石墨化退火

生产工艺

铸件的表面及薄壁处，由于冷却速度较快，容易出现白空口组织，使铸件的使度和脆性增加，不易进行切削加工。石墨化退火使部分渗碳体发生分解，以消除白口组织，改善铸件。

简介

石墨化退火的目的是使铸铁中渗碳体分解为石墨和铁素体。石墨化退火的理论基础：根据相稳定的自由能计算，铸铁中渗碳体是介稳定相，石墨是稳定相，渗碳体在低温时的稳定性低于高温。因此从热力学的角度看，渗碳体在任一温度下都可以分解为石墨和铁碳固溶体，而且在低温下，渗体分解更容易。但是，石墨化过程能否进行，还取决于石墨的形核及碳的扩散能力等动力因素。对于固态相变，原子的扩散对相变能否进行起重要作用。由于温度较高时，原子的扩散比较容易，因此实际上渗碳体在高温时分解比较容易，尤其是自由渗碳体分解时，由于要求原子做远距离扩散，只有在温度较高时才有可能进行。

分类

1、高温石墨化退火

通常在含碳、硅量较高，并充分发挥孕育怍用的情况下，球铁组织中很少出现游离渗碳体。但是，由于原材料来源问题，有时难以避免锰含量偏高或带进一些产生白口的元素，或由于工艺不当，如球化剂加入量过高，孕育不良和薄壁件冷却速度太快等原因，往往造成铸态组织中出现不少渗碳体而产生白口，使铸件硬度过高，加工困难，塑性和韧性显著降低，变脆。当自由渗碳体和磷共晶的总量超过3%时，一般都采用高温石墨化退火工艺来改善这种情况。

渗碳体在高温下是不稳定的。在实际生产中，将俦件加热到完全奥氏体化区，保温一段时间，就可以使铸态组织中的渗碳体发生分解（渗碳体→奥氏体+石墨）。加热温度越高，渗碳体的分解速度越快，保温时间可以相应缩短。但温度过高会引起奥氏体晶粒长大，恶化球铁的机械性能，而且还会加剧铸件的氧化和变形程度。因此，一般选择以退火温度为900~950℃、保温时间为1~4小时较为适宜。当铸态的游离渗碳体含量较多或铸件壁厚较大时，可适当延长保时间。

铸件完成高温石墨化退火后，应采用什么冷却工艺，要视铸件所需要的组织和性能而定。因此,高温石墨化退火常与低温石墨化退火、正火和淬火等配合进行。

2、低温石墨化退火

当铸态组织中的游离渗碳体<2%时，可采用低温石石化退火来生产QT42-10或QT40-17等高韧性农机球铁件。其目的是促使珠光体中的共析渗碳体分解（石墨化）。.珠光体→铁素体+石墨，而获得铁素体基体，因而提高铸件的塑性和韧性。

低温石墨化退火的温度，一般略低于相变临界转变的温度（约720~760℃），保温时间2~ 6小时，炉冷至600℃时出炉空冷。保温时闻的长短，除决定于铸件壁厚大小和加热温度的高低外，还取决于铸件的化学成分。在锰含量偏高或含有阻碍共析转变石墨化的元素（Cr、Mo等）时，会使珠光体分解速度臧慢，因此应适当延长保温时间。硅含量较高时，由于硅能促进石墨化，保温时间可缩短。

退火炉

可锻铸铁退火炉的种类很多。按使用热能的不同，可分为电炉、油炉、气炉和煤炉（煤块炉、煤粉炉）；按生产性质又可分为间断式炉与连续式炉。电炉温度容易调控，炉温均匀，没有氧化性燃烧气体，退火质量高，但造价大、退火成本高。目前生产中多采用煤炉，容量为5~25t，小容量的为煤块炉，大容量的为煤粉炉。

退火炉应符合升温快、炉温均匀温差小、保温性好、燃耗低的基本要求。上层喷燃煤粉的退火炉，由于上下温差大，现已被高低位双层燃烧退火炉所替代。后者燃烧室分上下两层，先在低位喷粉燃烧，利用热气流上升加热上部，以后再启用高位燃烧室，高低位双层燃烧退火炉的结构特点，该炉每吨铸件的煤耗量为200~280kg。

加速石墨化退火措施

为了缩短退火周期，可采取下面中所列措施来加速速石墨退火过程。

1、合理选择铁液化学成分

在保证获得白口组织的前提下，适当提高硅量和碳量，尤其要提高硅量硫的质量分数控制在0.12%以下为宜，且应正确掌握硫、锰量关系铬的质量分数应控制在0.06%以下。

2、控制铁液中的气体含量

溶氢量应低于2 X 10-6。为此冲天炉应加强烘炉，并注意鼓风湿度的控制。

溶氧量应为10×10-6~20 X10-6，应尽量减少FeO含量。为此应避免过量送风，保持风焦量平衡。此外，送热风有利于FeO含量的降低。

溶氮量应低于100×10-6。冲天炉快速强化熔炼及采用感应炉熔炼，有利于减少溶氮量。炉前加铝、硼、钛、镁等可使溶氮转为氮化物，从而有利于石墨化退火

3、进行有效的孕育处理