灰铸铁的热处理

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1、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 550C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650C左右。通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550C为宜，低合金灰铸铁为600C, 高合金灰铸铁是可提高到650C,加热速度一般选用60120C/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，以免产生二次残余应

2、力，冷却速度一般控制在2040C/h,冷 却到200150C以下，可出炉空冷。一些灰铸铁件的去应力退火规示于表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

3、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+3050C，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+50100C的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度围，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

4、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+3 050C的温度，一般取 850900C，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500650C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

5、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550C，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（P8990）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WC2.11%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

6、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170(1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。DMlC心轴SO.77F+1込CI买疑出疣 t$oo a130090DU ()206700曲十石能（虔罐73H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3-0.叫 X碳体的可能性越大，用Fe-Fe3C相图说图4-11 Fe-G与FeFe3C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

7、表示稳定态（Fe-G）相图，实线表示亚稳定态（Fe-Fe3C）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：第一阶段石墨化对于过共晶成分合金而言，铸铁液相冷至CD线时，结晶出 的一次石墨；各成分铸铁，在1154C（ECF 线）通过共晶反应形成的共晶石墨。 即L 1154 C A + GCE共晶第二阶段石墨化 在1154738C温度围，奥氏体沿ES线析出二次石墨。即G第三阶段石墨化在738C（PSK线），通过共析转变析出共析石墨。即A - 738C F + GSP 共析3影响石墨化的主

8、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

9、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 于碳原子的扩散，促使石墨化进行。冷速越快，析出渗碳体的可能性就越大。这是由 于渗碳体的WC (6.69%)比石墨(100%)更接近于合金的WC (2.5%4.0%)影响冷却的因素主要有浇注温度、铸件壁厚、铸型材料等。当其它条件相同时， 提高浇注温度，可使铸型温度升高，冷速减慢；铸件壁厚越大，冷速越慢；铸型材料 导热性越差，冷速越慢。二、铸铁的组织与性能1铸铁的组织 通常铸铁的组织可以认为是由钢的基体与不同形状、

10、数量、大小及分布的石墨组成的。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。表4-23铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织名称石墨化程度显微组织第一阶段第二阶段第三阶段充分进行充分进行充分进行F+G灰铸铁充分进行充分进行部分进行F+P+G充分进行充分进行不进行P+G麻口铸铁部分进行部分进行不进行Le+P+G白口铸铁不进行不进行不进行Le+P+Fe3C2铸铁的性能 铸铁基体组织的类型和石墨的数量、形状、大小和分布状态决定了铸铁的性能。1 )石墨的影响石墨是碳的一种结晶形态，其碳的质量分数WC100%，具有简单六方晶格。 由于石墨的硬度为35HBS,ob约为20MPa，塑性和韧性极低，伸长率6接近

11、于零，从而导致铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均不如钢。并且石墨数量 越多，尺寸越大，分布越不均匀，对力学性能的削弱就越严重。其中片状石墨对基体的削弱作用和引起应力集中的程度最大；球状石墨对基体的割裂作用最小；团絮状石墨的作用居于二者之中。但石墨的存在，使铸铁具有优异的切削加工性能、良好的铸造性能和润滑作用 很好的耐磨性能和抗振性能，大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。（2）基体组织的影响对同一类铸铁来说，在其它条件相同的情况下，铁素体相的数量越多，塑性越好； 珠光体的数量越多，则抗拉强度和硬度越高。由于片状石墨对基体的强烈作用，所以 只有当石墨为团絮状、蠕虫状或球状时，改变铸铁基体

12、组织才能显示出对性能的影响。三、常用铸铁材料1普通灰铸铁普通灰铸铁俗称灰铸铁，简称灰铁。其生产工艺简单，铸造性能优良，在生产中 应用最为广泛，约占铸铁总量的 80%。（1）灰铸铁的成分、组织和性能一般铸铁含 WC = 2.7%3.6%, WSi= 1.02.2%, WMn=0.5%1.3%, WS0.15%, WpV0.3%。其组织有：铁素体灰铸铁（在铁素体基体上分布着片状石墨）；珠光体+ 铁素体灰铸铁（在珠光体+铁素体基体上分布着片状的石墨）；珠光体灰铸铁（在珠 光体基体上分布着片状的石墨）如图4-13 （a）、（b）、（c）所示。图 4-13 三种基体的灰铸铁灰铸铁组织相当于在钢的基体上分

13、布着片状石墨,因此,其基体的强度和硬度不 低于相应的钢。石墨的强度、塑性、韧性极低,在铸铁中相当于裂缝和孔洞,破坏了 基体金属的连续性,同时很容易造成应力集中。因此,灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧 性都明显低于碳钢。石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀,对基体的割裂作 用越严重。但是石墨片很细,尤其相互连接时,也会使承载面积显著下降。因此,石 墨片长度应以 0.030.25mm 为宜。石墨的存在,使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减 振性和切削加工性都高于碳钢，缺口敏感性也较低。灰铸铁的硬度和抗压强度主要取决于基体组织，而与石墨的存在基本无关。因此，灰铸铁的抗压强度约为抗拉强度3 4 倍。（2）灰铸

14、铁的牌号及用途灰铸铁的牌号由“ HT+数字”组成。其中“ HT ”是“灰铁”二字汉语拼音字首， 数字表示Omm试棒的最低抗拉强度值（MPa）。常用灰铸铁的牌号、力学性能及 用途见表 4-24。从表中可以看出，灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，铸件壁厚增加则强度降低， 这主要是由于壁厚增加使冷却速度降低，造成基体组织中铁素体增多而珠光体减少的 缘故。（3）灰铸铁的孕育处理浇注时向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁液的结晶条件， 以得到细小、均匀分布的片状石墨和细小的珠光体组织的方法，称为孕育处理。孕育处理时，孕育剂及它们的氧化物使石墨片均匀细化，并使铸铁的结晶过程几 乎在全部铁液中同

15、时进行，避免铸件边缘及薄壁处出现白口组织，使铸铁各个部位截 面上的组织与性能均匀一致，提高了铸铁的强度、塑性和韧性，同时也降低了灰铸铁 的断面敏感性。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，表4-24 中, HT250、HT300、HT350 即属于孕育铸铁，常用于制造力学性能要求较高，截面尺寸变化较大的大型铸件，如 汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等。（4）灰铸铁的热处理由于热处理仅能改变灰铸铁的基本组织，改变不了石墨形态，因此，用热处理来 提高灰铸铁的力学性能的效果不大。灰铸铁的热处理常用于消除铸件的应力和稳定尺 寸，消除铸件的白口组织、改善切削加工性，提高铸件表面的硬度及耐磨性。 时效处理形状复杂、厚薄不均的铸件在冷却过程中，由于各部位冷却速度不同，形成应力， 即削弱了铸件的强度，又使得在随后的切削加工中，因应力的重新分布而引起变形， 甚至开裂。因此，铸件在成形后都需要进行时效处理，尤其对一些大型、复杂或加工 精度较高的铸件（如机床床身、柴油机汽缸等），在铸造后、切削