铸铁的退火工艺优化探究

铸铁的退火主要包括去应力退火、软化退火和石墨化退火。去应力退火如前所述，这里只讨论软化退火和石墨化退火。

1.铸铁的软化退火

图12-8 马氏体白口铸铁软化退火工艺曲线^[7]

（1）合金白口铸铁的软化退火 某些合金白口铸铁铸态组织中常含有大量马氏体，使铸件具有很高的硬度。为了便于切削加工，可进行软化退火，使马氏体转变为珠光体。例如，15Cr3Mo高铬铸铁件软化退火后硬度可降至42HRC，用硬质合金刀具已能进行切削加工。低合金马氏体白口铸铁软化退火工艺曲线如图12-8所示。

（2）灰铸铁及球墨铸铁的软化退火 灰铸铁软化退火的目的是使渗碳体石墨化，降低铸件硬度、便于切削加工。球墨铸铁的软化退火通称退火，目的是获得铁素体基体，提高铸铁的塑性^[7]。

若铸件中不存在共晶渗碳体或其数量不多，可进行低温软化退火，加热温度低于Ac₁，可在650～760℃选择。当铸件中共晶渗碳体数量较多时，须进行高温软化退火，加热温度高于Ac₁，可在880～980℃选择。

灰铸铁和球墨铸铁低温软化退火规范见表12-14，高温软化退火工艺规范见表12-15。

表12-14 灰铸铁及球墨铸铁低温软化退火工艺规范[7]

表12-15 灰铸铁及球墨铸铁高温软化退火规范[7］

2.生产可锻铸铁的石墨化退火

可锻铸铁是将白口铸铁坯件石墨化退火得到的一种具有团絮状石墨的铁碳合金。因为可锻铸铁分为白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁，所以石墨化退火也就有两种相应的工艺。

图12-9 石墨化退火工艺曲线[5(www.xing528.com)

（1）生产白心可锻铸铁的脱碳石墨化退火（脱碳退火）将白口铸铁在氧化介质中加热至高温并长时间保持，使坯件表面脱碳、心部石墨化的退火工艺，称为石墨化退火，简称脱碳退火^[5]。脱碳退火的工艺曲线如图12-9所示。

脱碳退火所获得的铸铁称为白心可锻铸铁。可锻铸铁其实并不可锻，只不过其塑性好，相对伸长率可达2%～20%，比白口铸铁（伸长率不超过0.2%）和灰铸铁（伸长率不超过1.2%）高得多^[9]。白心可锻铸铁具有良好的焊接性。

石墨化退火必须在氧化性介质中加热。

因为铸件退火时断面从外层到心部发生了强烈的氧化和脱碳，在完全脱碳层中无石墨存在，其组织为铁素体。铸件断面心部为珠光体（有时还有少量铁素体或渗碳体）及团絮状石墨组织。因珠光体与表面的铁素体相比塑性较差，打断时断口的心部呈白色，有发亮的光泽，而表层色泽较暗，白心可锻铸铁因而得名^[5，10]。

脱碳退火所需加热温度高、保温时间长，所得组织沿截面的分布又不均匀，所以近年来多为可锻化退火工艺所取代^[5]。

（2）生产黑心可锻铸铁的石墨化退火（可锻化退火）白口铸铁铸坯经高温长时间退火后，使显微组织中的共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体转变为石墨，这一工艺称为可锻化退火^[5]。

经可锻化退火后，铸铁获得铁素体及石墨组织，断口呈深灰色，因此，这种铸铁又称为黑心可锻铸铁，其中的石墨呈团絮状。

可锻化退火的工艺曲线如图12-10所示。一般为冷炉装料，并缓慢进行加热。

图12-10 可锻化退火工艺曲线[5］

渗碳体的石墨化是在910～960℃及730～780℃保温时进行。在高温加热的保温时间，视炉子大小、装料数量及其在炉中的排布和加热温度等因素而定，一般为15～30h。高温保温结束后铸铁应具有奥氏体和团絮状石墨组织，不应再有大块的渗碳体存在。这一石墨化过程称为石墨化的第一阶段。

730～780℃等温保持时，进行着共析渗碳体的石墨化。因为温度较低，所需时间较长，一般为30～60h。等温完了后随炉缓冷至650℃，然后出炉空冷，以防继续缓冷所引起的韧性的降低。这一过程称为石墨化的第二阶段。

经上述可锻化退火后，铸铁获得了铁素体、石墨和少量珠光体组织，使可加工性、塑性和韧性得到了改善。

石墨化第一阶段结束后随着冷却速度的增大（空冷、吹风、喷雾、油冷等），可锻铸铁的基体可为珠光体、细片状珠光体、马氏体等，从而能够满足提高耐磨性的要求。可锻铸铁经快冷后应进行适当温度的回火，以消除应力及稳定尺寸。