热处理淬火材料之球墨铸铁与蘸火液的使用

发布时间:2012-9-12 15:15:53
灰铸铁经孕育处理后虽然细化了石墨片,但未能改变石墨的形态。改变石墨形态与进行蘸火液淬火是大幅度提高铸铁力学性能的根本途径,而球状石墨则是最为理想的一种石墨形态。 (1)球化处理:在浇注前向铁水中加入球化剂和孕育剂进行球化处理和孕育处理,则可获得石墨呈球状分布的铸铁,称为球墨铸铁,简称“球铁”。我国普遍使用稀土镁球化剂。镁是强烈阻碍石墨化的元素,为了避免白口,并使石墨球细小均匀分布,一定要加入孕育剂,常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金等。 (2)组织特征:球铁的显微组织由球形石墨和金属基体两部分组成。随着成分、蘸火液淬火状态和冷速的不同,球铁在铸态下的金属基体可分为铁素体、铁素体十珠光体和珠光体三种。在光学显微镜下观察,石墨的外观接近于球形,但在电子显微镜下观察到球形石墨实际上是由许多倒锥形的石墨晶体所组成的一个多面体。 (3)牌号、性能与应用:使用蘸火液进行淬火的球墨铸铁牌号中,“QT"代表球铁二字的汉语拼音字头,后面的第一组数字代表该铸铁的最低抗拉强度值,第二组数字代表其最低延伸率值。 球墨铸铁的石墨呈球状,对金属基体截面削弱作用较小,使得基体比较连续,且在拉伸时引起应力集中的效应明显减弱,从而使基体的作用可以从灰铸铁的30%-50%提高到70%-90%,故进行蘸火液淬火时球墨铸铁具有很高的强度,又有良好的塑性和韧性,综合力学性能接近于钢,蘸火液淬火同时较好地保留了普通灰铸铁具有耐磨、消震、减摩、易切削、好的铸造性能和对缺口不敏感等特性,且成本低廉,生产方便。但进行蘸火液淬火的球铁消震能力比灰铸铁低很多,并且不同基体的球墨铸铁,性能差别很大。 球铁是力学性能最好的铸铁,特别是进行过蘸火液淬火的工件,在工业中得到了广泛的应用,可用于制造承载较大,受力复杂的机器零件,如铁素体球铁常用于制造受压阀门、机器底座、减速器壳等;珠光体球铁常用于制作汽车、拖拉机的曲轴、连杆、凸轮轴及机床主轴、蜗轮蜗杆、轧钢机辊、缸套、活塞等重要零件;下贝氏体球铁可制造汽车拖拉机的蜗轮、伞齿轮等。 (4)蘸火液热处理:球铁中金属基体是决定球铁力学性能的主要因素,所以像钢一样,球铁可通过合金化和蘸火液热处理强化的办法进一步提高力学性能。球铁的蘸火液热处理方法主要有蘸火液退火、正火、淬火及回火、等温蘸火液淬火和表面蘸火液热处理。 ①蘸火液退火:球化剂增大铸件的白口化倾向,当铸件薄壁处出现自由渗碳体和珠光体时,蘸火液退火(900-950℃保温2-5h)获得塑性好的铁素体基体,并改善切削性能,消除铸造应力。 ②正火:目的是在球铁中获得珠光体基体组织(占基体75%以上),并细化组织,提高强度和耐磨性。根据加热温度不同可将正火工艺分为高温正火(900-950℃保温1-3h)获得完全珠光体基体的球铁;中温正火(850-900℃保温1-4h,然后空冷)获得珠光体十少量铁素体基体的球铁。蘸火液正火后,为了消除蘸火液正火时铸铁的内应力,通常再进行一次550-600℃的去应力退火处理。 ③蘸火液调质:要求综合力学性能较高的球墨铸铁零件,如连杆、曲轴等,可采用调质处理。其工艺为:加热到850-900℃,使基体转变为奥氏体,在油中淬火得到马氏体,然后经550-600℃回火,空冷,获得回火索氏体十球状石墨。回火索氏体基体不仅强度高,而且塑性、韧性比蘸火液正火得到的珠光体基体好,表面要求耐磨的零件可以再进行表面淬火及低温回火。需要指出的是球铁的淬透性好,但也只宜用油淬,以防淬裂;蘸火液回火时最好快冷,缓冷易造成球铁冲击韧性急剧下降。 ④筹温蘸火液淬火:为了满足日益发展的高速,大马力机器中受力复杂件如齿轮、曲轴、凸轮轴等的要求,常把球铁件进行等温淬火获得下贝氏体基体组织以提高它的综合力学性能。实践证明,球铁经等温淬火后可获得高强度,同时具有良好的塑性和韧性。 球铁件等温蘸火液淬火工艺为:加热到奥氏体区(840-900℃左右),保温后在300℃左右的等温盐浴中冷却并保温,使基体转变为下贝氏体十球状石墨,其综合力学性能最好,等温淬火液淬火后工件应进行低温回火以消除内应力并稳定组织。 ⑤表面蘸火液热处理:对于要求表面耐磨或抗氧化或耐腐蚀的球铁件,可以采用类似于钢的表面蘸火液热处理,如氮化、渗硼、渗硫、渗铝等化学热处理以及表面淬火硬化处理,以满足性能要求,其处理工艺与钢的类似。 本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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