铸钢件产品热处理艺规范doc

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铸钢件产品热处理艺规范

1 目的:

为确保铸钢产品的热处理质量，使其达到国家标准规定的力学性

能指标，以满足顾客的使用要求，特制定本热处理工艺规范。 2 范围

本规范适用于本公司生产的各种精铸、砂铸产品的热处理，材质

为各种低碳钢、中碳钢、低合金钢、中合金钢、高合金钢、铸铁

及有色合金。

3 术语

3.1退火:指将铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一段时间后，

降温出炉的操作工艺。

3.2正火:指将铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一段时间后，

从炉中取出，在空气中冷却下来的操作工艺。

3.3淬火:指将铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一段时间后，

快速冷却的操作工艺。

3.4回火:指将淬火后的铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一

段时间后出炉，冷却到室温的操作工艺。

3.5调质:淬火，回火

4 职责

4.1热处理操作工艺由公司技术部门负责制订。

4.2热处理操作工艺由生产部门负责实施。

4.3热处理操作者负责教填写热处理记录，并将自动记录曲线转换到

热处理记录上。

4.4检验员负责热处理试样的力学性能检测工作，负责力学性能检测

结论的记录以及其它待检试样的管理。

5 工作程序

5.1每次装炉前应对设备进行检查，把炉底板上的氧化渣清除干净，

错位炉底板应将其复位后再装，四周应留有足够的间隙，轻拿轻

放，装炉应结实，摆放合理。

5.2装炉时大铸件产品放在下面，对易产生热处理变形的铸件，必须

作好防变形或反变形处理，力学性能试样应装在高温区，对特别

小的铸件采用铁桶或其它框类工装集中盛放。

5.3炉车上的铸钢件入炉时，应缓慢推进，仔细观察铸钢件是否与炉

壁碰撞，关闭炉门，通电后应经常观察炉内工作状况。 5.4作好铸件产品后续热处理的准备工作，严格控制出炉温度，对水

淬铸件应控制入水时间，水池应有足够水量，以保证淬火质量。 5.5作业计划应填写同炉热处理铸件产品的材质、名称、规格、数量、

时间等要素，热处理园盘记录纸可多次使用，但每处理一次都必

须与热处理工艺卡上的记录曲线保持一致。

6 不合格品的处置

6.1热处理试样检验不合格，应及时通知相关部门。

6.2技术部门负责对不合格品的处置。

7 附表

7.1碳钢及低合金钢铸件正火、退火加热温度表

7.2碳钢及低合金钢铸件退火工艺

7.3铸钢件直接调质工艺

7.4铸钢件经预备热处理后的调质工艺

7.5低合金铸钢件正火、回火工艺

7.6铸钢件淬火温度，回火温度

7.7补焊后铸件热处理规范

7.8气割补焊后退火规范

7.9高锰钢铸件的水韧处理工艺

附表:

7.1 碳钢及低合金钢铸件正火、退火加热温度表

钢号正火、退火温度? 钢号正火、退火温度? ZG230-450 910?10 ZG40Mn 890?10 ZG270-500 890?10 ZG42SiMn 870?10 ZG310-570 870?10 ZG30CrMnSi 900?10 ZG340-640 870?10 ZG45SiMn 870?10

ZG35Mn 910?10 ZG45Mn 870?10 ZG20SiMn 930?10 ZG40Mn2 890?10 ZG30SiMn 890?10 ZG40Cr 870?10 ZG35CrMo 890?10 ZG35CrMnSi 910?10 ZG35SiMn 900?10 ZG35SiMnMo 900?10

7.2碳钢及低合金钢铸件退火工艺

加热

温度

(见

表

600 7.1)

装-650?

炉

保加出炉截面尺寸装炉温加热?均冷冷钢号温保温h 热?保温h 温mm 度? /h 温却却 h /h 度?

,200 ,650 2 ?120 2-4 停停450

火火201-500 400-500 2 ?70 3 ?100 4-10 400 目关关501-800 300-350 3 ?60 4 ?80 10-16 350 ZG230-450 闸闸801-1200 250-300 4 ?40 5 ?60 16-24 300 ZG370-500 板板测炉炉1201-1500 ?300 5 ?30 6 ?50 24-30 250

冷冷 ZG310-570

ZG340-610

ZG35Mn 200 400-500 2 80 3 100 4 350 ZG40Mn

ZG45Mn

ZG40Cr 目 ZG20SiMn 停停 ZG30SiMn 火火 ZG35SiMn 关关210-200 250-300 3 60 4 80 4-10 350 ZG42SiMn 闸闸 ZG45SiMn 板板 ZG40Mn2 炉炉 ZG35CrMo 冷冷测 ZG30CrMnSi

ZG35CrMnSi 501-800 200-300 4 50 5 60 10-16 300 ZG50SiMn

ZG50MnMo

,500 250-300 2 40 2-4 70 10 200 ZG5CrMnMo 501-1000 ?200 4 30 5-8 50 10-20 200

7.3铸钢件直接调质工艺

550-620? 200-250? 淬火温度 ?650? 250-300? 400?

温度

截面加热均温保温(h) 冷却加热均温保温(h) 冷却冷却 (mm)

接炉子40-50?水接炉子功,150 目测 2-2.5 目测 4 炉冷空冷功率中率

7.4铸钢件经预备热处理后的调质工艺

650 淬火温度

-70 回火温度

装

装炉

炉

温度装炉加加装炉保加保保均冷均冷钢号截面mm 温热?热?保温h 温温热?保温h 温h 温h 温却温却度? /h /h 度? h /h

按炉按炉90 ZG270-500 ?300 ,850 子功 ,600 子功按炉目 45min见目空 min/100mm 率率子功 /100m

温度 301-500 ,850 ?100 1~2 率测 m 注 ,450 1 ?80 测冷 120 ZG310-570 min/100mm 501-800 ,650 1~2 ?80 2~8 ,450 2 ?60

空ZG40Mn ?300 ,650 ?70 ,450 1 ?60 冷 ZG35SiMn

ZG35SiMnMo 见目空ZG35CrMo 60 冷 ZG42SiMn 120 min/1空301-500 ,650 2 ?60 2 ?80 ,350 2 ?60 ZG45SiMn min/100mm 00mm 冷ZG40Cr 至ZG50Mn2 注测 40ZG30CrMnSi 0501-800 ,450 3 ?50 2~4 ?80 ,350 3 ?50 ZG35CrMnSi ?

注:1、截面小于100mm，形状简单的碳素铸钢件可采用水淬;形状复杂及截面大于100mm

者，采用水淬油冷。

2、合金钢铸件采用油冷。

3、淬火表面终冷温度如下:

,250 250,450 ,450 钢类

碳素钢 100,150 150,200 200,250

合金铸钢 150,200 200,250 200,250

4、冷却时间计算公式:

油冷:t=9,12s/mm×δ

水冷:t=1.5,2s/mm×δ

水淬油冷:水 ,=0.8,1s/mm×δ

油 T=7,9s/mm×δ

式中:T——冷却时间s;δ有效截面厚度mm

7.5低合金铸钢件正火、回火工艺

600 正火温度装

, 炉

650 300 550,

? , 650? 450?

400

装 ?

炉

加保加保加出截面尺寸装炉温保均保均保温冷冷炉钢号热?温热?温热? (mm) 度? 温h 温温h 温 h 却却温/h h /h h /h 温度度

ZG35Mn

ZG40Mn 停火开 ZG45Mn ,200 400,500 2 80 3 100 2,3 1 80 2,3 闸板炉 350 ZG40Cr 冷 ZG20SiMn 目目 ZG30SiMn ZG35SiMn ZG42SiMn 201,500 250,350 3 60 4 80 3,6 2 70 3,8 50 30 350 ZG45SiMn ZG40Mn2

测测 ZG30CrMnSi

ZG35CrMnSi 501,800 200,300 4 50 5 60 6,9 3 60 8,12 50 30 350 ZG35SiMnMo

7.6-1铸钢件淬火温度

钢号淬火温度? 钢号淬火温度? 钢号淬火温度? ZG270-500 860,880 ZG35SiMnMo 880,890 ZG40Cr 840,860 ZG310-570 840,860 ZG35CrMo 860,880 ZG40Mn2 810,830

ZG40Mn 840,860 ZG42SiMn 850,870 ZG30CrMnSi 870,890 ZG35SiMn 870,890 ZG45SiMn 850,870 ZG35CrMnSi 870,890

7.6-2铸钢件回火温度

回火温度?

钢号硬度HB

179,207 197,228 207,241 217,255 228,269 241,286 269,302 ZG270-500 580?10 570?10 560?10 550?10 540?10 ZG310-570 600?10 590?10 580?10 570?10 550?10 ZG40Mn 590?10 540?10 ZG35CrMo ZG40Cr 600?10 620?10 610?10 600?10 590?10 ZG35SiMn 590?10 580?10 570?10 560?10 ZG45SiMn 600?10 590?10 580?10 570?10 560?10 ZG50Mn2 610?10 600?10 600?10 580?10 ZG30CrMnSi 600?10 590?10 580?10 ZG35CrMnSi 610?10 600?10 590?10

7.7补焊后铸件热处理规范

640,660?

,300?

铸件壁厚mm 装炉温度? 加热?/h 均温保温h 冷却出炉温度?

,150 4,6

150,200 6,8 ,300 不限目测 ,300 200,250 8,10

250,300 10,12

注:适用于ZG230-450，ZG270-500，ZG310-570，ZG20CrMo及ZG15CrMo1V

温度

7.8气割补焊后退火规范

500,600?

装炉 400?

加工类型装炉炉温度? 保温h 加热?/h 均温保温h 冷却?/h 冷却?/h 出炉温度?

气割 ?200 3 ?50 目测 5 ?50 ?50 150,200

补焊深度停火关闸板用停火关闸板用 250,300 2 ?60 目测 6 250,300 10,60mm 炉冷炉冷

补焊深度停火关闸板用停火关闸板用 250,300 2 ?50 目测 8 250,300 温度 ,60mm 炉冷炉冷碳钢铸件的热处理

碳钢铸件的热处理方法有全退火、正火及正火加回火。

7.9高锰钢铸件的水韧处理

高锰钢铸件的热处理规范

1050,1100?

650? 水淬

装炉

铸件壁厚mm 入炉温度? 保温h 升温?/h 保温h 升温?/h 保温h

,40 ,450 1,1.5 ,100 1,1.5 按炉功率 0.75,1

40,80 ,350 1.5,2 ,80 1.5,2 按炉功率 1,1.5

,100 300,400 ,50 2,3 按炉功率 2,3

100,200 200,300 ,30 3,4 按炉功率 3,5

温度

注:

1. 从开炉门到工件淬入水中的时间不得大于30s。

2. 工件全部入水后，在水池中上下左右摆动。

3. 水温保持在30?以下，淬火后最高水温不超过60?。

范文二：铸钢热处理

铸钢件热处理检验规程 KK/J-01-25-2002

一、碳钢铸件热处理检验规程

考虑到阀门铸件形状复杂，容易变形和开裂，碳钢铸件热处理通常采用退火。检验时着重监督供方是否按下列热处理规范进行，以及检验铸件的硬度值。 1．碳钢铸件热处理时的注意点

通常碳钢铸件在热处理时应注意以下几点: 1.1炉温升到650℃~800℃时，是否缓慢升温

因为在加热过程中，特别是形状复杂的碳钢铸件，当炉温升到650℃~800℃时，应缓慢升温，或在此温度下保温一段时间。因为在这个温度区间碳钢发生相变，伴随着体积变化，产生相变应力，如果快速升温，容易使铸件薄壁部分与厚壁部分以及表面层和中心层之间的温度差增大，从而使铸件的热应力增大，容易导致铸件开裂。

1.2保温时间是否足够

为了使铸件内外温度一致，并且有足够的时间使组织完全转变，厚壁铸件的保温时间要比薄壁铸件长一些。

保温时间的计算方法如下：

a)按同炉铸件最大壁厚计算，每25mm保温1小时，适用于壁厚20mm以内的铸件。 b) 按同炉铸件最大壁厚计算，每50mm保温1小时，但不少于2小时。

c)按堆料高度（即铸件堆放高度）计算，一般碳钢铸件保温时间按1m高保温4小时计算。 1.3碳钢铸件退火时，一般随炉冷却。 2.碳钢铸件的热处理规范 2.1碳钢铸件退火加热温度见表一

碳钢铸件退火加热温度表一

铸钢件热处理检验规程 KK/J-01-25-2002

2.2碳钢铸件退火规范见表二

碳钢铸件退火规范表二

二、奥氏体不锈钢铸件热处理检验规程

奥氏体不锈钢铸件热处理通常采用固熔处理和稳定化处理，使其具有最佳的抗腐蚀性。检验时着重监督供方是否按下列热处理规范进行。 1.奥氏体不锈钢的固熔处理

固熔处理的目的是使钢中的碳化物完全熔解并获得单相组织，其方法是将铸件加热到950℃~1175℃，加热方式宜采用先低温预热，再加速加热到固熔温度的工艺，以减少加热过程中铸钢件表面与心部的温差，其固熔保温时间决定于铸钢件壁厚，一般按壁厚每mm保温2.5~3min计算，保证铸件各截面全部热透即可，固熔保温后淬入水、油或空气中，并以水为常用，空气冷却仅适用于薄壁铸件。

2.奥氏不锈钢铸件稳定化处理

为防止奥氏不锈钢铸件的“敏化”现象，在钢中添加钛、铌等合金元素，固熔处理后，再进行稳定化处理，即重新将铸件加热到850℃~930℃，经过保温，使钢中的碳充分地与钛、铌化合形成稳定的碳化物。

附加说明：

本规程由设计开发部起草并负责解释。本规程首次发布日期2001年3月1日。

范文三：铸钢件热处理检验规程

一、碳钢铸件热处理检验规程

通常碳钢铸件在热处理时应注意以下几点: 1.1炉温升到650℃~800℃时，是否缓慢升温

1.2保温时间是否足够

为了使铸件内外温度一致，并且有足够的时间使组织完全转变，厚壁铸件的保温时间要比薄壁铸件长一些。

保温时间的计算方法如下：

a)按同炉铸件最大壁厚计算，每25mm保温1小时，适用于壁厚20mm以内的铸件。 b) 按同炉铸件最大壁厚计算，每50mm保温1小时，但不少于2小时。

碳钢铸件退火加热温度表一

2.2碳钢铸件退火规范见表二

碳钢铸件退火规范表二

二、奥氏体不锈钢铸件热处理检验规程

2.奥氏不锈钢铸件稳定化处理

范文四：铸钢件常见热处理

铸钢件常见热处理 EE铸钢

图11—4为几种退火处理工艺的加热规范示意图铸钢件常见热处理按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火(工艺代号：5111)、正火(工艺代号：5121)、均匀化处理、淬火(工艺代号：513 ......

图11—4为几种退火处理工艺的加热规范示意图铸钢件常见热处理按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火(工艺代号：5111)、正火(工艺代号：5121)、均匀化处理、淬火(工艺代号：5131)、回火(工艺代号：5141)、固溶处理(工艺代号：5171)、沉淀硬化、消弭应力处理及除氢处理

1．退火(工艺代号：5111) 退火是将铸钢件加热到Acs以上20～30C，保温绝对是时间，冷却的热处理工艺退火的目的是为消弭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表ll—1为铸钢件常用退火工艺类型及其应用

2．正火(工艺代号：5121) 正火是将铸钢件目口热到Ac温度以上30～50C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11—5为碳钢的正火温度规模示意图正火的目的是细化钢的组织，使其具备所需的力学性能，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、形状复杂的硼钢铸件多采用正火处理正火可消弭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布局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．淬火(工艺代号：5131) 淬火是将铸钢件加热到奥氏体化后(Ac或Ac＆#8226;以上)，保持绝对是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，以消弭淬火应力及获得所需综合力学性能图11—6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11—7为铸钢件淬火工艺温度规模示意图原则上，亚共析铸钢淬火温度为Ac以上20～30C，常称之为完全淬火共析及过共析铸钢在Ac以上30～50C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度必须大于铸钢的临界冷却速度否则不能获得马氏体组织及其相应的性能但冷却速度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，或采用其他冷却要领(如分级冷却等)在650～400C区间钢的过冷奥氏体等温转变速度最快，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凡是采用火、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

4．回火(工艺代号：5141) 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，保温绝对是时间后，以适宜的速度冷却，使淬火或正火后得到的不稳定组织转变为稳定组织，消弭淬火(或正火)应力以及提高铸钢的塑性和韧性

的一种热处理工艺凡是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伸，除使铸钢件的淬火应力消弭外，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减低，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400～500C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150～250C温度规模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，消弭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500～650C，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、中硼钢铸件回火脆性是制定硼钢铸件回火工艺时必须注意的问题在下列两个温度规模内都可发生

在250～400C发生的脆性：经淬火成为马氏体组织的铸钢，在此温度规模内都会产生回火脆性如稍高于此脆性温度区回火，则可消弭此回火脆性并且以后再在上述温度规模内回火时，也不会再出现回火脆性，惯例称之为熬头类回火脆性在400～500C(甚至650C)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规模内产脆生性的铸钢件再加热到600C(或650C)以上，之后在水或油中快冷，即可消弭此种脆性然而已消弭脆性的铸件，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

5．固溶处理(工艺代号：5171) 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精的化学成分和相图奥氏体锰钢铸件一般为1000～1100C；奥氏体镍铬不锈钢铸件为1000～1250C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900～950C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

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)析出弥散漫衍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，并弥散漫衍于基体中，故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，则因析出相的堆积长大导致过时效，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550～850C，高强度沉淀硬化铸钢为500C，时间为1～4h含铜的低硼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11-8为截面25mm试样的时效效果

7．消弭应力处理其目的是消弭铸造应力、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100～200C保温绝对是时间，随炉慢冷铸件的组织没有变化碳钢、低硼钢或高硼钢铸件都可以进行处理

8．除氢处理目的是去除氢气，提高铸钢的塑性加热到l70～200C或280～320C，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硼钢铸件

二、钢的整体热处理

整体热处理是对工件整体进行穿透加热常用的要领有退火、正火、淬火和回火

1．钢的退火与正火

（1）退火与正火的目的

在呆板零件和工生产模型等工件的加工制造过程中，退火和正火经常作为预备热处理工序，安排在铸、锻、焊工序之后、切削（粗）加工之前，用以消弭前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序做筹办例如，在铸造或锻造等热加工以后，钢件中不但存在残存应力，并且组织粗大不均匀，成分也有偏析，这样的钢件力学性能差劲，淬火时也容易造成变形和开裂又如，在铸造或锻造等热加工以后，钢件硬度经常偏低或偏高，并且不均匀，严重影响切削加工性能

退火和正火的主要目的有：

① 调整硬度以便进行切削加工；

② 消弭残存应力，防止钢件的变形、开裂；

③ 细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能；

④ 为最终热处理作好组织筹办

（2）退火工艺及应用

钢的退火是将钢件加热到适当温度，保温绝对是时间，然后缓慢冷却，以获得接近均衡组织状态的热处理工艺

① 完全退火与等温退火完全退火是指将钢件完全奥氏体化（加热至Ac3以上30～50℃）后，随之缓慢冷却，获得接近均衡组织的退火工艺出产中为提高出产率，一般随炉冷至600℃摆布，将工件出炉空冷

完全退火的主要缺点：

完全退火主要用于：

图 3-15 高速工具钢的完全退火与等温退火工艺曲线

为缩短完全退火时间，出产中常采用等温退火工艺，行将钢件加热到Ac3以上30～50℃（亚共析钢）或Acl 以上10～20℃（共析钢、过共析钢），保温适当时间后，较快冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并保持等温，使奥氏体转变为珠光体类组织，然后在空气中冷却的退火工艺等温退火与完全退火目的不异，但转变较易节制，所用时间比完全退火缩短约1／3，并可获得均匀的组织和性能特别是对某些硼钢，出产中常用等温退火来代替完全退火或球化退火图3-15为高速工具钢完全退火与等温退火的比较

② 球化退火是指将共析钢或过共析钢加热到Ac1点以上10～20℃，保温绝对是时间后，随炉缓冷至室温，或快冷到略低于Arl温度，保温一段时间，然后炉空至600℃摆布空冷，使钢中碳化物球状化的退火工艺，如图3-16所示图 3-16 T10钢的球化退火工艺曲线图 3-17 粒状珠光体显微组织

过共析钢及合金工具钢热加工后，组织中常出现粗片状珠光体和网状二次渗碳体，钢的硬度和脆性不仅增长，钢的切削性变差，且淬火时易产生变形和开裂为消弭上述缺陷，可采用球化退火，使珠光体中的片状渗碳体和钢中网状二次渗碳体均呈球（粒）状，这种在铁素体基体上弥散漫衍着球状渗碳体的复相组织，称

为“球化体”，如图3-17所示

对于存在有严重网状二次渗碳体的钢，可在球化退火前，进步前辈行一次正火近些年球化退火的发展与应用（自阅）

③ 去应力退火（见书）

若采用高温退火（如完全退火），也能够更彻底地消弭应力，但会使氧化、脱碳严重，还会产生高温变形，故为了消弭应力，通常为采用低温退火

④ 廓张退火（均匀化退火）（见书）

（3）正火工艺及应用

正火是指将钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30～50℃，经保温后在空气中冷却的热处理工艺

正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快，得到的组织较藐小，强度和硬度有所提高，操作简便，出产周期短，成本较低低碳钢和低碳硼钢经正火后，可提高硬度，改善切削加工性能（170～230HBS规模内金属切削加工性较好）；对于中碳布局钢制作的较重要件，可作为预先热处理，为最终热处理作好组织筹办；对于过共析钢，可消弭网状二次渗碳体为球化退火作好组织筹办对于使用性能要求不高的零件，以及某些大型或形状复杂的零件，当淬火有开裂危险时，可采用正火作为最终热处理

几种退火与正火的加热温度规模及热处理工艺曲线，如图3-18所示

（a）加热温度规模（b）热处理工艺曲线

图 3-18 几种退火与正火工艺示意图

2．钢的淬火与回火

（1）淬火

是将钢加热至临界点（Ac3 或Ac1）以上，保温后以大于VK的速度冷却，使奥氏体转变成马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺

淬火的目的：为了得到马氏体组织，是钢的最主要的强化方式

1）淬火工艺

① 淬火加热温度在选择淬火加热温度时，应尽量使获得的组织硬度越大越好；获得的晶粒越小越好

图3-19 碳钢淬火加热温度规模示意图

对于亚共析钢，淬火温度一般为Ac3以上30～50℃，淬火后得到均匀藐小的M和少数残存奥氏体，若淬火温度过低，则淬火后组织中将会有F，使钢的强度、硬度减低；若加热温度跨越 Ac3以上(30～50℃)，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的M，钢的力学性能变差，且淬火应力增大，易导致变形和开裂对于共析钢或过共析钢，淬火加热温度为Ac1以上30～50℃，淬火后得到藐小的马氏体和少数残留奥氏体（共析钢），或藐小的马氏体、少数渗碳体和残留奥氏体（过共析钢），由于渗碳体的存在，钢硬度和耐磨性提高若温度过高，如过共析钢加热到Accm以上温度，由于渗碳体全部溶入奥氏体中，奥氏体的碳的质量分数提高，Ms温度减低，淬火后残留奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性减低此外，因温度高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，脆性增大若加热温度低于Acl点，组织没发生相变，达不到淬火目的碳钢淬火加热温度规模如图3-19所示

对于硼钢，由于大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，故而淬火加热温度比碳钢高，使合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化，以获得较好的淬火效果实际出产中，淬火加热温度的确定，尚需思量工件形状尺寸、淬火冷却介质和技

术要求等因素

② 淬火加热时间加热时间包孕升温文保温时间凡是以装炉后温度达到淬火加热温度所需时间为升温时间，并以此作为保温时间的开始；保温时间是指钢件烧透并完成奥氏体均匀化所需时间

加热时间受钢件成分、形状、尺寸、装炉方式、装炉量、加热炉类型、炉温文加热介质等影响

经验公式（见书）

③ 淬火冷却介质钢进行淬火时冷却是最关键的工序，淬火的冷却速度必须大于临界冷却速度，快冷才能得到马氏体，但快冷总会带来内应力，往往会导致工件的变形和开裂那么，怎样才能既得到马氏体而又减小变形和开裂呢？理想的淬火冷却介质如图3-20所示

出产中，常用的冷却介质是水、油、碱或盐类水溶液

水是最常用的冷却介质，它有较强的冷却能力，且成本低，但其缺点是在650～400℃规模内冷却能力不敷强，而在300～200℃规模内冷却能力又很大，因此常会导致淬火钢的内应力增大，导致工件变形开裂，因此，水在出产中主要用于形状简略、截面较大的碳钢零件的淬火

图3-20 理想淬火冷却速度曲线

如在水中加入盐或碱类物质，能增长在650～400℃规模内的冷却能力，这对保证工件，特别是碳钢的淬硬是非常有利的，但盐水仍具备清水的缺点，即在300～200℃规模内冷却能力很大，工件变形开裂倾向很大常用的盐水液体浓度为

10%～15%，盐水对工件有锈蚀作用，淬火后的工件应仔细清洗盐水比较适用于形状简略、硬度要求高而均匀、表面要求光洁、变形要求不严格的碳钢零件淬火常用的油有机油、变压器油、柴油等油在300～200℃规模内的冷却速度比水小，有利于减小工件变形和开裂，但油在650～400℃规模内冷却速度也比水小，不利于工件淬硬，因此只能用于低硼钢与硼钢的淬火，使用时油温应节制在40～100℃内

为了减少工件淬火时的变形，可采用盐浴作为淬火介质，如熔化的NaN03、KN03等主要用于贝氏体等温淬火，马氏体分级淬火其特点是沸点高，冷却能力介于水于油之间，常用于处理形状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件

2）淬火要领

由于目前还没有理想的淬火介质，故而在实际出产中应根据淬火件的详细情况采用不同的淬火要领，力求达到较好的效果常用的淬火要领如图3-21所示

① 单液淬火这种要领操作简略，易实现机械化凡是形状简略、尺寸较大的碳钢件在水中淬火，硼钢件及尺寸很小的碳钢件在油中淬火

图 3-21 常用淬火要领示意图

② 双液淬火先浸入冷却能力强的介质中，在组织将要发生马氏体转变时当即转入冷却能力弱的介质中冷却的淬火工艺常用的有先水后油，先水后空气等此种要领操作时，如能节制好工件在水中停留的时间，就可有效的防止淬火变形和开裂，但要求有较高的操作技术主要用于形状复杂的高碳钢件和尺寸较大的硼钢件 ③ 马氏体分级淬火是将钢件浸入温度稍高或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，待工件整体达到介质温度后掏出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，此法操作比双介质淬火容易节制，能减小热应力、相变应力和变形，防止开裂主要用于截面尺寸较小（直径或厚度＜12mm、形状较复杂工件的淬火

④ 等温淬火是将钢件加热到奥氏体化后，随之快冷到贝氏体转变温度区间保持

等温，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺此法淬火后应力和变形很小，但出产周期长，效率低主要用于形状复杂、尺寸要求精确，并要求有较高强韧性的小型工、生产模型及弹簧的淬火

⑤ 冷处理为了尽量减少钢中残存奥氏体，以获得最大数目的马氏体，可采用冷处理，即把钢淬冷至室温后，继续冷却至－70～－80℃（或更低温度），保持绝对是时间，使残存奥氏体在继续冷却过程中转变为M，这样可提高钢的硬度和耐磨性，并稳定钢件尺寸获得低温的办法是采用干冰（固态CO2）和酒精的混合剂或冷冻机冷却只有特殊的冷处理才置于－103℃的液化乙烯或－192℃的液态氮中进行

（2）淬火缺陷（见书）

① 变形与开裂；② 氧化和脱碳；③ 过热和过烧

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范文五：阀门常用铸钢件热处理

阀门 2011年第3期

文章编号:1002 5855(2011)03 0014 04

阀门常用铸钢件热处理

张彦,周力群,张红伟,于颖(沈阳阀门研究所,辽宁沈阳110142)

摘要介绍了阀门常用铸钢牌号及热处理方法。分析了阀门常用碳素钢(耐热钢、低温用钢和奥氏体不锈钢)铸钢件热处理工艺。给出了阀门常用铸钢件热处理工艺规范、使用设备和操作过程。

关键词阀门;铸钢件热处理工艺;设备;操作中图分类号:TG136 文献标识码:A

Heattreatmentforgeneralvalvesteelcastings

ZHANGYan,ZHOULi qun,ZHANGHong we,iYUYing

(ShenyangValveResearchInstitute,Shenyang110142,China)

Abstract:Introducesvalvecaststeelgradesandheattreatmentmethods,analysestechnologyforheattreatmentofcarbonsteelcastings(heatresistantstee,lcryogenicsteelandAustenitestainlesssteel);givestechnologyspecification,applicationequipmentandoperationproceduresforheattreatmentofsteelcastings.

Keywords:valve;technologyforheattreatmentofsteelcastings;equipmen;toperation1 概述

阀门是流体管路的控制装置,用于切断和接通管路介质,调节介质压力和流量,改变介质流动方向,以及保护管路系统或设备安全运行。虽然阀门主体材料是根据使用条件选用,但阀门主体零件(阀体,阀盖)的毛坯一般采用铸件、锻件和焊接件,而铸钢件应用较广。由于铸钢件存在残余应力较大,晶粒粗大,成分和组织不均等缺陷,影响铸钢件尺寸稳定,降低钢的力学性能。热处理是消除铸钢件铸造缺陷必不可少的工序。2 阀门常用铸钢牌号

阀门常用碳素铸钢有WCA、WCB和WCC,耐热铸钢有WC6、WC9和ZGCr5Mo,低温用铸钢有LCB和LC3,不含T、iNb等稳定化元素的非稳定化不锈钢铸钢有ZG03Cr18Ni10、ZG08Cr18Ni9、ZG12Cr18Ni9、(CF8)、(CF3)、(CF8M)和(CF3M),含Ti、Nb等稳定化元素的稳定化不锈钢铸钢有ZG08Cr18Ni9T、iZG12Cr18Ni9T、iZG08Cr18

Ni12Mo2Ti、ZG12Cr18Ni12Mo2Ti和(CF8C),奥氏体-铁素体不锈钢铸钢有ZG12Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N和ZG12Cr18Mn13Mo2Cu2N。3 铸钢件热处理

铸钢件热处理方法有退火、正火、双重正火、回火、固溶处理和稳定化处理等。

3 1 碳素钢

在阀门生产中碳素钢铸件热处理是为了消除铸造产生的残余应力、细化晶粒、提高力学性能和改善切削加工性能。在碳素钢铸件铸造后一般选用退火、正火、正火+回火工艺。

阀门主体零件的材料一般选用WCA、WCB和WCC。虽然其含碳量都小于0 3%属于亚共析钢,一般采用正火,但碳素钢铸件通常生产批量较大,正火处理冷却时,空冷需要场地较大,而实际生产中碳素钢铸件通常采用退火。

WCA、WCB和WCC退火加热温度一般采用880~920 为宜。加热温度不易太高或太低。温度

作者简介:张彦(1963-),男,辽宁沈阳人,工程师,从事阀门制造工艺研究。

2011年第3期

阀门 15

3 2 耐热钢

耐热铸钢WC6、WC9和ZGCr5Mo含碳量均小于0 25%,合金元素Cr、Mo含量2%~5%,因此,耐

热铸钢属于珠光体耐热铸钢。耐热钢提高高温强度的途径有固溶强化、晶界强化和沉淀强化。珠光体耐热钢热处理采用正火+回火。正火目的是使钢中合金元素和难溶碳化物溶入奥氏体中,促使碳化物有利于分布和获得较大晶粒铁素体+索氏体组织。

正火加热温度比一般结构钢稍高,加热温度稍高是加速碳化物溶解速度,缩短保温时间,获得较大晶粒,大晶粒对提高蠕变强度有利。WC6铸钢正火温度920~960 ,WC9和ZGCr5Mo铸钢正火温度940~980 。

太高,则容易引起晶粒粗大。温度太低,则重结晶不完全,这些都影响WCA、WCB和WCC机械性能的改善。保温时间应根据零件的有效厚度和装炉量确定,一般每25mm保温0 5~1h。当装炉量大时取上限。为了改善铸钢件强度和提高生产率可以用正火、正火+回火工艺代替退火。

如果铸钢件为单件或小批量,形状简单,中小件可以只进行正火处理。如果铸钢件形状复杂、尺寸较大,正火时空冷会产生较大的应力,铸件应增加一次回火处理。在生产条件允许的情况下,应采用正火或正火+回火工艺,不选用退火处理。因为正火比退火获得的组织均匀,晶粒较细,综合机械性能好,而且缩短生产周期,提高生产率。WCA、WCB和WCC主体零件经退火、正火、正火+回火3种规范处理后(表1),力学性能均能满足技术要求。

表1 碳素铸钢件(WCA、WCB、WCC)热处理工艺规范

工艺名称加热温度( )保温时间冷却方式

退火880~920

0 5~1h/25mm,最少1h炉冷至450 出炉空冷

正火940~9600 5h/25mm,最少1h

空冷

940~9600 5h/25mm,最少1h

空冷正火+回火

620~6801h/25mm

为了提高WC6、WC9、ZGCr5Mo铸钢件正火后的组织稳定性,使合金元素形成碳化物从过饱和固溶体中沉淀析出,保证它们在使用温度下组织和性能的稳定性,回火采用较高温度。WC6铸钢回火温度680~720 ,WC9铸钢回火温度700~740 ,ZGCr5Mo铸钢回火温度740~780 。当ZGCr5Mo钢的含碳量 0 2%时,由于含碳增多,钢中的合金碳化物也增加,使铸件成分偏析倾向增加。另外含碳量增加会降低组织稳定性,

工艺名称钢种加热温度( )保温时间冷却方式

ZGCr5Mo940~980

740~780

正火+回火WC6

920~960

680~720

使珠光体球化和碳化物聚集的倾向增加,还可能发生石墨化而降低高温性能。为了消除偏析和均匀组织,增加一次高温正火,采用正火+正火+回火工艺。

WC6、WC9和ZGCr5Mo铸钢中的合金元素Cr和Mo是强碳化物形成元素,和碳有很强的亲和力,强烈地妨碍碳在钢上的扩散,因而急剧减慢碳的扩散速度和钢的奥氏体化进程,所以保温时间较长(表2)。

正火+正火+回火

WC9

940~980

700~740

ZGCr5Mo

1000~1040940~980

1h/25mm

最少4h

空冷

最少6h740~780

表2 耐热铸钢件热处理工艺规范

1~2h/25mm最少4h

最少6h

1h/25mm最少2h

空冷

最少2h

1h/25mm最少2h

最少2h

3 3 低温用铁素体钢

低温用铁素体铸钢LCB同碳素铸钢WCB钢

的化学成分相同,其常温力学性能也有相近,只是LCB在-46 时,有较高冲击韧性和塑性。提高铁素体和珠光体低温韧性的措施是细化晶粒。细化

低温用铁素体铸钢晶粒有加入合金元素镍和热处理2种方法。LCB铸钢件选用正火+回火较合理。

铸钢LC3是在低温用铁素体铸钢基础上加入合金元素(3 00%~4 00%)镍,铸钢中加入镍增加组织和成分不均,另外镍和碳不形成碳化物,

阀门 2011年第3期

LC3铸造后要进行一次温度较高正火,正火温度950~980 。由于镍降低钢的临界转变温度和降低钢中碳化物的扩散速度,二次正火温度820~860 ,保温时间按1h/25mm,但保温时间最少1h(表3)。

正火+回火(LCB)

620~640

940~960

620~640

并且镍与铁以互溶的形式存在于钢中的相和相中,使之强化,并通过细化相的晶粒,改善钢的低温韧性。

为了钢的组织均匀,使镍充分溶入奥氏体中。

工艺名称加热温度( )保温时间冷却方式

950~980

正火+正火+回火(LC3)

820~8601h/25mm,最少1h

空冷

表3 低温用铁素体铸钢件热处理工艺规范

0 5h/25mm,最少1h

空冷

3 4 铸钢件焊后去应力退火

铸钢件焊后其焊缝及热影响区不可避免地产生焊接内应力。为了消除焊后应力,防止产生变形或裂纹。铸钢件焊后一般采用去应力退火。铸件内应

钢种加热温度( )保温时间冷却方式

WCAWCBWCC

600~6501h/25mm空冷

WC6640~680

力消除程度主要受加热温度的影响,加热温度越高消除应力率愈好。但为了避免降低铸件热处理后已具有的力学性能,焊后去应力退火加热温度,应比热处理的回火温度低20 (表4)。

WC9680~7201h/25mm,最少2h炉冷至300 出炉空冷

ZGCr5Mo680~720

LC3580~6201h/25mm,最少2h

空冷

LCB580~6201h/25mm空冷

表4 铸件补焊后去应力退火工艺规范

3 5 奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢铸件在室温铸态组织是奥氏体加少量合金碳化物,且组织成分不均,影响了奥氏体不锈钢的耐腐蚀性。为了使奥氏体不锈钢铸件获得最佳耐腐蚀性能,通常采用固溶处理方法(表5)。

奥氏体不锈钢铸件的合金元素和含碳量不同,形成合金碳化物不同,不同碳化物溶解温度不同,所以不同牌号奥氏体不锈钢铸件的固溶处理温度有差别。含碳量高加热温度高取上限,含碳量低加热温度低取下限。固溶处理后必须快冷。

表5 奥氏体不锈铸钢固溶处理保温时间

(在空气炉中加热)

厚度或直径mm

时间min

2~315

4~1230

13~2560

>2560/25mm

图1 工艺曲线A

图2 工艺曲线B

表6 稳定化不锈钢铸件稳定化处理保温时间

(在空气炉中加热)

厚度或直径mm

时间min

2~315

4~1230

13~2560

>2560/25mm

铸件ZG08Cr18Ni12Mo2Ti、ZG12Cr18

Ni12Mo2Ti、ZG12Cr17Mn9Ni4Mo3Cu2N(固溶处理温度为1150~1180 )和ZG12Cr18Mn13Mo2CuN固溶处理工艺如图2所示。固溶-稳定化

处理保温时间按表5和表6的规定。

稳定化不锈钢ZG08Cr18Ni9T、iZG12Cr18Ni9Ti和(CF8C)铸件,固溶-稳定化处理工艺如图3所示。ZG08Cr18Ni12Mo2T、iZG12Cr18i 铸钢件ZG08Cr18Ni9、ZG03Cr18Ni10、ZG12Cr18Ni9、ZG08Cr18Ni9T、iZG12Cr18Ni9Ti、CF3、CF8、CF3M、CF8M和CF8C固溶处理工艺如图1

2011年第3期

阀门 17

铬因冷却不及时重新析出。6 加热

加热设备通常用电阻加热炉和燃料炉。电阻加

热炉有箱式炉、井式炉及台车式炉。使用燃料炉加热时应避免火焰直接接触工件。在电阻炉和燃料炉

a固溶处理曲线 b稳定化处理曲线

图3 工艺曲线

中加热奥氏体不锈钢时炉气应保持中性或弱氧化性气氛,严格控制炉气中的硫和碳含量。炉温应均匀,加热炉有效加热区的温度偏差为 20 。并须定期检定有效加热区。加热炉的每个加热区至少有两支热电偶,一支接记录仪表,安放在有效加热区内,另一支接控温仪表。其中一个仪表应具有报警功能。加热炉应具备温度测定、温度控制和自动记录温度与时间关系的装置。7 操作

a固溶处理曲线 b稳定化处理曲线

图4 工艺曲线D

4 装炉温度及升温

碳素钢铸件、耐热钢铸件和低温钢铸件应冷却到相变温度范围以下,再进行热处理(通常冷却到室温)。但WC6、WC9和ZGCr5Mo不能冷至室温,铸件清理后应立即进行热处理。装炉时,炉温应低于400 ,并在500~600 保温1~2h再升温。升温速度为100~200 /h。退火时,随炉冷却速度为100~200 /h。铸件用台车式炉加热正火时,因装炉量大,铸件出炉后为保证铸件冷却速度,应采用机械鼓风冷却。铸件每次正火必须冷却到300 以下才能进行第二次正火或回火。

奥氏体不锈钢铸件装炉一般为室温,奥氏体不锈钢导热性差,低温时更差,所以低温时升温要缓慢。450 以下升温速度应<200 。为防止析出碳化铬,在450-850="" 之间升温要快。因此,加热时应在450="" 均温0="" 5~1h,使工件内外温度一致。然后快速升温至850="" 后一直升到固溶处理温度,也可在850~900="" 保温一段时间,再迅速加热至固溶处理温度,此时可以适当减少固溶处理保温时间(10mm以下薄壁铸件升温速度不限)。5="">

固溶处理用冷却水槽容积应保证具有足够的冷却能力,水温应保持在10~40 。固溶处理一般用清水冷却。对于形状复杂、厚度较薄易变形的超低碳和稳定化不锈钢,防止变形可采用空冷(最好用风冷)。固溶处理用水冷却的工件,从加热炉(1)所有铸件在热处理前必须清砂、切割浇冒口,清理铸件表面,对裂纹等缺陷进行补焊。所有待处理的铸件化学成分必须检验合格,外观目视检查合格。验收时应核对工作记录、铸件钢种、工件名称和数量等。铸件应带有同铸件冶炼炉次号相同标号的试棒。

(2)工件应放置在加热炉有效加热区内,同炉处理的铸件壁厚相差不应过大。在工件加热时不致产生变形的前提下,允许多层摆放,但一定要摆放稳固,不能倒塌。试棒应和其所代表的铸件同炉进行热处理,并放在有代表性位置。

(3)严格执行热处理工艺规范。工件加热过程中应确保温度测量、控制和记录装置正常运行。铸件热处理后应按相关标准规定的检验方法检验。8 结语

阀门主要零部件常用的铸钢件采用热处理工艺后改善了力学性能和晶间腐蚀性能,提高了阀门质量,延长了使用寿命。

参

考

文

献

1 热处理手册编委会.热处理手册 M .北京:机械工

业出版社,2001.

2 沈阳高中压阀门厂.阀门制造工艺 M .北京:机械工业

出版社,1984.

3 陆培文.实用阀门设计手册 M .北京:机械工业出版社,

2004.

4 GB12229-2005,通用阀门碳素钢铸件技术条件 S . 5 GB12230-2005,通用阀门不锈钢铸件技术条件 S . 6 ASTMA216/A216M-2004,高温用可熔焊碳钢铸件标准规

范 S .

7 ASTMA352/A352M-2004,低温承压件用铁素体和马氏体

钢铸件标准规范 S .

8 JB/T10175-2000,热处理质量控制要求 S .

(:2010 10

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