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铸造工艺学14汇总
第一章金属材料与热处理
培训要点:
本章应重点掌握金属材料的物理、力学、铸造性能的种类及概念;铁碳合金中几种基本组织;铁碳相图上各点、线的意义;铸造合金的分类;铸件热处理的基本知识及常用热处理工艺。
金属材料是现代机械制造业的基本材料,由于它具有良好的使用性能和工艺性能,因此广泛地应用于制造各种生产设备、工具、武器和生活用具。
日常所用的金属材料以合金为主,很少使用纯金属。
合金是以一种金属为基础,加入其他金属或非金属,经过熔炼而获得的具有金属特性的材料。
与纯金属相比,合金具有更好的工艺性能,而且成本较低。
第一节金属材料的物理、力学和铸造性能
一、金属的物理性能
金属的物理性能是指金属固有的属性,包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。
(1—1)
1.密度某种金属单位体积的质量称为该金属的密度。
密度的计算公式为
式中ρ——金属的密度(kg/m3);
m——金属的质量(kg);
V——金属的体积(m3)。
不同的金属具有不同的密度。
一般将密度小于5×103kg/m3的金属称为轻金属,如铝、镁、钛、铍及其合金;密度大于5×103kg/m3的金属材料称为重金属,如铁、铜、锡、铅及其合金。
日常生产中,利用密度可以计算金属材料或零件的质量,测量金属的密度可以鉴别金属和确定金属铸件的致密程度。
2.熔点金属由固态熔化成液态时的温度称为该金属的熔点。
熔点是金属材料冶炼、铸造、焊接等热加工工艺的重要参数之一。
通常按金属熔点的高低,将熔点低于700℃的金属称为易熔金属,如锡、铋、铅、铟及其合金;将熔点高于700℃的金属称为难熔金属,如铁、钨、钼、钒及其合金。
3.导热性金属传导热量的能力称导热性。
导热性的大小用热导率λ表示,单位是W/(m·K)。
热导率越大,金属的导热性越好。
一般纯金属的导热性比合金强,其中以银为最好,铜、铝次之。
导热性是金属材料重要性能之一,在制订热加工工艺时,必须考虑材料的导热性。
如铸造上热芯盒模具的设计和材料选定时,就要考虑金属的导热性能。
4.导电性金属传导电流的能力称导电性。
常用电阻率ρ来表示,单位是Ω·m。
电阻率越小,金属的导电性越好。
纯金属的导电性比合金好,其中以银为最好,铜、铝次之。
5.热膨胀性金属材料随温度变化而热胀冷缩的特性称为热膨胀性。
热膨胀性的大小用线胀系数αl和体胀系数αv来表示。
一般体胀系数近似为线胀系数的三倍。
在制订铸造和热处理工艺时必须考虑材料的热膨胀影响,以减少工件的变形和开裂。
例如在铸造模具制造时应预留缩尺,以保证铸件尺寸准确。
6.磁性金属材料在磁场中受到磁化的性能称为磁性。
衡量材料磁性的指标为磁导率μ,单位为H/m,它是磁性材料在磁场中磁感应强度与磁场强度的比值。
在同一磁场中,材料磁导率越大,就越容易被磁化。
根据金属材料在磁场中受到磁化程度的不同,即磁导率的不同,可分为铁磁性材料、顺磁性材料和抗磁性材料三类。
铁磁性材料在磁场中能强烈地被磁化,如铁、钴、镍等;顺磁性材料在磁场中只能微弱地被磁化,如锰、铬等,抗磁性材料在磁场中不能被磁化,如铜、锌等。
二、金属的力学性能
金属的力学性能是指金属在外力作用下所表现出的性能,包括强度、塑性、硬度、冲击性及疲劳强度等。
力学性能是机械零件及工具设计、制造中选用金属材料时的主要依据。
1.强度金属在外力作用下抵抗变形或断裂的能力称为强度,强度的大小通常用应力来表示。
其符号为σ,单位为MPa。
金属材料的强度指标常用屈服强度和抗拉强度来表示。
屈服强度和抗拉强度是通过金属材料标准试样拉伸试验测定的。
图1-1拉伸试样
a)拉伸前b)拉断后
拉伸试验是在拉力试验机上进行的:
将标准试样(图1-1)装夹在试验机上,然后开动试验机施以一缓慢增加的轴向拉力。
试样在拉力作用下逐渐伸长,直至断裂为止。
(1)屈服强度金属材料受外力作用会产生变形。
外力缓慢增加,变形缓慢增加。
当外力增大到一定值时,即使外力不再增加,材料也会继续发生变形,这种现象称为“屈服”。
屈服强度就是指金属材料产生屈服现象时的应力,用符号σs表示。
屈服强度是材料抵抗微量塑性变形的能力。
σs越大,其抵抗能力越强,越不容易产生塑性变形。
(1—2)
(2)抗拉强度抗拉强度是金属材料在拉断前所能承受的最大拉伸力,用符号σb表示,计算公式为
式中σb——抗拉强度(Pa);
Fb——试样在断裂前的最大拉伸力(N);
A0——试样原始截面积(m2)。
抗拉强度是材料抵抗断裂的能力,σb越大,材料抵抗断裂的能力越强,越不容易引起断裂。
屈服强度σs和抗拉强度σb是设计机械和选择、评定金属材料的主要依据和指标。
金属材料不能在超过其σs的条件下工作,否则会引起零件的塑性变形;也不能在超过其σb的条件下工作,否则会导致零件的破坏。
2.塑性金属材料在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力称塑性。
衡量金属材料的塑性指标为伸长率,它也是由拉伸试验获得的。
试样拉断后,标距的伸长量与原始标距的百分比称为伸长率,用符号δ表示。
金属材料的伸长率δ数值越大,表示材料的塑性越好。
塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏,便于通过塑性变形加工成复杂形状的零件。
例如,工业纯铁的δ可达50%,可以拉成钢丝,轧成薄板等。
而灰铸铁的δ几乎为零,所以不能进行塑性变形加工。
3.硬度金属材料抵抗硬的物体压入表面的能力称为硬度。
适当的硬度可以保证足够的耐磨性和使用寿命,因此硬度也是金属材料重要的力学性能之一。
常用的硬度指标为布氏硬度和洛氏硬度,可分别用布氏硬度机和洛氏硬度机测定。
图1-2布氏硬度试验原理图
(1)布氏硬度布氏硬度机的原理是用一定直径的淬火钢球或硬质合金球,在一定压力F作用下,将钢球垂直地压入金属材料表面,并保持压力至规定的时间后卸载,测得压痕的直径。
然后根据所用压力的大小和所得压痕面积,算出压痕表面所承受的平均应力值,这个应力值叫做布氏硬度。
用符号HB表示,计算公式为:
HB=F/A(1—3)
式中HB——布氏硬度(Pa);
F——试验所加压力(N);
A——所得压痕面积(m2)。
布氏硬度一般只标出其大小而不注明单位。
图1-2为布氏硬度试验的原理图。
常用的布氏硬度标尺有HBS、HBW二种。
布氏硬度适用于铸铁、有色金属及其合金、各种退火及调质的钢材,特别对于软金属,如铅、铝、锡等更适宜。
(2)洛氏硬度洛氏硬度机也是利用压力将坚硬的压头压入金属表面的原理,但它不是根据压痕的直径,而是根据压痕的深度来计算硬度(也可直接由硬度机的刻度盘上读取)。
所用的压头和载荷也和布氏硬度机不同。
在洛氏硬度机测得的硬度值,就叫做洛氏硬度,用符号HR表示。
采用不同压头和载荷相配合,可组成不同的洛氏硬度标尺,每一种标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。
常用的洛氏硬度标尺有HRA.HRB.HRC三种,其中HRC应用最广泛。
4.冲击韧度有些机械零件在工作中往往要受到突然施加的外力作用,如锤杆、曲轴、锻模和冲头等。
这种冲击载荷所引起的变形和应力,比静载荷的大得多,因此,在设计和制造这类零件所用的金属材料时,其性能指标不能单纯用上述静载荷作用下的指标来衡量,而必须考虑材料抗冲击能力。
金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度,用符号αK表示。
金属材料的冲击韧度是通过冲击试验来测定的。
金属材料的冲击韧度,不仅受材料化学成分和组织的影响,还受到外界温度的影响。
塑性材料往往会因温度降低而向脆性材料转变,使材料的冲击韧度降低,这一特征对在低温下工作的零件影响较大。
所以,选择材料时,常常要考虑其低温下冲击韧度的大小。
5.疲劳强度许多机械零件在工作中是受到交变载荷作用的,如曲轴、齿轮、连杆、轴承、弹簧等。
这些零件在交变载荷作用下,虽然承受的应力低于材料的屈服强度,但经过较长时间的工作会产生裂纹或突然发生完全断裂,这种现象称为疲劳破坏。
金属材料在多次重复交变载荷作用下而不引起断裂的最大交变应力称为疲劳强度,用符号σ-1表示。
三、金属的铸造性能
将液态金属浇注到铸型中,冷却凝固后,获得金属制品的工艺方法,称为铸造。
金属的铸造性能是指将金属材料用铸造方法制成合格铸件的性能。
这是铸造工艺的前提条件和基本要求。
金属的铸造性能主要指流动性、收缩性和偏析等。
第二节铁碳平衡相图
一、铁碳平衡相图
图1-3Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图
钢和铸铁是现代工业中应用最广泛的合金,是以铁和碳为基本组元的复杂合金。
合金的组织要比纯金属复杂,为了掌握合金的组织与性能之间的关系,必须了解合金的结晶过程,了解合金中各种组织的形成及变化的规律。
根据长期生产实践和科学实验总结出的相图就是研究这些问题的一种工具,它表示了合金系中合金的状态与温度、成分间的关系。
铁碳平衡相图,是研究钢和铸铁的金相组织,力学性能,物理、化学性能,工艺性能和热处理工艺等的理论基础,也是制订各种钢和铸铁热加工工艺的依据。
由于铸铁中所含的碳能够以Fe3C或以石墨这样两种独立相存在,因而铁碳合金存在着Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图,见图1-3。
图上实线表示Fe—Fe3C亚稳定系相图;虚线表示Fe—C(石墨)稳定系相图。
为了叙述简便,在分析铁碳合金时,将图中实用意义不大的左上角部分(液相向δ—Fe及δ—Fe向γ—Fe转变部分),以及左下角GPQ线左边部分予以省略。
铁碳平衡相图反映了在平衡条件下,不同的铁碳合金成分,温度与金相组织的关系,并表示出合金中相的组成,相的相对数量和相变的温度等。
在Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图上,亦反映了在不同条件下(主要是不同的过冷度条件下),铁碳合金会以亚稳定状态或以稳定状态进行转化,得到的金相组织亦不相同。
1.铁碳平衡相图中的点和线的含义Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图中的特性点和线的含义如表1-1和表1-2。
表1-1Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图中的特性点
点的符号
温度/℃
w(C)(%)
说明
A
1536
0
纯铁的熔点
C
1147
4.30
共晶点LC
γE+Fe3C
C′
1153
4.26
共晶点LC′
γE′+G
D
1252
6.69
渗碳体的熔点
D′
4000
100
石墨的熔点
E
1147
2.14
碳在γ—Fe中的最大溶解度
E′
1153
2.10
碳在γ—Fe中的最大溶解度
G
911
0
γ—Fe
α—Fe的转变温度
S
727
0.76
共析点γS
α+Fe3C
S′
736
0.69
共析点γS′
α+G
表1-2Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图中的特性线
特性线
含义
ACD和AC′D′
液相线。
铁碳合金的温度在液相线以上,都处于液体状态
AECF和AE′C′F′
固相线。
铁碳合金的温度在固相线以下,都处于固体状态
GS
冷却时,从奥氏体中析出铁素体的开始线
ES和E′S′
碳在奥氏体中的固溶线。
当合金中碳含量超过此线时,会从奥氏体中析出渗碳体。
稳定状态下会析出石墨(二次)
ECF和E′C′F′
共晶线。
当合金中碳含量超过E或E′时,都会发生如下共晶转变:
LC
γE+Fe3CLC′
γE′+G
PSK和P′S′K′
共析线。
当合金中碳含量超过P或P′时,都会发生如下共析转变:
γS
α+Fe3CγS′
α+G
2.铁碳平衡相图中的组成物在Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图中的组成物包括液溶体、奥氏体、铁素体、渗碳体、石墨、莱氏体和珠光体。
1)液溶体即液相,符号L,为碳或其它元素在铁中的液溶体,存在于液相线以上。
2)奥氏体碳溶于γ—Fe中形成的间隙固溶体称为奥氏体,用符号γ或A表示,由于γ—Fe为面心立方晶格,晶格间隙较大,因而溶碳能力较强。
在1147℃时溶碳的质量分数可达2.14%。
随温度下降,溶解度逐渐减少,在727℃时溶碳的质量分数为0.76%。
在铁碳合金中,奥氏体是一种在高温状态下才能稳定存在的组织(727℃以上)。
高温奥氏体具有良好的塑性变形能力,是钢进行高温压力加工所希望的组织。
3)铁素体碳溶于α—Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号α或F表示。
由于α-Fe是体心立方晶格,晶格间隙较小,因而溶碳能力很低,几乎接近纯铁,所以铁素体的性能与纯铁相似,具有良好的塑性和韧性,而强度和硬度较低。
4)渗碳体碳在铁中溶解度有限,当碳含量超过其在铁中的溶解度时,多余的碳在亚稳定状态下就和铁化合形成Fe3C,称为渗碳体,在稳定状态下则直接析出石墨。
渗碳体含碳质量分数为6.69%,具有复杂的斜方晶体结构。
它的硬度很高,塑性很差,冲击韧度几乎为零,脆性很大。
它作为铁碳合金的强化相,当其形状和分布合适时,可提高合金的强度和耐磨性。
铁碳合金按亚稳定系转化时,液相析出的为一次渗碳体,共晶转变时析出共晶渗碳体,奥氏体析出二次渗碳体,共析转变时析出共析渗碳体。
在一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变称为共晶转变。
相图上表示这一温度和成分的特性点C(C′))))称为共晶点。
由一定成分的固溶体同时析出一定成分的两相的混合物的转变称为共析转变。
5)石墨在铸铁组织中以游离状态存在的碳,呈石墨形态,用符号G表示。
铁碳合金按稳定系转化时,液相析出的为一次石墨,共晶转变时析出共晶石墨,奥氏体析出二次石墨,共析转变时析出共析石墨。
石墨的形态主要有片状、蠕虫状、团絮状以及球状。
6)莱氏体铁碳合金按亚稳定系转化时,在冷却到1147℃时发生共晶转变,形成奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称为莱氏体,用符号Ld表示。
由于奥氏体在727℃时转变为珠光体,所以室温时的莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的。
为了区别,将727℃以上的莱氏体,称为高温莱氏体(Ld),在727℃以下的莱氏体,称为低温莱氏体(L′d)。
莱氏体的力学性能与渗碳体相似,硬度很高,塑性很差。
7)珠光体珠光体是铁素体和渗碳体组成的机械混合物,常用符号P表示。
珠光体是奥氏体在冷却过程中,在727℃恒温下进行共析转变的产物,只存在727℃以下。
珠光体是渗碳体和铁素体片层相间、交替排列而成的混合物。
其力学性能界于渗碳体和铁素体之间,强度较高,硬度适中,有一定塑性。
3.铸铁铁碳合金按其在铁碳相图上位置的不同,即w(C)的不同而分为钢和铸铁。
w(C)<2.14%的铁碳合金为钢;w(C)>2.14%的铁碳合金为铸铁。
研究钢的结晶过程、组织、性能及热处理工艺时,常用Fe—Fe3C亚稳定系相图;研究铸铁的结晶过程、组织、性能及铸造、热处理工艺时,常用Fe—Fe3C和Fe—C(石墨)双重平衡相图。
根据铸铁在铁碳相图上位置的不同,即w(C)的不同又分为亚共晶铸铁、共晶铸铁和过共晶铸铁。
如铸铁的w(C)<4.26%,为亚共晶铸铁;如w(C)=4.26%,为共晶铸铁;如w(C)>4.26%,为过共晶铸铁。
4.“碳当量”及“共晶度”的概念铸铁中除碳以外,还有其它一些元素,如硅、锰、磷、硫等。
这些元素的存在,会使铁碳相图上共晶点的位置发生偏移,而使共晶点实际碳量发生改变。
因此,要知道某一具体成分的铸铁属于亚共晶还是过共晶,偏离共晶的程度有多大,就应将该铸铁的实际含碳量和根据成分“修正”后的共晶点实际碳量进行对比。
共晶点实际碳量的计算公式为(均为质量分数)
CC′%=4.26%-1/3(Si+P)%-0.4S%+0.03Mn%(1—4)
式中CC′%——铸铁共晶点实际碳的质量分数(%)(稳定系);
Si%、P%、S%、Mn%——分别为铸铁中各元素的质量分数(%)。
例如:
某铸铁成分为:
C3.8%、Si2.1%、Mn0.4%、P0.05%、S0.03%。
其共晶点实际碳的质量分数为
CC′%=4.26%-1/3(2.1+0.05)%-0.4×0.03%+0.03×0.4%=3.54%
该铸铁w(C)=3.8%,大于CC′%,因此该铸铁为过共晶铸铁。
目前,常以各元素对共晶点实际碳量的影响,将这些元素的量折算成碳量的增减,这样算得的碳量称为“碳当量”,用CE%表示,计算公式为(质量分数)
CE%=C%+1/3(Si+P)%+0.4S%-0.03Mn%
一般铸铁中硫很低,而锰的影响又较小,因此,可简化为
CE%=C%+1/3(Si+P)%(1—5)
将CE%和共晶点碳的质量分数(=4.26%)相比,就可以判断某具体成分铸铁偏离共晶点的方向和程度。
如CE%<4.26%为亚共晶铸铁;如CE%=4.26%为共晶铸铁;如CE%>4.26%为过共晶铸铁。
如上例铸铁的碳当量为
CE%=3.8%+1/3(2.1+0.05)%=4.52%
因此是过共晶铸铁。
铸铁偏离共晶点的方向和程度还可以用铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值来表示,这个比值称为“共晶度”,以Sc表示。
如Sc<1为亚共晶铸铁;如Sc=1为共晶铸铁;如Sc>1为过共晶铸铁。
Sc的计算公式为
(1—6)
式中C%——铸铁碳的质量分数(%);
CC′%——铸铁共晶点实际碳的质量分数(%)(稳定系)。
如上例铸铁的共晶度为
所以是过共晶铸铁。
碳当量的高低和共晶度的大小,除衡量铸铁偏离共晶点的程度对凝固过程可作出判断外,还能间接地推断出铸造性能的好坏以及石墨化能力的大小,因此,是一个十分重要的参数。
二、铸造合金分类
铸件用的合金统称为铸造合金。
铸造合金的种类很多,常用的有铸铁、铸钢和铸造非铁合金三大类。
1.铸铁的分类实际应用的铸铁碳的质量分数在2.4%~4%范围内。
根据碳在铸铁中存在形态的不同,铸铁一般可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁。
(1)白口铸铁碳除极少量溶于铁素体外,其余绝大部分都以渗碳体的形式存在于铸铁中,断口呈银白色,故称白口铸铁。
由于大量渗碳体的存在,所以白口铸铁性能硬而脆,很难进行机械加工。
故主要作炼钢用和制造可锻铸铁件,很少直接用于制造各种零件。
只是利用其硬而耐磨的特性,制造一些要求高耐磨性的零件,如轧辊、磨球及农用犁铧等。
(2)灰铸铁碳大部分或全部以片状石墨的形式存在于铸铁中,断口呈暗灰色,故称灰铸铁。
灰铸铁是各类铸铁中应用最为广泛的一种。
灰铸铁的铸造、切削、耐磨和减震等四方面的性能都优于其它铸铁,且生产方便、成品率高、成本低。
灰铸铁按其性能特点,可分为普通灰铸铁和高强度灰铸铁(又称孕育铸铁)。
灰铸铁牌号中HT250至HT350,均为孕育铸铁。
(3)球墨铸铁石墨大部分或全部呈球状存在于铸铁中,故称球墨铸铁。
它是铁液在浇注前经过球化处理和孕育处理获得的一种高强度铸铁。
球墨铸铁的力学性能接近于碳钢,大大超过灰铸铁,其铸造性能比铸钢好。
因此,现已广泛利用球铁代替铸钢、锻钢、铸造非铁合金和可锻铸铁来制造各种强度、韧性和耐磨性要求较高的零件。
例如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮等。
(4)蠕墨铸铁石墨在铸铁中大部分呈蠕虫状,故称蠕墨铸铁。
它是铁液经过蠕化处理后得到的一种高强度铸铁。
由于其石墨形状介于球墨铸铁和灰铸铁之间,因而其性能也介于球墨铸铁和灰铸铁之间,填补了铸铁材料在性能上的“空白”,是一种新型的铸铁材料,在国内外获得迅速发展。
(5)可锻铸铁铸铁中石墨呈紧密的团絮状。
因其强度较高,韧性好,故称可锻铸铁,又称马铁。
可锻铸铁其实是不可锻造的。
它是用白口铸铁经长时间石墨化退火而获得的。
2.铸钢的分类铸钢是碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金。
按照不同的化学成分,铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。
(1)碳素铸钢常存元素以碳为主。
含碳量直接影响铸钢的组织和力学性能。
根据含碳量的不同,碳素铸钢分为三类:
低碳铸钢:
w(C)<0.25%;
中碳铸钢:
w(C)=0.25%~0.60%;
高碳铸钢:
w(C)>0.60%。
其中以中碳铸钢的应用最为广泛。
(2)合金铸钢为了改善和提高铸钢的某些性能,在铸钢中加入一种或几种合金元素进行合金化,就成为合金铸钢。
按照加入合金元素含量的不同,合金铸钢可分为三类:
低合金铸钢:
合金元素的质量分数小于5%;
中合金铸钢:
合金元素的质量分数为5%~10%;
高合金铸钢:
合金元素的质量分数大于10%。
3.铸造非铁合金的分类工业上把黑色金属元素(Fe、Cr、Mn)以外的金属元素称为非铁金属元素,又称有色金属元素。
常用的铸造非铁金属元素有:
铜、铝、镁、锡、铅、锌、锑、钛等。
工业上一般都采用非铁金属合金制做零件,因为纯金属的铸造性能和力学性能都比合金差。
铸造非铁合金分为铸造铜合金、铝合金、镁合金、锌合金和轴承合金五大类。
一般工业上常用的为前两类。
(1)铸造铜合金铸造铜合金按照成分的不同可分为铸造青铜和铸造黄铜两大类。
1)铸造青铜。
铸造青铜又分为锡青铜和特殊(无锡)青铜两类。
以铜和锡为主要成分的合金称为锡青铜,它是最古老的铜合金。
以铝、锰、硅等元素代替锡元素的铜合金称为特殊青铜。
如应用较多的铝青铜等。
2)铸造黄铜。
以铜和锌为主要成分的合金称为黄铜。
又分为普通黄铜和特殊黄铜两类。
铜和锌的二元合金称为普通黄铜。
除铜和锌外,还含有铝、锰、硅等元素的铸铜合金称为特殊黄铜。
(2)铸造铝合金铸造铝合金是在纯铝的基础上加入其他金属或非金属元素,不仅能保持纯铝的基本性能,而且由于合金化及热处理的作用,使铝合金具有良好的综合性能。
按其所含的主要元素不同,铸造铝合金常分为铸造铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金及铝稀土合金等。
其中铝硅合金和铝铜合金应用最广。
第三节铸件热处理
铸件热处理是用加热、保温和冷却等方法,改变金属材料的基体组织。
是提高铸件强度、硬度、耐磨性,获得良好的塑性和韧性等性能的有效工艺方法。
一、铸铁件的热处理
1.灰铸铁件的热处理灰铸铁件的热处理不能改变石墨的形状,不能根本上消除片状石墨的有害作用,故通常热处理只用于消除铸件的铸造应力,稳定尺寸;消除白口组织,降低硬度以改善其加工性能,增加表面硬度和耐磨性。
(1)时效处理形状复杂的铸件,由于各部位壁厚不均匀而在铸造过程中产生内应力,使铸件产生变形或开裂。
时效处理的目的就是消除这种铸造应力。
时效处理分自然时效和人工时效两种。
自然时效就是将铸件露天放置几个月,半年甚至更长时间,让铸件自然、缓慢地发生变形,从而逐渐消除铸造应力。
但这种方法生产周期长,铸造应力消除不彻底,生产中已较少采用。
图1-4灰铸铁件的人工时效工艺
人工时效也就是低温退火,是将铸件以较缓慢的升温速度(60~100℃/h)加热到520~550℃,保温一段时间,然后以缓慢的冷却速度(20~30℃/h)随炉冷却至150~200℃后出炉空冷。
见图1-4。
此时,铸造应力基本上消除。
若加热温度过高(超过560℃)或保温时间过长,反而会使珠光体分解,从而导致铸件强度和硬度降低。
(2)石墨化退火铸件冷却凝固时,在表面或某些较薄截面处,由于冷却速度较快,易出现白口组织,使铸件的硬度和脆性增加,不易切削
图1-6球墨铸铁件的低温退火工艺
加工。
此时可采用石墨化退火的热处理工艺来消除白口组织。
其处理工艺为:
将铸件加热到900~960℃,保温1~4h,然后随炉冷却,见图1-5。
应当指出,消除白口组织主要通过铸造工艺来解决。
热处理只是一种辅助工艺,不是生产必须的工序。
2.球墨铸铁件的热处理由于球墨铸铁中石墨的有利形状,使得基体的作用得以充分发挥。
通过热处理,可大幅度调整和改善球墨铸铁的性能,满足不同的使用要求。
球墨铸铁件常用的热处理工艺有退火、正火和等温淬火等。
(1)退火球墨铸铁退火
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