鑄鐵中的熱處理工藝簡介

鑄鐵熱處理主要可以分為以下幾種：
　　去應(yīng)力退火熱處理;(2)石墨化熱處理;(3)改變基體組織熱處理。本章簡要介紹上述熱處理工藝的理論基礎(chǔ)和工藝特點。
　　 去應(yīng)力退火熱處理
　　去應(yīng)力退火就是將鑄件在一定的溫度下保溫，然后緩慢冷卻，以消除鑄件中的鑄造殘留應(yīng)力。對于灰口鑄鐵，去應(yīng)力退火可以穩(wěn)定鑄件幾何尺寸，減小切削加工后的變形。對于白口鑄鐵，去應(yīng)力退火可以避免鑄件在存放、運輸和使用過程中受到振動或環(huán)境發(fā)生變化時產(chǎn)生變形甚至自行開裂。
　　一、鑄造殘留應(yīng)力的產(chǎn)生
　　鑄件在凝固和以后的冷卻過程中要發(fā)生體積收縮或膨脹，這種體積變化往往受到外界和鑄件各部分之間的約束而不能自由地進行，于是便產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力。如果產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后，鑄造應(yīng)力隨之消除，這種應(yīng)力叫做臨時鑄造應(yīng)力。如果產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后鑄造應(yīng)力仍然存在，這種應(yīng)力叫做鑄造殘留應(yīng)力。
　　鑄件在凝固和隨后的冷卻過程中，由于壁厚不同，冷卻條件不同，其各部分的溫度和相變程度都會有所不同，因而造成鑄件各部分體積變化量不同。如果此時鑄造合金已經(jīng)處于彈性狀態(tài)，鑄件各部分之間便會產(chǎn)生相互制約。鑄造殘留應(yīng)力往往是這種由于溫度不同和相變程度不同而產(chǎn)生的應(yīng)力。
　　二、去應(yīng)力退火的理論基礎(chǔ)
　　研究表明，鑄造殘留應(yīng)力與鑄件冷卻過程中各部分的溫差及鑄造合金的彈性模量成正比。過去很長的時期里，人們認為鑄造合金在冷卻過程中存在著彈塑性轉(zhuǎn)變溫度，并認為鑄鐵的彈塑性轉(zhuǎn)變溫度為400℃左右�；�于這種認識，去應(yīng)力退火的加熱溫度應(yīng)是400℃。但是，實踐證明這個加熱溫度并不理想。近期的研究表明，合金材料不存在彈塑性轉(zhuǎn)變溫度，即使處于固液共存狀態(tài)的合金仍具有彈性。
　　為了正確選擇去應(yīng)力退火的加熱溫度，首先讓我們看看鑄鐵在冷卻過程中應(yīng)力的變化情況。圖1是用應(yīng)力框測定的灰鑄鐵冷卻過程中粗桿內(nèi)應(yīng)力的變化曲線。

圖1 灰鑄鐵應(yīng)力變化曲線

　　在a點前灰鑄鐵細桿已凝固完畢，粗桿處于共晶轉(zhuǎn)變期，粗桿石墨化所產(chǎn)生的膨脹受到細桿的阻礙，產(chǎn)生壓應(yīng)力，到達a點時，粗桿的共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束，應(yīng)力達到極大值。
　　從a點開始，粗桿冷卻速度超過細桿，二者溫差逐漸減小，應(yīng)力隨之減小，到達b點時應(yīng)力降為零。此后由于粗桿的線收縮仍然大于細桿，加上細桿進入共析轉(zhuǎn)變后石墨析出引起的膨脹，粗桿中的應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。
　　到達c點時粗桿共析轉(zhuǎn)變開始，細桿共析轉(zhuǎn)變結(jié)束，兩桿溫差再次增大，粗桿受到的拉應(yīng)力減小。
　　到達d點時，粗桿受到的拉應(yīng)力降為零，粗桿所受到的應(yīng)力又開始轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。
　　從e點開始，粗桿的冷卻速度再次大于細桿，兩桿的溫差再次減小，粗桿受到的壓應(yīng)力開始減小。
　　到達f點時，應(yīng)力再度為零。此時兩桿仍然存在溫差，粗桿的收縮速度仍然大于細桿，在隨后的冷卻過程中，粗桿所受到的拉應(yīng)力繼續(xù)增大。
　　從上述分析可以看出，灰鑄鐵在冷卻過程中有三次完全卸載(即應(yīng)力等于零)狀態(tài)。如果在其最后一次完全卸載(即f點)時，對鑄件保溫，消除兩桿的溫差，然后使其緩慢冷卻，就會使兩桿間的應(yīng)力降到最小。對灰鑄鐵冷卻過程中的應(yīng)力測定表明，灰鑄鐵最后一次完全卸載溫度在550～600℃。這與實際生產(chǎn)中灰鑄鐵的退火溫度相近。