《南航金属材料学》课件：讲稿-ch7 铸铁3.ppt

1、 铸铁热处理的主要目的是通过改善铸铁的基体铸铁热处理的主要目的是通过改善铸铁的基体组织，提高铸件的性能。铸铁的热处理和钢的组织，提高铸件的性能。铸铁的热处理和钢的热处理有相同之处，也有不同之处。铸铁的热热处理有相同之处，也有不同之处。铸铁的热处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。布状况。 对于灰铸铁来说，由于片状石墨所引起的应力对于灰铸铁来说，由于片状石墨所引起的应力集中效应是对铸铁性能起主导作用的因素，因集中效应是对铸铁性能起主导作用的因素，因此对灰铸铁施以热处理的强化效果远不如钢和此对灰铸铁施以热处理的强化效果远不如钢和球墨铸铁那样显著，所

2、以灰铸铁的热处理形式球墨铸铁那样显著，所以灰铸铁的热处理形式主要有退火、正火和表面热处理等，其它类型主要有退火、正火和表面热处理等，其它类型的热处理，像调质、等温淬火等较少采用。的热处理，像调质、等温淬火等较少采用。7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 对于球墨铸铁来说，由于石墨呈球状，对于球墨铸铁来说，由于石墨呈球状，对基体的割裂作用大大减轻，通过热处对基体的割裂作用大大减轻，通过热处理可以使基体组织充分发挥作用，从而理可以使基体组织充分发挥作用，从而可以显著改善球墨铸铁的力学性能。所可以显著改善球墨铸铁的力学性能。所以球墨铸铁像钢一

3、样，其热处理形式有以球墨铸铁像钢一样，其热处理形式有退火、正火、调质、等温淬火、感应加退火、正火、调质、等温淬火、感应加热淬火和表面热处理等。热淬火和表面热处理等。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 一、铸铁的相变特点一、铸铁的相变特点 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 铸铁的共析转变和共晶转变已经不是在一铸铁的共析转变和共晶转变已经不是在一个恒定温度下进行，而是在一个相当宽的个恒定温度下进行，而是在一个相当宽的温度范围内进行。在共析转变的开始至终温度范围内进行。在共析转变的开始至终了的温度范围内是一个由了的温度范围内是一个由G所组成所组

4、成的三相区。的三相区。 Si显著地提高铸铁的共析转变温度，大约显著地提高铸铁的共析转变温度，大约每增加每增加1Si，可提高共析转变温度可提高共析转变温度28，在选取热处理加热温度时，应考虑这一点。在选取热处理加热温度时，应考虑这一点。 Si使状态图中共晶点的位置左移，例如从使状态图中共晶点的位置左移，例如从Si2.4%的纵截面中可以看出，共晶点的纵截面中可以看出，共晶点的成分由原来的的成分由原来的C4.3%处左移到处左移到C=3.5%处，即三份硅相当于一份碳的作处，即三份硅相当于一份碳的作用。用。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 二、铸铁的热处理原理二、铸铁的热处

5、理原理1铸铁在加热时的组织转变铸铁在加热时的组织转变（1）在共析温度以下加热时的组织转变）在共析温度以下加热时的组织转变 铸铁加热温度低于铸铁加热温度低于550时，组织不会发时，组织不会发生变化，仅起消除内应力的作用。在生变化，仅起消除内应力的作用。在550以上至共析温度加热时，铸铁中将以上至共析温度加热时，铸铁中将发生渗碳体的球化（片状渗碳体转变为发生渗碳体的球化（片状渗碳体转变为粒状渗碳体）和石墨化（共析渗碳体分粒状渗碳体）和石墨化（共析渗碳体分解为铁素体加石墨）。解为铁素体加石墨）。Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 加热温度愈高球化过程愈快，加热温度达到加热温

6、度愈高球化过程愈快，加热温度达到700保温后，可使保温后，可使90以上的珠光体分解成铁以上的珠光体分解成铁素体和石墨。素体和石墨。 铸铁中含硅量愈高，石墨化比球化进行得愈强铸铁中含硅量愈高，石墨化比球化进行得愈强烈。由共析渗碳体分解所析出的共析石墨通过烈。由共析渗碳体分解所析出的共析石墨通过扩散将聚集在原始组织中的石墨表面而不形成扩散将聚集在原始组织中的石墨表面而不形成新相。新相。（2）在共析温度范围内加热时的组织转变）在共析温度范围内加热时的组织转变 当铸当铸铁被加热到共析温度范围内时，主要发生珠光铁被加热到共析温度范围内时，主要发生珠光体和铁素体向奥氏体的组织转变，同时原始组体和铁素体向奥

7、氏体的组织转变，同时原始组织中的石墨开始溶解并向奥氏体扩散。织中的石墨开始溶解并向奥氏体扩散。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 （3）在共析温度以上加热时的组织转变）在共析温度以上加热时的组织转变 当把铸铁加热到稍高于共析温度以上并作短时保当把铸铁加热到稍高于共析温度以上并作短时保温时，铸铁中的珠光体将完全转变为奥氏体，而温时，铸铁中的珠光体将完全转变为奥氏体，而铁素体随着保温时间的增加，向奥氏体的转变可铁素体随着保温时间的增加，向奥氏体的转变可以完成，石墨中的碳原子可以不断地向奥氏体中以完成，石墨中的碳原子可以不断地向奥氏体中扩散，使奥氏体中的碳含量逐渐增加。扩

8、散，使奥氏体中的碳含量逐渐增加。 随着加热温度的升高，自由渗碳体开始发生石墨随着加热温度的升高，自由渗碳体开始发生石墨化过程，即渗碳体分解生成奥氏体和石墨（高温化过程，即渗碳体分解生成奥氏体和石墨（高温石墨化）。当加热温度达到石墨化）。当加热温度达到900960且保温且保温一定时间后，高温石墨化可以充分进行，最终获一定时间后，高温石墨化可以充分进行，最终获得奥氏体加石墨的组织。加热温度如果进一步升得奥氏体加石墨的组织。加热温度如果进一步升高，虽然可使自由渗碳体加速分解，但同时会引高，虽然可使自由渗碳体加速分解，但同时会引起奥氏体晶粒粗化。起奥氏体晶粒粗化。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3

9、铸铁的热处理铸铁的热处理 2铸铁在冷却时的组织转变铸铁在冷却时的组织转变 （1）在共析温度以上冷却时的组织转变）在共析温度以上冷却时的组织转变 我们已经知道，在共析温度以上的铸铁组织是我们已经知道，在共析温度以上的铸铁组织是由奥氏体和石墨组成的，在该温度范围内冷却由奥氏体和石墨组成的，在该温度范围内冷却时的组织转变视具体冷却速度而定。慢冷时，时的组织转变视具体冷却速度而定。慢冷时，从奥氏体中将析出石墨；较快冷时将从奥氏体从奥氏体中将析出石墨；较快冷时将从奥氏体中析出渗碳体；更快冷时，从奥氏体中来不及中析出渗碳体；更快冷时，从奥氏体中来不及析出石墨或渗碳体，而成为过冷奥氏体。析出石墨或渗碳体，而

10、成为过冷奥氏体。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 （2）在共析温度及其以下温度冷却时的组织转变）在共析温度及其以下温度冷却时的组织转变 铸铁冷却到共析温度时，组织由共析成分的奥氏铸铁冷却到共析温度时，组织由共析成分的奥氏体和石墨组成。此时，按不同的冷却条件继续冷体和石墨组成。此时，按不同的冷却条件继续冷却时将转变成不同的组织。却时将转变成不同的组织。 当缓慢冷却（炉冷）时，转变为铁素体和石墨；当缓慢冷却（炉冷）时，转变为铁素体和石墨； 当冷却速度较快（空冷）时，转变为珠光体、铁当冷却速度较快（空冷）时，转变为珠光体、铁素体和石墨；素体和石墨； 当以更快的速度冷却（

11、吹风、喷雾）时，转变成当以更快的速度冷却（吹风、喷雾）时，转变成珠光体，冷却速度愈大，所形成的珠光体愈细；珠光体，冷却速度愈大，所形成的珠光体愈细； 当以很快的速度冷却（油淬）时，转变为马氏体当以很快的速度冷却（油淬）时，转变为马氏体和残余奥氏体，最终组织为马氏体、残余奥氏体和残余奥氏体，最终组织为马氏体、残余奥氏体加石墨。加石墨。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 三、铸铁的热处理工艺三、铸铁的热处理工艺1消除应力退火消除应力退火 铸件的消除应力退火通常是将铸件以铸件的消除应力退火通常是将铸件以50100/h的速度加热到的速度加热到500550，保温保温28h，然

12、后炉冷（灰铸铁）或空冷然后炉冷（灰铸铁）或空冷（球墨铸铁）。采用这种工艺可以消除（球墨铸铁）。采用这种工艺可以消除铸件内应力达铸件内应力达9095，这样的热处理，这样的热处理不会引起铸件的组织变化。如果温度超不会引起铸件的组织变化。如果温度超过过550或保温时间过长，反而会引起石或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件硬度和强度降低。墨化，使铸件硬度和强度降低。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 2消除铸铁白口以改善切削加工性的退火消除铸铁白口以改善切削加工性的退火 铸铁在冷却时，表层及一些薄截面处往往容易铸铁在冷却时，表层及一些薄截面处往往容易产生白口。白口组织硬

13、而脆，不好切削，同时产生白口。白口组织硬而脆，不好切削，同时也容易剥落，因此必须采用退火（或正火）的也容易剥落，因此必须采用退火（或正火）的方法消除这种白口组织。方法消除这种白口组织。 其退火工艺一般为：将铸件加热到其退火工艺一般为：将铸件加热到850950，保温保温25h，随后炉冷到随后炉冷到500550，再出炉空，再出炉空冷。在高温保温期间，游离的渗碳体和共晶渗冷。在高温保温期间，游离的渗碳体和共晶渗碳体分解为奥氏体和石墨，在随后炉冷过程中，碳体分解为奥氏体和石墨，在随后炉冷过程中，二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解导致硬

14、度下降，从而过程。由于渗碳体的分解导致硬度下降，从而提高了可切削加工性能。提高了可切削加工性能。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 3球墨铸铁的正火球墨铸铁的正火 正火的目的是为了获得珠光体基体组织，正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并可使晶粒细化，组织均匀，以提高铸并可使晶粒细化，组织均匀，以提高铸件的机械性能。有时，正火是为表面淬件的机械性能。有时，正火是为表面淬火作组织上的准备。在正火时，正火加火作组织上的准备。在正火时，正火加热温度愈高，保温时间愈长，正火冷却热温度愈高，保温时间愈长，正火冷却速度愈快，则基体组织中珠光体的数量速度愈快，则基体组织中珠光体的

15、数量愈多。愈多。 因此正火冷却除了采用空冷以外，还常因此正火冷却除了采用空冷以外，还常采用风冷和喷雾冷却等方法来加速冷却采用风冷和喷雾冷却等方法来加速冷却速度，以提高珠光体量。速度，以提高珠光体量。Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 应当指出：应当指出： 正火温度一般也不应超过正火温度一般也不应超过950980，否则会引起奥氏体晶粒长大。否则会引起奥氏体晶粒长大。 吹风或喷雾等强制冷却方式也仅限于在吹风或喷雾等强制冷却方式也仅限于在相变阶段使用，随后的冷却无需吹风或相变阶段使用，随后的冷却无需吹风或喷雾，不然会增加铸件的内应力。喷雾，不然会增加铸件的内应力。 正火之后

16、，一般还需进行回火，以消除正火之后，一般还需进行回火，以消除正火时产生的内应力。正火时产生的内应力。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 高温正火后的组织，为珠光体高温正火后的组织，为珠光体+球状石墨球状石墨 （左）（左） 低温正火后的组织，为珠光体低温正火后的组织，为珠光体+铁素体铁素体+球状石墨球状石墨 （右）（右）Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 4球墨铸铁的淬火及回火球墨铸铁的淬火及回火 为了提高球墨铸铁的力学性能，挖掘球墨铸铁为了提高球墨铸铁的力学性能，挖掘球墨铸铁的内在潜力，可将这类铸铁件进行淬火和回火。的内在潜力，可将这类铸铁

17、件进行淬火和回火。铸铁的淬火是将铸件加热到由铁素体和石墨转铸铁的淬火是将铸件加热到由铁素体和石墨转变为奥氏体的开始与终了温度以上变为奥氏体的开始与终了温度以上3050，使铸铁基体在高温下转变为均一的奥氏体，然使铸铁基体在高温下转变为均一的奥氏体，然后淬入油中，得到马氏体组织。后淬入油中，得到马氏体组织。 回火是把淬火后的球墨铸铁件重新加热到共析回火是把淬火后的球墨铸铁件重新加热到共析温度以下某一温度，其目的是适当地降低硬度温度以下某一温度，其目的是适当地降低硬度和强度，从而提高塑性和韧性，并消除淬火后和强度，从而提高塑性和韧性，并消除淬火后的残余应力。的残余应力。 Chapter 7 铸铁铸铁

18、7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 球墨铸铁淬火后的回火，也可根据加热温度的球墨铸铁淬火后的回火，也可根据加热温度的不同分为低温回火、中温回火和高温回火三种。不同分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 低温回火的温度为低温回火的温度为150250，回火后得到的，回火后得到的组织为回火马氏体、残余奥氏体和球状石墨。组织为回火马氏体、残余奥氏体和球状石墨。用于要求高耐磨性、高强度的零件。用于要求高耐磨性、高强度的零件。 中温回火的温度为中温回火的温度为350500，回火后的组织，回火后的组织为回火屈氏体和球状石墨。适用于要求耐磨和为回火屈氏体和球状石墨。适用于要求耐磨和一定热稳定性、弹性的零件。一定

19、热稳定性、弹性的零件。 高温回火的温度为高温回火的温度为500600，回火后的组织，回火后的组织为回火索氏体和球状石墨。这种组织具有良好为回火索氏体和球状石墨。这种组织具有良好的塑性、韧性和强度相结合的综合性能。因此的塑性、韧性和强度相结合的综合性能。因此在生产中应用较广。在生产中应用较广。Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 5球墨铸铁的等温淬火球墨铸铁的等温淬火 为了满足高速、大马力机器中受力复杂件（如为了满足高速、大马力机器中受力复杂件（如齿轮、曲轴、凸轮轴等）的要求，常把球墨铸齿轮、曲轴、凸轮轴等）的要求，常把球墨铸铁件进行等温淬火以提高其综合力学性能。球铁件进

20、行等温淬火以提高其综合力学性能。球墨铸铁等温淬火后可以获得高强度，同时兼有墨铸铁等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和韧性。较好的塑性和韧性。 等温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织等温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部奥氏体化，不残留铁素体，同时也避免奥全部奥氏体化，不残留铁素体，同时也避免奥氏体晶粒长大。等温处理温度为氏体晶粒长大。等温处理温度为250350，以保证获得具有综合性能的下贝氏体组织。以保证获得具有综合性能的下贝氏体组织。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 图图7-15为球墨铸铁经为球墨铸铁经880加热、加热、270等温等温1h空冷后

21、的显微组织空冷后的显微组织 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 6表面淬火表面淬火 为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性以及疲为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性以及疲劳强度，可采用表面淬火。灰口铸铁和球墨铸劳强度，可采用表面淬火。灰口铸铁和球墨铸铁均可进行表面淬火。球墨铸铁件在进行表面铁均可进行表面淬火。球墨铸铁件在进行表面淬火前应进行正火（预先热处理），以保证基淬火前应进行正火（预先热处理），以保证基体组织中珠光体量达到体组织中珠光体量达到75以上，这样可以达以上，这样可以达到表面淬火的良好效果。淬火冷却时，既要保到表面淬火的良好效果。淬火冷却时，既要保证表面加热层能

22、充分完成马氏体转变，又不致证表面加热层能充分完成马氏体转变，又不致产生淬火裂纹，所以一般不应冷透。如采用喷产生淬火裂纹，所以一般不应冷透。如采用喷水冷却时，喷水至水冷却时，喷水至250即可停止喷水，利用即可停止喷水，利用淬火余热进行自回火。也可在淬火后及时送进淬火余热进行自回火。也可在淬火后及时送进回火炉中回火。回火炉中回火。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 7化学热处理化学热处理 对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处理，如件，可以采用类似于钢的化学热处理，如气体硬氮化、气体软氮化、渗硼和渗硫等。气

23、体硬氮化、气体软氮化、渗硼和渗硫等。Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理 铸铁的化学热处理工艺与钢的化学热处理工艺铸铁的化学热处理工艺与钢的化学热处理工艺没有原则区别，但是应当注意两点：没有原则区别，但是应当注意两点： 一是，在进行以提高表面耐磨性为目的的氮化一是，在进行以提高表面耐磨性为目的的氮化或渗硼前，为了保证基体有足够的强度以支撑或渗硼前，为了保证基体有足够的强度以支撑表面高硬度的渗层，应对基体进行预先热处理。表面高硬度的渗层，应对基体进行预先热处理。如原始组织中存在白口，应进行消除白口的退如原始组织中存在白口，应进行消除白口的退火，然后再进行正火或调质处理，以使基体能火，然后再进行正火或调质处理，以使基体能获得获得90以上的珠光体组织或回火索氏体组织。以上的珠光体组织或回火索氏体组织。 二是，在进行以提高表面耐蚀性的氮化来说，二是，在进行以提高表面耐蚀性的氮化来说，氮化前，应对基体进行石墨化退火，以获得铁氮化前，应对基体进行石墨化退火，以获得铁素体基体组织。素体基体组织。 Chapter 7 铸铁铸铁7.3 铸铁的热处理铸铁的热处理