铸件、锻件热处理工艺简析

一、退火的主要类型：

1、退火和等温退火退火又称再结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸件、锻件及热轧型材，有时也用于焊接钢结构件。也可作为工件的预热处理。

2、球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刀具、工量具、模具等钢种)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，消除内应力，改善晶粒排列结构。同时为以后淬火工艺获得良好的组织做准备。

3、去应力退火去应力退火又称低温退火(也可叫做高温回火)，这种退火主要用来消除铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

二、热处理工艺介绍：

1、工件的退火是将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

2、工件的正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。由于是高温出炉空冷，所以对设备及周边环境有一定影响。

3、工件的退火处理处理是将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成為沃斯田体单相组织(亚共析钢)或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材之延展性及微细晶粒组织。

三、铸铁退火工艺分析：

1、退火的目的：铸铁在热处理过程中，特别正常化处理和退火处理之后均会成内应力，内应力发生的主要原因在于铸件的内部壁厚不同，在升温和冷却过程中，由于壁厚不同会使工件各部位的膨胀和收缩各异，因而引起了所谓内应力，冷的部分具有较高的潜变长度，而热的部分其长度较低，故热的部分就会在冷的部分收缩后形成热点造成部分的变形，变形部分之强度，随著变形度的增加而提高，最后再不能进一步变形时，铸件内部形成某种程的弹性应力，甚至塑性应变，即为内应力，此应力几乎可高达与抗拉强度等值，任何外在的原因使局部应力超过抗拉强度的时候，此类铸件很容易因而造成破裂，热处理是消除内应力最重要的一种方法，主要程序是升高温度，令所有铸件在非常均匀而缓慢的情况下，加热及冷却。使工件内部晶粒组织重新规则排列。

2、退火的工艺设定：退火温度的高低，主要视铸件的组成部分，以及必须消弱的强度量而定，甚至必须考虑想要获得组织的状态，的退火温度可大致归纳如下：对非合金性的铸铁而言，约在500~575℃之间，对於低筋性的铸铁而言，大约在550~600℃之间，对高合金铸铁而言则在600~650℃之间，炉内的温度分布，必须近可能的均匀摆放，以避免存在温度梯度，不论任何情况下，尽量不用燃料炉。若使用千万要小心，炉子的火焰或热气体，不能直接喷向铸件，以避免在加热的时候，薄壁的部分在次引起热应力，而增加残留应力的存在量，进而引起破裂，在到达退火温度后的小时内大部分的内应力均会消除，则视铸件的厚薄而定，一般而言铸件厚度每增加25mm必须增加一小时的退火时间。

3、石墨铸铁：铸铁的软化退火处理及灰铸铁与球状石墨铸铁软化退火，事实上是一种针对碳化物分解的热处理，对非合金性及低合金铸铁而言，铁碳所形成的碳化物并非是一种稳定相，在高温中经过一段足够长的时间，碳化物分解成为石墨、肥力铁或沃斯田铁，此类分解过程就是一般所谓的软化热处理，同时也是製造展性铸铁的主要程序，灰铸铁裡的碳化物主要分两类，类是在凝固过程中形成的共晶碳化物(Eutectic Carbide)，一般称之為自由碳化物(Free Carbide)。软化处理主要分成两个步骤，及段石墨化及第二段石墨化，共晶碳化物之分解为段石墨化，波来铁分解为肥力铁与石墨之步骤為第二段石墨化。

段石墨化处理的目的是消除共晶雪明碳铁，因此当灰铸铁或者球状石墨铸铁，再凝固过程中，石墨形成不，大部分都会形成共晶雪明碳铁，在铸件的角落和锐边处，由于冷却速率较快，或以金属模铸造时激冷效果均会产生共晶雪明碳铁，当硅的含量不够，或接种的处理不良都会产生硬点，或形成碳化物，如果铸铁内具碳化物的稳定元素，如Cr、V或Mn含量太高时，也会形成相同的结果，如果是由于成分的配合不恰当，晶界形成共晶碳化物，则铸件的肉原对碳化物之形成不会产生影响，此类碳化物在某一个温度范围内相当的不稳定，其分解速度随温度的降低而急速的减小，且随温度的升高而急速的增加。段石墨化的温度不宜太低，其温度范围大约在850℃至950℃之间，对球状石墨铸铁而言，因为需要较高的韧性，因此温度不宜超过920℃，以免发生沃斯田铁初晶，退火的时间必须加长，退火时间的长短不仅由退火温度来决定，同时需考虑铸铁的种类成分，甚至要考虑碳化物的种类，一般而言退火时间可由2~15小时，为了避免脱碳，同时考虑经济上的效益，退火时间应尽可能地缩短，石墨化元素如硅及微量的铜可加速雪明碳铁的分解，而碳化物的稳定元素，如铬、铝、铜，在正常情况下会严重地延迟石墨化的时间。

第二段石墨化处理的目的是消除或减少波来铁，其主要作用在于分解波来铁，或者经过段石墨化处理后，在冷却过程中，防止波来铁的再形成，第二段石墨化处理应与段石墨化共同进行，假如无共晶碳化物存在，也可单独进行，主要的执行步骤，是在温度以下非常缓慢的冷却，或者在温度以下保持一段时间，对球状石墨铸铁而言，肥粒铁化后的组织对性质有非常大的影响，对灰铸铁而言，肥粒铁系的组织单使材料变软而已，雪明碳铁的分解速率随温度之增加而增加，此现象与段石墨化处理结果相似。温度超过温度范围，则有部分的组织发生沃斯田铁化，冷却时，可在次形成波来铁，当温度超过600℃ 时，波来铁分解非常迅速。直到其分解为止，退火时间需要8至12小时，当温度超过某一临界点时，此肥粒铁的生长速率会得到相反的效果，可见要成肥粒铁化所需要的退火时间在4~24小时之间，温度则在680~740℃之间。

四、推荐设备：

节能型台车式电阻炉，保温效果好节能，控温精度高达±1.0℃，装卸了方便，寿命长。