中硅鉬球墨鑄鐵的熱處理工藝是怎樣的？
中硅鉬球墨鑄鐵（SiMo Ductile Iron）的熱處理工藝與普通球墨鑄鐵有顯著不同。由于其化學(xué)成分中硅（Si）含量較高（3.6%~4.2%），導(dǎo)致其具有特殊的相變特性和低溫脆性。
其熱處理的主要目的有兩個：
- 消除鑄造內(nèi)應(yīng)力（防止在隨后的機加工或使用中變形 / 開裂）。
- 改善切削加工性能（通過石墨化退火消除游離滲碳體，降低硬度）。
以下是標準的熱處理工藝流程及關(guān)鍵控制點：
一、 典型工藝曲線：高溫石墨化退火 + 去應(yīng)力退火
這是最通用的工藝，適用于大多數(shù)中硅鉬球鐵件（如排氣歧管）。
1. 升溫階段 (Heating Up)
- 溫度范圍：室溫 → 900°C ~ 950°C
- 升溫速率：≤ 100°C/h（特別是經(jīng)過 300°C~600°C 區(qū)間時）。
- 關(guān)鍵控制點：升溫不能過快。中硅鉬球鐵在低溫下塑性極差（冷脆性），過快升溫會導(dǎo)致熱應(yīng)力超過材料強度，引起開裂。
2. 高溫保溫階段 (High-Temperature Soaking) —— 核心步驟
- 目標溫度：920°C ± 10°C（根據(jù)具體壁厚調(diào)整，通常在 900°C~950°C 之間）。
- 保溫時間：2h ~ 4h。
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目的：
- 分解滲碳體：鑄態(tài)下可能存在的游離滲碳體（白口組織）在高溫下分解為奧氏體和石墨。
- 合金元素固溶：使鉬、硅等合金元素充分固溶到基體中，保證高溫性能。
- 注意：溫度不宜超過 960°C，否則可能導(dǎo)致晶粒粗大，降低韌性。
3. 隨爐冷卻階段 (Cooling Down)
- 冷卻速率：≤ 50°C/h ~ 60°C/h（極其緩慢）。
- 止冷溫度：冷卻至 600°C ~ 650°C。
-
目的：
- 利用緩慢冷卻，讓共析轉(zhuǎn)變充分進行，使基體組織轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="font-variant-numeric:normal;font-variant-east-asian:normal;font-variant-alternates:normal;font-size-adjust:none;font-kerning:auto;font-optical-sizing:auto;font-feature-settings:normal;font-variation-settings:normal;font-variant-position:normal;font-variant-emoji:normal;font-stretch:normal;font-weight:700;line-height:24px;flex:0 1 auto;flex-direction:row;justify-content:normal;align-items:normal;padding:0px;margin:0px;background:none 0% 0% / auto repeat scroll padding-box border-box rgba(0, 0, 0, 0)">鐵素體 + 珠光體或全鐵素體。
- 這一步?jīng)Q定了最終的硬度。冷卻越慢，鐵素體越多，硬度越低，加工越容易。
4. 低溫保溫階段 (Low-Temperature Soaking) —— 去應(yīng)力步驟
- 目標溫度：600°C ~ 650°C。
- 保溫時間：2h ~ 4h（通常與高溫保溫時間相當(dāng)）。
- 目的：消除相變應(yīng)力。在共析轉(zhuǎn)變區(qū)間（A1 線附近，約 738°C 左右），材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變伴隨體積變化，在此溫度保溫可消除由此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
5. 空冷階段 (Air Cooling)
- 操作：將鑄件從爐中取出，在空氣中自然冷卻至室溫。
- 原因：600°C 以下時，中硅鉬球鐵的塑性已經(jīng)恢復(fù)，空冷不會導(dǎo)致開裂。
二、 簡化工藝：僅去應(yīng)力退火
如果鑄件的鑄態(tài)組織良好（沒有游離滲碳體，即沒有白口），且硬度滿足加工要求，可以省略高溫石墨化階段，僅進行去應(yīng)力退火。
- 工藝：加熱至 550°C ~ 650°C，保溫 4~6 小時，然后爐冷或空冷。
- 適用：結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻、對硬度要求不苛刻的鑄件。
三、 工藝參數(shù)的確定依據(jù)
在制定具體工藝時，必須考慮以下因素：
-
鑄件壁厚：
- 薄壁件（<5mm）：傾向于生成鐵素體，可能只需去應(yīng)力退火。
- 厚壁件（>10mm）：容易出現(xiàn)珠光體或滲碳體，必須進行高溫石墨化退火（920°C 以上）。
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硬度要求：
- 通常要求退火后的硬度在 HB 180 ~ 240 之間，以便于切削加工。
- 如果硬度偏高，需延長 920°C 的保溫時間或降低冷卻速度。
四、 熱處理后的金相組織與性能
經(jīng)過上述標準工藝處理后，中硅鉬球鐵應(yīng)達到以下狀態(tài)：
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顯微組織：
- 石墨：球狀（球化率 2~3 級）。
- 基體：鐵素體 + 少量珠光體（通常鐵素體含量 >80%）。
- 碳化物：游離滲碳體含量 ≤ 1%（最好不可見）。
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力學(xué)性能：
- 抗拉強度：≥ 450 MPa。
- 延伸率：≥ 8%（盡管硅含量高，但通過退火可恢復(fù)一定的塑性）。
- 硬度：HB 170 ~ 230。
五、 常見熱處理缺陷及對策
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裂紋 (Cracking)：
- 原因：升溫速度過快（尤其是在 200°C~500°C 區(qū)間）。
- 對策：嚴格控制升溫速率，甚至在 400°C 左右設(shè)置一個預(yù)熱平臺。
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硬度偏高 (High Hardness)：
- 原因：高溫保溫時間不足，或冷卻速度過快。
- 對策：延長 920°C 保溫時間，或降低隨爐冷卻的速度。
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變形 (Distortion)：
- 原因：裝爐方式不當(dāng)，自重導(dǎo)致變形；或冷卻不均。
- 對策：使用專用工裝夾具支撐，確保爐內(nèi)溫度場均勻。
