灰铸铁的热处理

灰铸铁的热处理

灰铸铁的热处理

退火

1.去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。

去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。

通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。

一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1.

2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。

若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。

（1）低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。

灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。

（2）高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。

正火

灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。

正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。

淬火与回火

1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。

对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。

随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。

灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。

石墨使铸铁的导热性降低，从而使它的淬透性下降，石墨越粗大，越多，这种影响越大。

2.回火为了避免石墨化，回火温度一般应低于550℃，回火保温时间按t=[铸件厚度（mm）/25]+1（h）计算。

3.等温淬火为了减小淬火变形，提高铸件综合力学性能，凸轮、齿轮、缸套等零件常采用等温淬火。

等温淬火的加热温度和保温时间与常规淬火工艺相同。

复习前课

铸铁的分类（P89～90）

§4-6工程铸铁

一、铸铁的石墨化

1．概述

铸铁是碳的质量分数W C＞2.11%的铁碳合金。它是以Fe、C、Si为主要组成元素，并比钢含有较高的S和P等杂质。碳在铸铁中，主要以石墨的形式存在。

石墨化：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程。

石墨化有两种方式：一种是在冷却

过程中，可以从液体和奥氏体中直接析

出石墨；另一种是在一定条件下由亚稳

定性的Fe3C分解出铁素体和稳定的石

墨。

双重相图：实践证明，铸铁在冷却

时，冷速越缓，析出石墨的可能性越大，

用Fe-G相图说明；冷速赶快，则析出

渗碳体的可能性越大，用Fe-Fe3C相图

图4-11 Fe－G与Fe－Fe3C双重相图说明。为便于比较和应用，习惯上把这两个相图合画在一起，称之为铁-碳合金双相

图。如图4-11所示。其中虚线表示稳定态（Fe-G ）相图，实线表示亚稳定态（Fe -Fe 3C ）相图，虚线与实线重合的线用实线画出。石墨化以哪一种方式进行，主要取决于铸铁的成分与保温冷却条件。

2．石墨化过程

按照Fe-G 相图，铸铁的石墨化过程分为三个阶段：

第一阶段石墨化 ①对于过共晶成分合金而言，铸铁液相冷至C'D'线时，结晶

出的一次石墨；②各成分铸铁，在1154℃（E'C'F'线）通过共晶反应形成的共晶石墨。即

共晶℃G A E 1154+−−→−'C L

第二阶段石墨化 在1154～738℃温度范围内，奥氏体沿E'S'线析出二次石墨。

即ⅡG

第三阶段石墨化 在738℃（P'S'K'线）,通过共析转变析出共析石墨。即

共析℃G F A P 738S +−−→−'

3．影响石墨化的主要因素

（1）化学成分 按对石墨化的作用，可分为促进石墨化的元素（C 、Si 、Al 、Cu 、

Ni 、Co 、P 等）和阻碍石墨化的元素（Cr 、W 、Mo 、V 、Mn 、S 等）两大类。

·C 和Si 是强烈促进石墨化的元素；S 是强烈阻碍石墨化的元素，而且还降低铁

液的流动性和促进高温铸件开裂；

·适量的Mn 既有利于珠光体基体形成，又能消除S 的有害作用；

·P 是一个促进石墨化不太强的元素，能提高铁液的流动性，但当其质量分数超

过奥氏体或铁素铁的溶解度时，会形成硬而脆的磷共晶，使铸铁强度降低，脆性增大。

总之，生产中，C 、Si 、Mn 为调节组织元素，P 是控制使用元素，S 属于限制元

素。

（2）石墨化温度 石墨化过程需要碳、铁原子的扩散，石墨化温度越低，原子

扩散越困难，因而石墨化进程越慢，或停止。尤其是第三阶段石墨化的温度较低，常常石墨化不充分。

（3）冷却速度 一定成分的铸铁，石墨化程度取决于冷却速度。冷速越慢，越利