应的性能。但冷却速率过高易于导致铸件变形或开裂。为了同时满足上述要求，应根据零件的材质选用适当的淬火介质，或采用其他冷却方法(如分级冷却等)。在650～400oC 区间钢的过冷奥氏体等温转变速率最快，因此零件淬火时应保证在此温度内快冷。在Ms 点以下希望冷却缓慢一些，

以防止淬火变形或开裂。淬火介质通常采用火、水溶液、油和空气。在分级淬火或等温淬火时，采用热油、熔融金属、熔盐或熔碱等。

表1-5铸钢件淬火、回火工艺及硬度

．回火

回火是将淬火或正火后的铸钢件加热到Ac，以下的某一选定温度，保温一定时间后，以适宜的速率冷却，使淬火或正火后得到的不稳定组织转变为稳定组织，消除淬火(或正火)应力以及提高铸钢的塑性和韧性的一种热处理工艺。通常淬火加高温回火处理的工艺称之为调质处理。淬火后的铸钢件必须及时进行回火，而正火后的铸钢件必要时才予以回火处理。回火后铸钢件的性能取决于回火温度、时间及次数。随着回火温度的提高和时间的延长，除使铸钢件的淬火应力消除外，还使不稳定的淬火马氏体转变成回火马氏体、托氏体或索氏体，使铸钢的强度和硬度降低，而塑性显着地提高。对一些含有强烈形成碳化物的合金元素(如铬、

钼、钒和钨等)的中合金铸钢，在400～500oC 回火时出现硬度升高、韧性下降的现象，称为二次硬化，即回火状态铸钢的硬度达到最大值。一般有二次硬化特性的中合金铸钢需要进行多次(1～3次)回火处理。铸钢件的回火按温度不同可分为低温回火和高温回火。

(1)低温回火：一般在150～250oC 温度范围内进行。回火后可空冷、油冷或水冷。其目的是在保留铸件高强度和硬度的条件下，消除淬火应力。主要用于渗碳、表面淬火及要求高硬度的耐磨铸钢件。

(2)高温回火：高温回火温度为500～650oC，保温适当时间后冷却。主要用于在淬火或正火后调铸钢的组织，使之兼有高强度和良好韧性的碳钢和低、中合金钢铸件。回火脆性是制定合金钢铸件回火工艺时必须注意的问题。在下列两个温度范围内均可发生。在250～400oC 发生的脆性：经淬火成为马氏体组织的铸钢，在此温度范围内都会产生回火脆性。如稍高于此脆性温度区回火，则可消除此回火脆性。而且以后再在上述温度范围内回火时，也不会再出现回火脆性，故常称之为第一类回火脆性。在400～500oC(甚至650oC)发生的脆性：这对多数低合金铸钢都会发生，即发生铸钢的

高温回火脆性。如将已在此温度范围内产生脆性的铸钢件再加热到

600oC(或650oC)以上，之后在水或油中快冷，即可消除此种脆性。然而已消除脆性的铸件，如又加热到产生回火脆性的温度，脆性又会出现。这常称之为第二类回火脆性。

．固溶处理

固溶处理是将铸件加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快速冷却以获得过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的主要目的是使碳化物或其他析出相溶解于固溶体中，获得过饱和的单相组织。一般奥氏体不锈耐热钢、奥氏体锰钢及沉淀硬化不锈耐热钢铸件均需经固溶处理。固溶温度的选择取决于钢种的化学成分和相图。奥氏体锰钢铸件一般为

1000～1100oC；奥氏体镍铬不锈钢铸件为1000～1250oC。铸钢中含碳量越高，难熔合金元素越多，则其固溶温度应越高。含铜的沉淀硬化铸钢，由于铸态有硬质富铜相在冷却过程中沉淀，致使铸钢件硬度升高。为软化组