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蠕墨铸铁正火工艺
蠕墨铸铁正火加热温度通常在850℃至950℃之间,实际温度的选择需要综合多方面因素考量:
化学成分
碳当量:碳当量较高时,为了避免石墨漂浮等缺陷,可适当降低正火加热温度,一般控制在850℃至900℃;碳当量较低时,为了促进奥氏体化,可选择900℃至950℃的加热温度。
合金元素:含有铬、钼等强碳化物形成元素的蠕墨铸铁,为了使合金元素充分溶入奥氏体,需要提高加热温度,可在920℃至950℃;而含有硅、铝等元素的蠕墨铸铁,加热温度可稍低些,在850℃至920℃。
原始组织
石墨形态和分布:如果石墨细小、分布均匀,正火加热温度可相对低些,如850℃至900℃;若石墨粗大且分布不均匀,则需要更高的温度,如900℃至950℃,以改善石墨形态和分布。
基体组织:原始基体组织为铁素体较多时,为了获得更多的珠光体组织,应采用较高的加热温度,一般在900℃至950℃;若原始组织中珠光体含量较高,加热温度可稍低,在850℃至900℃。
工件尺寸和结构
尺寸较大工件:由于热传导慢,为了保证心部组织充分奥氏体化,需要提高加热温度,可在900℃至950℃,同时适当延长保温时间。
结构复杂工件:如带有薄壁和厚壁交替结构的铸件,为了避免薄壁处过热,加热温度宜控制在850℃至900℃,并注意加热速度和保温时间的调整。
性能要求
高强度要求:如果对蠕墨铸铁件的强度和硬度要求较高,需要将加热温度控制在900℃至950℃,以获得更多的珠光体或索氏体组织。
高韧性要求:在保证一定强度的前提下,为了提高韧性,加热温度可选择850℃至900℃,并配合适当的回火处理。
蠕墨铸铁正火后的冷却方式
空冷
自然空冷:这是最常见的冷却方式,工件出炉后在空气中自然冷却至室温,冷却速度相对较慢且均匀,适用于形状简单、对力学性能要求不是特别高的蠕墨铸铁件,如一些小型的蠕墨铸铁支架、盖板等。
强制空冷:通过使用风扇等设备加快空气流动速度,使工件冷却速度加快,从而获得更细的珠光体组织,提高铸件的强度和硬度,常用于对力学性能有一定要求的蠕墨铸铁件,如发动机缸体、缸盖等。
风冷
普通风冷:将正火后的工件置于通风良好的环境中,利用自然风进行冷却,冷却速度比自然空冷快,可获得珠光体含量较高的组织,提高铸件的强度和硬度。
喷雾风冷:在风冷的基础上,通过喷雾装置向工件表面喷洒水雾,利用水的蒸发吸热进一步加快冷却速度,可获得索氏体或托氏体等更细的组织,适用于对强度和硬度要求较高的蠕墨铸铁件。
油冷
普通油冷:将正火后的工件迅速放入油中进行冷却,油冷的冷却速度比风冷更快,能够获得更高的硬度和强度,但同时也会产生较大的内应力,容易导致工件变形甚至开裂,因此需要严格控制油冷的时间和温度。
分级油冷:先将工件在油中冷却一段时间,然后取出在空气中或在稍高温度的油中进行等温停留,使工件内部组织均匀化,减少内应力,再继续冷却至室温,适用于形状复杂、对尺寸精度和力学性能要求较高的蠕墨铸铁件。
水冷
普通水冷:将正火后的工件直接放入水中冷却,水冷的冷却速度极快,能够获得很高的硬度和强度,但内应力也非常大,容易使工件产生裂纹等缺陷,一般很少单独使用,通常与其他冷却方式配合使用,如预冷后水冷等。
双介质冷却:工件先在一种冷却能力较弱的介质中冷却一定时间,然后再转入另一种冷却能力较强的介质中继续冷却,如先油冷后水冷或先空冷后水冷等,这样可以在保证一定强度和硬度的同时,减少内应力和变形。
蠕墨铸铁件在以下几种情况下通常需要进行回火处理:
消除内应力
正火或淬火后:正火或淬火冷却过程中,铸件会产生较大的内应力,若不及时消除,在后续加工或使用过程中,可能会因内应力的释放导致铸件变形、开裂,降低尺寸精度和使用寿命。
复杂形状或结构件:对于形状复杂、结构不均匀的蠕墨铸铁件,如带有薄壁与厚壁交替、孔洞较多的铸件,在热处理过程中产生的内应力分布更不均匀,更需要回火来消除内应力。
稳定组织
调整珠光体含量后:正火后若珠光体含量较高,组织不够稳定,通过回火可使过饱和的碳化物析出并聚集球化,降低组织的应力状态,提高组织的稳定性,从而稳定铸件的尺寸精度。
淬火获得马氏体组织后:淬火后得到的马氏体组织不稳定,存在大量的晶格缺陷和内应力,通过回火可促使马氏体分解,形成回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体等较稳定的组织。
改善韧性和塑性
提高综合力学性能需求:如果对蠕墨铸铁件的韧性和塑性有较高要求,如在冲击载荷或动态载荷下工作的零件,仅通过正火等处理可能无法满足要求,回火可在一定程度上调整组织形态,细化晶粒,从而改善韧性和塑性,提高综合力学性能。
满足特殊使用环境要求:在一些特殊的使用环境中,如低温环境或高湿度环境,需要蠕墨铸铁件具有良好的韧性和塑性,回火处理可以根据具体要求对组织进行优化,使其适应特殊环境。
修复缺陷或改善加工性能
消除铸造缺陷:当蠕墨铸铁件存在一些轻微的铸造缺陷,如气孔、缩松等,通过回火处理可以使组织更加致密,在一定程度上改善铸件的内部质量,提高其致密性,减少缺陷对性能的影响。
改善切削加工性能:有些蠕墨铸铁件正火后硬度较高,切削加工性能较差,通过回火降低硬度,可改善其切削加工性能,提高加工效率和加工质量。