可锻铸铁的热处理技术

可锻铸铁是由白口铸铁经过石墨化退火而获得的。因为其石墨呈团絮状，所以大大减弱了对基体的割裂作用。与灰铸铁相比，可锻铸铁具有较高的塑性（伸长率可达12%）和韧性（冲击韧度值可达30J/cm²），可用来制造一些薄壁中空而且要求一定韧性的零件。

按石墨化退火工艺的不同，可锻铸铁可分为黑心可锻铸铁和白心可锻铸铁两大类。黑心可锻铸铁按其基体的不同，又可分为铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁。

1.可锻铸铁的成分、性能

为了保证铸态下铸件全部获得白口组织和在石墨化退火时不出现片状石墨，且尽量缩短石墨化退火周期，可锻铸铁的化学成分必须严格控制。常用可锻铸铁牌号及化学成分见表6-4。黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁力学性能见表6-5。

表6-4 常用可锻铸铁牌号及化学成分

表6-5 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁力学性能

①牌号B系列为过渡牌号。②牌号KTH300-06适用于气密性零件。③试样直径12mm只适用于主要壁厚小于10mm的铸件。

2.黑心可锻铸铁的热处理

黑心可锻铸铁是在中性介质中经过长时间高温石墨化退火而得到的。由于大量石墨的析出，其断口中心呈灰黑色，所以称为黑心可锻铸铁。事实上，只有铁素体基体的黑心可锻铸铁的断口才是真正的黑心，它的塑性、韧性较好，但强度较低。珠光体黑心可锻铸铁断口其实是灰色的，它强度高，而塑性、韧性较差。

黑心可锻铸铁的热处理是指一定成分的白口铸铁的石墨化退火。如果在退火过程中使渗碳体全部石墨化，即得到铁素体可锻铸铁，如在第一阶段石墨化后采用较快的冷却速度，抑止共析渗碳体的石墨化，就可得到珠光体可锻铸铁。

（1）铁素体可锻铸铁的退火 典型的铁素体可锻铸铁退火工艺曲线如图6-9所示。铁素体可锻铸铁的退火是在中性气氛中进行的，为防止铸件在退火中氧化，应事先将白口铸铁装入退火箱内用耐火泥密封后再入炉退火。退火箱壁厚约20～40mm。外形及规格尺寸根据产品、炉子装炉量、炉型确定，退火箱材料一般采用白口铸铁。退火箱的退火工艺分五个阶段。

图6-9 典型的铁素体可锻铸铁退火工艺曲线

1）升温阶段（图6-9中0～1）。此阶段把铸件缓慢加热到900～950℃，使原始组织转变成奥氏体和渗碳体。升温速度不宜过快，不然会使石墨粗大而疏松，且分布不均。(www.xing528.com)

2）第一阶段石墨化（图6-9中1～2）。此阶段在高温下长时间保温，共晶渗碳体分解成团絮状石墨，得到奥氏体+团絮状石墨。

3）中间阶段石墨化（图6-9中2～3）。在此阶段内，以较快的冷却速度将铸件冷到稍低于共析转变温区的下限。降温时，在奥氏体中碳的溶解度减少而析出过饱和的碳，并附着在已经生成的石墨团上，使石墨团长大。此阶段结束时的组织为奥氏体+石墨，以及少量铁素体。

4）第二阶段石墨化（图6-9中3～4）。此阶段铸件在稍低于共析转变温区的下限保温较长时间，其间奥氏体首先发生共析转变成珠光体，随后珠光体中的渗碳体分解，析出的石墨仍附着在已生成的石墨团上，使其进一步长大，保温结束后，组织为铁素体+石墨。在实际生产中，为了缩短退火时间，常在石墨化中间阶段降温至略高于共析转变温区的上限时，即以极缓慢的冷却速度（3～5℃/h）通过共析转变温区（图6-9中3′～4′虚线），使奥氏体直接分解为铁素体+石墨团。

5）冷却阶段（图6-9中4以下）。此阶段中铸件已不再发生组织转变，但其冷却速度对铸件的韧性影响很大。若缓慢冷到600℃以前出炉空冷，则韧性较好；若继续缓冷（炉冷）至400℃以下才出炉，则韧性降低，所以应避免在400～600℃之间缓冷。

（2）珠光体可锻铸铁的退火 生产中常采用两种方法来获得珠光体可锻铸铁。

1）把铁素体可锻铸铁重新加热到820～890℃（共析转变温度以上），保温1～3h，再空冷或油冷，补充600～700℃保温约2h的退火，即可得到珠光体基体的可锻铸铁。

2）由白口铸铁直接退火而得。珠光体可锻铸铁退火工艺曲线见图6-10。在第一阶段石墨化以后，用较快速度冷却（不再进行第二阶段石墨化），使之获得珠光体基体，并兼有团絮状石墨的组织，即珠光体可锻铸铁。这种方法除用退火工艺来控制组织外，还要求原铁液中锰含量稍高，以便退火冷却时抑止珠光体的分解。

图6-10 珠光体可锻铸铁退火工艺曲线

黑心可锻铸铁退火周期较长，一般为60～80h。为了缩短退火周期，可以在退火前对铸件进行预备热处理，即先进行一次正火或淬火。

3.白心可锻铸铁的热处理

白心可锻铸铁是将白口铸铁放在氧化性介质中经长时间退火得到的。退火过程不仅是石墨化过程，而且还伴随着强烈的氧化脱碳过程。退火后铸件表层为铁素体，从表面向内，团絮状石墨和珠光体的量逐渐增多，中心的基体组织为珠光体及少量团絮状石墨，故断口中心是灰白色，表层呈暗灰色。

白心可锻铸铁热处理工艺曲线见图6-11。

图6-11 白心可锻铸铁热处理工艺曲线