灰铸铁的热处理
退火
1.去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。
去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。
通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。
一些灰铸铁件的去应力退火规示于表1.
2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。
若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。
（1）低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。
灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。
（2）高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。
正火
灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度围，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。
正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。
淬火与回火
1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。
对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。
随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。
灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。
石墨使铸铁的导热性降低，从而使它的淬透性下降，石墨越粗大，越多，这种影响越大。
2.回火为了避免石墨化，回火温度一般应低于550℃，回火保温时间按t=[铸件厚度（mm）/25]+1（h）计算。
3.等温淬火为了减小淬火变形，提高铸件综合力学性能，凸轮、齿轮、缸套等零件常采用等温淬火。
等温淬火的加热温度和保温时间与常规淬火工艺相同。
复习前课
铸铁的分类（P89～90）
§4-6工程铸铁
一、铸铁的石墨化
1．概述
铸铁是碳的质量分数W C＞2.11%的铁碳合金。它是以Fe、C、Si为主要组成元素，并比钢含有较高的S和P等杂质。碳在铸铁中，主要以石墨的形式存在。
石墨化：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程。
石墨化有两种方式：一种是在冷却
过程中，可以从液体和奥氏体中直接析
出石墨；另一种是在一定条件下由亚稳
定性的Fe3C分解出铁素体和稳定的石
墨。
双重相图：实践证明，铸铁在冷却
时，冷速越缓，析出石墨的可能性越大，
用Fe-G相图说明；冷速赶快，则析出渗
碳体的可能性越大，用Fe-Fe3C相图说
图4-11 Fe－G与Fe－Fe3C双重相图明。为便于比较和应用，习惯上把这两个相图合画在一起，称之为铁-碳合金双相图。
如图4-11所示。其中虚线表示稳定态（Fe-G ）相图，实线表示亚稳定态（Fe -Fe 3C ）相图，虚线与实线重合的线用实线画出。石墨化以哪一种方式进行，主要取决于铸铁的成分与保温冷却条件。
2．石墨化过程
按照Fe-G 相图，铸铁的石墨化过程分为三个阶段：
第一阶段石墨化 ①对于过共晶成分合金而言，铸铁液相冷至C'D'线时，结晶出
的一次石墨；②各成分铸铁，在1154℃（E'C'F'线）通过共晶反应形成的共晶石墨。即
共晶℃G A E 1154+??→?'C L
第二阶段石墨化 在1154～738℃温度围，奥氏体沿E'S'线析出二次石墨。即ⅡG
第三阶段石墨化 在738℃（P'S'K'线）,通过共析转变析出共析石墨。即
共析℃G F A P 738S +??→?'
3．影响石墨化的主要因素
（1）化学成分 按对石墨化的作用，可分为促进石墨化的元素（C 、Si 、Al 、Cu 、Ni 、Co 、P 等）和阻碍石墨化的元素（Cr 、W 、Mo 、V 、Mn 、S 等）两大类。
·C 和Si 是强烈促进石墨化的元素；S 是强烈阻碍石墨化的元素，而且还降低铁
液的流动性和促进高温铸件开裂；
·适量的Mn 既有利于珠光体基体形成，又能消除S 的有害作用；
·P 是一个促进石墨化不太强的元素，能提高铁液的流动性，但当其质量分数超
过奥氏体或铁素铁的溶解度时，会形成硬而脆的磷共晶，使铸铁强度降低，脆性增大。
总之，生产中，C 、Si 、Mn 为调节组织元素，P 是控制使用元素，S 属于限制元
素。
（2）石墨化温度 石墨化过程需要碳、铁原子的扩散，石墨化温度越低，原子
扩散越困难，因而石墨化进程越慢，或停止。尤其是第三阶段石墨化的温度较低，常常石墨化不充分。
（3）冷却速度 一定成分的铸铁，石墨化程度取决于冷却速度。冷速越慢，越利
于碳原子的扩散，促使石墨化进行。冷速越快，析出渗碳体的可能性就越大。这是由
于渗碳体的W C（6.69%）比石墨（100%）更接近于合金的W C（2.5%～4.0%）影响冷却的因素主要有浇注温度、铸件壁厚、铸型材料等。当其它条件相同时，提高浇注温度，可使铸型温度升高，冷速减慢；铸件壁厚越大，冷速越慢；铸型材料导热性越差，冷速越慢。
二、铸铁的组织与性能
1．铸铁的组织通常铸铁的组织可以认为是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成的。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。
表4-23铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织
2．铸铁的性能铸铁基体组织的类型和石墨的数量、形状、大小和分布状态决定了铸铁的性能。
（1）石墨的影响
石墨是碳的一种结晶形态，其碳的质量分数W C≈100%，具有简单六方晶格。
由于石墨的硬度为3～5HBS，σb约为20MPa，塑性和韧性极低，伸长率δ接近于零，从而导致铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均不如钢。并且石墨数量越多，尺寸越大，分布越不均匀，对力学性能的削弱就越严重。其中·片状石墨对基体的削弱作用和引起应力集中的程度最大；
·球状石墨对基体的割裂作用最小；
·团絮状石墨的作用居于二者之中。
但石墨的存在，使铸铁具有优异的切削加工性能、良好的铸造性能和润滑作用、很好的耐磨性能和抗振性能，大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。
（2）基体组织的影响
对同一类铸铁来说，在其它条件相同的情况下，铁素体相的数量越多，塑性越好；珠光体的数量越多，则抗拉强度和硬度越高。由于片状石墨对基体的强烈作用，所以只有当石墨为团絮状、蠕虫状或球状时，改变铸铁基体组织才能显示出对性能的影响。
三、常用铸铁材料
1．普通灰铸铁
普通灰铸铁俗称灰铸铁，简称灰铁。其生产工艺简单，铸造性能优良，在生产中应用最为广泛，约占铸铁总量的80%。
（1）灰铸铁的成分、组织和性能
一般铸铁含W C＝2.7%～3.6%，W Si＝1.0～2.2%，W Mn＝0.5%～1.3%，W S＜0.15%，W P＜0.3%。其组织有：铁素体灰铸铁（在铁素体基体上分布着片状石墨）；珠光体+铁素体灰铸铁（在珠光体+铁素体基体上分布着片状的石墨）；珠光体灰铸铁（在珠光体基体上分布着片状的石墨）如图4-13（a）、（b）、（c）所示。
图4-13三种基体的灰铸铁
灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨，因此，其基体的强度和硬度不低于相应的钢。石墨的强度、塑性、韧性极低，在铸铁中相当于裂缝和孔洞，破坏了基体金属的连续性，同时很容易造成应力集中。因此，灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧性都明显低于碳钢。石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对基体的割裂作用越严重。但是石墨片很细，尤其相互连接时，也会使承载面积显著下降。因此，石墨片长度应以0.03～0.25mm为宜。石墨的存在，使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减
振性和切削加工性都高于碳钢，缺口敏感性也较低。灰铸铁的硬度和抗压强度主要取决于基体组织，而与石墨的存在基本无关。因此，灰铸铁的抗压强度约为抗拉强度3～4倍。
（2）灰铸铁的牌号及用途
灰铸铁的牌号由“HT+数字”组成。其中“HT”是“灰铁”二字汉语拼音字首，数字表示φ30mm试棒的最低抗拉强度值（MPa）。常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途见表4-24。
从表中可以看出，灰铸铁的强度与铸件的壁厚有关，铸件壁厚增加则强度降低，这主要是由于壁厚增加使冷却速度降低，造成基体组织中铁素体增多而珠光体减少的缘故。
（3）灰铸铁的孕育处理
浇注时向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁液的结晶条件，以得到细小、均匀分布的片状石墨和细小的珠光体组织的方法，称为孕育处理。
孕育处理时，孕育剂及它们的氧化物使石墨片均匀细化，并使铸铁的结晶过程几乎在全部铁液中同时进行，避免铸件边缘及薄壁处出现白口组织，使铸铁各个部位截面上的组织与性能均匀一致，提高了铸铁的强度、塑性和韧性，同时也降低了灰铸铁的断面敏感性。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，表4-24中，HT250、HT300、HT350即属于孕育铸铁，常用于制造力学性能要求较高，截面尺寸变化较大的大型铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等。
（4）灰铸铁的热处理
由于热处理仅能改变灰铸铁的基本组织，改变不了石墨形态，因此，用热处理来提高灰铸铁的力学性能的效果不大。灰铸铁的热处理常用于消除铸件的应力和稳定尺寸，消除铸件的白口组织、改善切削加工性，提高铸件表面的硬度及耐磨性。
①时效处理
形状复杂、厚薄不均的铸件在冷却过程中，由于各部位冷却速度不同，形成应力，即削弱了铸件的强度，又使得在随后的切削加工中，因应力的重新分布而引起变形，甚至开裂。因此，铸件在成形后都需要进行时效处理，尤其对一些大型、复杂或加工
精度较高的铸件（如机床床身、柴油机汽缸等），在铸造后、切削加工前，甚至在粗加工后都要进行一次时效退火。
传统的时效处理一般有自然时效和人工时效。自然时效是将铸件长期放置在室温下以消除其应力的方法；人工时效是将铸件重新加热到530～620℃，经长时间保温（2～6h）后在炉缓慢冷却至200℃以下出炉空冷的方法。经时效退火后可消除90%以上的应力。时效退火温度越高，铸件残余应力消除越显著，铸件尺寸稳定性越好，但随着时效温度的提高，时效后铸件力学性能会有所下降。
振动时效是目前生产中用来消除应力的一种新方法。它是用振动时效设备，按照振动时效技术国家标准，使金属工件在半小时，进行近十万次较大振幅的低频亚共振振动，使之产生微观塑性变形，从而降低和均化残余应力，防止工件在使用过程中的变形。由于振动时效所需时间短（半小时），成本低（一度电和几元钱），效果好，而且能随时随地多次进行，既不降低硬度和强度，又无烟尘环境污染和氧化皮，所以广泛用于铸件、焊件和机加工件的时效处理，被誉为理想的无成本时效技术。
②石墨化退火
石墨化退火一般是将铸件以70～100℃/h的速度加热至850～900℃，保温2～5h （取决于铸件壁厚），然后炉冷至400～500℃后空冷。目的是消除灰铸铁件表层和薄壁处在浇注时产生的白口组织。
③表面热处理
有些铸件，如机床导轨、缸体壁等，表面需要高的硬度和耐磨性，可进行表面淬火处理，如高频表面淬火，火焰表面淬火和激光加热表面淬火等。淬火前铸件需进行正火处理，以保证获得大于65%以上的珠光体组织，淬火后表面硬度可达50～55HRC。
2．球墨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状的灰铸铁。它是在浇注前向砂灰铸铁液中加入球化剂和孕育剂，而获得具有球状石墨的铸铁。
球化剂：能使石墨结晶成球状的物质。
常用球化剂：镁、稀土和稀土镁合金。
孕育剂：硅铁合金。
孕育处理的目的：首先是促进石墨化，其次是改善石墨的结晶条件，使石墨球径变小，数量增多，形状圆整、分布均匀，显著改善了其力学性能。
（1）球墨铸铁的成分、组织和性能（自阅回答问题）
球墨铸铁的成分中，C、Si的质量分数较高，Mn的质量分数较低，S、P质量分数限制很严，同时含有一定量的Mg和稀土元素。球墨铸铁常见的基体组织有铁素体、铁素体＋珠光体和珠光体三种。通过合金化和热处理后，还可获得下贝氏体、马氏体、托氏体、索氏体和奥氏体等基体组织的球墨铸铁。
在石墨球的数量、形状、大小及分布一定的条件下，珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁素体球墨铸铁高50%以上，而铁素体球墨铸铁的伸长率是珠光体球墨铸铁的3～5倍。铁素体＋珠光体基体的球墨铸铁性能介于二者之间。经热处理后以马氏体为基的球墨铸铁具有高硬度、高强度，但韧性很低；以下贝氏体为基的球墨铸铁具有优良的综合力学性能。石墨球越细小，分布越均匀，越能充分发挥基体组织的作用。
球墨铸铁的金属基体强度的利用率可以高达70%～90%，而普通灰铸铁仅为30%～50%。同其它铸铁相比，球墨铸铁强度、塑性、韧性高，屈服强度也很高。屈强比可达0.7～0.8，比钢约高一倍，疲劳强度可接近一般中碳钢，耐磨性优于非合金钢，铸造性能优于铸钢，加工性能几乎可与灰铸铁媲美。因此，球墨铸铁在工农业生产中得到越来越广泛的应用，但其熔炼工艺和铸造工艺要求较高，有待于进一步改进。
（2）球墨铸铁的牌号及用途
球墨铸铁的牌号由“QT+数字-数字”组成。其中“QT”是“球铁”二字汉语拼音字首，其后的第一组数字表示最低抗拉强度（MPa），第二组数字表示最小断后伸长率（%）。球墨铸铁的牌号、力学性能和用途举例见表4-25。
灰铸铁的铸造工艺 铸造业就说“三好”即：好铁水、好型砂、好工艺。铸造工艺在铸件的制造上是和铁水、型砂并列的三大要素之一，若轻视它，绝对做不出好铸件。在砂型中用模型做出铸型，使铁水流入型腔而做出铸件，铸造工艺是研究决定其流入的路径、方法的技术。 铸型分为： 浇口：把铁水从铁水包注入铸型的入口。往往为使浇注量均匀，除去铁水中的夹杂物，设有集渣浇口杯。浇口杯下是直浇道。 横浇道：指铁水从直浇道向型腔流道的水平部分。 内浇口：指铁水从横浇道进入型腔的部位。铸造俗语叫“堰”，是工艺上的重要部分。 出气孔：是随着铁水的充型把型腔内部的空气向外排放的孔道，如果型砂的透气性合适，一般是没有必要的。 冒口：是把铁水中的夹杂物和铸型中的杂物向外排出口，但是由于铸件冷却收缩造成体积不足起补缩作用时叫补缩冒口，这种冒口粗大。铸造工艺的基本要点 铸造工艺是为了使浇注顺利进行，得到良好铸件的技术，平稳且快
是加山延太郎博士的名言，即浇注时间应尽量短，而且在型腔内部又不产生紊乱那样去浇注，其要点如下。 （1）关于铸型的上下：铸件的切削加工面尽量在下箱里，因下部产生缩孔少，材质致密。 （2）浇注方式：有从铸件的上部浇入的顶注式和从下部、中部浇注的底注式。顶注式铸型容易产生冲砂而不怎么使用。 （3）内浇口的位置：由于流入型腔内的铁水急速冷却成固体，如果在厚壁部分开内浇口铁水进不到薄壁部分，在大铸件时，内浇口若小了通过的铁水就快，内浇口附近要冲砂。要考虑内浇口的数量、形状而决定其位置。 （4）内浇口的种类： 主要为三角内浇口和梯形内浇口。三角内浇口容易做，梯形内浇口能防止渣子混入铸型。 （5）直浇口、横浇口、内浇口的断面积比。 按西德R·LEHMANN博士的意见，直浇口为A，横浇口为B，内浇口为C时，A ∶B ∶C＝3.6 ∶4.0 ∶2.0。 虽然关于这个比例是否妥当，有各种不同意见，但说明一下这个比例的思路是：首先铁水通过3.6的入口而进入4.0这样大而长的横浇
典型铸铁件铸造工艺设计与实例叙述铸造生产中典型铸铁件——气缸类铸件、圆筒形铸件、环形铸件、球墨铸铁曲轴、盖类铸件、箱体及壳体类铸件、阀体及管件、轮形铸件、锅形铸件及平板类铸件的铸造实践。内容涉及材质选用、铸造工艺过程的主要设计、常见主要铸造缺陷及对策等。 第1章气缸类铸件 1.1 低速柴油机气缸体 1.1.1 一般结构及铸造工艺性分析1.1.2 主要技术要求 1.1.3 铸造工艺过程的主要设计1.1.4 常见主要铸造缺陷及对策1.1.5 铸造缺陷的修复 1.2 中速柴油机气缸体 1.2.1 一般结构及铸造工艺性分析1.2.2 主要技术要求 1.2.3 铸造工艺过程的主要设计1.3 空气压缩机气缸体 1.3.1 主要技术要求 1.3.2 铸造工艺过程的主要设计第2章圆筒形铸件 2.1 气缸套 2.1.1 一般结构及铸造工艺性分析2.1.2 工作条件 2.1.3 主要技术要求 2.1.4 铸造工艺过程的主要设计2.1.5 常见主要铸造缺陷及对策2.1.6 大型气缸套的低压铸造2.1.7 气缸套的离心铸造 2.2 冷却水套 2.2.1 一般结构及铸造工艺性分析2.2.2 主要技术要求 2.2.3 铸造工艺过程的主要设计2.2.4 常见主要铸造缺陷及对策2.3 烘缸 2.3.1 结构特点 2.3.2 主要技术要求 2.3.3 铸造工艺过程的主要设计2.4 活塞 2.4.1 结构特点 2.4.2 主要技术要求 2.4.3 铸造工艺过程的主要设计2.4.4 砂衬金属型铸造 第3章环形铸件 3.1 活塞环3.1.1 概述 3.1.2 材质 3.1.3 铸造工艺过程的主要设计 3.2 L形环 3.2.1 L形环的单体铸造 3.2.2 L形环的筒形铸造 第4章球墨铸铁曲轴 4.1 主要结构特点 4.1.1 曲臂与轴颈的连接结构 4.1.2 组合式曲轴 4.2 主要技术要求 4.2.1 材质 4.2.2 铸造缺陷 4.2.3 质量检验 4.2.4 热处理 4.3 铸造工艺过程的主要设计 4.3.1 浇注位置 4.3.2 模样 4.3.3 型砂及造型 4.3.4 浇冒口系统 4.3.5 冷却速度 4.3.6 熔炼、球化处理及浇注 4.4 热处理 4.4.1 退火处理 4.4.2 正火、回火处理 4.4.3 调质（淬火与回火）处理 4.4.4 等温淬火 4.5 常见主要铸造缺陷及对策 4.5.1 球化不良及球化衰退 4.5.2 缩孔及缩松 4.5.3 夹渣 4.5.4 石墨漂浮 4.5.5 皮下气孔 4.6 大型球墨铸铁曲轴的低压铸造 第5章盖类铸件 5.1 柴油机气缸盖 5.1.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.1.2 主要技术要求 5.1.3 铸造工艺过程的主要设计 5.2 空气压缩机气缸盖 5.2.1 一般结构及铸造工艺性分析 5.2.2 主要技术要求 5.2.3 铸造工艺过程的主要设计 5.3 其他形式气缸盖 5.3.1 一般结构 5.3.2 主要技术要求 5.3.3 铸造工艺过程的主要设计 第6章箱体及壳体类铸件 6.1 大型链轮箱体 6.2 增压器进气涡壳体 6.3 排气阀壳体 6.4 球墨铸铁机端壳体 6.5 球墨铸铁水泵壳体 6.6 球墨铸铁分配器壳体 第7章阀体及管件 7.1 灰铸铁大型阀体 7.2 灰铸铁大型阀盖 7.3 球墨铸铁阀体 7.4 管件 7.5 球墨铸铁螺纹管件 7.6 球墨铸铁管卡箍 7.6.1 主要技术要求 7.6.2 铸造工艺过程的主要设计 7.6.3 常见主要铸造缺陷及对策 第8章轮形铸件 8.1 飞轮 8.2 调频轮 8.3 中小型轮形铸件 8.4 球墨铸铁轮盘 第9章锅形铸件 9.1 大型碱锅 9.2 中小型锅形铸件 第10章平板类铸件 10.1 大型龙门铣床落地工作台 10.2 大型立式车床工作台 10.3 大型床身中段 10.4 大型底座 中国机械工业出版社精装16开定价：299元
灰铸铁件石墨化退火工艺守则 1热处理设备 1.1采用电阻加热炉，炉温均匀性及炉温精度满足工艺要求。 1.2加热和冷却的测温、控温和自动记录装置完好。 1.3热电偶和炉温仪表每年定期校验，并保存有关记录。 2热处理前准备 2.1检测热处理铸件外观、形状尺寸，不得有影响性能的气孔、缩孔、裂纹等缺陷。 2.2根据热处理铸件的化学成分、牌号、原始组织和技术要求确定采用高温石墨化退火工艺或低温石墨化退火工艺。当铸件中共晶渗碳体不多时，石墨化的目的是使共析渗碳体分解，此时可选用低温石墨化退火。当铸件中含有自由渗碳体或共晶渗碳体时，石墨化的目的是消除自由渗碳体和共晶渗碳体，此时进行高温石墨化退火。 2.3检查加热、起重、机械、电器等完好情况，如发现故障，应及时采取措施修复。 3装炉 3.1热处理铸件装在有效加热区内，试棒随同炉铸件放在规定位置。 3.2同炉热处理铸件牌号、壁厚相近，将薄件、小件或复杂的件装在离热源较远处。 3.3装炉不要过载。 4工艺规范 4.1升温速度
以铸件厚薄和结构复杂程度选择升温速度，结构复杂铸件升温速度慢些，一般实体或形状简单铸件升温速度快些。 4.2加热温度 根据铸件牌号、铸态组织、铸件形状尺寸和工艺方法等因素确定加热温度。高温石墨化退火工艺温度900℃-950℃，保温2h-4h。低温石墨化退火温度650℃-750℃，保温2h-4h。炉温精度控制高温石墨化退火±20℃，低温石墨化退火±15℃。 4.3保温时间 必须保证铸件各部分均匀加热到所需温度，使组织均匀化，保温时间根据铸件的配合、壁厚、装炉量确定。 4.4冷却速度 退火冷却速度根据铸件精度、装炉量和基体组织确定。高精度铸件慢冷，厚壁铸件冷速较快。 5出炉 5.1退火出炉温度在180℃-250℃以下，复杂件出炉温度低些，出炉铸件未降到室温之前不得受雨、雪及水浸淋。出炉后铸件应摆放平稳，小铸件可以堆放。 5.2热处理后铸件，必要时抛丸处理，去除氧化皮。 6记录 记录热处理过程中的设备故障异常、工艺执行异常等，并保存备查。 7热处理铸件质量检验
1.灰铸铁中锰、硫的特性及作用 灰铸铁中的锰、硫是一对非常特殊的元素，由于锰、硫要形成MnS夹杂物，这就使得锰、硫的作用变得有些特殊。 ⑴锰我们一直把锰作为一个合金化元素来用，认为加锰能提高灰铸铁的强度和硬度，这种观点很少有人怀疑过。但是，通过试验却发现事实并非如此。在碳硅量高，硫量也较高的前提下，加锰后灰铸铁的性能并没有提高，反而下降。由于加锰反而使性能降低，因此，在碳硅量高、硫量也较高的情况情况下，w(Mn)控制在0.4%～0.5%的范围内有利于生产高强度灰铸铁。 ⑵硫灰铸铁中的硫究竟是有利还是有害，对硫的认识经过了一个逐步提高的过程；从认为硫是有害元素，到灰铸铁中要加入一定量的硫来改善切削性能，改善孕育效果和石墨形态。我们逐步认识了灰铸铁中硫在一定含量范围内是有利的，这个w(S)范围是0.08%～0.12%。 灰铁液中的硫过低是不利的：石墨形态差，孕育的效果也不好。但对于这一点，仍有很多人认识不足。当w(S)小于0.05%时，一定要进行增硫处理，否则，孕育效果差。 许多人已经知道灰铸铁中加硫会发改善切削性能，而除此之外，加硫还能提高灰铸铁的性能⑴改善石墨形态是提高切削性能的重要措施。 石墨是灰铸铁切削过程中裂纹扩展及断屑的重要因素，因此改善石墨形态是提高切削能最重要的措施。冲天炉熔炼要做到高温熔炼，因为高温熔炼促进增碳的最好措施也能减少铁液氧化倾向。因此热风冲天炉是必要的硬件条件；对于电炉熔炼，增碳工艺是最好的工艺，也是改善切削性能的最重要的措施。 ⑵随流孕育很重要，但要适量，不能过量。 随流孕育也改善石墨形态的重要手段，而且建议使用进口的随流孕育剂，但是随流孕育不能过量。我们很多人只看到随流孕育的好处，但是加入量太大，会增加铁素体的数量，提高材料的韧性，这对高速切削的断屑性能是不利的。 ⑶合金化不能以加铜为主，要适当增加微小硬质点的数量。 这也是我们以前走过了弯路后得到的经验，对硬质点的过分担心缘于我们推理的错误，认为刀具一定要切过硬质点，而硬质点又是那么硬，所以要打刀。实际上分布在晶间的微小硬质点增加了材料的断屑性能，适当提高了材料的脆性，这一点也是使高速切削性能提高的重大突破。多加铜会提高材料的韧性，并不能改善决屑性能。 ⑷原材料中要严格控制有害元素的含量。 ⑵提高原铁液的硅量，控制孕育量。 灰铸铁中的硅一部分是原铁液中的硅，一部分是孕育带入的硅。 许多人喜欢原铁液中的硅低点，然后用很大的孕育量孕育，这种做法并不科学：大量的孕育是不可取的，这会增大收缩倾向。孕育是为了增加结晶核心的数量，促进石墨化，少量的孕育（0.2%～0.4%）就可以达到这个目的。从工艺控制来说，孕育量应该相应稳定，不能有过大的变化。这就要求原铁液的硅量也要相应稳定。提高原铁液的硅量，既可以减少白口和收缩倾向，又能发挥硅固溶强化基体的作用，性能反而不降低。目前比较科学的做法是提高灰铸铁原铁液的含硅量，孕育量控制在0.3%左右，这样可以发挥硅的固溶强化作用，对提高强度有利，也对减少铸件收缩有利。 ⑶合金化的方法对铁液收缩有很大影响。 合金化能有效提高铸铁的性能，我们常用的合金元素是铬、钼、铜、锡、镍。 铬：铬能有效地提高灰铸铁的性能，随着加入量的增加，性能会一直提高。铬的白口倾向比较大，这是大家最顾忌的问题。加入量太大，会出现碳化物。至于铬量的上限如何控制，不同的加铬工艺，上限有所不同，如果铬加入到原铁液中，其上限不要超过0.35%，提高原铁
铸铁的分类及特性 从铁碳相图中知道，含碳量大于 2.06%的铁碳合金称为铸铁 尽管铸铁强度、塑性、韧性较差，不能进行锻造，但它具有优良的铸造性、减摩性、切削加工等一系列性能特点；另外其生产设备和工艺简单、价格低廉，因此得到了广泛的应用。 1.铸铁的分类 铸铁的常用分类方法有两种：一是按石墨化程度；二是按石墨结晶形态。 按石墨化程度可分为： ①灰口铸铁：即在第一和第二阶段石墨化过程中都得到了充分石墨化的铸铁，其断口呈暗灰色。 ②白口铸铁：即第一、二和三阶段的石墨化全部被抑制，完全按Fe—Fe s C相图进行结晶而得到的铸铁。 ③麻口铸铁：即在第一阶段的石墨化过程中便未得到充分石墨 化的铸 铁。 按石墨结晶形态分： ①灰口铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈片状结晶。 ②可锻铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈固絮状。 ③球墨铸铁：铸铁组织中的石墨形态呈球状。 2.铸铁的编号基本性能及用途
(1)灰口铸铁：根据GB976 —67所规定的编号、牌号用“HT 表示灰口铸铁，后面两项数字分别表示其抗拉和抗弯强度的最低值。女口HT20 —40表示抗拉强度和抗弯强度最低值为200MN/m2 和 400MN/m2。 灰口铸铁具有优良的铸造性、切削加工性，优良的减摩性。 良好的消震性和缺口敏感性，故而灰口铸铁主要用于制造各种承受压力和要求消震性的床身、机架、复杂的箱体、壳体和经受磨擦的导轨、罐体等。 （2）可锻铸铁：按GB978 —67规定牌号以“ KT”和 “ KTZ ” 表示可锻铸铁，其中“ KT”表示铁素体可铸铸铁， “ KTZ ”表示珠光体可锻铸铁，牌号中的两项数字表示其最低抗拉强度和延伸率。 可锻铸铁的机械性能，特别是冲击韧性普遍较灰口铸铁高，但由于其成本高，故而应用不是很广泛，主要用于制造一些小型铸铁。 （3）球墨铸铁：按GB1348—78规定，球墨铸铁以“ QT” 表示，后面数字同可锻铸铁一样。 球墨铸铁不仅具有远远超过灰铁的机械性能，而且同样也具有灰铁的优点，如良好的减摩性、切削加工性及低的缺口敏感性，甚至可与锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优于表面淬火钢等。此外，球墨铸铁还可适应各种热处理，使其机械性能提高到更高的水平。 球铁主要用来代替钢，如铁素体球墨铁可代替35、40#钢，珠 35CrMo、40CrMnMo 及20CrMnTi。 光体铸铁可代替
球墨铸铁铸造工艺 1、金属炉料的要求 各种入炉金属炉料必须明确成份，除回炉铁和废钢由炉前配料人员根据炉料状况确定外，螺纹钢不准加入球铁中。其余炉料必须具备化学成份化验单方可使用，同时应保证炉料、合金干燥。 防止有密闭容器混入炉料中。 所有炉料应按配料单过称。 球墨铸铁化学成分
球墨铸铁单铸试样力学性能( GB/T1348-1988)
3. 熔炼过程化学成分和机械性能控制范围：熔炼过程化学成分控制范围 3.1.2 球墨铸铁熔炼过程化学成分控制范围
机械性能控制范围符合、标准 配料：加料按（2200kg）根据材质和回炉料情况选择下表其中一种配比。（注 意：如果是其他增碳剂，则增碳剂加入量增加10%） 加料顺序： 200kg 新生铁或回炉料-1/3 增碳剂-废钢-1/3 增碳剂-废钢-1/3 增碳剂- 新生铁- 回炉料。 增碳剂不准一次加入. 防止棚料. 6 冶炼要求加料顺序：新生铁-废钢加满炉-增碳剂-废钢-回炉料。 熔化完毕，温度升到1380℃左右清除铁水表面的渣，取原铁水化学成分
根据成分标准加合金或其他原料调整化学成分。成份不合格不准出铁水 测温，根据铸件工艺要求要求确定出铁温度， 出铁水前扒渣干净。 小铸件要用吨包分包出铁或球化 7 球墨铸铁的孕育和球化处理 孕育剂选用75SiFe, 加入方法为随流加入。 球化处理材料的技术要求参见下表（有特殊要求的球化剂按专项规定）. 球铁处理方法 7.3.1 球化处理采取冲入法 7.3.2 将球化处理材料按球化剂-孕育剂（1/3 的硅铁粒）%增碳剂-聚渣剂- 铁板的顺序层状加入铁水包底的一边，每加入一种材料需扒平, 椿实。 7.3.3 铁水冲入位置应是放置合金等材料的另一边，防止铁水直接冲击合 金。先出2/3 铁水球化 7.3.4 球化反应结束后，再出余下的铁水1/3 。剩余2/3 Si75 孕育剂硅铁粒随在出剩余铁水均匀加入。孕育后必须搅拌铁水。
灰铸铁的热处理 退火 1.去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。 去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。 通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。 一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1. 2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。 若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。 （1）低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。 灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。
（2）高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。 正火 灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。 正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。 淬火与回火 1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。 对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。 随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。 灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。
中频炉配料的原则 和方案及其质量控制注意事项 (供技术部学习参考) 热炉每次加料前,要了解炉内所剩铁水多少,原则上所剩铁水不得超过1000㎏,否则,有可能造成炉子铁水过满,这一点很重要.若剩铁水太多,应调整炉料配料的总重量. 在铁水材质变更交替时,要把炉子倒空,特别是由灰铸铁转为生产球铁时要尽可能把铁水倒尽. 工艺员在配料之前,要根据产品品种和质量要求,设计好铁水的化学成分的控制范围. 工艺员每次下达配料工艺配方之前,要对炉料的各个来源和化学成分等要了解清楚.对于代用材料要按有关制度下达临时工艺. 一,灰铸铁(HT250)的配料的原则: 1,要将灰铸铁的回炉料全部用完,(含加工铁屑) 2,要把球铁配料用剩下的球铁回炉料和加工铁屑用完; 3,要用Cr钢来调整铁水的Cr,.基本上要做到灰铸铁铁水中少加和不加铬铁合金,要注意废钢的Cr的变化. 4,生铁要用Z18生铁(或Z22生铁)(含S稍高些为好),选用荷泽生产的Z18,Z22生铁.不选用Q12.Q10生铁.但要注意铁水P的变化. 5,增碳剂要用含S 0.5%的,不用含S 0.05%的.增碳剂.(增碳剂要用经过高温石墨化处理的增碳剂.)增碳剂一般加在炉子的中下部.用在调整铁水成分时,搅拌时间不要过长. 6,每次配料一般按6吨炉料配料,(若炉内铁水过多时,应将总配料量控制在5~5.5吨).加上炉内所剩铁水不应超过6.5吨铁水(在炉子运行的后期,炉膛尺寸大时,也可由炉工根据炉子的具体情况自行决定) 7,炉膛尺寸大时,炉子装铁水过多时,最简单的办法是加清洁的灰铸铁回炉铁来增加铁水量. 8,在同时需要调整成分C和Si时,而炉子也还需要增加铁水量时,也可用球铁废件来调整. 二,球铁QT450-10的配料原则: 1,以球铁生铁(Q12或Q!0)为主进行配料.少用废钢加增碳剂的生产工艺.若用增碳剂,增碳剂应为含S＜0.05%,在使用废钢时,要用普通碳素钢,不得使用合金钢等.在铁素体球铁生产中,要求原材料应遵循一高(高C)三低(低S,P,低Mn,低合金)的原则. 2,在配料时,要把C往上限配料. 3,球铁配料时,要计算好Si量,(Si应严格控制在工艺的中限为好),用球铁回炉料来调整Si,不要用硅铁来调Si.(因75%Si-Fe的价格要贵.) 4,在球化后的铁水(包括球化不良)返回中频炉中后,要注意炉内铁水成分的变化(特别是Si) 5,炉膛尺寸大时,炉子装铁水过多时,不能用加球铁回炉铁来增加铁水量.而要按工艺配方来增加总的配料量. 三,中频炉灰铸铁HT250金属材料配比 灰铸铁HT250配料按:废钢15%,生铁50%,废铸件回炉料(含铁屑)35%,进行配比.以上比例只供工艺员配料时参考.具体配方由工艺员根据具体情况自行设计和调整配料方案
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 1.1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。 1.2正火处理
铸铁的分类及其性能特点 一、铸铁的分类 铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业用铸铁是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有锰、磷、硫等杂质的多元合金。普通铸铁的成分大致为2.0~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn\0.1~1.2%P、0.08~0.15%S。有时为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，还加入Cr、Mo、V、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素含量，这种铸铁称作合金铸铁。 碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中。根据碳的存在形式不同，可将铸铁区分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。 1.白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在的铸铁称白口铸铁，断口呈银白色。这种铸铁组织中含有大量渗碳体和莱氏体共晶，因而其性能既硬又脆，所以不宜用作结构材料，一般都用作炼钢原料。 2.灰口铸铁碳全部或大部分以石墨形式存在的铸铁，称作灰口铸铁，其断口呈灰暗色。生产中多用来铸造各种机械零件。 按石墨的形态不同，灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁。 （1）普通灰口铸铁其中碳大部分或全部以片状形式的石墨存在于铸铁中它也常简称为灰铸铁。一般情况下，其石墨片都比较粗大。但若在铁水浇注前，向铁水中加入一些能起形核作用的所谓孕育剂（通常是加入硅铁），将增加并加快石墨的形核，从而使石墨细化并且分布均匀。这种处理称作孕育处理，经过这种处理的灰口铸铁即称孕育铸铁。 （2）可锻铸铁它是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火后形成。其中的碳全部或大部以团絮状石墨形式存在于铸铁中。它又称韧性铸铁或马铁。可锻铸铁实际上并不可锻，只不过具有一定塑而已。 （3）球墨铸铁简称球铁，其中的碳全部或大部分以球状石墨形式存在于铸铁中。它是灰口铸铁中机械性能最好的一种。 二、灰口铸铁的组织及性能特点 1.铸铁的石墨化过程在铸铁的冷凝过程中，原则上碳既可以渗碳体的形式析出，形成白口铸铁；也可以石墨的形式析出，形成灰口铸铁。析出石墨碳的过程，即称为石墨化。 至于碳究竟以哪种形式析出，主要取决于铸铁的化学成分及冷却速度。铝、碳及硅是最强烈促进石墨化的元素，而铬、硫及锰等是阻碍石墨化的元素。铸铁冷凝时，冷却速度愈慢，则愈易石墨化，反之愈易形成渗碳体。 一般的铁碳合金结晶时，照例是不易析出石墨的，但当含有足量的碳及硅时，在合金结晶时，就可能从液相中直接析出石墨碳（称为初生石墨）。合金在共晶线与共析线之间冷却时，既可以从奥氏体中直接析出石墨附着在初生石墨上，使之长大；也可能先析出渗碳体，而这渗碳体在缓慢的冷却过程中或恒温保温下，分解成铁素体和石墨。在这温度范围内的石墨化，常称作第一阶段石墨化。同理，在共析线以下冷却时，既可以由奥氏体直接共析分解为石墨和铁素体，也可以先形成珠光体，然后珠光体中的渗碳体再在保温过程中分解为石墨和铁素体，这称之为第二阶段石墨化。 石墨化过程有赖于碳原子的扩散，所以第一阶段石墨化由于温度较高，扩散条件较好，容易进行得比较完全。而第二阶段石墨化则由于温度角度，扩散条件较差，往往不能充分进行。在冷速较大时，只能部分石墨化或根本不能进行。
灰铸铁件生产中的几点技术措施 如何改善铸件的内在与外观质量，提高铸件的技术含量，应对市场的竞争，是国内部分生产企业所面临的课题。铸件生产中的每个环节对质量都有着重要影响，不可忽视。现将本人在实际工作中总结的一些技术措施归纳如下，供借鉴。 一、砂芯和砂型的刚性 砂型浇注后，由于铁液的静压力或凝固而引起的膨胀力，常导致型壁移动和砂芯溃散，这就会使铸件产生内部缩孔和表面缩陷。因此为使铸件尺寸稳定，要最大限度地使铸型紧实。 为了节约造型材料，造芯时广泛采用了空心砂芯，它比实体芯轻，故热容量小，凝固速度慢，这会导致砂型扩张或砂芯溃散。此外，铁液可能通过芯头或砂芯上的裂纹而渗入其中空部分，这也会使铸件产生缺陷。为了提高空心砂芯的刚性，可用湿型砂或水玻璃砂充填；也可将壳芯作成两半，其内部设置加强筋，造芯后粘合可得到坚硬的砂芯。 二、正确选择浇注温度 1 浇注温度过低时可能形成的缺陷 （1）硫化锰气孔此种气孔位于铸件表皮以下且多在上面，常在加工后显露出来，气孔直径约2 ~6mm。有时孔中含有少量熔渣，金相研究表明，此缺陷是由MnS偏析与熔渣混合而成，原因是浇注温度低，同时铁液中含Mn和S量高。 为防止这种缺陷，用冲天炉化铁时可在多孔材料的浇包中用气流连续脱S，将S降至0．06％~0．08％。这样的含S量和适宜的含Mn量（0．5％~0．65％），可以显著改善铁液纯度，从而有效地防止这类缺陷。 （2）液体夹渣加工后铸件表皮之下会发现一个个单体的小孔，孔的直径一般为1~3mm。个别情况下只有1~2个小孔。金相研究表明，这些小孔与少量的液体夹渣一起出现，但该处未发现S的偏析。研究表明，这种缺陷与浇注温度有关，浇注温度高于1380℃时，铸件中未发现这种缺陷，故浇注温度应控制在1380—1420℃。值得一提的是改变浇注系统设计，未能消除此缺陷，故此种缺陷可以认为是由于浇注温度低以及铁液在微量还原气氛下浇注时形成的。 （3）砂芯气体引起的气孔气孔和多空性气孔常因砂芯排气不良而引起。因为造芯时砂芯多在芯盒中硬化，这就常使砂芯排气孔数量不够。为了形成排气孔，可在型芯硬化后补充钻孔。 试验表明，改善型芯通气系统，可使浇注温度有较大的调整余地。 浇注温度过低最常见的原因是浇注前，铁液在敞口的浇包中长时间运输和停留而散热。用带有绝热材料的浇包盖，可以显著地减少热损失。 2 浇注温度过高
我国铸铁铸造业当前发展状况及趋势 20世纪80年代初，铸铁材料发展进入了顶峰期，随后，世界的铸铁产量便出现急剧递减，然而铸铁仍是当今金属材料中应用最为广泛的基础材料，在铸造合金材料中占有重要地位。 由于受能源、劳动力价格和环境因素的影响，西方工业发达国家的铸件产量将会逐渐减少，转而向发展中国家采购一般铸件，但同时又会向发展中国家出口高附加值、高技术含量的优质铸件。当前，世界经济全球化进程的加速为我国铸造业的发展提供了机遇，国际和国内市场对我国铸件的需求呈持续增长的趋势。与此同时，铸铁作为一种传统的金属材料，在其质量、性能和价格等方面正面临着严酷的挑战。抓紧我国铸铁铸造业的结构调整和技术改造；努力提高铸件质量档次，提高和理环境污染的水平，实现铸铁材料的高附加值化是应付未来更加激烈的市场竞争，满足用户多样化需求的主要对策。 一、我国铸铁的生产水平及差距 1．铸造工艺材料及辅料 我国铸造工艺材料如原砂、粘土、煤粉、粘结剂和涂料在品种、性能、质量等方面与工业先进国家之间的差距极大，以致我国的铸件尺寸精度和表面粗糙度比国外差一到两个等级，铸件表面缺陷造成的废品率比国外高几倍。铸造用工艺原料的标准化、系列化和商品化仍是一个亟待解决的问题。 2．铸造工艺过程及铸件质量的检测与控制 我国在铸造工艺过程和铸件质量的检测与控制方面与工业先进国家还存在比较大的差距，主要反映在以下方面：
①铸造工艺过程的检测。 ②铸造工艺过程的优化和控制。 ③铸件质量的检测。而上述检测和控制手段的完善是提升我国铸铁铸造生产水平的一个主要内容。 3．铸造工艺装备 对于铸造生产，国外广泛采用流水线大量生产；高压造型、射压造型、静压造型和气冲造型；造芯全部用壳芯和冷、热芯盒工艺。国内除汽车等行业中少数厂家采用半自动、自动化流水线大量生产外，多数厂家仍采用较落后的铸造工艺装备。 二、铸铁熔炼技术 1．冲天炉技术 冲天炉居铸铁熔炼设备之首，至今仍担负着80％以上铸铁件的熔炼任务。70年代以后，符合我国特点的炉型和熔炼技术已逐渐完善和成熟，形成了独具特色的多排小风口和两排大间距冲天炉系列。在操作技术上，从一度追求低焦耗到重视铁液质量，进而讲求提高技术、经济、劳动卫个和环境保护的综合指标，逐步开发应用了从炉料处理、修炉、烘炉到配加料、鼓风。炉况控制、铁液检验等全过程的操作技术。在较短的历程中，我们在冲天炉理论研究、炉子结构、修炉材料、送风系统、热能利用、强化底作燃烧、炉内气氛调整控制、铁液炉前检验、消烟除尘、非焦炭化铁、配料及熔炼过程计算机优化控制等诸多方自都取得了可喜的成绩。 冲火炉的发展是围绕着提高性能和生产率，降低消耗，改善操作，减少污染进行的。冲天炉性能主要体现在炭的燃烧、炉料的加热和冶金过程三方面。随着铸铁生产批量的扩大和对铸造生
2 F 型石墨(星状) E 型石墨(枝晶片状) D 型石墨(枝晶点状) C 型石墨(块片状) B 型石墨(菊花状) A 型石墨(片状) 1.2.1 灰铸铁的组织与性能 (1) 石墨的形态 第二节 灰铸铁 ? 灰铸铁的组织与性能 ? 提高灰铸铁性能的途径 ? 灰铸铁研究和生产的新进展
(3) 灰铸铁的性能特点 ① 力学性能 ? 灰铸铁的机械性能首先取决于石墨的形状、数量、尺寸与分布，其次取决于基体组织。 ? 灰铸铁的机械性能利用率仅有30％（与钢比） 表 灰铸铁与铸造碳钢力学性能比较 4 性能指标 抗拉强度 σb / MPa 延伸率 / % 冲击韧性 αk / J 弹性模量 E/ MPa 铸造碳钢 400~650 10~25 20~60 20×104 灰铸铁 100~400 ~0.5 ~5.0 (7~16)×104 3 P+G 片 F+P+G 片 F+G 片 (2) 基体组织
(4) 灰铸铁的国家标准 标准号：GB/T 9439-2010 φ30mm 单铸试棒的抗拉强度和布氏硬度 6 牌号 最小抗拉强度Rm （MPa ） 布氏硬度(HBW) HT100 100 ≤170 HT150 150 125-205 HT200 200 150-230 HT225 225 170-240 HT250 250 180-250 HT275 275 190-260 HT300 300 200-275 HT350 350 220-290 ② 减震性好 用于机床、缸体、缸套 ③ 导热性好 用于缸体、缸套、排气管、铁锅 ④ 加工性能好 硬度HB170~250 ⑤ 铸造性能好。可浇注复杂和薄壁铸件 ⑥ 成本较低 成本仅为锻钢1/3 ~1/4 钢、球铁、灰铸铁振动衰减图 5
综合实验:灰铸铁力学性能测试 一、实验目的： 目的是培养学生，理论联系实际的学风，独立动脑分析问题，独立动手解决问题，独立设计实验方案，独立完成实验全过程，独立总结实验过程的实际工作能力和初步的创新能力。 二、实验内容 我们小组拿到的是灰铸铁试样，由小组8人进行不同的热处理工艺，如表所示：工艺编号 1 2 3 4 5 6 7 8 正火℃无860 无无无无无无 淬火℃无无860 （水） 860 （水） 860 （油） 860 （油） 860 （油） 860 （油） 回火℃无无无560 无560 460 260 我选择的工艺是第7组. 二、实验步骤： 2.对灰铸铁进行淬火，温度860℃，保温10分钟，淬火介质为油。 3.测试淬火后试样的硬度值（洛氏硬度试验机）。 4.对试样进行回火处理，温度460℃，保温60分钟，取出后空冷。 5.测试回火后的试样硬度值（洛氏硬度试验机）。 6.通过打磨、研磨、抛光、侵蚀，在金相显微镜下观察试样经过处理后的金相组织，观察后拍照。 三、实验结果： 1.试样硬度表（HRC） 试 样编号 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 120.9 11.6 42.7 -10.0 —-5.5 8.9 28 221.0 13.3 41.9 0.0 —-6.3 4.7 31.2 319.6 11.1 40.6 -8.5 —-4.7 8.8 26.1 422.9 10.0 35 -20.0 —-3.7 7.0 30.9 521.7 10.3 54.6 -11.3 —-6.5 8.0 31.5
平均21.22 11.26 42.96 -9.96 23.01-5.34 7.48 29.54 45#2—15.0 60.0 21.0 26.0 16.0 —— 1、此数据为我的式样测得的平均值； 2、45钢的硬度数据综合了其他组同学的数据； 3、一般资料上面对于铸铁硬度的表示采用的是布氏硬度，但由于布氏硬度测量麻烦，故我们采用洛氏硬度表示，必要时可进行硬度换算。 四、实验分析： 灰口铸铁是指含有片状石墨组织的铸铁，这种铸铁因其断面呈灰黑色而得名，其基体组织则分为三种类型：铁素体、珠光体及铁素体+珠光体，从组织可以看出灰口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形式存在（如图8），片状石墨单晶体是由许多薄片晶层叠集而成，薄片晶之间存在着许多亚结构，普通铸铁的石墨晶体中，总是存在许多晶体缺陷。灰口铸铁中的石墨与钢的基体相比，可以把灰铸铁的组织看做是“钢的基体”加上片状石墨的夹杂，石墨的力学性能几乎可以看做为“0” ，而片状石墨的存在相当于基体中许多小的裂纹，破坏了材料的连续性和整体性，减少了基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力集中，是材料形成脆性断裂，所以灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比钢低得多，石墨片的量愈多，尺寸愈大，其其影响也愈大。石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但使铸铁获得了许多钢没有的优良性能。 灰铸铁的金属基体与碳钢基本相似，但由于灰铸铁内的硅、锰含量与碳钢相比较高，它们能溶解于铁素体中使铁素体得到强化。因此，铸铁中就金属基体而言，其本身的强度比碳钢要高。例如，碳钢中铁素体的硬度约为80HBS，而灰铸铁中铁素体的硬度约为100HBS，一般情况下铁素体灰口铸铁的硬度在143~229HBS(<0.9~22.5HRC)[布氏硬度值数据来自参考资料6，175页表7-1]。灰铸铁通常测定布氏硬度，因为布氏硬度试验范围适合测定铸铁，而且压痕面积大，能够覆盖较多显微组织，反映多相组织硬度综合值。但是由于实验室设备有限，以及我们操作能力不足，故而测定的是灰铸铁的洛氏硬度HRC，在必要条件下可通过查表换算出其大概的布氏硬度。有教材上说[7] ，灰口铸铁的布氏硬度值与同样基体的正火钢相近，这在上面硬度表中似乎得到说明。 基于以上原因老师指导我们按照45钢的热处理工艺处理灰铸铁，我们首先对灰铸铁试样进行了分析，在做金相分析后确定我们拿到的试样是铁素体基灰铸铁，如图1。我的试样按照预先设定的实验步骤进行处理。最后打硬度平均值为7.48，相当与布氏硬度170左右，属于143~229HBS范围之内，拍金相照片得到图6。 以下是不同工艺后拍的金相图片：
灰铸铁的铸造工艺-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
灰铸铁的铸造工艺 铸造业就说“三好”即：好铁水、好型砂、好工艺。铸造工艺在铸件的制造上是和铁水、型砂并列的而做出铸件，铸造工艺是研究决定其流入的路径、方法的技术。 铸型分为： 浇口：把铁水从铁水包注入铸型的入口。往往为使浇注量均匀，除去铁水中的夹杂物，设有集渣浇 横浇道：指铁水从直浇道向型腔流道的水平部分。 内浇口：指铁水从横浇道进入型腔的部位。铸造俗语叫“堰”，是工艺上的重要部分。 出气孔：是随着铁水的充型把型腔内部的空气向外排放的孔道，如果型砂的透气性合适，一般是没 冒口：是把铁水中的夹杂物和铸型中的杂物向外排出口，但是由于铸件冷却收缩造成体积不足起补 铸造工艺的基本要点 铸造工艺是为了使浇注顺利进行，得到良好铸件的技术，平稳且快是加山延太郎博士的名言，即（1）关于铸型的上下：铸件的切削加工面尽量在下箱里，因下部产生缩孔少，材质致密。（2）浇注方式：有从铸件的上部浇入的顶注式和从下部、中部浇注的底注式。顶注式铸型容易（3）内浇口的位置：由于流入型腔内的铁水急速冷却成固体，如果在厚壁部分开内浇口铁水进浇口的数量、形状而决定其位置。 （4）内浇口的种类： 主要为三角内浇口和梯形内浇口。三角内浇口容易做，梯形内浇口能防止渣子混入铸型。（5）直浇口、横浇口、内浇口的断面积比。 按西德R·LEHMANN博士的意见，直浇口为A，横浇口为B，内浇口为C时，A ∶B ∶C＝3.6 ∶4.0 ∶虽然关于这个比例是否妥当，有各种不同意见，但说明一下这个比例的思路是：首先铁水通过3间稍长，这期间比重轻的夹杂物可以上浮，就不能从内浇口进入铸件内部。这就是这种比例的要点 浇注系统的设计 浇注系统设计上的一个要点
灰铸铁的热处理
灰铸铁的热处理 退火 1.去应力退火为了消除铸件的残余应力，稳定其几何尺寸，减少或消除切削加工后产生的畸变，需要对铸件进行去应力退火。 去应力退火温度的确定，必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁当温度起过550℃时，即可能发生部分渗碳体的石墨化和粒化，使强度和硬度降低。当含有合金元素时，渗碳体开始分解的温度可提高到650℃左右。 通常，普通灰铸铁去应力退火温度以550℃为宜，低合金灰铸铁为600℃，高合金灰铸铁是可提高到650℃，加热速度一般选用60～120℃/h.保温时间决定于加热温度、铸件的大小和结构复杂程度以及对消除应力程度的要求。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢，以免产生二次残余内应力，冷却速度一般控制在20～40℃/h，冷却到200～150℃以下，可出炉空冷。 一些灰铸铁件的去应力退火规范示于表1. 2.石墨化退火灰铸铁件进行石墨化退火是为了降低硬度，改善加工性能，提高铸铁的塑性和韧性。 若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多时，可进行低温石墨化退火；当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温石墨化退火。 （1）低温石墨化退火，铸铁低温退火时会出现共析渗碳体石墨化与粒化，从而使铸件硬度降低，塑性增加。 灰铸铁低温石墨化退火工艺是将铸件加热到稍低于Ac1下限温度，保温一段时间使共析渗碳体分解，然后随炉冷却。
（2）高温石墨化退火，高温石墨化退火工艺是将铸件加热至高于Ac1上限以上的温度，使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨，保温一段时间后根据所要求的基体组织按不同的方式进行冷却。 正火 灰铸铁正火的目的是提高铸件的强度、硬度和耐磨性，或作为表面淬火的预备热处理，改善基体组织。一般的正火是将铸件加热到Ac上限+30～50℃，使原始组织转变为奥氏体，保温一段时间后出炉空冷。形状复杂的或较重要的铸件正火处理后需再进行消除内应力的退火。如铸铁原始组织中存在过量的自由渗碳体，则必须先加热到Ac1上限+50～100℃的温度，先进行高温石墨化以消除自由渗碳体在正火温度范围内，温度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的铸铁具有较高硬度和耐磨性时，可选择加热温度的上限。 正火后冷却速度影响铁素体的析出量，从而对硬度产生影响。冷速愈大，析出的铁素体数量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷却速度的方法）（空冷、风冷、雾冷），达到调整铸铁硬度的目的。 淬火与回火 1.淬火铸铁淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30～50℃的温度，一般取850～900℃，使组织转变成奥氏体，并在此温度下保温，以增加碳在奥氏体中的溶解度，然后进行淬火，通常采用油淬。 对于形状复杂或大型铸件应缓慢加热，必要时可在500～650℃预热，以避免不均匀加热而造成开裂。 随奥氏体化温度升高，淬火后的硬度越高，但过高的奥氏体化温度，不但增加铸铁变形和开裂的危险，并产生较多的残留奥氏体，使硬度下降。 灰铸铁的淬透性与石墨大小、形状、分布、化学成分以及奥氏体晶粒度有关。