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相图说

图4-11 Fe－G与Fe－Fe3C双重相图明。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