鑄造知識：怎樣獲得良好灰鑄鐵組織提高灰鑄鐵的強度硬度、灰鑄鐵怎樣進行熱處理？
CP-MG 20190415 10:30
資料來源：石油焦在線增炭劑鍛後焦
圖片來源：澄柏國際
如何掌握砂型鑄造灰鐵的硬度：
砂型鑄造灰鑄鐵的硬度主要是由化學成分、冷卻速度和孕育處理決定的。
同樣的成分冷卻的快，硬度就高，冷卻的慢，硬度就低。如果為了提高硬度，用風冷或者水冷的方法往往容易裂紋，所以要謹慎使用快冷的方法。
用化學成分調整硬度是最常用的方法。通常主要是通過調整C的含量調整硬度，調整範圍通常是2.9---3.5% 其次是Si，通常的範圍是1.5----2.4% 這兩種元素含量越高，硬度越低，含量越低，硬度越高。第三是Mn，通常範圍是0.6---1.3% 含量越高，硬度越高，含量越低，硬度越低。硫和磷是有害元素，一般不用來調整硬度。這是灰鑄鐵的五大元素。
之外的，還有Cr、Mo ，作用和Mn相似。 Cu對硬度影響比較小，主要是促進石墨化，穩定珠光體，增加灰鑄鐵的強度和韌性，還有很多的元素，不過常用的成分就是這些了。
第三種調整硬度的方法就是灰鑄鐵的孕育處理了，這是最常用的方法，通常在出爐後的鐵水中緩緩加入孕育劑（最常用的75Si-Fe），孕育處理之後的灰鑄鐵，硬度會趨於均勻，改善了機械加工的性能，也增加了灰鑄鐵的強度。
一、提高灰鑄鐵250硬度的幾種方法：
1、爐料配比爐料配比：
用生鐵+廢鋼+回爐料+增碳劑的方法，利用增碳劑裡的氮改變石墨的形態和長度來提高灰鐵鑄件的硬度。
2、控制化學成分：
(1)許多熔煉公司認為硫元素有害，硫在鐵液中的含量越低越好，其實也不是這樣，在灰鐵鑄件中應考慮“矽碳化”和“錳硫比”。即Mn=1.71S+(0.2~0.5)。 HT250化學成分錶：
碳 3~3.3%；磷≤0.12；矽1.65~2.05；錳0.7~1.1鈦≤0.05；硫≤0.12
（2）低合金化，加去一兩種合金元素，加入時，應考慮碳元素的含量，不要盲目追求硬度。
3、鐵液過熱：
對於灰鐵鑄件，在一定範圍內提高鐵液溫度能使石墨細化，基體組織緻密，鑄鐵的抗拉強度和布氏硬度有所提高。鐵液過熱溫度控制在1500-1530℃，過熱時間控制在10min之內為好。
4、孕育劑和孕育方式：
灰鑄鐵的孕育處理是通常在出爐後的鐵水中緩緩加入孕育劑（最常用的75Si-Fe），孕育處理之後的灰鑄鐵，硬度會趨於均勻，改善了機械加工的性能，也增加了灰鑄鐵的強度。灰鐵鑄件的硬度的標準時HB170-240之間。
錫是否可以提高灰鑄鐵的硬度，它在灰鑄鐵中的含量是多少？
錫可以提高灰鑄鐵的硬度，含量不要超過0.1%，生產機床件含量常保持0.08%以下。
錫易於聚集在石墨-奧氏體界面上，阻止碳向石墨擴散，使碳固溶於奧氏體，從而促進形成珠光體。鑄鐵中加入錫元素，有促成珠光體的作用，而在細化珠光體方面實際上沒有作用。鉻、銅和鎳的作用不強，需加入較大的量才能明顯地細化珠光體。錳促成珠光體的作用中等，但其用量往往因為要保持合適的Mn/S比而受到製約。釩和鉬的促硬能力最強，加入較小的量就有可觀的增強作用。
灰鑄鐵250如何用熱處理提高硬度：
為了提高灰口鑄鐵的表面硬度和耐磨性，可對其進行表面處理，即火焰表面淬火，高、中頻表面淬火。其加熱溫度在850～950℃，考慮到其導熱性差，因此加熱速度不宜太快，否則會產生熔化和淬火裂紋缺陷，高頻淬火要求鑄鐵芷火後基體組織主要為珠光體，冷卻採用噴水或噴聚乙烯醇水溶液，回火溫度在200～400℃範圍內，硬度在40～50HRC，可確保表面的硬度和耐磨性。
如果用電阻爐加熱，如何處理 ？
灰口鑄鐵的淬火與回火，其組織的變化與鋼基本上相同，但因鑄件的原始組織和鑄件中的石墨分佈狀況和粗細的不同，這些因素對熱處理有明顯的影響，故它的加熱、保溫與冷卻不同於鋼的熱處理。
（1）加熱鑄鐵的淬火加熱溫度應在830~900℃，當其基體組織為鐵素體時，應取上限，而基體組織為珠光體時，應取下限。
（2）保溫保溫時間亦應根據基體組織而定，當原始組織為珠光體時，其保溫時間需要充分保證工件各部分加熱到指定溫度即可。如果原始組織是珠光體+鐵素體或為鐵素體時，保溫時間就必須保證石墨溶解到奧氏體中去，使其達到飽和程度。故應根據基體的不同，其保溫時間應為0.5~3h。但保溫時間再長不會增加奧氏體中的溶碳量，也不能改善淬火的效果，故沒有必要再延長保溫時間
（3）冷卻為了使鑄件在淬火時能夠獲得馬氏體組織，而又保證工件不至淬裂或產生過大的變形，應該選擇適合的淬火介質。由於鑄鐵中的石墨存在（特別是粗片狀石墨），容易造成應力集中而造成淬火裂紋，故鑄鐵一般都採用油作淬火介質，這裡應當說明的是：鑄件淬火後的絕對硬度值一般不超過HB500，只有在極少數的情況下，即在良好的原始組織與含有適當的合金元素時才可能達到HB600。淬火件的回火應在淬火後立即進行，而回火溫度應根據工件的具體要求而定。一般的低溫（250℃以下）回火，其主要目的是消除淬火應力，減低脆性；高溫回火（500~600℃），是為了得到以索氏體為基體的組織。大約從200℃開始，提高回火溫度，會逐漸降低硬度、強度，而提高塑性。灰口鑄鐵的等溫淬火，現在也獲得了廣泛應用，其操作方法與鋼的等溫淬火相似。
如何穩定灰鑄鐵的硬度，牌號灰鐵250：
1.灰鑄鐵硬度隨著日常生產，上下偏差肯定有的，有時可能偏差是兩位數，這根生鐵和回爐料的遺傳性有關，一般偏差出現在換一批生鐵後或者長時間做同一型號鑄件後換做其他型號時，這就需要經驗積累，在下一次換生鐵或不同型號鑄件時對碳當量進行調整，以防止硬度有明顯偏差
2、日常保持硬度穩定主要控制好爐前成分、孕育劑的加入量、澆注溫度
鑄鐵的抗拉強度和硬度主要取決於什麼？如何提高鑄鐵的抗拉強度和硬度？
主要影響抗拉強度的是組成組織，珠光體含量越多，抗拉強度越高，硬度隨著珠光體、碳化物、磷共晶、馬氏體、貝氏體的數量增加而增加。正常鑄件可以通過提高珠光體數量和珠光體片層厚度來提高強度和硬度，如果允許也可採用熱處理 的方法。
如何提高灰鐵鑄件抗拉強度：
為了提高灰鑄鐵的抗拉強度,應採用較低的碳當量,灰鑄鐵中的碳含量大多為2.6%～3.6%,矽的含量為1.2%～33.0%, 根據鑄件壁厚情況盡量取下限,適當的提高錳的含量,一般灰鑄鐵錳含量為0.4%～1.2%,在鑄件不出現白口的情況下盡量取上限. 另外還可以採取合金化辦法提高鑄件的抗拉強度,適當的加入微量合金如：鉻、鉬、錫等元素也可明顯的提高灰鑄鐵的抗拉強度, 同時要配合做好鐵水的孕育處理.
為了提高灰鑄鐵的抗拉強度,應採用較低的碳當量,灰鑄鐵中的碳含量大多為2.6%～3.6%,矽的含量為1.2%～33.0%,根據鑄件壁厚情況盡量取下限,適當的提高錳的含量,一般灰鑄鐵錳含量為0.4%～1.2%,在鑄件不出現白口的情況下盡量取上限.另外還可以採取合金化辦法提高鑄件的抗拉強度,適當的加入微量合金如：鉻、鉬、錫等元素也可明顯的提高灰鑄鐵的抗拉強度,同時要配合做好鐵水的孕育處理。
如何穩定灰鑄鐵中的珠光體組織：
在鑄件生產中 ,加入到灰鑄鐵中的合金元素根據其功能可分為四大類 :石墨化元素、碳化物形成元素、穩定珠光體元素及細化珠光體元素。元素碳(C)、矽 (Si)、鋁 (Al)、鈦 (Ti)、銅(Cu)、和鎳 (Ni)在鑄鐵凝固時能促使石墨的形成 ,被認為是石墨化元素。但這些元素的作用大小並不相同,Cu的石墨化能力只有Si的0 .0 5 % ,Ni和Cu具有石墨化及細化珠光體的雙重功能,而細化珠光體的功能是主要的,因此被認為是穩定珠光體的元素。由於錫(Sn)、銻(Sb)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、和鈮(Nb)能延緩石墨的析出和增加形成滲碳體傾向,而被劃分為碳化物形成元素。其中一些元素如鉬(Mo) ,也具有雙重作用,因為它還能細化珠光體:當鉬含量<0 .8%時,是細化珠光體元素;當其含量>0 .8%時,是碳化物形成元素。人們在熔融灰鑄鐵中 ,有意識地加入一些合金元素 ,來促進珠光體的形成、細化珠光體組織和提高它的穩定性。由鐵素體和碳化物薄片交替排列的細珠光體層狀組織能增加鑄鐵的硬度和強度。
灰鑄鐵怎樣控制滲碳體：
滲碳體的分子式為 Fe3C ，它是一種具有復雜晶格結構的間隙化合物。它的含碳量為6.69%；熔點為1227℃左右；不發生同素異晶轉變；但有磁性轉變，它在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去鐵磁性；其硬度很高（相當於HB800），而塑性和衝擊韌性幾乎等於零，脆性極大。滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色，但受鹼性苦味酸鈉的腐蝕，在顯微鏡下呈黑色。滲碳體的顯微組織形態很多，在鋼和鑄鐵中與其他相共存時呈片狀、粒狀、網狀或板狀。滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形狀與分佈對鋼的性能有很大的影響。同時Fe3C又是一種介（亞）穩定相，在一定條件下會發生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的單質碳為石墨。
砂型鑄造灰鑄鐵的硬度主要是由化學成分、冷卻速度和孕育處理決定的。
同樣的成分冷卻的快，硬度就高，冷卻的慢，硬度就低。如果為了提高硬度，用風冷或者水冷的方法往往容易裂紋，所以要謹慎使用快冷的方法。
用化學成分調整硬度是最常用的方法。通常主要是通過調整C的含量調整硬度，調整範圍通常是2.9---3.5% 其次是Si，通常的範圍是1.5----2.4% 這兩種元素含量越高，硬度越低，含量越低，硬度越高。第三是Mn，通常範圍是0.6---1.3% 含量越高，硬度越高，含量越低，硬度越低。硫和磷是有害元素，一般不用來調整硬度。這是灰鑄鐵的五大元素。
之外的，還有Cr、Mo ，作用和Mn相似。 Cu對硬度影響比較小，主要是促進石墨化，穩定珠光體，增加灰鑄鐵的強度和韌性，還有很多的元素，不過常用的成分就是這些了。
第三種調整硬度的方法就是灰鑄鐵的孕育處理了，這是最常用的方法，通常在出爐後的鐵水中緩緩加入孕育劑（最常用的75Si-Fe），孕育處理之後的灰鑄鐵，硬度會趨於均勻，改善了機械加工的性能，也增加了灰鑄鐵的強度。
一、提高灰鑄鐵250硬度的幾種方法：
1、爐料配比爐料配比：
用生鐵+廢鋼+回爐料+增碳劑的方法，利用增碳劑裡的氮改變石墨的形態和長度來提高灰鐵鑄件的硬度。
2、控制化學成分：
(1)許多熔煉公司認為硫元素有害，硫在鐵液中的含量越低越好，其實也不是這樣，在灰鐵鑄件中應考慮“矽碳化”和“錳硫比”。即Mn=1.71S+(0.2~0.5)。 HT250化學成分錶：
碳 3~3.3%；磷≤0.12；矽1.65~2.05；錳0.7~1.1鈦≤0.05；硫≤0.12
（2）低合金化，加去一兩種合金元素，加入時，應考慮碳元素的含量，不要盲目追求硬度。
3、鐵液過熱：
對於灰鐵鑄件，在一定範圍內提高鐵液溫度能使石墨細化，基體組織緻密，鑄鐵的抗拉強度和布氏硬度有所提高。鐵液過熱溫度控制在1500-1530℃，過熱時間控制在10min之內為好。
4、孕育劑和孕育方式：
灰鑄鐵的孕育處理是通常在出爐後的鐵水中緩緩加入孕育劑（最常用的75Si-Fe），孕育處理之後的灰鑄鐵，硬度會趨於均勻，改善了機械加工的性能，也增加了灰鑄鐵的強度。灰鐵鑄件的硬度的標準時HB170-240之間。
錫是否可以提高灰鑄鐵的硬度，它在灰鑄鐵中的含量是多少？
錫可以提高灰鑄鐵的硬度，含量不要超過0.1%，生產機床件含量常保持0.08%以下。
錫易於聚集在石墨-奧氏體界面上，阻止碳向石墨擴散，使碳固溶於奧氏體，從而促進形成珠光體。鑄鐵中加入錫元素，有促成珠光體的作用，而在細化珠光體方面實際上沒有作用。鉻、銅和鎳的作用不強，需加入較大的量才能明顯地細化珠光體。錳促成珠光體的作用中等，但其用量往往因為要保持合適的Mn/S比而受到製約。釩和鉬的促硬能力最強，加入較小的量就有可觀的增強作用。
灰鑄鐵250如何用熱處理提高硬度：
為了提高灰口鑄鐵的表面硬度和耐磨性，可對其進行表面處理，即火焰表面淬火，高、中頻表面淬火。其加熱溫度在850～950℃，考慮到其導熱性差，因此加熱速度不宜太快，否則會產生熔化和淬火裂紋缺陷，高頻淬火要求鑄鐵芷火後基體組織主要為珠光體，冷卻採用噴水或噴聚乙烯醇水溶液，回火溫度在200～400℃範圍內，硬度在40～50HRC，可確保表面的硬度和耐磨性。
如果用電阻爐加熱，如何處理 ？
灰口鑄鐵的淬火與回火，其組織的變化與鋼基本上相同，但因鑄件的原始組織和鑄件中的石墨分佈狀況和粗細的不同，這些因素對熱處理有明顯的影響，故它的加熱、保溫與冷卻不同於鋼的熱處理。
（1）加熱鑄鐵的淬火加熱溫度應在830~900℃，當其基體組織為鐵素體時，應取上限，而基體組織為珠光體時，應取下限。
（2）保溫保溫時間亦應根據基體組織而定，當原始組織為珠光體時，其保溫時間需要充分保證工件各部分加熱到指定溫度即可。如果原始組織是珠光體+鐵素體或為鐵素體時，保溫時間就必須保證石墨溶解到奧氏體中去，使其達到飽和程度。故應根據基體的不同，其保溫時間應為0.5~3h。但保溫時間再長不會增加奧氏體中的溶碳量，也不能改善淬火的效果，故沒有必要再延長保溫時間
（3）冷卻為了使鑄件在淬火時能夠獲得馬氏體組織，而又保證工件不至淬裂或產生過大的變形，應該選擇適合的淬火介質。由於鑄鐵中的石墨存在（特別是粗片狀石墨），容易造成應力集中而造成淬火裂紋，故鑄鐵一般都採用油作淬火介質，這裡應當說明的是：鑄件淬火後的絕對硬度值一般不超過HB500，只有在極少數的情況下，即在良好的原始組織與含有適當的合金元素時才可能達到HB600。淬火件的回火應在淬火後立即進行，而回火溫度應根據工件的具體要求而定。一般的低溫（250℃以下）回火，其主要目的是消除淬火應力，減低脆性；高溫回火（500~600℃），是為了得到以索氏體為基體的組織。大約從200℃開始，提高回火溫度，會逐漸降低硬度、強度，而提高塑性。灰口鑄鐵的等溫淬火，現在也獲得了廣泛應用，其操作方法與鋼的等溫淬火相似。
如何穩定灰鑄鐵的硬度，牌號灰鐵250：
1.灰鑄鐵硬度隨著日常生產，上下偏差肯定有的，有時可能偏差是兩位數，這根生鐵和回爐料的遺傳性有關，一般偏差出現在換一批生鐵後或者長時間做同一型號鑄件後換做其他型號時，這就需要經驗積累，在下一次換生鐵或不同型號鑄件時對碳當量進行調整，以防止硬度有明顯偏差
2、日常保持硬度穩定主要控制好爐前成分、孕育劑的加入量、澆注溫度
鑄鐵的抗拉強度和硬度主要取決於什麼？如何提高鑄鐵的抗拉強度和硬度？
主要影響抗拉強度的是組成組織，珠光體含量越多，抗拉強度越高，硬度隨著珠光體、碳化物、磷共晶、馬氏體、貝氏體的數量增加而增加。正常鑄件可以通過提高珠光體數量和珠光體片層厚度來提高強度和硬度，如果允許也可採用熱處理 的方法。
如何提高灰鐵鑄件抗拉強度：
為了提高灰鑄鐵的抗拉強度,應採用較低的碳當量,灰鑄鐵中的碳含量大多為2.6%～3.6%,矽的含量為1.2%～33.0%, 根據鑄件壁厚情況盡量取下限,適當的提高錳的含量,一般灰鑄鐵錳含量為0.4%～1.2%,在鑄件不出現白口的情況下盡量取上限. 另外還可以採取合金化辦法提高鑄件的抗拉強度,適當的加入微量合金如：鉻、鉬、錫等元素也可明顯的提高灰鑄鐵的抗拉強度, 同時要配合做好鐵水的孕育處理.
為了提高灰鑄鐵的抗拉強度,應採用較低的碳當量,灰鑄鐵中的碳含量大多為2.6%～3.6%,矽的含量為1.2%～33.0%,根據鑄件壁厚情況盡量取下限,適當的提高錳的含量,一般灰鑄鐵錳含量為0.4%～1.2%,在鑄件不出現白口的情況下盡量取上限.另外還可以採取合金化辦法提高鑄件的抗拉強度,適當的加入微量合金如：鉻、鉬、錫等元素也可明顯的提高灰鑄鐵的抗拉強度,同時要配合做好鐵水的孕育處理。
如何穩定灰鑄鐵中的珠光體組織：
在鑄件生產中 ,加入到灰鑄鐵中的合金元素根據其功能可分為四大類 :石墨化元素、碳化物形成元素、穩定珠光體元素及細化珠光體元素。元素碳(C)、矽 (Si)、鋁 (Al)、鈦 (Ti)、銅(Cu)、和鎳 (Ni)在鑄鐵凝固時能促使石墨的形成 ,被認為是石墨化元素。但這些元素的作用大小並不相同,Cu的石墨化能力只有Si的0 .0 5 % ,Ni和Cu具有石墨化及細化珠光體的雙重功能,而細化珠光體的功能是主要的,因此被認為是穩定珠光體的元素。由於錫(Sn)、銻(Sb)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、和鈮(Nb)能延緩石墨的析出和增加形成滲碳體傾向,而被劃分為碳化物形成元素。其中一些元素如鉬(Mo) ,也具有雙重作用,因為它還能細化珠光體:當鉬含量<0 .8%時,是細化珠光體元素;當其含量>0 .8%時,是碳化物形成元素。人們在熔融灰鑄鐵中 ,有意識地加入一些合金元素 ,來促進珠光體的形成、細化珠光體組織和提高它的穩定性。由鐵素體和碳化物薄片交替排列的細珠光體層狀組織能增加鑄鐵的硬度和強度。
灰鑄鐵怎樣控制滲碳體：
滲碳體的分子式為 Fe3C ，它是一種具有復雜晶格結構的間隙化合物。它的含碳量為6.69%；熔點為1227℃左右；不發生同素異晶轉變；但有磁性轉變，它在230℃以下具有弱鐵磁性，而在230℃以上則失去鐵磁性；其硬度很高（相當於HB800），而塑性和衝擊韌性幾乎等於零，脆性極大。滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色，但受鹼性苦味酸鈉的腐蝕，在顯微鏡下呈黑色。滲碳體的顯微組織形態很多，在鋼和鑄鐵中與其他相共存時呈片狀、粒狀、網狀或板狀。滲碳體是碳鋼中主要的強化相，它的形狀與分佈對鋼的性能有很大的影響。同時Fe3C又是一種介（亞）穩定相，在一定條件下會發生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的單質碳為石墨。
石墨化增碳劑：碳>98.5%,硫<0.05%,灰分/揮發分<0.7%,水分<0.5%,氮氣<300ppm