21-140 铸铁的热处理特性及工艺
未添加合金元素的片状石墨铸铁和球墨铸铁的共同热处理特性，归纳如下：
①片状石墨及球状石墨的显微组织及硬度看到的热处理特性大致相似。
②从AC1或AC3到773K的冷却时间短的情况下，直到室温，冷却后的组织为马氏体及残留奥氏体，硬度在470-690 HV 10的范围。铸铁中的Si量多或奥氏体化温度高时，硬度最终会下降。可以预测，在此场合进行深冷处理，可使马氏体量增多，可以提高硬度。
③冷却时间在6-30s的范围，，冷却后的显微组织为珠光体和铁素体，硬度急剧下降到230-690 HV 10。这种硬度急降是由于珠光体量及铁素体量急增引起的，硬度受冷却时间的影响很大。
冷却时间在30s以上，冷却后的显微组织为铁素体及珠光体，冷却时间越长，铁素体量越多。在同样的冷却速度下，Si含量越高，铁素体量越多。因此，冷却时间越长，Si量越高，硬度越低。
球墨铸铁热处理有如下的特点：
①球墨铸铁含碳量远高于钢，其中一部分的碳集中在球状石墨中，其余的则存在于基体。当铸件加热到一定温度后碳原子开始发生扩散。球状石墨表面的部分碳原子通过长距离扩散溶入奥氏体中，奥氏体含碳量随温度上升而提高。当温度下降时，则超过溶解度极限的碳原子从奥氏体中脱溶出来，沉积于石墨表面或以二次高碳相形式析出。因而奥氏体的碳含量随加热温度以及保温冷却条件而作较大幅度变化。可以说球状石墨本身具有“碳库”作用。控制铸件加热温度、保温时间和冷却方式，就可以调整奥氏体及其转变产物含碳量，改善铸铁组织和性能。
②共析转变发生于一个温度区域内。铁素体和珠光体体积分数之比随温度升降而变化。共析转变温度范围及转变的上限和下限温度对于铸铁件热处理工艺的制定有实际意义。加热时下限温度和上限温度分别表示共析转变的开始和终了温度，降温时上限温度和下限温度分别表示奥氏体开始分解和分解终了温度。
③硅提高共析转变的开始和终了温度。特别是当硅含量超过2%时，共析转变临界点温度提高更为显著。
铸铁生产除适当地选择化学成分以得到一定的组织外，热处理也是进一步调整和改进基体组织以提高铸铁性能的一种重要途径。
铸铁的热处理和钢的热处理有相同之处 ，也有不同之处。铸铁的热处理一般不能改善原始组织中石墨的形态和分布状况。对灰口铸铁来说，由于片状石墨所引起的应力集中效应是对铸铁性能起主导作用的因素，因此对灰口铸铁施以热处理的强化效果远不如钢和球铁那样显著。故灰口铸铁热处理工艺主要为退火、正火等。对于球铁来说，由于石墨呈球状，对基体的割裂作用大大减轻，通过热处理可使基体组织充分发挥作用，从而可以显著改善球性的机械性能。因此球铁像钢一样，其热处理工艺有退火、正火、调质、等温淬火、感应加热淬火和表面化学热处理等。
铸铁的热处理工艺：
1.消除应力退火
由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为500～550℃保温时间为2～8h，然后炉冷（灰铁）或空冷（球铁）。采用这种工艺可消除铸件内应力的90～95％，但铸铁组织不发生变化。若温度超过550℃或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。
2.消除铸件白口的高温石墨化退火
铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火（或正火）的方法消除白口组织。退火工艺为：加热到850－950℃保温2～5 h，随后炉冷到500—550℃再出炉空冷。在高温保温期间，游离渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A，在随后炉冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。
3.球铁的正火
球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，均匀组织，以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火在组织上的准备、正火分高温正火和低温正火。高温正火温度一般不超过950～980℃，低温正火一般加热到共析温度区间820～860℃。正火之后一般还需进行回火处理，以消除正火时产生的内应力。
4.球铁的淬火及回火
为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到Afc1以上30～50℃（Afc1代表加热时A形成终了温度） ，保温后淬入油中，得到马氏体组织。为了适当降低淬火后的残余应力，一般淬火后应进行回火，低温回火组织为回火马氏体加残留贝氏体再加球状石墨。这种组织耐磨性好 ，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中温回火温度为350—500℃回火后组织为回火屈氏体加球状石墨，适用于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温回火温度为500—600℃，回火后组织为回火索氏体加球状石墨，具有韧性和强度结合良好的综合性能，因此在生产中广泛应用。
5.球铁的等温淬火
球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和韧性。等温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A化、不残留F，同时也避免A晶粒长大。加热温度一般采用Afc1以上30～50℃，等温处理温度为0～350℃以保证获得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等温淬火后σb=1200～1400MPa，ak=3～3.6J／cm2，HRC＝47～51。但应注意等温淬火后再加一道回火工序。
6.表面淬火
为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，可采用表面淬火。灰铸铁及球铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高（中） 频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。也有采用火焰淬火和激光淬火。
7.化学热处理
对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。
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