灰口铸铁热处理基本原理

灰口铸铁的热处理灰口铸铁中存在着大量的片状石墨，故机械性能很差，而热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变片状石墨的有害作用。

这就是说，通过热处理来提高灰口铸铁的机械性能的效果不大。

因此，生产中对灰口铸铁进行热处理的种类并不多，较常用的仅有以下几种。

一．消除内应力退火当铸件形状复杂，厚薄不均时，由于浇注后冷却过程中各部位的冷却速度不同，往往在铸件内部产生很大的应力。

它不仅削弱了铸件的强度，而且在随后的切削加工之后，由于应力的重新分布而引起变形，甚至开裂。

因此，对精度要求较高或大型、复杂的铸件（如机床床身、机架等）在切削加工之前，都要进行一次消除内应力的退火，有时甚至在粗加工之后还要进行一次。

消除内应力退火通常是将铸件缓慢加热到500-560℃，保温一段时间（每10毫米截面保温一小时），然后以极缓慢的速度随炉冷至150-200℃后出炉。

此时，铸件的内应力基本上被消除。

应当指出，若退火温度超过560℃或保温时间过长，会引起石墨化，使铸件的强度与硬度降低，是不适宜的。

二．消除部分白口的软化退火铸件冷凝时，在表面或某些薄壁处，由于冷却速度较快，很容易出现白口组织，使铸件的硬度和脆性增加，造成切削加工的困难和使用时易剥落。

此时就必须将铸件加热到共析温度以上，进行消除白口的软化退火。

消除白口的软化退火，一般是把铸件加热到850-950℃，保温1-3小时，使共晶渗碳体发生分解，即进行第一阶段石墨化，然后又在随炉缓慢冷却过程中使二次渗碳体及共析渗碳体发生分解，即进行中间和第二阶段石墨化，待随炉缓冷到500-400℃时，再出炉空冷，这样就可获得铁素体或铁素体珠光体基体的灰口铸铁，从而降低了铸件的硬度，改善了切削加工性。

若采用较快的冷却速度，使铸件不发生第二阶段石墨化，则最终就获得珠光体基体的灰口铸铁，增加了铸件的强度和耐磨性。

三．表面淬火表面淬火的目的是提高灰口铸铁件的表面硬度和耐磨性。

表面淬火的方法有高频感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火及接触电热表面淬火等。

【淬火后的灰口铸铁表面硬度】一、概述在工程材料领域，灰口铸铁是一种常见的金属材料，因其具有良好的耐磨性、耐热性和耐磨损性能，被广泛应用于机械零件、汽车零配件等领域。

而淬火是提高灰口铸铁表面硬度的一种有效方法，一般淬火后的硬度是衡量其质量的重要指标之一。

二、灰口铸铁表面淬火的目的淬火是一种通过快速冷却的热处理工艺，能够使材料达到较高的硬度，提高其耐磨、耐腐蚀的能力。

对于灰口铸铁，淬火的目的主要是改善其表面硬度，提高零件的耐磨性，延长使用寿命。

三、淬火后应达到的硬度要求根据工程要求，对于灰口铸铁表面淬火后应达到的硬度一般有以下要求：1. 表面硬度应达到HRC45-HRC50之间，以保证零件在工作时能够承受一定的负载和磨损，同时保持稳定的工作性能。

2. 淬火层的深度需要达到一定的要求，通常为1.5mm左右，以确保零件表面具有足够的硬度和耐磨性。

四、淬火工艺对硬度的影响在灰口铸铁表面淬火的过程中，淬火工艺参数的选择对硬度有着重要的影响。

主要包括淬火温度、保温时间、冷却介质的选择等因素。

适当的工艺参数能够保证淬火层的硬度达到要求，而不当的选择则会影响淬火效果，导致硬度不达标或者出现裂纹等缺陷。

五、个人观点对于灰口铸铁表面淬火后应达到的硬度，我认为淬火工艺的选择和控制是非常重要的。

只有在严格控制工艺参数的基础上，才能够保证淬火层达到要求的硬度，同时避免零件出现不良的变形和裂纹。

对淬火后的零件进行合理的热处理回火，能够进一步提高其硬度和耐磨性，从而满足不同工况下的使用要求。

六、总结在本文中，我对灰口铸铁表面淬火后应达到的硬度进行了探讨，并就淬火的目的、硬度要求、淬火工艺的影响以及个人观点进行了阐述。

通过深入分析和论证，相信读者对灰口铸铁的淬火硬度要求有了更为全面和深入的理解。

希望本文能够为相关领域的专业人士提供一些参考和借鉴。

七、淬火工艺的优化为了确保灰口铸铁表面淬火后达到要求的硬度，淬火工艺的优化是至关重要的。

第二章普通灰铸铁第一节铁－碳双重相图合金相图是分析合金金相组织的有用工具。

铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，所以，除根据铁－碳相图来分析铸铁的金相组织外，还必须研究铁－碳－硅三元合金的相图。

一、铁－碳相图的二重性从热力学的观点看，在一定的条件下，高温时的渗碳体能自动分解成为奥氏体和石墨，这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁以奥氏体和石墨的状态存在时具有较低的能量，是处于稳定平衡的状态，说明了奥氏体加渗碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。

从结晶动力学（晶核的形成与长大过程）的观点来看，以含C 4.3% 的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含C 6.67% 的渗碳体晶核要比形成含C 100% 的石墨核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不要求铁原子从晶核中扩散出去。

因此，在某些条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进行还不如莱氏体共晶转变那样顺利。

至于共析转变，也可以从热力学、动力学两方面去分析而得到和上面相似的结论。

C相图只是介稳定的，Fe－C（石墨）由此可见，从热力学观点上看，Fe－Fe3C相图转变也是相图才是稳定的。

从动力学观点看，在一定条件下，按Fe－Fe3可能的，因此就出现了二重性。

二、铁－碳双重相图及其分析对铸铁合金长期使用与研究的结果，人们得到了如图2﹣1所示的铁碳合金C介稳定系相图与Fe－C（石墨）稳定系相图，分别以实双重相图，即Fe－Fe3线和虚线表示。

表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。

图2-1 铁－碳相图G－石墨Fe3C－渗碳体表2﹣1 铁碳相图各临界点的温度、成分从这里看出，在稳定平衡的Fe－C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一些。

共晶温度高出6℃，共析温度高出9℃，这是容易理解的。

如图2﹣2的示意图所示，共晶成分的液体的自由能和共晶莱氏体(奥氏体加渗碳体)的自由能都是随着温度的上升而减低的，这二条曲线的交点就是共晶温度Tc。

J 36JB/T 7711－1995灰铸铁件热处理1995-06-20 发布1996-01-01 实施中华人民共和国机械工业部发布11 主题内容与适用范围本标准规定了灰铸铁件的热处理设备、工艺及质量检验方法。

本标准适用于灰铸铁件的退火、正火、回火及等温淬火热处理工艺。

2引用标准GB 230金属洛氏硬度试验方法GB 231金属布氏硬度试验方法GB 977灰铸铁机械性能试验方法GB 5614铸铁件热处理状态的名称、定义及代号GB 7216灰铸铁金相GB 7232金属热处理工艺术语GB 9439灰铸铁件GB 9452热处理炉有效加热区测定方法GB/T 6051球墨铸铁热处理工艺及质量检验JB/Z 234.9铸铁件热处理工艺规程3 热处理工艺的应用3. 1 高温石墨化退火用于基体组织中含有较多共晶渗碳体的铸件，以降低硬度，改善切削加工性。

3. 2 低温石墨化退火用于铸件硬度过高，基体组织中没有共晶渗碳体，要求具有高塑性和高韧性的铸件。

3. 3 去应力退火用于降低铸造、铸件焊接、机械加工等残余应力，保证铸件尺寸稳定。

3. 4 完全奥氏体化正火用于铁素体量过多、硬度较低的灰铸铁，提高铸件强度、硬度和耐磨性。

3. 5 部分奥氏体化正火用于基体组织相对均匀，且要求具有一定强度和韧性的铸件。

3. 6 完全奥氏体化淬火、回火用于采用不同回火温度的基体组织，提高铸件强度、硬度和耐磨性。

3. 7 完全奥氏体化等温淬火用于获得贝氏体基体组织，提高铸件综合性能。

3. 8 表面淬火用于提高铸件强度、表面强度和耐磨性。

3. 9 化学热处理用于获得铸件表面特殊物理、化学和力学性能。

4 热处理设备4. 1 加热设备4. 1. 1 采用燃气、燃油、燃煤与电阻加热炉。

根据铸件生产要求，也可采用无氧化加热设备、可控气氛加热炉与连续作业炉。

4. 1. 2 燃料加热炉的火焰不能直接接触铸件，可控气氛加热炉应能调节和控制炉内气氛。

连续作业炉应能调节输送速度，以使铸件在炉内保持必要的加热时间。

铸铁的热处理?按工艺目的不同，铸铁热处理主要可以分为以下几种：(1)去应力退火热处理；(2) 石墨化热处理；(3) 改变基体组织热处理。

本章简要介绍上述热处理工艺的理论基础和工艺特点。

第一节去应力退火热处理?去应力退火就是将铸件在一定的温度下保温，然后缓慢冷却，以消除铸件中的铸造残留应力。

对于灰口铸铁，去应力退火可以稳定铸件几何尺寸，减小切削加工后的变形。

对于白口铸铁，去应力退火可以避免铸件在存放、运输和使用过程中受到振动或环境发生变化时产生变形甚至自行开裂。

? 一、铸造残留应力的产生? 铸件在凝固和以后的冷却过程中要发生体积收缩或膨胀，这种体积变化往往受到外界和铸件各部分之间的约束而不能自由地进行，于是便产生了铸造应力。

如果产生应力的原因消除后，铸造应力随之消除，这种应力叫做临时铸造应力。

如果产生应力的原因消除后铸造应力仍然存在，这种应力叫做铸造残留应力。

铸件在凝固和随后的冷却过程中，由于壁厚不同，冷却条件不同，其各部分的温度和相变程度都会有所不同，因而造成铸件各部分体积变化量不同。

如果此时铸造合金已经处于弹性状态，铸件各部分之间便会产生相互制约。

铸造残留应力往往是这种由于温度不同和相变程度不同而产生的应力。

?二、去应力退火的理论基础?研究表明，铸造残留应力与铸件冷却过程中各部分的温差及铸造合金的弹性模量成正比。

过去很长的时期里，人们认为铸造合金在冷却过程中存在着弹塑性转变温度，并认为铸铁的弹塑性转变温度为400℃左右。

基于这种认识，去应力退火的加热温度应是400℃。

但是，实践证明这个加热温度并不理想。

近期的研究表明，合金材料不存在弹塑性转变温度，即使处于固液共存状态的合金仍具有弹性。

为了正确选择去应力退火的加热温度，首先让我们看看铸铁在冷却过程中应力的变化情况。

图8─1是用应力框测定的灰铸铁冷却过程中粗杆内应力的变化曲线。

?? 图8─1 灰铸铁应力变化曲线??? 在a点前灰铸铁细杆已凝固完毕，粗杆处于共晶转变期，粗杆石墨化所产生的膨胀受到细杆的阻碍，产生压应力，到达a点时，粗杆的共晶转变结束，应力达到极大值。