熱處理淬火材料之球墨鑄鐵與蘸火液的使用

發布時間：2012-9-12 15:15:53

灰鑄鐵經孕育處理后雖然細化了石墨片，但未能改變石墨的形態。改變石墨形態與進行蘸火液淬火是大幅度提高鑄鐵力學性能的根本途徑，而球狀石墨則是最為理想的一種石墨形態。（1）球化處理：在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑進行球化處理和孕育處理，則可獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱“球鐵”。我國普遍使用稀土鎂球化劑。鎂是強烈阻礙石墨化的元素，為了避免白口，并使石墨球細小均勻分布，一定要加入孕育劑，常用的孕育劑為硅鐵和硅鈣合金等。（2）組織特征：球鐵的顯微組織由球形石墨和金屬基體兩部分組成。隨著成分、蘸火液淬火狀態和冷速的不同，球鐵在鑄態下的金屬基體可分為鐵素體、鐵素體十珠光體和珠光體三種。在光學顯微鏡下觀察，石墨的外觀接近于球形，但在電子顯微鏡下觀察到球形石墨實際上是由許多倒錐形的石墨晶體所組成的一個多面體。（3）牌號、性能與應用：使用蘸火液進行淬火的球墨鑄鐵牌號中，“QT"代表球鐵二字的漢語拼音字頭，后面的第一組數字代表該鑄鐵的最低抗拉強度值，第二組數字代表其最低延伸率值。球墨鑄鐵的石墨呈球狀，對金屬基體截面削弱作用較小，使得基體比較連續，且在拉伸時引起應力集中的效應明顯減弱，從而使基體的作用可以從灰鑄鐵的30%-50%提高到70%-90%，故進行蘸火液淬火時球墨鑄鐵具有很高的強度，又有良好的塑性和韌性，綜合力學性能接近于鋼，蘸火液淬火同時較好地保留了普通灰鑄鐵具有耐磨、消震、減摩、易切削、好的鑄造性能和對缺口不敏感等特性，且成本低廉，生產方便。但進行蘸火液淬火的球鐵消震能力比灰鑄鐵低很多，并且不同基體的球墨鑄鐵，性能差別很大。球鐵是力學性能最好的鑄鐵，特別是進行過蘸火液淬火的工件，在工業中得到了廣泛的應用，可用于制造承載較大，受力復雜的機器零件，如鐵素體球鐵常用于制造受壓閥門、機器底座、減速器殼等；珠光體球鐵常用于制作汽車、拖拉機的曲軸、連桿、凸輪軸及機床主軸、蝸輪蝸桿、軋鋼機輥、缸套、活塞等重要零件；下貝氏體球鐵可制造汽車拖拉機的蝸輪、傘齒輪等。（4）蘸火液熱處理：球鐵中金屬基體是決定球鐵力學性能的主要因素，所以像鋼一樣，球鐵可通過合金化和蘸火液熱處理強化的辦法進一步提高力學性能。球鐵的蘸火液熱處理方法主要有蘸火液退火、正火、淬火及回火、等溫蘸火液淬火和表面蘸火液熱處理。 ①蘸火液退火：球化劑增大鑄件的白口化傾向，當鑄件薄壁處出現自由滲碳體和珠光體時，蘸火液退火（900-950℃保溫2-5h）獲得塑性好的鐵素體基體，并改善切削性能，消除鑄造應力。 ②正火：目的是在球鐵中獲得珠光體基體組織（占基體75%以上），并細化組織，提高強度和耐磨性。根據加熱溫度不同可將正火工藝分為高溫正火(900-950℃保溫1-3h)獲得完全珠光體基體的球鐵；中溫正火（850-900℃保溫1-4h，然后空冷）獲得珠光體十少量鐵素體基體的球鐵。蘸火液正火后，為了消除蘸火液正火時鑄鐵的內應力，通常再進行一次550-600℃的去應力退火處理。 ③蘸火液調質：要求綜合力學性能較高的球墨鑄鐵零件，如連桿、曲軸等，可采用調質處理。其工藝為：加熱到850-900℃，使基體轉變為奧氏體，在油中淬火得到馬氏體，然后經550-600℃回火，空冷，獲得回火索氏體十球狀石墨。回火索氏體基體不僅強度高，而且塑性、韌性比蘸火液正火得到的珠光體基體好，表面要求耐磨的零件可以再進行表面淬火及低溫回火。需要指出的是球鐵的淬透性好，但也只宜用油淬，以防淬裂；蘸火液回火時最好快冷，緩冷易造成球鐵沖擊韌性急劇下降。 ④籌溫蘸火液淬火：為了滿足日益發展的高速，大馬力機器中受力復雜件如齒輪、曲軸、凸輪軸等的要求，常把球鐵件進行等溫淬火獲得下貝氏體基體組織以提高它的綜合力學性能。實踐證明，球鐵經等溫淬火后可獲得高強度，同時具有良好的塑性和韌性。球鐵件等溫蘸火液淬火工藝為：加熱到奧氏體區（840-900℃左右），保溫后在300℃左右的等溫鹽浴中冷卻并保溫，使基體轉變為下貝氏體十球狀石墨，其綜合力學性能最好，等溫淬火液淬火后工件應進行低溫回火以消除內應力并穩定組織。 ⑤表面蘸火液熱處理：對于要求表面耐磨或抗氧化或耐腐蝕的球鐵件，可以采用類似于鋼的表面蘸火液熱處理，如氮化、滲硼、滲硫、滲鋁等化學熱處理以及表面淬火硬化處理，以滿足性能要求，其處理工藝與鋼的類似。本文參考《金屬工藝基礎與實踐》一書。

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