(一)、球墨鑄鐵的微觀凝固過程

　　從20世紀(jì)80年代開始，很多學(xué)者對球墨鑄鐵的微觀凝固過程提出新的認(rèn)識(shí)，包括：①亞共晶球墨鑄鐵，先析出初生奧氏體。共晶球墨鑄鐵，在非平衡凝固條件下，首先析出初生奧氏體。過共晶球墨鑄鐵則首先析出初生石墨球。②共晶結(jié)晶時(shí)，發(fā)生離異共晶。共晶奧氏體與石墨球分別單獨(dú)形核。③初生枝晶和暈圈枝晶交替生長，促成石墨球周圍奧氏體殼形成。奧氏體以石墨生長面為襯底形核、生長，在初生石墨球周圍形成環(huán)狀封閉奧氏體殼。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔體對流等原因，石墨球與奧氏體發(fā)生碰撞，形成共晶晶粒?；谶@些新的認(rèn)識(shí)，可以將球墨鑄鐵的微觀凝固過程近似表述為，當(dāng)溫度下降到液相線溫度以下某一溫度時(shí)，亞共晶球墨鑄鐵有初生奧氏體枝晶、共晶和過共晶球墨鑄鐵有初生石墨球在液相中析出。共晶結(jié)晶時(shí)，共晶奧氏體與石墨球分別單獨(dú)形核。

　　石墨球在液體中自由長大到尺寸后，在石墨球外圍形成奧氏體暈圈。同時(shí)奧氏體按枝晶狀方式生長，并逐漸在枝晶旁析出石墨球。石墨球與奧氏體枝晶的碰撞與接觸形成共晶晶粒，石墨球被奧氏體包圍。碳原子通過奧氏體殼向石墨球擴(kuò)散，石墨球顯著長大。隨著溫度降低，石墨-奧氏體共晶晶粒不斷長大，游離奧氏體也會(huì)自由生長。當(dāng)所有液相變成固相后，凝固結(jié)束。對球墨鑄鐵凝固過程的認(rèn)識(shí)建立在球墨鑄鐵屬于離異共晶以及熔液內(nèi)存在運(yùn)動(dòng)兩個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)奧氏體枝晶的單獨(dú)存在和它在凝固過程中的作用。采用著色腐蝕技術(shù)，金相顯示了球墨鑄鐵縮松區(qū)中奧氏體枝晶的組織形貌，分析了球鐵縮松的形成機(jī)制。研究表明，奧氏體枝晶對縮松缺陷的類型及形成機(jī)制具有顯著影響。可見，縮松形成于上述形成過程的階段，枝晶形成骨架后，凝固較早的區(qū)域?qū)嶂行牡漠惖爻槲后w流動(dòng)是球鐵縮松形成的主要原因。并且，隨冷卻速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量減小，共晶前期凝固收縮增大，縮松傾向也增大。指出宏觀縮松常常出現(xiàn)在枝晶晶簇間隙，產(chǎn)生于共晶凝固前期樹枝晶骨架形成后，是異地凝固收縮造成對熱節(jié)中心(厚壁處)鐵液抽吸流動(dòng)的結(jié)果；微觀縮松是于凝固末期，晶簇間隙中的凝固收縮得不到補(bǔ)償而產(chǎn)生的微小孔洞；枝晶數(shù)量增多，形態(tài)趨于發(fā)達(dá)，液態(tài)金屬異地抽吸作用增強(qiáng)，易于形成宏觀縮松；反之，枝晶數(shù)量減少，形態(tài)粗壯，傾向于形成顯微縮松。

　　(二)、球墨鑄鐵等溫淬火工藝

　　1.設(shè)備

　　目前熱處理使用的許多爐子和淬火槽都可用于球墨鑄鐵等溫淬火。如果被處理的工件為加工后的零件.則需要使用保護(hù)氣氛。此外在淬火時(shí)應(yīng)能將工件轉(zhuǎn)運(yùn)至淬火爐中，才能所希望的機(jī)械性能。為滿足仁述需要，通常使用鹽一鹽法對工件進(jìn)行等溫淬火。工件懸掛在掛具上，在鹽浴爐中預(yù)熱、加熱、保溫，然后吊運(yùn)到另一鹽溶爐中進(jìn)行等溫淬火。淬火鹽槽的尺寸應(yīng)足夠大，這樣才能淬火時(shí)鹽浴的溫度一致，它的溫差應(yīng)在±5℃之內(nèi)。

　　一般所用的淬火鹽浴劑，大都由硝酸鈉和硝酸鉀配制而成。在使用時(shí)應(yīng)及時(shí)鹽浴中的污染，通常每周應(yīng)對淬火劑污染一次。高溫下不能使用標(biāo)準(zhǔn)的過濾系統(tǒng)，應(yīng)將鹽槽冷卻至約200℃，在此溫度下，標(biāo)準(zhǔn)過濾系統(tǒng)才可地使淬火劑滿意的過濾。

　　2.工藝

　　要球墨鑄鐵件的等溫淬火性能，一般應(yīng)加大球墨鑄鐵中合金元素的含量。而且還應(yīng)根據(jù)鑄件的具體情況，及對鑄件機(jī)械性能的要求，試驗(yàn)確定具體工藝。

　　球墨鑄鐵在奧氏體升溫之前，應(yīng)在350℃下預(yù)熱，這樣做的目的有二：一是除去濕氣；二是減小熱沖擊，避免變形。

　　球墨鑄件的奧氏體化溫度，根據(jù)鑄件的化學(xué)成分、原始組織及鑄件壁厚及所需機(jī)械性能來確定。既要基體組織奧氏體化。不殘留鐵素體，又要避免奧氏體晶粒過大。一般奧氏體化溫度為850~950℃。要淬火后的機(jī)加工性能，可將奧氏體化溫度降至815~850℃，但這會(huì)使零件的抗磨損性能降低。過高的奧氏體化溫度.會(huì)使奧氏體晶粒粗大，淬火后殘留奧氏體量增加，并呈網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致機(jī)械性能降低。因而目前的溫度為880~900℃。

　　等溫淬火停留的時(shí)間主要由過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w所需的時(shí)間來決定。若時(shí)間不足，必然有一部分過冷奧氏體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，隨后空冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體加少量殘留奧氏體，這是不希望的。一般情況下，等溫悴火時(shí)問和奧氏體化時(shí)間一樣，工件斷面厚度越大.則時(shí)間越長。

　　等溫淬火溫度對零件機(jī)械性能影響很大。象凸輪、蝸輪等需要高抗磨損的工件，應(yīng)使用較低的淬火溫度(250℃)較高的溫度用于抗沖擊和抗拉強(qiáng)度要求較高的傳動(dòng)零件。

　　當(dāng)抗沖擊和抗拉強(qiáng)度要求較高時(shí)，控制等溫淬火的溫度是非常重要的。每變化10℃，就會(huì)對抗沖擊和延仲率產(chǎn)生明顯影響。要控制淬火后工件的硬度.也應(yīng)嚴(yán)格控制淬火時(shí)的溫度。一般情況下.淬火溫度取250~350℃之間，可獲得較高的綜合機(jī)械性能。