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球墨铸铁的微观凝固过程及球墨铸铁等温淬火工艺
日期：2020-04-30 19:39点击：次
对球墨铸铁凝固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上，强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。
(一)、球墨铸铁的微观凝固过程
从20世纪80年代开始，很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识，包括：①亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固条件下，首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。②共晶结晶时，发生离异共晶。共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。③初生枝晶和晕圈枝晶交替生长，促成石墨球周围奥氏体壳形成。奥氏体以石墨生长面为衬底形核、生长，在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔体对流等原因，石墨球与奥氏体发生碰撞，形成共晶晶粒。基于这些新的认识，可以将球墨铸铁的微观凝固过程近似表述为，当温度下降到液相线温度以下某一温度时，亚共晶球墨铸铁有初生奥氏体枝晶、共晶和过共晶球墨铸铁有初生石墨球在液相中析出。共晶结晶时，共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。
石墨球在液体中自由长大到尺寸后，在石墨球外围形成奥氏体晕圈。同时奥氏体按枝晶状方式生长，并逐渐在枝晶旁析出石墨球。石墨球与奥氏体枝晶的碰撞与接触形成共晶晶粒，石墨球被奥氏体包围。碳原子通过奥氏体壳向石墨球扩散，石墨球显著长大。随着温度降低，石墨-奥氏体共晶晶粒不断长大，游离奥氏体也会自由生长。当所有液相变成固相后，凝固结束。对球墨铸铁凝固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上，强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。采用着色腐蚀技术，金相显示了球墨铸铁缩松区中奥氏体枝晶的组织形貌，分析了球铁缩松的形成机制。研究表明，奥氏体枝晶对缩松缺陷的类型及形成机制具有显著影响。可见，缩松形成于上述形成过程的阶段，枝晶形成骨架后，凝固较早的区域对热中心的异地抽吸液体流动是球铁缩松形成的主要原因。并且，随冷却速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量减小，共晶前期凝固收缩增大，缩松倾向也增大。指出宏观缩松常常出现在枝晶晶簇间隙，产生于共晶凝固前期树枝晶骨架形成后，是异地凝固收缩造成对热节中心(厚壁处)铁液抽吸流动的结果；微观缩松是于凝固末期，晶簇间隙中的凝固收缩得不到补偿而产生的微小孔洞；枝晶数量增多，形态趋于发达，液态金属异地抽吸作用增强，易于形成宏观缩松；反之，枝晶数量减少，形态粗壮，倾向于形成显微缩松。
(二)、球墨铸铁等温淬火工艺
1.设备
目前热处理使用的许多炉子和淬火槽都可用于球墨铸铁等温淬火。如果被处理的工件为加工后的零件.则需要使用保护气氛。此外在淬火时应能将工件转运至淬火炉中，才能所希望的机械性能。为满足仁述需要，通常使用盐一盐法对工件进行等温淬火。工件悬挂在挂具上，在盐浴炉中预热、加热、保温，然后吊运到另一盐溶炉中进行等温淬火。淬火盐槽的尺寸应足够大，这样才能淬火时盐浴的温度一致，它的温差应在±5℃之内。
一般所用的淬火盐浴剂，大都由硝酸钠和硝酸钾配制而成。在使用时应及时盐浴中的污染，通常每周应对淬火剂污染一次。高温下不能使用标准的过滤系统，应将盐槽冷却至约200℃，在此温度下，标准过滤系统才可地使淬火剂满意的过滤。
2.工艺
要球墨铸铁件的等温淬火性能，一般应加大球墨铸铁中合金元素的含量。而且还应根据铸件的具体情况，及对铸件机械性能的要求，试验确定具体工艺。
球墨铸铁在奥氏体升温之前，应在350℃下预热，这样做的目的有二：一是除去湿气；二是减小热冲击，避免变形。
球墨铸件的奥氏体化温度，根据铸件的化学成分、原始组织及铸件壁厚及所需机械性能来确定。既要基体组织奥氏体化。不残留铁素体，又要避免奥氏体晶粒过大。一般奥氏体化温度为850~950℃。要淬火后的机加工性能，可将奥氏体化温度降至815~850℃，但这会使零件的抗磨损性能降低。过高的奥氏体化温度.会使奥氏体晶粒粗大，淬火后残留奥氏体量增加，并呈网状分布，导致机械性能降低。因而目前的温度为880~900℃。
等温淬火停留的时间主要由过冷奥氏体转变为下贝氏体所需的时间来决定。若时间不足，必然有一部分过冷奥氏体来不及转变为下贝氏体，随后空冷时转变为淬火马氏体加少量残留奥氏体，这是不希望的。一般情况下，等温悴火时问和奥氏体化时间一样，工件断面厚度越大.则时间越长。
等温淬火温度对零件机械性能影响很大。象凸轮、蜗轮等需要高抗磨损的工件，应使用较低的淬火温度(250℃)较高的温度用于抗冲击和抗拉强度要求较高的传动零件。
当抗冲击和抗拉强度要求较高时，控制等温淬火的温度是非常重要的。每变化10℃，就会对抗冲击和延仲率产生明显影响。要控制淬火后工件的硬度.也应严格控制淬火时的温度。一般情况下.淬火温度取250~350℃之间，可获得较高的综合机械性能。
