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球墨铸件常规热处理与凝固时长原因

日期：2023-07-16 14:41点击：次
【一】、球墨铸铁的常规热处理 1、退火处理 若要提高球墨铸铁的韧性可采用退火处理。球墨铸铁在铸造过程中比普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，球墨铸铁件很难纯粹

 　　【一】、球墨铸铁的常规热处理

　　1、退火处理
　　若要提高球墨铸铁的韧性可采用退火处理。球墨铸铁在铸造过程中比普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，球墨铸铁件很难纯粹的铁素体或珠光体基体。为提高球墨铸铁件的延性或韧性，可将球墨铸铁件重新加热到900~950℃并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600℃出炉变冷。在此过程中基体中的渗碳体会分解出石墨，奥氏体中会析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围，基体则全转换为铁素体，从而提高球墨铸铁的韧性。若铸态组织由(铁素体+珠光体)为基体+球状石墨组成，那么只需将球墨铸铁件重新加热到700~760℃的共析温度上下经保温后炉冷至600℃出炉变冷，就能将珠光体中渗碳体分解转换为铁素体及球状石墨来提高其韧性。
　　2、正火处理
　　若要提高球墨铸铁强度可采用正火处理。球墨铸铁正火的目的是将基体组织转换为细珠光体组织。工艺过程是将基体为铁素体及珠光体的球墨铸铁件重新加热到850~900℃温度，原铁素体及珠光体转换为奥氏体，并有部分球状石墨溶解于奥氏体，经保温后空冷奥氏体转变为细珠光体，从而提高球墨铸铁件的强度。
　　3、淬火加低温回火处理
　　若要提高球墨铸铁的硬度可采用淬火并低温回火的方法。当球墨铸铁用作轴承等零件时往往需要比较高的硬度，此时可将球墨铸铁件淬火并低温回火处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860~900℃的温度，保温让原基体组织全部奥氏体化后再在油或熔盐中冷却实现淬火，后经250~350℃加热保温回火，原基体转换为回火马氏体及残留奥氏体组织，原球状石墨形态不变。处理后的球墨铸铁件具有较高的硬度和韧性，同时还保留了石墨的润滑性能。
　　4、调质处理
　　若要提高球墨铸铁综合力学性能可采用调质处理。当球墨铸铁件用作为轴类件，如柴油机的曲轴、连杆，要求同时韧性较好的综合力学性能，此时可对球墨铸铁件进行调质处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860~900℃的温度保温让基体组织奥氏体化，再在油或熔盐中冷却实现淬火，后经500~600℃的高温回火，获得回火索氏体组织(一般尚有少量碎块状的铁素体)，原球状石墨形态不变。处理后强度、韧性匹配良好，适应于轴类件的工作条件。
　　5、等温淬火处理
　　若要获得较的球墨铸铁可采用等温淬火处理。球墨铸铁等温淬火处理目的在于让球墨铸铁件的基体组织转换为强韧的下贝氏体组织，强度可超过1100MPa，冲击韧度αk≥32J。处理工艺是：将球墨铸铁件加热到830~870℃温度保温使基体奥氏体化后，投入280~350℃的熔盐中保温，让奥氏体部分转变为下贝氏体，原球状石墨不变，从而获得比较的球墨铸铁。
　　【二】、球墨铸铁件凝固时长原因
　　球墨铸铁件具有良好的力学性能和较好的铸造性能，在整个铸件生产选材中占有优势地位。虽然球墨铸铁凝固过程中石墨的析出将带来体积膨胀，但由于其糊状凝固方式，及石墨膨胀力导致的铸型型壁变形和位移，所以收缩缺陷、尤其是缩松是球墨铸铁件的缺陷，也是导致铸件报废的主要原因之一。
　　缩松缺陷分为宏观缩松和微观缩松。宏观缩松是铸件内部成片分散存在的细小孔洞群。肉眼不可见的晶间孔洞称作微观缩松。准确分析球墨铸铁件的缩松形成机理，依此进行工艺改进、铸件质量预测和降低废品率，可以产生明显的经济效益。
　　目前，关于球墨铸铁缩松形成机理的研究主要集中在球铁的凝固特点、凝固过程和生产工艺三个方面。旨在依此综述球墨铸铁的缩松缺陷形成机理研究的状况。
　　球墨铸铁呈“糊状”凝固。与灰铸铁相比，共晶凝固时间长，共晶团数多，凝固膨胀压力大。球墨铸铁这些特有的凝固特点是缩松形成的根本原因。球墨铸铁的成分在共晶点附近，凝固断面上液-固两相区宽，当包围石墨的奥氏体临近接触时，尚未凝固的液态金属被分割成一个个不连续的熔池，失去了补缩通道，呈现出糊状状态。糊状凝固是球墨铸铁的固有属性。
　　球墨铸铁共晶凝固时间长的原因是共晶凝固方式为非共生共长方式。当石墨长大进入共晶阶段后，奥氏体壳已经形成，碳原子由铁液通过固态的奥氏体壳扩散到石墨球上，同时铁原子从石墨-奥氏体界面处扩散出去，这一过程比碳原子在铁液中的扩散速度要慢得多。因此球墨铸铁的共晶凝固时间较长。球墨铸铁的导热系数比灰铸铁小20%~40%，散热慢，所以球墨铸铁的凝固时间要比灰铸铁长。
　　由于石墨比容大于铁的比容，石墨析出时会引起体积膨胀。石墨球在奥氏体壳包围下生长，奥氏体壳相互接触后，石墨长大引起的体积膨胀受到阻碍，产生膨胀压力。由于铁液的孕育处理，球墨铸铁的共晶团数量约为灰铸铁的100~200倍。所以球墨铸铁的凝固膨胀压力要比灰铸铁大得多。
　　球墨铸铁共晶结晶时，由于加镁处理的结果，石墨球核心在液相中长到尺寸时，即被奥氏体包围，由于奥氏体外壳阻碍碳原子自熔液向石墨球扩散而使石墨球生长速度减慢，共晶反应除了靠已有共晶团长大完成外，还靠新的晶核析出和长大完成，因而共晶转变在一个较宽的温度范围内进行，导致铸件在很宽断面上固、液两相共存，呈糊状凝固。由于球墨铸铁呈糊状凝固，使得球墨铸铁件在浇注后，外壳长时间内刚度不够，共晶团接触后产生的凝固膨胀力在使奥氏体枝晶间隙增大同时也使不很结实的铸件外壳向外胀大，从而使铸件凝固部分得不到足够液态金属的补缩，形成缩松。