铸件热处理工艺及作业指导书主

前提：本作业指导书系建蓓铸造有限公司的核心工艺文件之一。

它针对公司产品实现的第三个特殊过程(见《公司质量手册》章节号之4.1.7)提出了系统完整的操作、控制规定，必须得到充分严格贯彻执行。

本作业指导书所取参数，主要源于化工出版社的《钢铁热处理实用技术》。

* 本作业指导书中打“*”并用楷体注明的文字，是警/提示内容，也可作为执行条款。

1.灰铸铁的退火、正火热处理工艺
1.1消除内应力退火(人工时效)工艺
灰铸铁消除内应力退火(人工时效)热处理工艺适用范围
1.较薄、故冷却速度较快的灰铁件；
2.形状复杂、截面变化较大的铸件；
3.需进行机加工的大型铸件；
4.经过少量焊修，因而局部积累些许焊
应力的铸件。

* 加热温度越高，应力消除越快。

但温度过高，则易发生石墨化与珠光体球化而使性能降低，尤其是含Si量较高时；
* 保温时间一般按炉内铸件平均壁厚的5min/mm计算。

形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热；
* 保温时间终了，以30~50℃/h的速率在炉内缓冷，冷却至150~200℃出炉冷却(空冷)。

1.2软化退火和正火工艺
灰铸铁软化退火和正火热处理工艺适用范围
* 保温时间一般按炉内铸件平均壁厚的5min/mm计算。

形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。

2.球墨铸铁的退火、正火(+回火)和调质热处理工艺
高温退火
当铸态组织为铁素体+珠光体+渗碳体+石墨时，必须采用高温退火工艺：
适用范围
1.获得铁素体球墨铸铁；
2.分解渗碳体和珠光体，提高机械性能；
3.改善加工性能，使工件容易加工且不
易变形。

* 退火温度越高，渗碳体组织分解速度越快，白口现象越易消除。

但温度过高将使铸件机械性能反而变坏，发生变形和表面氧化失碳，故须严格控制温度上限。

* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算，铸件白口深度大、渗碳体组织成分多时，应适当增加保温时间。

* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。

保温终了，以60~80℃
/h的速率在炉内缓冷，至600℃后出炉空冷。

低温退火
当铸态组织为铁素体+珠光体+石墨(没有渗碳体)时，只需采用低温退火工艺：
球墨铸铁低温退火热处理工艺
适用范围
1.获得铁素体球墨铸铁；
2.分解渗碳体和珠光体，提高机性能；
3.改善加工性能。

* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。

保温终了，以60~80℃/h的速率在炉内缓冷，至600℃后出炉空冷。

正火+回火
球墨铸铁正火+回火热处理工艺适用范围
1.获得珠光体基体组织(P可达70%以上)；
2.增加珠光体分散度，细化组织金相；
3.提高强度、硬度和耐磨性。

* 保温时间也可按炉内铸件每15mm 的有效厚度、需要保温1~2h 计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h 的速率缓慢加热。

正火保温终了即进行空气冷却或吹风强制冷却；
* 由于正火的冷却速率较大，会导致铸件产生热处理应力。

故应在正火后的24h 内进行以消除铸件内应力为目的的回火热处理。

回火保温终了，铸件在静止空气中冷却。

调质热处理
球墨铸铁调质热处理工艺
适用范围
1.获得回火索氏体+石墨组织；
2.使材质性能得到最大程度的提升。

获得较高的综合机械性能；
3.技术性能要求很高的大型球铁件。

* 保温时间也可按炉内铸件每
15mm 的有效厚度、需要保温1~2h 计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h 的速率缓慢加热。

正淬保温终了要迅即入水(复杂铸件用油淬)。

入淬时要控制介质温度不宜过高(最好控制在20℃左右，可用冷却塔使介质及时冷却)； * 淬火形成较大的调质应力，故应在正火后的12h 内完成回火热处理。

回火保温终了，铸件可采用空冷、油冷，但绝不可采用炉冷(缓冷将使冲击值陡降)。

3. 合金铸铁的稳定化(人工时效)和软化退火、正+回热处理工艺 3.1 稳定化消除内应力退火(人工时效)工艺 合金铸铁稳定化退火(人工时效)热处理工艺
适用范围
1.高Cr 抗磨白口铸铁、耐热铸铁等合金铸铁件消除铸应力；
2. 经过少量焊修，因而局部积累些许焊应力的合金铸铁件；
3.需进行机加工的大型合金铸铁件。

* 保温时间也可按炉内铸件每15mm 的有效厚度、需要保温1h 计算；
* 装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/h 。

保温终了炉内冷却速率控制在30~50℃/h ，避免形成新的热应力。

* 出炉空冷，可根据需要采用风冷或静态空气冷却。

前者表面硬度较高，后者表面硬度较低。

合金铸铁软化退火热处理工艺
适用范围
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm 的有效厚度、需要保温1h 计算；
* 装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/
h 。

第一次和第二次保温终了炉内冷却速率控制在30~50℃/h ，分别缓冷至700~750℃和600℃温点。

* 出炉空冷，可根据需要采用风冷或静态空气冷却。

前者表面硬度较高，后者表面硬度较低。

正火+回火
合金铸铁正火+回火热处理工艺
适用范围
1.获得良好的金相组织和材质稳定性；
2.使材质综合性能得到提升。

获得较高的综合机械性能；
3.有严格力学性能要求的合金铸铁件。

* 保温时间也可按炉内铸件每15mm 的有效厚度、需要保温1h 计算；
* 正火温度根据合金成分分别取上、下限：如kmTBCr26取上限、kmTBCr15Mo2-DT 取下限。

装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/h 。

* 出炉空冷通常采取静态空冷。

4. 亚共析碳钢完全退火和正火+回火热处理工艺 完全退火
亚共析钢完全退火热处理工艺
适用范围
* 保温时间按炉内铸件最厚壁处的每25mm 保温1h 计算，当壁厚超过75mm ，则超过部分按每50mm 保温1h 叠加；
Ex ：某炉内装的亚共析钢铸件的最厚壁厚为150mm ，则其热处理保温时间应为：
3+［150-(3×25)］/50=小时
* 升温速率：一般 (厚薄相对均匀、结构简单)铸钢件，可以每小时100~150
℃的速率升温。

复杂(厚
薄差异大、结构复杂)铸钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上可全速升温。

* ≤300℃出炉后，通常采取静态空冷。

正火+回火
亚共析钢正火+回火热处理工艺
适用范围
1.对力学性能有较高要求的碳钢铸件；
2.材质性能比完全退火得到更大程度的提升。

获得较高的综合机械性能；
3. 经过大面积焊修的铸钢件，可以直接进行回火处理。

* 正火和回火的保温时间均按炉内铸件最厚壁处的每25mm 保温1h 计算，当壁厚超过75mm ，则超过部分按每50mm 保温1h 叠加；
* 升温速率：一般 (厚薄相对均匀、结构简单)铸钢件，可以每小时100~150℃的速率升温。

复杂(厚
薄差异大、结构复杂)铸钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上可全速升温。

* 正火保温终了，通常采用强风快冷方式，回火保温终了，炉冷至≤300℃出炉后，通常采取静态空冷。

5.高锰钢的正火及调质热处理工艺
* 严格控制温度，高锰钢热处理温度过高，会导致铸件表面严重失碳，奥氏体晶粒和晶界上析出共晶碳化物，且无法用后续热处理消除，将造成铸件直接报废。

* 升温速率：一般(厚薄相对均匀、结构简单)锰钢件，可以每小时80~100℃的速率升温。

复杂(厚薄差异大、结构复杂)锰钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上每小时80~100℃的速率升温。

* 铸件必须在>950℃时入淬，水温不应高于40℃，否则淬火效果将明显衰减。

铸件出水温度应≤80℃。

6. 铬系钢的完全退火、正火及调质热处理工艺
铬系钢完全退火和正火及调质热处理工艺
* 正火、淬火和回火的保温时间均按炉内铸件最厚壁处的每25mm保温1h计算，当壁厚超过75mm，则超过部分按每50mm保温1h叠加；
a) 低温回火：150~250℃，获得回火马氏体，适用于要求高硬度、高耐磨性、且具一定韧性的铸件； b) 中温回火：350~500℃，获得回火曲氏体，适用于具有很高弹性极限(如弹簧钢)的铸件；
c) 高温回火：550~650℃，获得回火索氏体，适用于要求较高韧性和良好的综合机械性能的铸件，是
各钢种最常用的回火工艺。

* 上表未涵盖的稀有铬系钢种的热处理类型和加热温度，可查阅《铸造工程师手册》获得准确数据； * 铬系钢包括含有Mn 、P
、N 等元素的钢种，退火、正火和回火后，不可在500~550℃的温段缓慢冷却(宜采取快速空冷)，以防止出现回火脆性。

如需要消除由快速冷却所积淀的回火应力时，可增加一次低温回火。

7. 低合金钢的完全退火、正火及调质热处理工艺
* 低合金钢热处理的各项具体技术要求可参考铬系钢的相关条款。

厚壁件、大件应放置于台车靠近电阻丝的位置(极端高温区)。

铸件带有钢印标记或其它需要特别保护的标识，为防止标记和标识被高温过度氧化而遭破坏，进炉
前应用火坭或红坭浆对钢印、重要标识涂层保护。

若炉门的密封度较差，则进炉并关闭炉门后，应用火坭嵌封炉门间隙。

10. 装炉计划、热处理炉号和记录规定
装炉计划
10.1.1 对力学性能有严格要求的铸件，必须按同牌号、同目的原则，同炉热处理。

10.1.2 对力学性能有通常要求的铸件，允许不同牌号、但热处理工艺(温度和保温时间)要求基本相同
的铸件同炉热处理。

此时应按能适应不同牌号铸件的共点温度和时间，来设定热处理形式、升温速度、保温温度和时间。

10.1.3 高牌号灰铁、球铁件和铬系钢铸件，必须同牌号同炉热处理。

热处理炉号的编排、使用
10.2.1热处理炉号由设备号、短杠和6位数表示的
a．设备号：热处理设备编号(A炉或B炉)；
b．年份：公历的后2位数(2009年表示为09)；
c．月份和日期：均以2位数表示(十位数不足的缀
0)。

* 如上图热处理炉号表示的意义为：2009年2月9日由A炉承担的热处理内容。

10.2.2 热处理工作任务单可在热处理温度自动盘式记录的空白背页填写，内容应包括：
a) 进炉铸件的名称(图号)、牌号和件数；
b) 热处理工艺形式(热处理种类)和工艺要求简述(热处理温度曲线图)；
c) 热处理操作者(签署)；
d) 热处理完成后，品质保证部的检验结论和检验章。

10.2.3 热处理炉号使用于具有可追溯性的质量记录，包括：热处理工作任务单、热处理温度自动记
录(盘式)。

10.2.4热处理工作任务单、热处理温度自动记录，作业结束后交品质保证部存档，保存期为5年。