(一)、球墨鑄鐵熱處理過程的特點

球墨鑄鐵由于具有良好的強(qiáng)韌性，因而作為結(jié)構(gòu)材料已廣泛的應(yīng)用。近十余年來，馬氏體基體球墨鑄鐵、貝氏體基體球墨鑄鐵及馬氏體一貝氏體基體球墨鑄鐵作為材料也已被廣泛應(yīng)用于磨球、襯板、錘頭及過流部件等件。因此，球墨鑄鐵熱處理已成為提高這些件壽命的重要途徑。

球墨鑄鐵件熱處理與鋼的熱處理基本相似，但由于有石墨相的存在，而且其含硅量較高，因此，又有它本身的特點。

(1)球墨鑄鐵是多元合金，主要是鐵一碳一硅當(dāng)、元素，因此，可以近似用Fe-C-Si三元合金相圖來研究其固態(tài)相變過程。與鋼不同，球墨鑄鐵共析轉(zhuǎn)變是發(fā)生在一個相當(dāng)寬的溫度范圍內(nèi)，攔日之個溫度范圍內(nèi)同時存在著鐵素體、奧氏體和石墨(或滲碳體)三相的穩(wěn)定(或介穩(wěn)定)平衡。在馬氏體轉(zhuǎn)變的各個不同溫度不鐵素體和奧氏體有不同的含碳量，所以，控制不同的加熱溫度和保溫時間，淬火(正火)后可以獲得不同比例的鐵素體和馬氏體(珠光體)，從而可以大幅度調(diào)整球墨鑄鐵的力學(xué)性能。需要指出，在這個溫度區(qū)間加熱所的鐵素體，其冷卻后的形態(tài)多為條塊狀、破碎狀和網(wǎng)狀，與通常的牛眼狀鐵素體不同。這種形態(tài)的鐵素體有利于塑性和韌性的提高。

(2)球墨鑄鐵化學(xué)成分對其臨界溫度有很大的影響。由于對球墨鑄件性能要求不同，其含硅量的變化也較大，而硅對臨界溫度范圍的影響是很大的。一般來講，含硅量提高1%可提高共析轉(zhuǎn)變的上臨界點約40℃，可提高其下臨界點約30℃。由此可見：在加熱時，硅對上臨界點的影響比下臨界點的影響為大，同時硅也促使共析轉(zhuǎn)變的臨界溫度范圍變寬。而錳卻降低共析轉(zhuǎn)變穩(wěn)定，錳含量增加100，加熱時臨界點降低15~18℃，冷卻時臨界點降低40~50℃。對于普通球墨鑄鐵與馬氏體球墨鑄鐵，由于錳含量控制較低，故錳對共析轉(zhuǎn)變臨界溫度的影響可忽略不計。但對以硅、錳為主要合金元素的貝氏體球墨鑄鐵，錳的影響不可忽略。

(3)在熱處理過程中，球狀石墨作為球鐵中的一個相，也參與相變過程。石墨的存在相當(dāng)于一個“貯碳庫”，在加熱時，球狀石墨表面的碳會部分溶入奧氏體中，供應(yīng)其平衡所的碳量，加熱溫度愈高，球狀石墨溶入奧氏體的碳量愈高，故可以通過控制加熱溫度來控制奧氏體的含碳量。淬火冷卻后可以含碳量不同的馬氏體。而奧氏體化后的球墨鑄鐵在共析轉(zhuǎn)變溫度以下緩慢冷卻時又會析出石墨，或沉積在原有石墨表面上，或形成退火石墨。如冷卻速度較快時，其將沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀滲碳體。

從上述球墨鑄鐵熱處理相變特點來看，熱處理時加熱溫度的選擇是相當(dāng)重要的。由于球墨鑄鐵含硅量較高，其共析轉(zhuǎn)變臨界溫度較高，同時石墨的導(dǎo)熱性較差，故石墨向奧氏體中的溶解較滲碳體困難。因此，球墨鑄鐵熱處理時，加熱溫度較高，保溫時間也較長。隨著奧氏體化溫度的提高，奧氏體含碳量增加，如圖3所示。而隨著奧氏體化溫度奧氏體溶碳量增加，則淬火冷卻后殘余奧氏體數(shù)量也較多。球墨鑄鐵在不同加熱溫度下淬火，經(jīng)過250℃回火后其硬度和沖擊韌性，隨著奧氏體化溫度升高，其硬度趨向提高，沖擊韌性趨向降低。不過奧氏體化溫度進(jìn)一步提高，其硬度與沖擊韌性降低的趨勢則趨向緩和。

(二)、球墨鑄鐵原料組分選擇

和灰鑄鐵相比，球墨鑄鐵具有、高伸長率、高沖擊值的優(yōu)點；和碳素鋼及合金鋼相比，球墨鑄鐵具有較好的鑄造、加工性能。因此，球墨鑄鐵件在各廣泛應(yīng)用。近年來，很多場合需要使用低溫下具有、高沖擊值的耐低溫球墨鑄鐵件。隨著風(fēng)力發(fā)電裝置的需求量不斷增加，耐低溫性能球鐵的需求量也大幅度提高。與普通球墨鑄件相比，耐低溫球墨鑄鐵件的生產(chǎn)，在成分的選擇和生產(chǎn)工藝上具有其的要求。

1、采用質(zhì)量好的原材料

(1)采用高純球生鐵。Si低于0.8%，Mn低于0.2%，P、S均低于0.03%。其余微量元素(包括Ti、As、Cr、Cu、Sn、Al、Zn、Pb等)總和不大于0.03%。而且各項成分合格穩(wěn)定。

(2)采用炭素結(jié)構(gòu)鋼的邊角余料，配以適當(dāng)?shù)脑鎏际侄?，運用電爐熔煉。要求使用的材料種類單一，雜質(zhì)含量低。材料表面無銹蝕，如果有條件，廢鋼在使用前要除銹、烘干，熔煉中不可以加入潮濕的廢鋼等材料，防止鐵液中H、O等氣體含量超標(biāo)。加入的廢鋼要考慮微量元素和合金元素的含量，其優(yōu)點在于：①易于獲得合格成分鐵液；②減少雜質(zhì)元素的晶間偏析；③減少微量元素含量，干擾球化，防止生成碳化物；④提高塑性-韌性性能。

2、化學(xué)成分的選擇

控制關(guān)鍵元素的含量。尤其是Si，Mn、P、S的含量，每一種都不能超標(biāo)。

C含量一般控制在3.1%~3.5%。雖有出現(xiàn)縮松、裂紋傾向，但可以通過低溫澆注、依靠凝固中的自膨脹以及良好的孕育給以解決。同時，較低的C含量可以減少與之匹配的球化劑的加入量(球狀石墨的晶核存在較多的球化元素反應(yīng)產(chǎn)物)，從而降低產(chǎn)品中的RE含量，使產(chǎn)品的珠光體含量減少，脆性降低。

Si的含量一般控制在1.9%~2.5%。Si如果控制不當(dāng)，將使塑性脆性轉(zhuǎn)變溫度顯著提高，Si含量的控制是生產(chǎn)低溫球鐵的關(guān)鍵。超過2.5%時，Si的含量每增加0.1%，產(chǎn)品開始變脆溫度提高10~15℃。如果主加原材料含Si量較低，在能夠充分孕育情況下，適當(dāng)降低Si的含量也是可行的。

P、S均屬于雜質(zhì)元素。它們以化合物的形式存在于晶界周圍，使材料的強(qiáng)度值和沖擊性能大為下降。S又與Mg發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成MgS熔點雜質(zhì)。一方面使球化劑的加入量增加；另一方面，使球化效果減弱。實踐證明，原鐵液中二者的含量都控制在0.025%以下，產(chǎn)品的力學(xué)性能和球化效果均比較理想。

Mg和RE二者在產(chǎn)品中含量均不得超過0.03%，而且在良好的球化效果下越低越好。