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铸钢件常见热处理工艺

3.0 2024-08-25 0 0 18.77KB 8 页 6库币 海报
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按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化
处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。
1．退火：
退火是将铸钢件加热到 Ac3 以上 20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理
工艺。退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树
枝状偏析，以改善铸钢力学性能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体
和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。适用于所有
牌号的铸钢件。
2．正火：
正火是将铸钢件加热到 Ac3 温度以上 30～50℃保温，使之完全奥氏体化，
然后在静止空气中冷却的热处理工艺。正火的目的是细化钢的组织，使其具
有所需的力学性能，也是作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区
别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火
的铸钢强度稍高于退火铸钢，其珠光体组织较细。一般工程用碳钢及部分厚
大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。正火可消除共析铸钢和过共析
铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火；可作为中碳钢以及合金结构钢淬
火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组织，从而减少铸件在淬火时产生的缺
陷。
3．淬火：
淬火是将铸钢件加热到奥氏体化后(Ac。或 Ac＆#8226;以上)，保持一定时
间后以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。常见的有水
冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。铸钢件淬火后应及时进行回火处理，以消
除淬火应力及获得所需综合力学性能
铸钢件淬火工艺的主要参数：
(1) 淬火温度：
淬火温度取决于铸钢的化学成分和相应的临界温度点。原则上，亚共析铸钢
淬火温度为 Ac。以上 20～30℃，常称之为完全淬火。共析及过共析铸钢在
Ac。以上 30～50℃淬火，即所谓亚临界淬火或两相区淬火。这种淬火也可
用于亚共析钢，所获得的组织较一般淬火的细，适用于低合金铸钢件韧化处
理。
(2)淬火介质：
淬火的目的是得到完全的马氏体组织。为此，铸件淬火时的冷却速率必须大
于铸钢的临界冷却速率。否则不能获得马氏体组织及其相应的性能。但冷却
速率过高易于导致铸件变形或开裂。为了同时满足上述要求，应根据铸件的
材质选用适当的淬火介质，或采用其他冷却方法(如分级冷却等)。在 650～
400℃区间钢的过冷奥氏体等温转变速率最快，因此铸件淬火时应保证在此
温度内快冷。在 Ms 点以下希望冷却缓慢一些，以防止淬火变形或开裂。淬
火介质通常采用火、水溶液、油和空气。在分级淬火或等温淬火时，采用热
油、熔融金属、熔盐或熔碱等。
4．回火：
回火是将淬火或正火后的铸钢件加热到 Ac，以下的某一选定温度，保温一
定时间后，以适宜的速率冷却，使淬火或正火后得到的不稳定组织转变为稳
定组织，消除淬火(或正火)应力以及提高铸钢的塑性和韧性的一种热处理工
艺。通常淬火加高温回火处理的工艺称之为调质处理。淬火后的铸钢件必须
及时进行回火，而正火后的铸钢件必要时才予以回火处理。回火后铸钢件的
性能取决于回火温度、时间及次数。随着回火温度的提高和时间的延长，除
使铸钢件的淬火应力消除外，还使不稳定的淬火马氏体转变成回火马氏体、
托氏体或索氏体，使铸钢的强度和硬度降低，而塑性显著地提高。对一些含
有强烈形成碳化物的合金元素(如铬、钼、钒和钨等)的中合金铸钢，在 400
～500℃回火时出现硬度升高、韧性下降的现象，称为二次硬化，即回火状
态铸钢的硬度达到最大值。一般有二次硬化特性的中合金铸钢需要进行多次
(1～3 次)回火处理。
铸钢件的回火按温度不同可分为低温回火和高温回火。
(1)低温回火：
一般在 150～250℃温度范围内进行。回火后可空冷、油冷或水冷。其目的
是在保留铸件高强度和硬度的条件下，消除淬火应力。主要用于渗碳、表面
淬火及要求高硬度的耐磨铸钢件。
(2)高温回火：
高温回火温度为 500～650℃，保温适当时间后冷却。主要用于在淬火或正
火后调铸钢的组织，使之兼有高强度和良好韧性的碳钢和低、中合金钢铸件。
回火脆性是制定合金钢铸件回火工艺时必须注意的问题。在下列两个温度范
围内均可发生。
......在 250～400℃发生的脆性：经淬火成为马氏体组织的铸钢，在此温度
范围内都会产生回火脆性。如稍高于此脆性温度区回火，则可消除此回火脆
性。而且以后再在上述温度范围内回火时，也不会再出现回火脆性，故常称
之为第一类回火脆性。
.....在 400～500℃(甚至 650℃)发生的脆性：这对多数低合金铸钢都会发生，
即发生铸钢的高温回火脆性。如将已在此温度范围内产生脆性的铸钢件再加
热到 600。C(或 650℃)以上，之后在水或油中快冷，即可消除此种脆性。然
而已消除脆性的铸件，如又加热到产生回火脆性的温度，脆性又会出现。这
常称之为第二类回火脆性。
5．固溶处理：
固溶处理是将铸件加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快
速冷却以获得过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的主要目的是使碳化物
或其他析出相溶解于固溶体中，获得过饱和的单相组织。一般奥氏体不锈耐
热钢、奥氏体锰钢及沉淀硬化不锈耐热钢铸件均需经固溶处理。固溶温度的
选择取决于钢种的化学成分和金相图。奥氏体锰钢铸件一般为 1000～
1100。C；奥氏体镍铬不锈钢铸件为 1000～1250℃。铸钢中含碳量越高，
难熔合金元素越多，则其固溶温度应越高。含铜的沉淀硬化铸钢，由于铸态
有硬质富铜相在冷却过程中沉淀，致使铸钢件硬度升高。为软化组织、改善
加工性能，铸钢件需经固溶处理。其固溶温度为 900～950℃。经快冷后可
得到铜的质量分数为 1．0％～1．5％的过饱和单相组织。
...6．沉淀硬化处理(时效处理)：..
铸件经固溶处理或淬火后，在室温或高于室温的适当温度保温，在过
饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和(或)析出弥散分布的强化相而使金属硬
化的处理称为沉淀硬化处理(或时效处理)。在高于室温下进行的称为人工时
效。其实质是：在较高的温度下，自过饱和固溶体中析出碳化物、氮化物、
金属间化合物及其他不稳定的中间相，并弥散分布于基体中，因而使铸钢的
综合力学性能和硬度提高。时效处理的温度直接影响铸钢件的最终性能。时
效温度过低，沉淀硬化相析出缓慢；温度过高，则因析出相的聚集长大引起
过时效，而得不到最佳的性能。所以应根据铸钢件的牌号及规定的性能要求
选用时效温度。奥氏体耐热铸钢时效温度一般为 550～850℃，高强度沉淀
硬化铸钢为 500℃，时间为 1～4h。含铜的低合金钢和奥氏体耐热钢铸件以
及低合金的奥氏体锰钢铸件多采用时效处理。
...7．消除应力处理其目的是消除铸造应力、淬火应力和机械加工形成的应
力，稳定尺寸。一般加热到 Ac，以下 100～200℃保温一定时间，随炉慢冷。
铸件的组织没有变化。碳钢、低合金钢或高合金钢铸件均可以进行处理。
8．除氢处理
目的是去除氢气，提高铸钢的塑性。加热到 l70～200℃或 280～
320℃，长时间保温进行处理。没有组织变化。主要用于易于产生氢脆倾向
的低合金钢铸件。.
二、钢的整体热处理
整体热处理是对工件整体进行穿透加热。常用的方法有退火、正火、淬
火和回火
钢的退火与正火
（1）退火与正火的目的
在机器零件和工模具等工件的加工制造过程中，退火和正火经常作为预
备热处理工序，安排在铸、锻、焊工序之后、切削（粗）加工之前，用以消
除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序做准备。例如，在铸造或锻造
等热加工以后，钢件中不但存在残余应力，而且组织粗大不均匀，成分也有
偏析，这样的钢件力学性能低劣，淬火时也容易造成变形和开裂。又如，在
铸造或锻造等热加工以后，钢件硬度经常偏低或偏高，而且不均匀，严重影
响切削加工性能。
退火和正火的主要目的有：
①.调整硬度以便进行切削加工；
②.消除残余应力，防止钢件的变形、开裂；
③.细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能；
④.为最终热处理做好组织准备。
（2）退火工艺及应用
钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以
获得接近平衡组织状态的热处理工艺。
①.完全退火与等温退火.完全退火是指将钢件完全奥氏体化（加热至Ac3 以
上 30～50℃）后，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。生产中
为提高生产率，一般随炉冷至600℃左右，将工件出炉空冷。
...为缩短完全退火时间，生产中常采用等温退火工艺，即将钢件加热到 Ac3
以上 30～50℃（亚共析钢）或 Ac1.以上 10～20℃（共析钢、过共析钢），
保温适当时间后，较快冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并保持等温，
使奥氏体转变为珠光体类组织，然后在空气中冷却的退火工艺。.
...等温退火与完全退火目的相同，但转变较易控制，所用时间比完全退
火缩短约 1／3，并可获得均匀的组织和性能。特别是对某些合金钢，生产中
常用等温退火来代替完全退火或球化退火。
②.球化退火..是指将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 点以上 10～20℃，
保温一定时间后，随炉缓冷至室温，或快冷到略低于 Ar1 温度，保温一段时
间，然后炉空至600℃左右空冷，使钢中碳化物球状化的退火工艺
③.去应力退火
若采用高温退火（如完全退火），也可以更彻底地消除应力，但会使氧
化、脱碳严重，还会产生高温变形，故为了消除应力，一般是采用低温退火。
摘要：

按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。1．退火： 退火是将铸钢件加热到Ac3以上20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理工艺。退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。适用于所有牌号的铸钢件。2．正火：  正火是将铸钢件加热到Ac3温度以上30～50℃保温，使之完全奥氏体化，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。正火的目的是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也是作为以...

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