球墨铸铁的热处理
目前球墨铸铁所采用的热出库工艺有：消除内应力的低温退火；高
温石墨化退火；低温石墨化退火；正火与回火；淬火与回火；等温淬火
等。球墨铸铁的表面淬火正在扩大应用。对球墨铸铁的化学热处理也在
研究应用。
1 球墨铸铁消除内应力的低温退火
球墨铸铁与灰口铸铁比较，容易产生较高的内应力，一般高1-2
倍，与白口铸铁的内应力差不多。
消除内应力低温退火的工艺过程是：将铸铁加热到Ac1以下某一温
度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却使铸铁完全过渡到稳性温度范
围，至200-250℃即出炉空冷。
球墨铸铁消除内应力的倾向性与金属基体有关，珠光体球墨铸铁比
铁素体基体为小。例如当退火温度为600℃时，对于珠光体+铁素体和铁
素体基体的球墨铸铁保温15小时后可完全消除内应力。而对于珠光体基
体的球墨铸铁，要完全消除内应力保温时间长达63小时。但都比钢的消
除倾向大。
在保温的前2-3小时内消除内应力的效果最为显著。退火温度愈
高，则内应力消除的愈快，愈安全。
目前工厂一般按下述工艺进行：加热速度控制在60-120℃/小时的范
围内。避免产生新的内应力。加热温度一般控制在550-650℃之间。对
于珠光体基体的球墨铸铁，考虑到当加热温度超过600℃后，可能发生
共析渗碳体的石墨化和粒化。所以加热温度适当降低为550-620℃为
宜。保温时间为2-8小时。然后随炉缓冷（冷却速度为30-60℃/小时）至
200-250℃出炉空冷。采用该工艺退火，可消除铸件中残余应力之90-
95%。
2球墨铸铁的高温石墨化退火球墨铸铁具有较大的向心倾向性。在生产过程中常常由于化学成分
选择不当，球化剂加入量过多或孕育剂量不足而造成铸件中出项大量的
奥氏体或自由渗碳体；有时由于球墨铸铁中磷量过高或磷的严重偏析倾
向，甚至在含磷量为0.05%时就会出现磷共晶。当自由渗碳体和磷共晶
总量超过3%时，就使铸件的机械性能变坏，加工困难。在这种情况下
就必须采用高温石墨化的方法来予以消除。球墨铸铁高温石墨化退火的
金属工艺学课后习题答案
主编：邓文英 郭晓鹏
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(2)影响铸铁石墨化的主要因素是什么？为什么铸铁的牌号不能用化学成分来表示？
答：影响铸铁石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度。
化学成分 碳既是形成石墨的元素，又是促进石墨化的元素，含碳愈高，析出
的石墨愈多、愈粗大而基体铁素体增加、珠光体减少；反之，含碳
愈底，石墨减少且细化。硅是强烈促进石墨化的元素，随着硅的增
加，石墨显著增多。
冷却速度 相同化学成分的铸铁，若冷却速度不同，起组织和性能也不同。
由于铸铁的性能不仅取决于化学成分还与其壁厚密切相关。
（5）某产品上的灰铸铁件壁厚计有5mm、25mm两种，力学性能全部要求σb=220MPa，若
全部选用HT200，是否正确？
答：不正确；壁厚为25mm处无法达到要求220MPa。
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（1）为什么手工造型认识目前不可忽视的造型方法？机器造型有哪些优越性？其工艺
特点有哪些？
答：手工造型操作灵活，大小件均可，可采用各种，模样及型芯，通过两三箱造
型等方法制出外廓及形腔复杂的铸件；对模样的要求不高，一般采用成本较
低的实体木模样；对沙箱的要求也不高，因此任是不可忽视的造型方法。
机器造型可大大提高劳动生产率，改造劳动条件，铸件尺寸精确、表面光洁，
加工余量小。 机器造型的工艺特点通常采用模板进行两箱造型；模板是将
模样、浇注系统沿分型面与模底板连成一整体的专用模具，不能紧实中箱，
故不能能进行三箱造型。
（2）什么是铸造工艺图？它包括哪些内容？它在铸件生产的准备阶段起着哪些重要作
球墨铸铁常用的热处理方法有几种
球墨铸铁组织中,石墨呈球状,对基体的削弱和破坏作用比片状石墨弱;球铁性能主要取决于基体组织,石墨的影响居次要地位;以各种热处理方式改善球铁的基体组织,即可程度不同地提高其力学性能;由于化学成分、冷却速度、球化剂等因素的影响,在铸态组织中,尤其是铸件薄壁处常出现铁素体+珠光体+渗碳体+石墨的混合组织;热处理的目的就在于获得所需要的组织,从而改善力学性能;
球墨铸铁常用的热处理方法如下;
1低温石墨化退火 加热温度720~760℃;随炉冷却至500℃以下出炉空冷;使共析渗碳体分解,获得铁素体基体的球铁,以提高韧性;
2高温石墨化退火 880~930℃,转至720~760℃保温,随炉冷却至500℃以下出炉空冷;消除白口组织,获得铁素体基体的球铁,提高塑性,降低硬度,增加韧性;
3完全奥氏体化正火 880~930℃,冷却方式：雾冷、风冷或空冷,为减少应力,增加回火工序：500~600℃,获得珠光体+少量铁素体+球状石墨,提高强度、增加硬度和耐磨性;
4不完全奥氏体化正火 820~860℃加热,冷却方式：雾冷、风冷或空冷,为减少应力,增加回火工序：500~600℃,获得珠光体+少量分散的铁素体组织,得到较好的综合力学性能;
5调质处理 840~880℃加热,冷却方式：油或水冷,淬火之后的回火温度：550~600℃,获得回火索氏体组织,提高综合力学性能;
6等温淬火 840~880℃加热,在250~350℃盐浴中淬火,获得综合力学性能,尤其能提高强度、韧性与耐磨性;
热处理加热时,铸件入炉温度一般小于350℃,加热速度视铸件尺寸与复杂程度而定,在30~120℃/h之间选择;尺寸大、复杂件的入炉温度要低,升温速度要慢;加热温度则取决于基体组织和化学成分;保温时间按铸件壁厚而定;
此外,球铁铸件还可以采用高频、中频、火焰等方法作表面淬火,以获得高硬度、耐磨性以及抗疲劳性能;也可以软氮化处理,提高铸件耐磨性;
铸铁热处理的基本原理
铸铁的热处理与钢的热处理有相同之处，也有不同之处。在热处理方面铸铁可以模仿钢的处理工艺。但是工艺参数方面由于石墨的存在，金属基体和化学成分的差异，使铸铁的热处理具有一定的特殊性，主要表现在以下几个方面。
1．铸铁是Fe—C—Si三元素合金，其共析转变发生在一个相当宽的温度范围内。在这个温度范围内存在着铁素体+奥氏体+石墨的稳定平衡和铁素体+奥氏体+渗碳体的准稳定平衡。在共析温度范围内的不同温度都对应铁素体和奥氏体的不同平衡数量。这样只要控制不同的加热温度和保温时间，就可以获得铁素体和珠光体不同比例的基体组织。在较大幅度内调整铸铁的机械性能。
2．尽管铸铁总碳量很高，但是石墨化过程可使碳全部或部分以石墨形态析出，使她不仅具有近似低碳钢的基体组织，甚至可控制不同的石墨化程度，得到不同数量和形态铁素体与珠光体（或其他奥氏体转变产物）的混合组织。从而使铸铁通过热处理，即可获得机油相当于高碳钢的性能，又可获得相当于中.低碳钢的性能，而钢则没有这种可能性。
3．铸铁奥氏体及其转变产物的含碳量可以在一个相当大的范围内变化。控制奥氏体化温度和加热 保温 冷却条件，可以在相当大的范围内调整和控制奥氏体及其转变产物的含碳量，从而使铸铁的性能可在较大的范围内进行调整。
4．与钢不同，铸铁重石墨是碳的集散地。相变过程中，碳常需作远距离的扩散，而扩散速度又受温度条件和化学成分的影响，变化甚大，这对相变过程，相变速度和相变产物含碳量都会发生很大的影响。
5．热处理不能改变石墨的形态和分布特征，因而铸铁热处理的效果与存在铸铁基体重的石墨形态有密切的关系。对灰口铸铁石墨呈球状，削弱基体作用较小，因而凡能改变金属基体的各种热处理方法，对球墨铸铁件都非常有效。钢无石墨存在，则不存在这种影响。
二．加热时铸铁组织的转变
铸铁的铸态组织有三种：铁素体+石墨，铁素体+珠光体+石墨，珠光体+石墨。有时还含有少量的自由渗碳体存在。原始组织不同的铸铁在固态下加热时要发生不同的变化。
