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球墨铸件微观凝固过程跟常规热处理(一)、球墨铸铁的微观凝固过程
从20世纪80年代开始，很多学者对球墨铸铁的微观凝固过程提出新的认识，包括：①亚共晶球墨铸铁，先析出初生奥氏体。共晶球墨铸铁，在非平衡凝固条件下，首先析出初生奥氏体。过共晶球墨铸铁则首先析出初生石墨球。②共晶结晶时，发生离异共晶。共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。③初生枝晶和晕圈枝晶交替生长，促成石墨球周围奥氏体壳形成。奥氏体以石墨生长面为衬底形核、生长，在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳。④由于石墨漂浮、枝晶下沉及熔体对流等原因，石墨球与奥氏体发生碰撞，形成共晶晶粒。基于这些新的认识，可以将球墨铸铁的微观凝固过程近似表述为，当温度下降到液相线温度以下某一温度时，亚共晶球墨铸铁有初生奥氏体枝晶、共晶和过共晶球墨铸铁有初生石墨球在液相中析出。共晶结晶时，共晶奥氏体与石墨球分别单独形核。
石墨球在液体中自由长大到一定尺寸后，在石墨球杨公祭形成奥氏体晕圈。同时奥氏体按枝晶状方式生长，并逐渐在枝晶旁析出石墨球。石墨球与奥氏体枝晶的碰撞与接触形成共晶晶粒，石墨球被奥氏体包围。碳原子通过奥氏体壳向石墨球扩散，石墨球得到显著长大。随着温度降低，石墨-奥氏体共晶晶粒不断长大，游离奥氏体也会自由生长。当所有液相变成固相后，凝固结束。对球墨铸铁凝固过程的认识建立在球墨铸铁属于离异共晶以及熔液内存在运动两个事实的基础上，强调奥氏体枝晶的单独存在和它在凝固过程中的作用。采用着色腐蚀技术，金相显示了球墨铸铁缩松区中奥氏体枝晶的组织形貌，分析了球铁缩松的形成机制。研究表明，奥氏体枝晶对缩松缺陷的类型及形成机制具有显著影响。可见，缩松形成于上述形成过程的第二阶段，枝晶形成骨架后，凝固较早的区域对热中心的异地抽吸液体流动是球铁缩松形成的主要原因。并且，随冷却速度增大，枝晶析出量增大，而石墨析出量减小，共晶前期凝固收缩增大，缩松倾向也增大。指出宏观缩松常常出现在枝晶晶簇间隙，产生于共晶凝固前期树枝晶骨架形成后，是异地凝固收缩造成对热节中心(厚壁处)铁液抽吸流动的结果；微观缩松是于凝固末期，晶簇间隙中的凝固收缩得不到补偿而产生的微小孔洞；枝晶数量增多，形态趋于发达，液态金属异地抽吸作用增强，易于形成宏观缩松；反之，枝晶数量减少，形态粗壮，倾向于形成显微缩松。
(二)、球墨铸铁的常规热处理
1、退火处理
若要提高球墨铸铁的韧性可采用退火处理。球墨铸铁在铸造过程中比普通灰口铸铁的白口倾向大，内应力也较大，球墨铸铁件很难得到纯粹的铁素体或珠光体基体。为提高球墨铸铁件的延性或韧性，可将球墨铸铁件重新加热到900~950℃并保温足够时间进行高温退火，再炉冷到600℃出炉变冷。在此过程中基体中的渗碳体会分解出石墨，奥氏体中会析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围，基体则全转换为铁素体，从而提高球墨铸铁的韧性。若铸态组织由(铁素体+珠光体)为基体+球状石墨组成，那么只需将球墨铸铁件重新加热到700~760℃的共析温度上下经保温后炉冷至600℃出炉变冷，就能将珠光体中渗碳体分解转换为铁素体及球状石墨来提高其韧性。
2、正火处理
若要提高球墨铸铁强度可采用正火处理。球墨铸铁正火的目的是将基体组织转换为细珠光体组织。工艺过程是将基体为铁素体及珠光体的球墨铸铁件重新加热到850~900℃温度，原铁素体及珠光体转换为奥氏体，并有部分球状石墨溶解于奥氏体，经保温后空冷奥氏体转变为细珠光体，从而提高球墨铸铁件的强度。
3、淬火加低温回火处理
若要提高球墨铸铁的硬度可采用淬火并低温回火的方法。当球墨铸铁用作轴承等零件时往往需要比较高的硬度，此时可将球墨铸铁件淬火并低温回火处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860~900℃的温度，保温让原基体组织全部奥氏体化后再在油或熔盐中冷却实现淬火，后经250~350℃加热保温回火，原基体转换为回火马氏体及残留奥氏体组织，原球状石墨形态不变。处理后的球墨铸铁件具有较高的硬度和一定韧性，同时还保留了石墨的润滑性能。
4、调质处理
若要提高球墨铸铁综合力学性能可采用调质处理。当球墨铸铁件用作为轴类件，如柴油机的曲轴、连杆，要求强度高同时韧性较好的综合力学性能，此时可对球墨铸铁件进行调质处理。具体工艺是：将球墨铸铁件加热到860~900℃的温度保温让基体组织奥氏体化，再在油或熔盐中冷却实现淬火，后经500~600℃的高温回火，获得回火索氏体组织(一般尚有少量碎块状的铁素体)，原球状石墨形态不变。处理后强度、韧性匹配良好，适应于轴类件的工作条件。
5、等温淬火处理
若要获得较高强度的球墨铸铁可采用等温淬火处理。球墨铸铁等温淬火处理目的在于让球墨铸铁件的基体组织转换为强韧的下贝氏体组织，强度极限可超过1100MPa，冲击韧度αk≥32J。处理工艺是：将球墨铸铁件加热到830~870℃温度保温使基体奥氏体化后，投入280~350℃的熔盐中保温，让奥氏体部分转变为下贝氏体，原球状石墨不变，从而获得比较高强度的球墨铸铁。
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