(1)去應(yīng)力退火熱處理；(2)石墨化熱處理；(3)改變基體組織熱處理。本章簡(jiǎn)要介紹上述熱處理工藝的理論基礎(chǔ)和工藝特點(diǎn)。
一節(jié)去應(yīng)力退火熱處理
去應(yīng)力退火是將鑄件在溫度下保溫，然后緩慢冷卻，以消除鑄件中的鑄造殘留應(yīng)力。對(duì)于灰口鑄鐵，去應(yīng)力退火可以穩(wěn)定鑄件幾何尺寸，減小切削加工后的變形。對(duì)于白口鑄鐵，去應(yīng)力退火可以避免鑄件在存放、運(yùn)輸和使用過(guò)程中受到振動(dòng)或環(huán)境發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生變形甚至自行開裂。
一、鑄造殘留應(yīng)力的產(chǎn)生
鑄件在凝固和以后的冷卻過(guò)程中要發(fā)生體積收縮或膨脹，這種體積變化往往受到外界和鑄件各部分之間的約束而不能自由地進(jìn)行，于是便產(chǎn)生了鑄造應(yīng)力。如果產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后，鑄造應(yīng)力隨之消除，這種應(yīng)力叫做臨時(shí)鑄造應(yīng)力。如果產(chǎn)生應(yīng)力的原因消除后鑄造應(yīng)力仍然存在，這種應(yīng)力叫做鑄造殘留應(yīng)力。
鑄件在凝固和隨后的冷卻過(guò)程中，由于壁厚不同，冷卻條件不同，其各部分的溫度和相變程度都會(huì)有所不同，因而造成鑄件各部分體積變化量不同。如果此時(shí)鑄造合金已經(jīng)處于彈性狀態(tài)，鑄件各部分之間便會(huì)產(chǎn)生相互制約。鑄造殘留應(yīng)力往往是這種由于溫度不同和相變程度不同而產(chǎn)生的應(yīng)力。
二、去應(yīng)力退火的理論基礎(chǔ)
研究表明，鑄造殘留應(yīng)力與鑄件冷卻過(guò)程中各部分的溫差及鑄造合金的彈性模量成正比。過(guò)去很長(zhǎng)的時(shí)期里，人們認(rèn)為鑄造合金在冷卻過(guò)程中存在著彈塑性轉(zhuǎn)變溫度，并認(rèn)為鑄鐵的彈塑性轉(zhuǎn)變溫度為400℃左右?；谶@種認(rèn)識(shí)，去應(yīng)力退火的加熱溫度應(yīng)是400℃。但是，實(shí)踐證明這個(gè)加熱溫度并不理想。近期的研究表明，合金材料不存在彈塑性轉(zhuǎn)變溫度，即使處于固液共存狀態(tài)的合金仍具有彈性。
為了正確選擇去應(yīng)力退火的加熱溫度，先讓我們看看鑄鐵在冷卻過(guò)程中應(yīng)力的變化情況。是用應(yīng)力框測(cè)定的灰鑄鐵冷卻過(guò)程中粗桿內(nèi)應(yīng)力的變化曲線。
灰鑄鐵應(yīng)力變化曲線
在a點(diǎn)前灰鑄鐵細(xì)桿已凝固完畢，粗桿處于共晶轉(zhuǎn)變期，粗桿石墨化所產(chǎn)生的膨脹受到細(xì)桿的阻礙，產(chǎn)生壓應(yīng)力，到達(dá)a點(diǎn)時(shí)，粗桿的共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束，應(yīng)力達(dá)到大值。
從a點(diǎn)開始，粗桿冷卻速度_過(guò)細(xì)桿，二者溫差逐漸減小，應(yīng)力隨之減小，到達(dá)b點(diǎn)時(shí)應(yīng)力降為零。此后由于粗桿的線收縮仍然大于細(xì)桿，加上細(xì)桿進(jìn)入共析轉(zhuǎn)變后石墨析出引起的膨脹，粗桿中的應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力。
到達(dá)c點(diǎn)時(shí)粗桿共析轉(zhuǎn)變開始，細(xì)桿共析轉(zhuǎn)變結(jié)束，兩桿溫差再次增大，粗桿受到的拉應(yīng)力減小。
到達(dá)d點(diǎn)時(shí)，粗桿受到的拉應(yīng)力降為零，粗桿所受到的應(yīng)力又開始轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。
從e點(diǎn)開始，粗桿的冷卻速度再次大于細(xì)桿，兩桿的溫差再次減小，粗桿受到的壓應(yīng)力開始減小。
到達(dá)f點(diǎn)時(shí)，應(yīng)力再度為零。此時(shí)兩桿仍然存在溫差，粗桿的收縮速度仍然大于細(xì)桿，在隨后的冷卻過(guò)程中，粗桿所受到的拉應(yīng)力繼續(xù)增大。
從上述分析可以看出，灰鑄鐵在冷卻過(guò)程中有三次卸載(即應(yīng)力等于零)狀態(tài)。如果在其后一次卸載(即f點(diǎn))時(shí)，對(duì)鑄件保溫，消除兩桿的溫差，然后使其緩慢冷卻，會(huì)使兩桿間的應(yīng)力降到小。對(duì)灰鑄鐵冷卻過(guò)程中的應(yīng)力測(cè)定表明，灰鑄鐵后一次卸載溫度在550～600℃。這與實(shí)際生產(chǎn)中灰鑄鐵的退火溫度相近。
