熱處理對(duì)鑄鐵組織的影響分析

胡小瓊

【摘要】本文對(duì)鑄鐵的熱處理的一般工藝進(jìn)行了闡述，分析了鑄鐵熱處理的獨(dú)特特點(diǎn)，此外，本文還重點(diǎn)介紹了不同鑄鐵的不同熱處理工藝及其原因，并對(duì)分級(jí)淬火熱處理方式做了講述，以期提高相關(guān)人員對(duì)鑄鐵熱處理的認(rèn)知。

【關(guān)鍵詞】鑄鐵組織 ?熱處理 ?分級(jí)保溫

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）11-0230-01

鑄鐵是一種碳含量大于2.11%的鐵碳合金，作為一種在工業(yè)上使用最為廣泛的基礎(chǔ)材料，其在現(xiàn)代制造中已經(jīng)被廣泛的使用在汽車(chē)、齒輪以及相關(guān)重型機(jī)械于裝備當(dāng)中。鑄鐵材料中的碳含量較高，一般占有2%-4%，除此之外，鑄鐵中還含有硅、錳、磷等多種化學(xué)雜質(zhì)，與鋼相比，由于其含有分散布局的石墨存在，因此機(jī)械性能略差，但同時(shí)具有較強(qiáng)的鑄造性能、減磨性能和加工性能。鑄鐵按照金相組織可以分成許多種類(lèi)，例如白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等。

一、鑄鐵的常見(jiàn)熱處理工藝

通過(guò)對(duì)鋼進(jìn)行不同的熱處理，鋼結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能可以得到不同程度的改善，鑄鐵的熱處理過(guò)程與鋼類(lèi)似，可以仿照鋼的熱處理工藝進(jìn)行處理，但是由于鑄鐵組織中存在較多含有石墨成分的基體，因此，對(duì)鑄鐵進(jìn)行的熱處理有著與鋼不同的特點(diǎn)，在鑄鐵熱處理的具體的工藝參數(shù)方面需要有針對(duì)性的工藝設(shè)計(jì)，從而最終達(dá)到消除材料內(nèi)部應(yīng)力、提高材料性能的目的。

通常，鑄鐵是一種Fe-C-Si為主的鐵基合金，其最大特點(diǎn)是含有石墨（白口鑄鐵除外）。通過(guò)在一個(gè)范圍較大的溫度區(qū)間（共析溫度）進(jìn)行共析轉(zhuǎn)變，鑄鐵能夠達(dá)到鐵素體、奧氏體和石墨的三者平衡與穩(wěn)定。此外，在共析溫度區(qū)間內(nèi)的不同溫度下，鐵素體和奧氏體的具體含量都不盡相同，因此，通過(guò)改變熱處理的加熱溫度和保溫時(shí)間，能夠產(chǎn)生不同比例的鐵素體和珠光體，從而使鑄鐵材料獲得不同的機(jī)械性能。由此可見(jiàn)，石墨的特性將會(huì)對(duì)鑄鐵的熱處理影響較大，事實(shí)也表明，鑄鐵熱處理工藝與基體中的石墨形態(tài)密切相關(guān)，例如球墨鑄鐵由于含有最大機(jī)體強(qiáng)度的球狀石墨，因而能夠使用更多的熱處理工藝，而灰鑄鐵則通常進(jìn)行退火、正火和表面熱處理。

1.退火

退火能夠消除冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，從而避免造成鑄件成型后的形變，其通常的做法是將鑄鐵以50℃/h的速度加熱到550℃左右，然后保溫5h左右，最后進(jìn)行爐冷或空冷。

對(duì)于白口鑄鐵，由于其材料質(zhì)地硬而脆，因此可以采用較高溫度的退火，而對(duì)于球墨鑄鐵中的游離滲碳體，也可以通過(guò)高溫退火的方式進(jìn)行消除，此時(shí)的加熱溫度約為900℃左右，并且保溫4h后爐冷到500℃，最后進(jìn)行空冷。

2.正火

正火的目的是為了使鑄鐵的基體組織中產(chǎn)生珠光體，并對(duì)晶體進(jìn)行細(xì)化，從而提升鑄鐵的機(jī)械性能，正火可以按照加熱溫度不同分為高溫正火和中溫正火，高溫正火的加熱溫度一般在900℃并保溫1-3h后通過(guò)噴霧、吹風(fēng)或者空冷進(jìn)行冷卻，而中溫正火的加熱溫度一般在850℃并保溫1-4h后通過(guò)空冷進(jìn)行冷卻。

3.淬火與回火

淬火與回火可以使鑄鐵產(chǎn)生回火馬氏體和殘余奧氏體組織，從而提升鑄鐵的硬度、機(jī)械性能和耐磨性。

二、不同鑄鐵的熱處理及其工藝改善

不同的鑄鐵有不同的熱處理工藝，本文簡(jiǎn)單介紹灰鑄鐵和球墨鑄鐵的熱處理工藝。

1）灰鑄鐵的熱處理

對(duì)于以片狀石墨呈現(xiàn)的灰鑄鐵而言，由于冷卻中的內(nèi)應(yīng)力容易造成鑄件表體的收縮不均，因此，工藝上常使用自然時(shí)效或人工時(shí)效進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力的消除，而灰鑄鐵冷卻如果產(chǎn)生了白口，可以將鑄件加熱至900℃左右保溫3h，然后冷卻至400℃進(jìn)行分冷。

對(duì)于耐磨性要求較高的鑄件，可以使用高頻感應(yīng)等加熱方法淬火來(lái)進(jìn)行表面處理，但是淬火前需要對(duì)鑄鐵進(jìn)行一次正火處理，以獲取較多的珠光體和較高的硬度。

2）球墨鑄鐵的熱處理

球墨鑄鐵的石墨呈現(xiàn)球形或團(tuán)絮狀，其熱處理方式通常是使用高、低溫退火以消除其鑄造應(yīng)力，具體而言，當(dāng)鑄態(tài)組織為F+Fe3C+石墨時(shí)，選擇高溫退火，而當(dāng)鑄態(tài)組織為F+P+石墨時(shí)，則選擇低溫退火;此外，球墨鑄鐵可以通過(guò)高、低溫正火獲取珠光體基體，即當(dāng)鑄鐵中含有自由滲碳體時(shí)，通過(guò)高達(dá)近950℃的高溫正火將其全部融入奧氏體中，否則可以選擇使用低溫正火，但需要注意的是，低溫正火容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力，因此，主體需要進(jìn)行一次退火處理。

3）分級(jí)淬火工藝

目前，分級(jí)淬火工藝已經(jīng)普遍應(yīng)用在鑄鐵的熱處理當(dāng)中了，這種工藝是利用了等溫淬火的方式將鑄鐵潛力充分發(fā)揮出來(lái)，從而使鑄件獲得超高強(qiáng)度的同時(shí)仍然具有良好的塑性和韌性，常用在齒輪和軸承的加工當(dāng)中。

分級(jí)淬火工藝要求對(duì)鑄鐵進(jìn)行一次淬火保溫后再增加一回淬火保溫，即對(duì)鑄鐵先進(jìn)行一次較高溫度的淬火處理（稱(chēng)為一級(jí)處理），冷卻后再對(duì)該鑄鐵進(jìn)行二次較低溫度的淬火處理（稱(chēng)為二級(jí)處理），經(jīng)過(guò)分級(jí)淬火工藝處理后，鑄鐵的組織由馬氏體基體、共晶碳化物和少量殘留奧氏體及基體中析出的二次碳化物組成，并且大部分奧氏體都轉(zhuǎn)變成了馬氏體組織。由此可見(jiàn)，由于分級(jí)處理中采用了較高的一級(jí)處理溫度，從而能夠很好地對(duì)鑄態(tài)組織缺陷進(jìn)行消除，有效減少在較低溫度下，鑄鐵經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后發(fā)生馬氏體依附于組織內(nèi)缺陷處形核的概率，并最終避免形成粗大的馬氏體晶粒，此外，鑄鐵在經(jīng)過(guò)較高溫度的一級(jí)處理后，樣本中作為原子擴(kuò)散通道的空位、位錯(cuò)、微裂紋等缺陷減少，因此導(dǎo)致在進(jìn)行二次等溫處理的樣本原子必須克服較高的擴(kuò)散勢(shì)壘，最終抑制了二次碳化物長(zhǎng)大，從而形成了二次碳化物顆粒隨著一級(jí)處理溫度的提高而減小的結(jié)果，因此，分級(jí)保溫?zé)崽幚砟軌蛟鰪?qiáng)鑄鐵的硬度和耐磨度。

三、結(jié)束語(yǔ)

鑄鐵是現(xiàn)代制造業(yè)中的一種重要金屬材料，其實(shí)質(zhì)是由各種不同的石墨分布在鋼的基體上所形成的混合組織，熱處理的過(guò)程中，通過(guò)高溫可以一方面將石墨溶于奧氏體，但另一方面由導(dǎo)致滲碳體析出石墨，因此，熱處理應(yīng)該合理的處理好加熱工藝參數(shù)。此外，鑄鐵的種類(lèi)很多，在具體的熱處理工藝選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合鑄鐵的類(lèi)型、應(yīng)用場(chǎng)合和特殊性能要求。

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