球墨铸铁热处理方法之探讨.doc

球墨铸铁热处理方法之探讨
陆卫倩:(上海电机学院机械工程学院,上海200240) 中国铸造装备与技术4/2010
高级工程师,原任上海机床厂有限公司磨床研究所高级工程师,现任上海电机学院副教授,主要从事零件失效分析和金属材料热处理
本文详细介绍了球墨铸铁件的各种热处理工艺,并简单介绍了纳米技术在球墨铸铁件表面处理中的应用。从文献资料来看,经纳米技术表面处理后的球墨铸铁件具有良好的自润性、良好的耐磨性、良好的耐蚀性,因此是一种非常有前途的表面处理。
众所周知:热处理是一项改进金属材料品质的方法,借助热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质,同时还可获得更高的强度、硬度和耐磨性等。铸铁热处理的种类繁多,但基本上可分成两大类:第一类是组织构造不会由热处理而发生变化或者也不应该发生改变的,第二类则是基本的组织结构发生变化者。第一种热处理主要是用于消除内应力,热处理后组织、强度及其它力学性质等没有因热处理而发生明显变化。第二种热处理能使基体组织发生明显的变化,这种热处理大致分为五类:①退火:其目的主要在于分解碳化物,降低铸铁的硬度,提高加工性能;②正火:其目的主要用于改进铸铁组织、获得均匀分布的力学性能;③淬火:其目的主要是为了获得比较高的硬度和表面耐磨性;④表面硬化处理:其目的主要是获得表面硬化层,同时得到较高的表面耐磨性;⑤析出硬化处理:其目的主要是为获得更高强度。
铸铁种类繁多,有灰口铸铁、白口铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁等等,它们的组织结构也各不相同。一般根据凝固过程中的析出物———共晶石墨或共晶碳化物来分类:基体内主要含片状石墨者称之为灰铸铁,主要含碳化物者称之为白口铸铁。事实上白口铸铁由于具有很高的硬度与脆性用途较少;而灰铸铁的性质主要是由共晶石墨的形状与大小而定,这些析出的石墨无法经由热处理予以改进,因此具有非常低的强度及硬度。但若铁液添加镁及稀土金属能使石墨在凝固过程中以球状析出成为球墨铸铁,那么情况就有所不同。由于球墨铸铁其性质与基体相同的钢接近,故通过热处理可使强度、硬度明显提高,弹性模数、伸长率也有不同程度的提高。但是不同的热处理对球墨铸铁的作用完全不同,在工程上用的比较多的是退火、正火和析出硬化处理;事实上球墨铸铁同样可以通过调质、等温淬火处理以及渗氮、渗硼和低温气体碳氮共渗来改善其力学性能。下面就球墨铸铁的热处理方法予以探讨。
【1】球墨铸铁的常规热处理

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,球墨铸铁件很难得到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。

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8