铸钢件的热处理

二、铸钢件的热处理

铸钢件一般都要进行热处理。铸钢件进行热处理通常有三个目的,即细化晶粒、消除魏氏组织、消除铸造应力。碳素铸钢件的热处理方法有完全退火、正火和正火+回火。对于低合金铸钢件来说,除了上述目的之外,更主要的是发挥合金元素提高淬透性的作用。因此,低合金铸钢件的主要热处理方式是淬火+回火或正火+回火。

1.完全退火

将铸钢件加热到奥氏体区温度并保温一段时间,完全奥氏体化后随炉冷却,获得接近平衡组织的热处理方法称为完全退火。

适宜的加热温度是加热到上临界温度(Ac3)以上30~50℃,具体温度应依照钢中的碳含量而定。碳含量较低的钢,加热温度较高;碳含量较高的钢,加热温度较低。加热温度过低时,不能完成由珠光体到奥氏体的转变,晶粒不能细化,魏氏组织不能消除;加热温度过高时,会使钢的晶粒粗化,而且可能出现过热组织。

保温时间的长短,应保证有足够的时间使珠光体向奥氏体进行完全的转变,并使奥氏体的成分(碳含量)均匀化。保温时间应根据铸件的材质和壁厚(指铸件的最大壁厚)来确定。铸件厚实,保温的时间就要长一些。一般情况下,25mm厚的铸件大约需要1h的保温时间。

保温时间到达以后,铸件随炉冷却,待炉冷到200~300℃以下时,可以出炉,在空气中进一步冷却到常温。铸钢件退火工艺曲线如图7-9所示。

图示

图7-9 铸钢件退火工艺曲线

2.正火+回火处理

为了进一步提高铸钢件的力学性能,可以采取在正火后进行回火的热处理工艺。铸钢件的正火处理是指将铸件加热到Ac3以上30~80℃,并在此温度下保温,使铸钢件内外温度均匀之后,再保温一段时间,以使基体组织完全奥氏体化,然后将台车及铸钢件一同拉到炉外,在自然流通的空气中快速冷却,得到均匀的细化晶粒组织,使铸钢件的力学性能得到提高。

正火处理后的铸钢件,由于保温后又经快速冷却,残留一部分内应力,所以必须再进行回火处理。回火时,将铸钢件加热到A1线以下的温度范围,并保温一段时间,然后缓慢冷却。回火后的铸件,内应力得到较完全的消除,晶粒组织稳定,铸件的塑性得到提高。图7-10所示为某厂铸钢件正火+回火工艺曲线。当铸钢件硬度要求较高时,回火温度取下限,并适当延长保温时间。(https://www.daowen.com)

对于形状比较复杂的铸钢件,当温度升到650~800℃时,应缓慢升温或在此温度下保温一段时间。如果升温过快,则容易使铸钢件产生裂纹。因为在这个温度区间,铸造碳钢发生相变(珠光体转变为奥氏体),伴随有体积变化,产生相变应力。

铸钢件中除了碳含量较高的齿轮进行调质处理及高锰钢进行水韧处理之外,一般结构铸钢都进行正火+回火处理。

3.低合金铸钢件的热处理温度

低合金铸钢件在加热过程中的相变与铸造碳钢相似,有奥氏体的形成、残留碳化物的溶解及奥氏体成分均匀化三个过程。

为了加速低合金铸钢中碳化物的溶解和奥氏体成分均匀化,最有效的措施就是提高热处理的加热温度。据有关资料介绍,加热温度应取用Ac3+(50~100℃),但含硼铸钢例外。

图示

图7-10 铸钢件正火+回火工艺曲线

4.低合金铸钢件回火后的冷却速度

合金元素Mn、Si、Cr及单独使用Mo时,都会促使钢出现回火脆性。因此,大多数低合金铸钢件,在回火后,应当进行快冷。试验表明,即使加Mo的多元低合金铸钢,采用快速冷却也能改善其力学性能。

某些合金钢在正火中采用喷水冷却,其性能比空冷的性能有全面的提高,其中以屈服强度和冲击韧度尤为突出。因此,在特殊合金钢的正火中,若条件许可,则应尽量采用水冷。