热处理淬火材料之灰铸铁

灰铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种热处理淬火材料铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占80%以上。 成分与组织 灰铸铁的成分大致范围为：2.5%-4.0% C、1.0%-3。0%Si、0.25%-1．0%Mn、0.02%-0.20%S、0.05%-0.05%P。具有上述成分范围的液体铁水在进行缓慢冷却凝固时，将发生石墨化，析出片状石墨。其断口的外貌呈浅烟灰色，所以称为灰铸铁。 普通灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成的，其片状石墨形态或直或弯且不连续，热处理淬火材料灰铸铁的基体根据石墨化进程不同可以是铁素体，铁素体十珠光体或珠光体三种。 性能 与普通钢材相比，热处理淬火材料灰铸铁具有如下性能特征： ①力学性能低：抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢，这是由灰铸铁的组织特征决定的。灰铸铁中片状低性能石墨实际上就相当于布满于材料内的孔洞或裂纹，在受载时其对钢基体有很强的分割和应力集中效应，而且破坏了基体的连续性，这是热处理淬火材料灰铸铁抗拉强度很差，塑性和韧性几乎为零的根本原因。但灰铸铁在受压时石墨片破坏基体连续性的影响则大为减轻，其抗压强度是抗拉强度的2.5-4倍，并且大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感，所以常用灰铸铁制造机床床身、底座等耐压零部件。 ②工艺性能好：由于灰铸铁的含碳量接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良好，分散缩孔少，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，石墨的润滑效应有利于材料的切削加工。 ③优异的耐磨性和消震性：铸铁中的石墨因其层状结构而有润滑作用，而当低强度的石墨磨损后留下的空隙有利于储油，从而使热处理淬火材料灰铸铁的耐磨性好；石墨对震动的传递起削弱作用，使灰铸铁有很好的消震性能。 牌号 牌号中“HT”表示“灰铁”二字的汉语拼音大写字首，“HT"后的数字表示铸铁的最低抗拉强度值。如HT200表示最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。 孕育处理 HT250、HT300、HT350属于较高强度的孕育铸铁（也称变质铸铁），需经孕育处理（即结晶时向铁水中加入孕育形核剂）获得。 铸铁变质剂或孕育剂一般为硅铁合金或硅钙合金小颗粒或粉，当加入铸铁液内后立即形成S102的固体小质点，热处理淬火材料铸铁中的碳以这些小质点为核心形成细小的片状石墨。由于结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。铸铁经孕育处理后其显微组织是在细珠光体基体上分布着细片状石墨，不仅强度有较大提高，而且塑性和韧性也有所改善，常用来制造力学性能要求较高、截面尺寸变化较大的铸件。 热处理 灰铸铁的热处理只能改变其基体组织，不能改变石墨的形态和分布，即热处理不能显著改善热处理淬火材料灰铸铁的力学性能。热处理主要用来消除铸件的内应力，稳定尺寸，消除白口组织和提高铸铁的表面性能。 ①去应力退火：铸件在铸造冷却过程中，由于各部位冷却速度不同，容易产生内应力，可能导致铸件翘曲和裂纹。为了保证尺寸稳定性，防止变形，因此为保证尺寸稳定和防止变形开裂，对一些形状复杂的铸件如机床床身，柴油机汽缸等，常常要进行去应力退火（又称人工时效）。工艺规范一般为：随炉缓慢加热至500-550℃，保温一段时间后，随炉缓冷至150-200℃出炉空冷。 ②消除铸件白口、降低硬度退火：灰铸铁件表层及一些薄截面处，在冷凝过程中冷却速度较快，容易产生白口组织，使铸件的硬度和脆性增加，造成切削加工困难，需进行退火处理。退火一般在共析温度以上进行（850-900℃保温2-5h），使渗碳体分解成石墨，然后随炉缓冷至400-500℃，再出炉空冷，所以又称高温退火。 ③表面淬火：为了提高某些铸件如机床导轨、缸体内壁等的表面硬度，可进行表面淬火。常用的方法有高（中）频感应加热表面淬火介质，还可采用火焰加热，激光加热，等离子加热和电接触加热等新型表面淬火方法。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。 相关链接 42Crmo热处理淬火工艺
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