热处理对铸铁组织的影响分析

热处理对铸铁组织的影响分析 摘要 本文对铸铁的热处理的一般工艺进行 了阐述 分析了铸铁热处理的独特特点 此外 本文 还重点介绍了不同铸铁的不同热处理工艺及其原因 并对分级淬火热处理方式做了讲述 以期提高相关人 员对铸铁热处理的认知 关键词 铸铁组织 热处理 分级保温 中图分类号 G642 文献标识码 A 文章 编号 2095 3089 2015 11 0230 01 铸铁是一种碳含量大于 2 11 的铁碳合金 作为 一种在工业上使用最为广泛的基础材料 其在现代制 造中已经被广泛的使用在汽车 齿轮以及相关重型机 械于装备当中 铸铁材料中的碳含量较高 一般占有 2 4 除此之外 铸铁中还含有硅 锰 磷等多种 化学杂质 与钢相比 由于其含有分散布局的石墨存 在 因此机械性能略差 但同时具有较强的铸造性能 减磨性能和加工性能 铸铁按照金相组织可以分成许 多种类 例如白口铸铁 灰铸铁 可锻铸铁和球墨铸 铁等 一 铸铁的常见热处理工艺 通过对钢进行不同的热处理 钢结构的机械性能 可以得到不同程度的改善 铸铁的热处理过程与钢类 似 可以仿照钢的热处理工艺进行处理 但是由于铸 铁组织中存在较多含有石墨成分的基体 因此 对铸 铁进行的热处理有着与钢不同的特点 在铸铁热处理 的具体的工艺参数方面需要有针对性的工艺设计 从 而最终达到消除材料内部应力 提高材料性能的目的 通常 铸铁是一种 Fe C Si 为主的铁基合金 其 最大特点是含有石墨 白口铸铁除外 通过在一个 范围较大的温度区间 共析温度 进行共析转变 铸 铁能够达到铁素体 奥氏体和石墨的三者平衡与稳定 此外 在共析温度区间内的不同温度下 铁素体和奥 氏体的具体含量都不尽相同 因此 通过改变热处理 的加热温度和保温时间 能够产生不同比例的铁素体 和珠光体 从而使铸铁材料获得不同的机械性能 由 此可见 石墨的特性将会对铸铁的热处理影响较大 事实也表明 铸铁热处理工艺与基体中的石墨形态密 切相关 例如球墨铸铁由于含有最大机体强度的球状 石墨 因而能够使用更多的热处理工艺 而灰铸铁则 通常进行退火 正火和表面热处理 1 退火 退火能够消除冷却过程中产生的热应力和组织应 力 从而避免造成铸件成型后的形变 其通常的做法 是将铸铁以 50 h 的速度加热到 550 左右 然后保 温 5h 左右 最后进行炉冷或空冷 对于白口铸铁 由于其材料质地硬而脆 因此可 以采用较高温度的退火 而对于球墨铸铁中的游离渗 碳体 也可以通过高温退火的方式进行消除 此时的 加热温度约为 900 左右 并且保温 4h 后炉冷到 500 最后进行空冷 2 正火 正火的目的是为了使铸铁的基体组织中产生珠光 体 并对晶体进行细化 从而提升铸铁的机械性能 正火可以按照加热温度不同分为高温正火和中温正火 高温正火的加热温度一般在 900 并保温 1 3h 后通 过喷雾 吹风或者空冷进行冷却 而中温正火的加热 温度一般在 850 并保温 1 4h 后通过空冷进行冷却 3 淬火与回火 淬火与回火可以使铸铁产生回火马氏体和残余奥 氏体组织 从而提升铸铁的硬度 机械性能和耐磨性 二 不同铸铁的热处理及其工艺改善 不同的铸铁有不同的热处理工艺 本文简单介绍 灰铸铁和球墨铸铁的热处理工艺 1 灰铸铁的热处理 对于以片状石墨呈现的灰铸铁而言 由于冷却中 的内应力容易造成铸件表体的收缩不均 因此 工艺 上常使用自然时效或人工时效进行内应力的消除 而 灰铸铁冷却如果产生了白口 可以将铸件加热至 900 左右保温 3h 然后冷却至 400 进行分冷 对于耐磨性要求较高的铸件 可以使用高频感应 等加热方法淬火来进行表面处理 但是淬火前需要对 铸铁进行一次正火处理 以获取较多的珠光体和较高 的硬度 2 球墨铸铁的热处理 球墨铸铁的石墨呈现球形或团絮状 其热处理方 式通常是使用高 低温退火以消除其铸造应力 具体 而言 当铸态组织为 F Fe3C 石墨时 选择高温退 火 而当铸态组织为 F P 石墨时 则选择低温退火 此外 球墨铸铁可以通过高 低温正火获取珠光体基 体 即当铸铁中含有自由渗碳体时 通过高达近 950 的高温正火将其全部融入奥氏体中 否则可以 选择使用低温正火 但需要注意的是 低温正火容易 产生较大的应力 因此 主体需要进行一次退火处理 3 分级淬火工艺 目前 分级淬火工艺已经普遍应用在铸铁的热处 理当中了 这种工艺是利用了等温淬火的方式将铸铁 潜力充分发挥出来 从而使铸件获得超高强度的同时 仍然具有良好的塑性和韧性 常用在齿轮和轴承的加 工当中 分级淬火工艺要求对铸铁进行一次淬火保温后再 增加一回淬火保温 即对铸铁先进行一次较高温度的 淬火处理 称为一级处理 冷却后再对该铸铁进行 二次较低温度的淬火处理 称为二级处理 经过分 级淬火工艺处理后 铸铁的组织由马氏体基体 共晶 碳化物和少量残留奥氏体及基体中析出的二次碳化物 组成 并且大部分奥氏体都转变成了马氏体组织 由 此可见 由于分级处理中采用了较高的一级处理温度 从而能够很好地对铸态组织缺陷进行消除 有效减少 在较低温度下 铸铁经过二级处理后发生马氏体依附 于组织内缺陷处形核的概率 并最终避免形成粗大的 马氏体晶粒 此外 铸铁在经过较高温度的一级处理 后 样本中作为原子扩散通道的空位 位错 微裂纹 等缺陷减少 因此导致在进行二次等温处理的样本原 子必须克服较高的扩散势垒 最终抑制了二次碳化物 长大 从而形成了二次碳化物颗粒随着一级处理温度 的提高而减小的结果 因此 分级保温热处理能够增 强铸铁的硬度和耐磨度 三 结束语 铸铁是现代制造业中的一种重要金属材料 其实 质是由各种不同的石墨分布在钢的基体上所形成的混 合组织 热处理的过程中 通过高温可以一方面将石 墨溶于奥氏体 但另一方面由导致渗碳体析出石墨 因此 热处理应该合理的处理好加热工艺参数 此外 铸铁的种类很多 在具体的热处理工艺选择时 应当 结合铸铁的类型 应用场合和特殊性能要求 参考文献 1 王均 曾明 杨宏山等 不同热处理对一种高 铬铸铁