熱處理對鑄鐵組織的影響分析

胡小瓊

【摘要】本文對鑄鐵的熱處理的一般工藝進行了闡述，分析了鑄鐵熱處理的獨特特點，此外，本文還重點介紹了不同鑄鐵的不同熱處理工藝及其原因，并對分級淬火熱處理方式做了講述，以期提高相關人員對鑄鐵熱處理的認知。

【關鍵詞】鑄鐵組織 ?熱處理 ?分級保溫

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】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材料，其在現(xiàn)代制造中已經(jīng)被廣泛的使用在汽車、齒輪以及相關重型機械于裝備當中。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、磷等多種化學雜質，與鋼相比，由于其含有分散布局的石墨存在，因此機械性能略差，但同時具有較強的鑄造性能、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，例如白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等。

一、鑄鐵的常見熱處理工藝

通過對鋼進行不同的熱處理，鋼結構的機械性能可以得到不同程度的改善，鑄鐵的熱處理過程與鋼類似，可以仿照鋼的熱處理工藝進行處理，但是由于鑄鐵組織中存在較多含有石墨成分的基體，因此，對鑄鐵進行的熱處理有著與鋼不同的特點，在鑄鐵熱處理的具體的工藝參數(shù)方面需要有針對性的工藝設計，從而最終達到消除材料內部應力、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，其最大特點是含有石墨（白口鑄鐵除外）。通過在一個范圍較大的溫度區(qū)間（共析溫度）進行共析轉變，鑄鐵能夠達到鐵素體、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，通過改變熱處理的加熱溫度和保溫時間，能夠產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械性能。由此可見，石墨的特性將會對鑄鐵的熱處理影響較大，事實也表明，鑄鐵熱處理工藝與基體中的石墨形態(tài)密切相關，例如球墨鑄鐵由于含有最大機體強度的球狀石墨，因而能夠使用更多的熱處理工藝，而灰鑄鐵則通常進行退火、正火和表面熱處理。

1.退火

退火能夠消除冷卻過程中產生的熱應力和組織應力，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，最后進行爐冷或空冷。

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

2.正火

正火的目的是為了使鑄鐵的基體組織中產生珠光體，并對晶體進行細化，從而提升鑄鐵的機械性能，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后通過噴霧、吹風或者空冷進行冷卻，而中溫正火的加熱溫度一般在850℃并保溫1-4h后通過空冷進行冷卻。

3.淬火與回火

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

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

對于以片狀石墨呈現(xiàn)的灰鑄鐵而言，由于冷卻中的內應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效或人工時效進行內應力的消除，而灰鑄鐵冷卻如果產生了白口，可以將鑄件加熱至900℃左右保溫3h，然后冷卻至400℃進行分冷。

對于耐磨性要求較高的鑄件，可以使用高頻感應等加熱方法淬火來進行表面處理，但是淬火前需要對鑄鐵進行一次正火處理，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力，具體而言，當鑄態(tài)組織為F+Fe3C+石墨時，選擇高溫退火，而當鑄態(tài)組織為F+P+石墨時，則選擇低溫退火;此外，球墨鑄鐵可以通過高、低溫正火獲取珠光體基體，即當鑄鐵中含有自由滲碳體時，通過高達近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，低溫正火容易產生較大的應力，因此，主體需要進行一次退火處理。

3）分級淬火工藝

目前，分級淬火工藝已經(jīng)普遍應用在鑄鐵的熱處理當中了，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，從而使鑄件獲得超高強度的同時仍然具有良好的塑性和韌性，常用在齒輪和軸承的加工當中。

分級淬火工藝要求對鑄鐵進行一次淬火保溫后再增加一回淬火保溫，即對鑄鐵先進行一次較高溫度的淬火處理（稱為一級處理），冷卻后再對該鑄鐵進行二次較低溫度的淬火處理（稱為二級處理），經(jīng)過分級淬火工藝處理后，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變成了馬氏體組織。由此可見，由于分級處理中采用了較高的一級處理溫度，從而能夠很好地對鑄態(tài)組織缺陷進行消除，有效減少在較低溫度下，鑄鐵經(jīng)過二級處理后發(fā)生馬氏體依附于組織內缺陷處形核的概率，并最終避免形成粗大的馬氏體晶粒，此外，鑄鐵在經(jīng)過較高溫度的一級處理后，樣本中作為原子擴散通道的空位、位錯、微裂紋等缺陷減少，因此導致在進行二次等溫處理的樣本原子必須克服較高的擴散勢壘，最終抑制了二次碳化物長大，從而形成了二次碳化物顆粒隨著一級處理溫度的提高而減小的結果，因此，分級保溫熱處理能夠增強鑄鐵的硬度和耐磨度。

三、結束語

鑄鐵是現(xiàn)代制造業(yè)中的一種重要金屬材料，其實質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，熱處理的過程中，通過高溫可以一方面將石墨溶于奧氏體，但另一方面由導致滲碳體析出石墨，因此，熱處理應該合理的處理好加熱工藝參數(shù)。此外，鑄鐵的種類很多，在具體的熱處理工藝選擇時，應當結合鑄鐵的類型、應用場合和特殊性能要求。

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