铸钢件热处理作业指导书

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2012年10月

铸钢件热处理作业指导书

1.目的

保证热处理质量。

2.热处理方式

按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化处理、淬火、

回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。

3.热处理操作要求

3.1．退火

退火是将铸钢件加热到Acs 以上20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理工艺。退火的

目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性

能。碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为

珠光体和碳化物。适用于所有牌号的铸钢件。图1—1为几种退火处理工艺的加热规范示意图。

表l—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用。表1-2铸钢件退火工艺及退火后的硬度。

图1—1为几种退火处理工艺的加热规范示意图

3.2．正火

正火是将铸钢件目口热到Ac。温度以上30～50oC 保温，使之完全奥氏体化，然后在静

止空气中冷却的热处理工艺。图1—2为碳钢的正火温度范围示意图。表1-3铸钢件正火工艺及

退火后的硬度，表1-4常用低合金铸件正火或正火+回火工艺及硬度。正火的目的是细化钢的

组织，使其具有所需的力学性能，也司作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区别

有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火的铸钢强度稍高于

退火铸钢，其珠光体组织较细。一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用

正火处理。

图1—2为碳钢的正火温度范围示意图

正火可消除共析铸钢和过共析铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火；可作为中碳钢以及

合金结构钢淬火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组织，从而减少铸件在淬火时产生的缺陷。

3.3．淬火

淬火是将铸钢件加热到奥氏体化后(Ac。或Ac＆#8226;以上)，保持一定时间后以适当方

式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。常见的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火

等。铸钢件淬火后应及时进行回火处理，以消除淬火应力及获得所需综合力学性能。图1—3

为淬火回火工艺示意图。表1-5铸钢件淬火、回火工艺及硬度。表1-6常用低合金铸件调质工

艺及硬度。

图1—3为淬火回火工艺示意图

铸钢件淬火工艺的主要参数：

(1)淬火温度：淬火温度取决于铸钢的化学成分和相应的临界温度点。图1—3为铸钢件淬

火工艺温度范围示意图。原则上，亚共析铸钢淬火温度为Ac。以上20～30oC，常称之为完

全淬火。共析及过共析铸钢在Ac。以上30～50oC 淬火，即所谓亚临界淬火或两相区淬火。

这种淬火也可用于亚共析钢，所获得的组织较一般淬火的细，适用于低合金铸钢件韧化处理。

(2)淬火介质：淬火的目的是得到完全的马氏体组织。为此，铸件淬火时的冷却速率必须

大于铸钢的临界冷却速率。否则不能获得马氏体组织及其相应的性能。但冷却速率过高易于

导致铸件变形或开裂。为了同时满足上述要求，应根据铸件的材质选用适当的淬火介质，或

采用其他冷却方法(如分级冷却等)。在650～400oC 区间钢的过冷奥氏体等温转变速率最快，

因此铸件淬火时应保证在此温度内快冷。在Ms 点以下希望冷却缓慢一些，以防止淬火变形

或开裂。淬火介质通常采用火、水溶液、油和空气。在分级淬火或等温淬火时，采用热油、

熔融金属、熔盐或熔碱等。

3.4．回火

回火是将淬火或正火后的铸钢件加热到Ac，以下的某一选定温度，保温一定时间后，以

适宜的速率冷却，使淬火或正火后得到的不稳定组织转变为稳定组织，消除淬火(或正火)应

力以及提高铸钢的塑性和韧性的一种热处理工艺。通常淬火加高温回火处理的工艺称之为调

质处理。淬火后的铸钢件必须及时进行回火，而正火后的铸钢件必要时才予以回火处理。回

火后铸钢件的性能取决于回火温度、时间及次数。随着回火温度的提高和时间的延长，除使

铸钢件的淬火应力消除外，还使不稳定的淬火马氏体转变成回火马氏体、托氏体或索氏体，

使铸钢的强度和硬度降低，而塑性显著地提高。对一些含有强烈形成碳化物的合金元素(如铬、

钼、钒和钨等)的中合金铸钢，在400～500oC 回火时出现硬度升高、韧性下降的现象，称为

二次硬化，即回火状态铸钢的硬度达到最大值。一般有二次硬化特性的中合金铸钢需要进行

多次(1～3次)回火处理。

铸钢件的回火按温度不同可分为低温回火和高温回火。

(1)低温回火：一般在150～250oC 温度范围内进行。回火后可空冷、油冷或水冷。其目

的是在保留铸件高强度和硬度的条件下，消除淬火应力。主要用于渗碳、表面淬火及要求高

硬度的耐磨铸钢件。

(2)高温回火：高温回火温度为500～650oC，保温适当时间后冷却。主要用于在淬火或正

火后调铸钢的组织，使之兼有高强度和良好韧性的碳钢和低、中合金钢铸件。回火脆性是制

定合金钢铸件回火工艺时必须注意的问题。在下列两个温度范围内均可发生。

在250～400oC 发生的脆性：经淬火成为马氏体组织的铸钢，在此温度范围内都会产生

回火脆性。如稍高于此脆性温度区回火，则可消除此回火脆性。而且以后再在上述温度范围

内回火时，也不会再出现回火脆性，故常称之为第一类回火脆性。

在400～500oC(甚至650oC)发生的脆性：这对多数低合金铸钢都会发生，即发生铸钢的

高温回火脆性。如将已在此温度范围内产生脆性的铸钢件再加热到600oC(或650oC)以上，之

后在水或油中快冷，即可消除此种脆性。然而已消除脆性的铸件，如又加热到产生回火脆性

的温度，脆性又会出现。这常称之为第二类回火脆性。

3.5．固溶处理

固溶处理是将铸件加热至适当温度并保温，使过剩相充分溶解，然后快速冷却以获得过

饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的主要目的是使碳化物或其他析出相溶解于固溶体中，

获得过饱和的单相组织。一般奥氏体不锈耐热钢、奥氏体锰钢及沉淀硬化不锈耐热钢铸件均

需经固溶处理。固溶温度的选择取决于钢种的化学成分和相图。奥氏体锰钢铸件一般为

1000～1100oC；奥氏体镍铬不锈钢铸件为1000～1250oC。铸钢中含碳量越高，难熔合金元

素越多，则其固溶温度应越高。含铜的沉淀硬化铸钢，由于铸态有硬质富铜相在冷却过程中

沉淀，致使铸钢件硬度升高。为软化组织、改善加工性能，铸钢件需经固溶处理。其固溶温

度为900～950oC。经快冷后可得到铜的质量分数为1．0％～1．5％的过饱和单相组织。

3.6．沉淀硬化处理(时效处理)

铸件经固溶处理或淬火后，在室温或高于室温的适当温度保温，在过饱和固溶体中形成

溶质原子偏聚区和(或)析出弥散分布的强化相而使金属硬化的处理称为沉淀硬化处理(或时效

处理)。在高于室温下进行的称为人工时效。其实质是：在较高的温度下，自过饱和固溶体中

析出碳化物、氮化物、金属间化合物及其他不稳定的中间相，并弥散分布于基体中，因而使

铸钢的综合力学性能和硬度提高。时效处理的温度直接影响铸钢件的最终性能。时效温度过

低，沉淀硬化相析出缓慢；温度过高，则因析出相的聚集长大引起过时效，而得不到最佳的

性能。所以应根据铸钢件的牌号及规定的性能要求选用时效温度。奥氏体耐热铸钢时效温度

一般为550～850oC，高强度沉淀硬化铸钢为500oC，时间为1～4h。含铜的低合金钢和奥氏

体耐热钢铸件以及低合金的奥氏体锰钢铸件多采用时效处理。图1-4为截面25mm 试样的时效

效果。

图1-4

3.7．消除应力处理

其目的是消除铸造应力、淬火应力和机械加工形成的应力，稳定尺寸。一般加热到Ac，

以下100～200oC 保温一定时间，随炉慢冷。铸件的组织没有变化。碳钢、低合金钢或高合

金钢铸件均可以进行处理。

3.8．除氢处理

目的是去除氢气，提高铸钢的塑性。加热到l70～200oC 或280～320oC，长时间保温进

行处理。没有组织变化。主要用于易于产生氢脆倾向的低合金钢铸件。