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            鑄件定做首選鑄造廠

            鑄造廠怎么對灰鑄鐵進行熱處理?

            夏天的風2017-10-22 14:35

            [摘要]鑄造廠灰鑄鐵熱處理講解: 退火 1.去應力退火 為了消除鑄件的殘余應力,穩定其幾何尺寸,減少或消除切削加工后產生的畸變,需要對鑄件進行去應力退火。 去應力退火溫度的確定,必須考慮鑄鐵的化學成分。普通灰鑄鐵...

            鑄造廠灰鑄鐵熱處理講解:

            退火
            1.去應力退火 為了消除鑄件的殘余應力,穩定其幾何尺寸,減少或消除切削加工后產生的畸變,需要對鑄件進行去應力退火。
            去應力退火溫度的確定,必須考慮鑄鐵的化學成分。普通灰鑄鐵當溫度起過550℃時,即可能發生部分滲碳體的石墨化和;,使強度和硬度降低。當含有合金元素時,滲碳體開始分解的溫度可提高到650℃左右。
            通常,普通灰鑄鐵去應力退火溫度以550℃為宜,低合金灰鑄鐵為600℃,高合金灰鑄鐵是可提高到650℃,加熱速度一般選用60~120℃/h.保溫時間決定于加熱溫度、鑄件的大小和結構復雜程度以及對消除應力程度的要求。 鑄件去應力退火的冷卻速度必須緩慢,以免產生二次殘余內應力,冷卻速度一般控制在20~40℃/h,冷卻到200~150℃以下,可出爐空冷。
            一些灰鑄鐵件的去應力退火規范示于表1.
            2.石墨化退火 灰鑄鐵件進行石墨化退火是為了降低硬度,改善加工性能,提高鑄鐵的塑性和韌性。
            若鑄件中不存在共晶滲碳體或其數量不多時,可進行低溫石墨化退火;當鑄件中共晶滲碳體數量較多時,須進行高溫石墨化退火。
            (1)低溫石墨化退火,鑄鐵低溫退火時會出現共析滲碳體石墨化與;,從而使鑄件硬度降低,塑性增加。
            灰鑄鐵低溫石墨化退火工藝是將鑄件加熱到稍低于Ac1下限溫度,保溫一段時間使共析滲碳體分解,然后隨爐冷卻。
            (2)高溫石墨化退火,高溫石墨化退火工藝是將鑄件加熱至高于Ac1上限以上的溫度,使鑄鐵中的自由滲碳體分解為奧氏體和石墨,保溫一段時間后根據所要求的基體組織按不同的方式進行冷卻。

            正火
            灰鑄鐵正火的目的是提高鑄件的強度、硬度和耐磨性,或作為表面淬火的預備熱處理,改善基體組織。一般的正火是將鑄件加熱到Ac上限+30~50℃,使原始組織轉變為奧氏體,保溫一段時間后出爐空冷。形狀復雜的或較重要的鑄件正火處理后需再進行消除內應力的退火。如鑄鐵原始組織中存在過量的自由滲碳體,則必須先加熱到Ac1上限+50~100℃的溫度,先進行高溫石墨化以消除自由滲碳體在正火溫度范圍內,溫度愈高,硬度也愈高。因此,要求正火后的鑄鐵具有較高硬度和耐磨性時,可選擇加熱溫度的上限。
            正火后冷卻速度影響鐵素體的析出量,從而對硬度產生影響。冷速愈大,析出的鐵素體數量愈少,硬度愈高。因此可采用控制冷卻速度的方法)(空冷、風冷、霧冷),達到調整鑄鐵硬度的目的。

            淬火與回火
            1.淬火 鑄鐵淬火工藝是將鑄件加熱到Ac1上限+30~50℃的溫度,一般取850~900℃,使組織轉變成奧氏體,并在此溫度下保溫,以增加碳在奧氏體中的溶解度,然后進行淬火,通常采用油淬。
            對于形狀復雜或大型鑄件應緩慢加熱,必要時可在500~650℃預熱,以避免不均勻加熱而造成開裂。
            隨奧氏體化溫度升高,淬火后的硬度越高,但過高的奧氏體化溫度,不但增加鑄鐵變形和開裂的危險,并產生較多的殘留奧氏體,使硬度下降。
            灰鑄鐵的淬透性與石墨大小、形狀、分布、化學成分以及奧氏體晶粒度有關。
            石墨使鑄鐵的導熱性降低,從而使它的淬透性下降,石墨越粗大,越多,這種影響越大。
            2.回火 為了避免石墨化,回火溫度一般應低于550℃,回火保溫時間按t=[鑄件厚度(mm)/25]+1(h)計算。
            3.等溫淬火 為了減小淬火變形,提高鑄件綜合力學性能,凸輪、齒輪、缸套等零件常采用等溫淬火。
            等溫淬火的加熱溫度和保溫時間與常規淬火工藝相同。
            復習前課
            鑄鐵的分類(P89~90)
            §4-6工程鑄鐵

            一、 鑄鐵的石墨化
            1.概述
            鑄鐵是碳的質量分數WC>2.11%的鐵碳合金。它是以Fe、C、Si為主要組成元素,并比鋼含有較高的S和P等雜質。碳在鑄鐵中,主要以石墨的形式存在。
            石墨化:鑄鐵中的碳以石墨的形式析出的過程。
            石墨化有兩種方式:一種是在冷卻過程中,可以從液體和奧氏體中直接析出石墨;另一種是在一定條件下由亞穩定性的Fe3C分解出鐵素體和穩定的石墨。
            雙重相圖:實踐證明,鑄鐵在冷卻時,冷速越緩,析出石墨的可能性越大,用Fe-G相圖說明;冷速趕快,則析出滲碳體的可能性越大,用Fe-Fe3C相圖說明。為便于比較和應用,習慣上把這兩個相圖合畫在一起,稱之為鐵-碳合金雙相圖。如圖4-11所示。其中虛線表示穩定態(Fe-G)相圖,實線表示亞穩定態(Fe    -Fe3C)相圖,虛線與實線重合的線用實線畫出。石墨化以哪一種方式進行,主要取決于鑄鐵的成分與保溫冷卻條件。
            2.石墨化過程
            按照Fe-G相圖,鑄鐵的石墨化過程分為三個階段:
            第一階段石墨化、賹τ谶^共晶成分合金而言,鑄鐵液相冷至C'D'線時,結晶出的一次石墨;②各成分鑄鐵,在1154℃(E'C'F'線)通過共晶反應形成的共晶石墨。即
            第二階段石墨化 在1154~738℃溫度范圍內,奧氏體沿E'S'線析出二次石墨。即
            第三階段石墨化 在738℃(P'S'K'線),通過共析轉變析出共析石墨。即
            3.影響石墨化的主要因素
            (1)化學成分 按對石墨化的作用,可分為促進石墨化的元素(C、Si、Al、Cu、Ni、Co、P等)和阻礙石墨化的元素(Cr、W、Mo、V、Mn、S等)兩大類。
            ·C和Si是強烈促進石墨化的元素;S是強烈阻礙石墨化的元素,而且還降低鐵液的流動性和促進高溫鑄件開裂;
            ·適量的Mn既有利于珠光體基體形成,又能消除S的有害作用;
            ·P是一個促進石墨化不太強的元素,能提高鐵液的流動性,但當其質量分數超過奧氏體或鐵素鐵的溶解度時,會形成硬而脆的磷共晶,使鑄鐵強度降低,脆性增大。
            總之,生產中,C、Si、Mn為調節組織元素,P是控制使用元素,S屬于限制元素。
            (2)石墨化溫度 石墨化過程需要碳、鐵原子的擴散,石墨化溫度越低,原子擴散越困難,因而石墨化進程越慢,或停止。尤其是第三階段石墨化的溫度較低,常常石墨化不充分。
            (3)冷卻速度 一定成分的鑄鐵,石墨化程度取決于冷卻速度。冷速越慢,越利于碳原子的擴散,促使石墨化進行。冷速越快,析出滲碳體的可能性就越大。這是由于滲碳體的WC(6.69%)比石墨(100%)更接近于合金的WC(2.5%~4.0%)
            影響冷卻的因素主要有澆注溫度、鑄件壁厚、鑄型材料等。當其它條件相同時,提高澆注溫度,可使鑄型溫度升高,冷速減慢;鑄件壁厚越大,冷速越慢;鑄型材料導熱性越差,冷速越慢。

            二、鑄鐵的組織與性能
            1.鑄鐵的組織 通常鑄鐵的組織可以認為是由鋼的基體與不同形狀、數量、大小及分布的石墨組成的。石墨化程度不同,所得到的鑄鐵類型和組織也不同。
            表4-23鑄鐵經不同程度石墨化后所得到的組織
            名       稱  石 墨 化 程 度  顯微組織 
            第一階段  第二階段  第三階段 
            灰鑄鐵 充分進行 
            充分進行 
            充分進行 
            充分進行 
            充分進行 
            充分進行 
            充分進行 
            部分進行 
            不進行 
            F+G
            F+P+G
            P+G
            麻口鑄鐵 部分進行  部分進行  不進行  Le'+P+G
            白口鑄鐵 不進行  不進行      不進行  Le'+P+Fe3C
            2.鑄鐵的性能 鑄鐵基體組織的類型和石墨的數量、形狀、大小和分布狀態決定了鑄鐵的性能。
            (1)石墨的影響
            石墨是碳的一種結晶形態,其碳的質量分數WC≈100%,具有簡單六方晶格。
            由于石墨的硬度為3~5HBS,σb約為20MPa,塑性和韌性極低,伸長率δ接近于零,從而導致鑄鐵的力學性能如抗拉強度、塑性、韌性等均不如鋼。并且石墨數量越多,尺寸越大,分布越不均勻,對力學性能的削弱就越嚴重。其中
            ·片狀石墨對基體的削弱作用和引起應力集中的程度最大;
            ·球狀石墨對基體的割裂作用最小;
            ·團絮狀石墨的作用居于二者之中。
            但石墨的存在,使鑄鐵具有優異的切削加工性能、良好的鑄造性能和潤滑作用、很好的耐磨性能和抗振性能,大量石墨的割裂作用,使鑄鐵對缺口不敏感。
            (2)基體組織的影響
            對同一類鑄鐵來說,在其它條件相同的情況下,鐵素體相的數量越多,塑性越好;珠光體的數量越多,則抗拉強度和硬度越高。由于片狀石墨對基體的強烈作用,所以只有當石墨為團絮狀、蠕蟲狀或球狀時,改變鑄鐵基體組織才能顯示出對性能的影響。

            三、常用鑄鐵材料
            1.普通灰鑄鐵
            普通灰鑄鐵俗稱灰鑄鐵,簡稱灰鐵。其生產工藝簡單,鑄造性能優良,在生產中應用最為廣泛,約占鑄鐵總量的80%。
            (1)灰鑄鐵的成分、組織和性能
            一般鑄鐵含WC=2.7%~3.6%,WSi=1.0~2.2%,WMn=0.5%~1.3%,WS<0.15%,WP<0.3%。其組織有:鐵素體灰鑄鐵(在鐵素體基體上分布著片狀石墨);珠光體+鐵素體灰鑄鐵(在珠光體+鐵素體基體上分布著片狀的石墨);珠光體灰鑄鐵(在珠光體基體上分布著片狀的石墨)如圖4-13(a)、(b)、(c)所示。
            圖4-13 三種基體的灰鑄鐵
            灰鑄鐵組織相當于在鋼的基體上分布著片狀石墨,因此,其基體的強度和硬度不低于相應的鋼。石墨的強度、塑性、韌性極低,在鑄鐵中相當于裂縫和孔洞,破壞了基體金屬的連續性,同時很容易造成應力集中。因此,灰鑄鐵的抗拉強度、塑性及韌性都明顯低于碳鋼。石墨片的數量越多、尺寸越大、分布越不均勻,對基體的割裂作用越嚴重。但是石墨片很細,尤其相互連接時,也會使承載面積顯著下降。因此,石墨片長度應以0.03~0.25mm為宜。石墨的存在,使灰鑄鐵的鑄造性能、減摩性、減振性和切削加工性都高于碳鋼,缺口敏感性也較低;诣T鐵的硬度和抗壓強度主要取決于基體組織,而與石墨的存在基本無關。因此,灰鑄鐵的抗壓強度約為抗拉強度3~4倍。
            (2)灰鑄鐵的牌號及用途
            灰鑄鐵的牌號由“HT+數字”組成。其中“HT”是“灰鐵”二字漢語拼音字首,數字表示φ30mm試棒的最低抗拉強度值(MPa)。常用灰鑄鐵的牌號、力學性能及用途見表4-24。
            從表中可以看出,灰鑄鐵的強度與鑄件的壁厚有關,鑄件壁厚增加則強度降低,這主要是由于壁厚增加使冷卻速度降低,造成基體組織中鐵素體增多而珠光體減少的緣故。
            (3)灰鑄鐵的孕育處理
            澆注時向鐵液中加入少量孕育劑(如硅鐵、硅鈣合金等),改變鐵液的結晶條件,以得到細小、均勻分布的片狀石墨和細小的珠光體組織的方法,稱為孕育處理。
            孕育處理時,孕育劑及它們的氧化物使石墨片均勻細化,并使鑄鐵的結晶過程幾乎在全部鐵液中同時進行,避免鑄件邊緣及薄壁處出現白口組織,使鑄鐵各個部位截面上的組織與性能均勻一致,提高了鑄鐵的強度、塑性和韌性,同時也降低了灰鑄鐵的斷面敏感性。經孕育處理后的鑄鐵稱為孕育鑄鐵,表4-24中,HT250、HT300、HT350即屬于孕育鑄鐵,常用于制造力學性能要求較高,截面尺寸變化較大的大型鑄件,如汽缸、曲軸、凸輪、機床床身等。
            (4)灰鑄鐵的熱處理
            由于熱處理僅能改變灰鑄鐵的基本組織,改變不了石墨形態,因此,用熱處理來提高灰鑄鐵的力學性能的效果不大;诣T鐵的熱處理常用于消除鑄件的內應力和穩定尺寸,消除鑄件的白口組織、改善切削加工性,提高鑄件表面的硬度及耐磨性。
            ① 時效處理
            形狀復雜、厚薄不均的鑄件在冷卻過程中,由于各部位冷卻速度不同,形成內應力,即削弱了鑄件的強度,又使得在隨后的切削加工中,因應力的重新分布而引起變形,甚至開裂。因此,鑄件在成形后都需要進行時效處理,尤其對一些大型、復雜或加工精度較高的鑄件(如機床床身、柴油機汽缸等),在鑄造后、切削加工前,甚至在粗加工后都要進行一次時效退火。
            傳統的時效處理一般有自然時效和人工時效。自然時效是將鑄件長期放置在室溫下以消除其內應力的方法;人工時效是將鑄件重新加熱到530~620℃,經長時間保溫(2~6h)后在爐內緩慢冷卻至200℃以下出爐空冷的方法。經時效退火后可消除90%以上的內應力。時效退火溫度越高,鑄件殘余應力消除越顯著,鑄件尺寸穩定性越好,但隨著時效溫度的提高,時效后鑄件力學性能會有所下降。
            振動時效是目前生產中用來消除內應力的一種新方法。它是用振動時效設備,按照振動時效技術國家標準,使金屬工件在半小時內,進行近十萬次較大振幅的低頻亞共振振動,使之產生微觀塑性變形,從而降低和均化殘余應力,防止工件在使用過程中的變形。由于振動時效所需時間短(半小時),成本低(一度電和幾元錢),效果好,而且能隨時隨地多次進行,既不降低硬度和強度,又無煙塵環境污染和氧化皮,所以廣泛用于鑄件、焊件和機加工件的時效處理,被譽為理想的無成本時效技術。
            ② 石墨化退火
            石墨化退火一般是將鑄件以70~100℃/h的速度加熱至850~900℃,保溫2~5h(取決于鑄件壁厚),然后爐冷至400~500℃后空冷。目的是消除灰鑄鐵件表層和薄壁處在澆注時產生的白口組織。
            ③ 表面熱處理
            有些鑄件,如機床導軌、缸體內壁等,表面需要高的硬度和耐磨性,可進行表面淬火處理,如高頻表面淬火,火焰表面淬火和激光加熱表面淬火等。淬火前鑄件需進行正火處理,以保證獲得大于65%以上的珠光體組織,淬火后表面硬度可達50~55HRC。
            2.球墨鑄鐵
            球墨鑄鐵是石墨呈球狀的灰鑄鐵。它是在澆注前向砂灰鑄鐵液中加入球化劑和孕育劑,而獲得具有球狀石墨的鑄鐵。
            球化劑:能使石墨結晶成球狀的物質。
            常用球化劑:鎂、稀土和稀土鎂合金。
            孕育劑:硅鐵合金。
            孕育處理的目的:首先是促進石墨化,其次是改善石墨的結晶條件,使石墨球徑變小,數量增多,形狀圓整、分布均勻,顯著改善了其力學性能。
            (1)球墨鑄鐵的成分、組織和性能(自閱回答問題)
            球墨鑄鐵的成分中,C、Si的質量分數較高,Mn的質量分數較低,S、P質量分數限制很嚴,同時含有一定量的Mg和稀土元素。球墨鑄鐵常見的基體組織有鐵素體、鐵素體+珠光體和珠光體三種。通過合金化和熱處理后,還可獲得下貝氏體、馬氏體、托氏體、索氏體和奧氏體等基體組織的球墨鑄鐵。
            在石墨球的數量、形狀、大小及分布一定的條件下,珠光體球墨鑄鐵的抗拉強度比鐵素體球墨鑄鐵高50%以上,而鐵素體球墨鑄鐵的伸長率是珠光體球墨鑄鐵的3~5倍。鐵素體+珠光體基體的球墨鑄鐵性能介于二者之間。經熱處理后以馬氏體為基的球墨鑄鐵具有高硬度、高強度,但韌性很低;以下貝氏體為基的球墨鑄鐵具有優良的綜合力學性能。石墨球越細小,分布越均勻,越能充分發揮基體組織的作用。
            球墨鑄鐵的金屬基體強度的利用率可以高達70%~90%,而普通灰鑄鐵僅為30%~50%。同其它鑄鐵相比,球墨鑄鐵強度、塑性、韌性高,屈服強度也很高。屈強比可達0.7~0.8,比鋼約高一倍,疲勞強度可接近一般中碳鋼,耐磨性優于非合金鋼,鑄造性能優于鑄鋼,加工性能幾乎可與灰鑄鐵媲美。因此,球墨鑄鐵在工農業生產中得到越來越廣泛的應用,但其熔煉工藝和鑄造工藝要求較高,有待于進一步改進。
            (2)球墨鑄鐵的牌號及用途
            球墨鑄鐵的牌號由“QT+數字-數字”組成。其中“QT”是“球鐵”二字漢語拼音字首,其后的第一組數字表示最低抗拉強度(MPa),第二組數字表示最小斷后伸長率(%)。球墨鑄鐵的牌號、力學性能和用途舉例見表4-25。

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