石墨化退火

石墨化退火的目的是使鑄鐵中滲碳體分解為石墨和鐵素體。 石墨化退火的理論基礎：根據相穩定的自由能計算，鑄鐵中滲碳體是介穩定相，石墨是穩定相，滲碳體在低温時的穩定性低於高温。因此從熱力學的角度看，滲碳體在任一温度下都可以分解為石墨和鐵碳固溶體，而且在低温下，滲體分解更容易。但是，石墨化過程能否進行，還取決於石墨的形核及碳的擴散能力等動力因素。對於固態相變，原子的擴散對相變能否進行起重要作用。由於温度較高時，原子的擴散比較容易，因此實際上滲碳體在高温時分解比較容易，尤其是自由滲碳體分解時，由於要求原子做遠距離擴散，只有在温度較高時才有可能進行。

1、高温石墨化退火

通常在含碳、硅量較高，並充分發揮孕育怍用的情況下，球鐵組織中很少出現遊離滲碳體。但是，由於原材料來源問題，有時難以避免錳含量偏高或帶進一些產生白口的元素，或由於工藝不當，如球化劑加入量過高，孕育不良和薄壁件冷卻速度太快等原因，往往造成鑄態組織中出現不少滲碳體而產生白口，使鑄件硬度過高，加工困難，塑性和韌性顯著降低，變脆。當自由滲碳體和磷共晶的總量超過3%時，一般都採用高温石墨化退火工藝來改善這種情況。

滲碳體在高湛下是不穩定的。在實際生產中，將儔件加熱到完全奧氏體化區，保温一段時間，就可以使鑄態組織中的滲碳體發生分解（滲碳體→奧氏體+石墨）。加熱温度越高，滲碳體的分解速度越快，保温時間可以相應縮短。但温度過高會引起奧氏體晶粒長大，惡化球鐵的機械性能，而且還會加劇鑄件的氧化和變形程度。因此，一般選擇以退火温度為900~950℃、保温時間為1~4小時較為適宜。當鑄態的遊離滲碳體含量較多或鑄件壁厚較大時，可適當延長保時間。

鑄件完成高温石墨化退火後，應採用什麼冷卻工藝，要視鑄件所需要的組織和性能而定。因此,高温石墨化退火常與低温石墨化退火、正火和淬火等配合進行。

2、低温石墨化退火

當鑄態組織中的遊離滲碳體<2%時，可採用低温石石化退火來生產QT42-10或QT40-17等高韌性農機球鐵件。其目的是促使珠光體中的共析滲碳體分解（石墨化）。.珠光體→鐵素體+石墨，而獲得鐵素體基體，因而提高鑄件的塑性和韌性。

低温石墨化退火的温度，一般略低於相變臨界轉變的温度（約720~760℃），保温時間2~ 6小時，爐冷至600℃時出爐空冷。保温時聞的長短，除決定於鑄件壁厚大小和加熱温度的高低外，還取決於鑄件的化學成分。在錳含量偏高或含有阻礙共析轉變石墨化的元素（Cr、Mo等）時，會使珠光體分解速度臧慢，因此應適當延長保温時間。硅含量較高時，由於硅能促進石墨化，保温時間可縮短。 ^[1] 

可鍛鑄鐵退火爐的種類很多。按使用熱能的不同，可分為電爐、油爐、氣爐和煤爐（煤塊爐、煤粉爐）；按生產性質又可分為間斷式爐與連續式爐。電爐温度容易調控，爐温均勻，沒有氧化性燃燒氣體，退火質量高，但造價大、退火成本高。目前生產中多采用煤爐，容量為5~25t，小容量的為煤塊爐，大容量的為煤粉爐。

退火爐應符合升温快、爐温均勻温差小、保温性好、燃耗低的基本要求。上層噴燃煤粉的退火爐，由於上下温差大，現已被高低位雙層燃燒退火爐所替代。後者燃燒室分上下兩層，先在低位噴粉燃燒，利用熱氣流上升加熱上部，以後再啓用高位燃燒室，高低位雙層燃燒退火爐的結構特點，該爐每噸鑄件的煤耗量為200~280kg。

為了縮短退火週期，可採取下面中所列措施來加速速石墨退火過程。

1、合理選擇鐵液化學成分

在保證獲得白口組織的前提下，適當提高硅量和碳量，尤其要提高硅量硫的質量分數控制在0.12%以下為宜，且應正確掌握硫、錳量關係鉻的質量分數應控制在0.06%以下。

2、控制鐵液中的氣體含量

溶氫量應低於2 X 10^-6。為此沖天爐應加強烘爐，並注意鼓風濕度的控制。

溶氧量應為10×10^-6~20 X10^-6，應儘量減少FeO含量。為此應避免過量送風，保持風焦量平衡。此外，送熱風有利於FeO含量的降低。

溶氮量應低於100×10^-6。沖天爐快速強化熔鍊及採用感應爐熔鍊，有利於減少溶氮量。爐前加鋁、硼、鈦、鎂等可使溶氮轉為氮化物，從而有利於石墨化退火

3、進行有效的孕育處理

通常採用鋁一鉍、硼一鉍、硼—鉍—鋁和硅鐵一鋁一鉍等複合孕育，以增加退火時的石墨化核心，並縮短碳原子擴散距離。

4、採用金屬型鑄造

採用金屬型鑄造，可細化晶粒，且可提高鐵液的硅、碳量，有利於退火。

5、採用有預處理的石墨化退火

採用低温（300～450℃）預處理，或中温（750℃）預處理。

6、適當提高第一階段石墨化退火温度

900℃以上，每提高50℃，第一階段石墨化時間約可減少一半。通常退火温度取（960±20）℃，不得超過1000℃。

7、其他措施

在鹽液中退火，可減少氧化，降低熱阻，大大加速第一、第二階段石墨化過程。在鋁液中退火，與鍍鋁相結合生產珠光體可鍛鑄鐵，可大大地縮短退火時間。鋅氣氛下退火可明顯縮短第一階段退火時間。退火前的預淬火，可細化晶粒、增加顯微應力和顯微裂紋，有利於增多石墨化核心。 ^[2]