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16
2020年4月19日
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铸件热处理工艺及作业指导书 文件编号：JB/CG-10）
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前 提：本作业指导书系建蓓铸造有限公司的核心工艺文件之一。它针对公司产品实现的第三个特殊过程(见《公司质量手册》章节号4.0/4.1之4.1.7)提出了系统完整的操作、控制规定，必须得到充分严格贯彻执行。
本作业指导书所取参数，主要源于化工出版社的《钢铁热处理实用技术》。
* 本作业指导书中打“*”并用楷体注明的文字，是警/提示内容，也可作为执行条款。
1. 灰铸铁的退火、正火热处理工艺
1.1 消除内应力退火(人工时效)工艺
灰铸铁消除内应力退火(人工时效)至150~200
℃后出炉空冷
温度/℃
时间/h
30~50℃/h炉冷
3~5h
500~550℃
热处理工艺
适用范围
1.较薄、故冷却速度较快的灰铁件；
2.形状复杂、截面变化较大的铸件；
3.需进行机加工的大型铸件；
4.经过少量焊修，因而局部积累些许焊应力的铸件。
* 加热温度越高，应力消除越快。但温度过高，则易发生石墨化与珠光体球化而使性能降低，特别是含Si量较高时；
* 保温时间一般按炉内铸件平均壁厚的5min/mm计算。形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热；
* 保温时间终了，以30~50℃/h的速率在炉内缓冷，冷却至150~200℃出炉冷却(空冷)。
1.2 软化退火和正火工艺
正 火
退 火
灰铸铁软化退火和正火热处理工艺炉
冷
空
冷
时间/h
温度/℃
2~3h
900~950℃

适用范围
1.消除因浇注后铸件过快冷却，在铸表形成的薄白口层，使铸件容易进行机械加工；
2.匀化并得到珠光体+石墨的基体组织；
3.正火工艺适用于对材质有硬度要求的铸件，退火工艺适用于对材质有韧性要求的铸件；
4.经过较多焊修，因而积累较大焊应力的铸件。
* 保温时间一般按炉内铸件平均壁厚的5min/mm计算。形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。
2. 球墨铸铁的退火、正火(+回火)和调质热处理工艺
2.1 高温退火
当铸态组织为铁素体+珠光体+渗碳体+石墨时，必须采用高温退火工艺：
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空
冷
炉
冷
至600℃
1~4h
900~950℃
时间/h
球墨铸铁高温退火热处理工艺温度/℃

适用范围
1.获得铁素体球墨铸铁；
2.分解渗碳体和珠光体，提高机械性能；
3.改进加工性能，使工件容易加工且不易变形。
* 退火温度越高，渗碳体组织分解速度越快，白口现象越易消除。但温度过高将使铸件机械性能反而变坏，发生变形和表面氧化失碳，故须严格控制温度上限。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算，铸件白口深度大、渗碳体组织成分多时，应适当增加保温时间。
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。保温终了，以60~80℃/h的速率在炉内缓冷，至600℃后出炉空冷。
2.2 低温退火
当铸态组织为铁素体+珠光体+石墨(没有渗碳体)时，只需采用低温退火工艺：
温度/℃
空
冷
炉
冷
至600℃
时间/h
2~4h
720~760℃
球墨铸铁低温退火热处理工艺
适用范围
1.获得铁素体球墨铸铁；
2.分解渗碳体和珠光体，提高机性能；
3.改进加工性能。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。保温终了，以60~80℃/h的速率在炉内缓冷，至600℃后出炉空冷。
2.3 正火+回火
温度/℃
时间/h
球墨铸铁正火+回火热处理工艺
正火
回火
3~4h
550~600℃
空
冷
空
冷
1~3h
880~920℃
适用范围
1.获得珠光体基体组织(P可达70%以上)；
2.增加珠光体分散度，细化组织金相；
3.提高强度、硬度和耐磨性。
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* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。正火保温终了即进行空气冷却或吹风强制冷却；
* 由于正火的冷却速率较大，会导致铸件产生热处理应力。故应在正火后的24h内进行以消除铸件内应力为目的的回火热处理。回火保温终了，铸件在静止空气中冷却。
2.4 调质热处理
温度/℃
时间/h
球墨铸铁调质热处理工艺
水
或
油
冷
正淬
回火
2~4h
550~620℃
空
冷
2~4h
860~900℃
适用范围
1.获得回火索氏体+石墨组织；
2.使材质性能得到最大程度的提升。获得较高的综合机械性能；
3.技术性能要求很高的大型球铁件。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1~2h计算；
* 形状复杂的铸件，要以75~100℃/h的速率缓慢加热。正淬保温终了要迅即入水(复杂铸件用油淬)。入淬时要控制介质温度不宜过高(最好控制在20℃左右，可用冷却塔使介质及时冷却)；
* 淬火形成较大的调质应力，故应在正火后的12h内完成回火热处理。回火保温终了，铸件可采用空冷、油冷，但绝不可采用炉冷(缓冷将使冲击值陡降)。
3. 合金铸铁的稳定化(人工时效)和软化退火、正+回热处理工艺
3.1 稳定化消除内应力退火(人工时效)工艺
合金铸铁稳定化退火(人工时效)至200℃后
出炉空冷
温度/℃
时间/h
30~50℃/h炉冷
4~8h
550~570℃
热处理工艺
适用范围
1.高Cr抗磨白口铸铁、耐热铸铁等合金铸铁件消除铸应力；
2. 经过少量焊修，因而局部积累些许焊应力的合金铸铁件；
3.需进行机加工的大型合金铸铁件。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1h计算；
* 装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/h。保温终了炉内冷却速率控制在30~50℃/h，避免形成新的热应力。
* 出炉空冷，可根据需要采用风冷或静态空气冷却。前者表面硬度较高，后者表面硬度较低。
3.2 软化退火
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缓
冷
炉冷至600℃
空
冷
4~8h
700~750℃
退 火
合金铸铁软化退火热处理工艺时间/h
温度/℃
1~6h
920~960℃

适用范围
1.高Cr抗磨白口铸铁、耐热铸铁等合金铸铁件细化晶粒、提高性能；
2. 经过较多焊修，因而积累较大焊应力的合金铸铁件；
3.需进行机加工的大型合金铸铁件。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1h计算；
* 装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/h。第一次和第二次保温终了炉内冷却速率控制在30~50℃/h，分别缓冷至700~750℃和600℃温点。
* 出炉空冷，可根据需要采用风冷或静态空气冷却。前者表面硬度较高，后者表面硬度较低。
3.3 正火+回火
温度/℃
合金铸铁正火+回火热处理工艺
时间/h
正火
回火
200~300℃
2~8h
空
冷
空
冷
2~6h
920~1020℃
适用范围
1.获得良好的金相组织和材质稳定性；
2.使材质综合性能得到提升。获得较高的综合机械性能；
3.有严格力学性能要求的合金铸铁件。
* 保温时间也可按炉内铸件每15mm的有效厚度、需要保温1h计算；
* 正火温度根据合金成分分别取上、下限：如kmTBCr26取上限、kmTBCr15Mo2-DT取下限。装炉时温度须低于200℃，加热速率小于60~100℃/h。
* 出炉空冷一般采取静态空冷。
4. 亚共析碳钢完全退火和正火+回火热处理工艺
4.1 完全退火
≤300℃出 炉
炉
冷
时间/h
亚共析钢完全退火热处理工艺温度/℃
2~8h
Ac3+(30~50)

适用范围
1. 常规机械性能要求的亚共析钢(ZG15~55钢)铸件；
2. 经过大面积焊修的铸钢件。
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各牌号亚共析钢的Ac3+(30~50)℃、及完全退火或正火温度参考下表：
钢 号
热处理
类型
加热温度/ ℃
冷却形式
ZG200-400(15)
ZG200-400H
正火或
完全退火
920~940
空冷或炉冷
ZG230-450(25)
ZG230-450H/275-485H
Q235/WCB/WCA/WCC/SCW410/SCW450/
GS38/GS45/SCW550/SCW660
正火/完全退火
回火
890~910
550~650
空冷或炉冷
ZG270-500(35)
GS52
正火/完全退火
回火
880~900
550~650
空冷或炉冷
ZG310-570(45)
正火/完全退火
回火
870~890
550~650
空冷或炉冷
ZG340-640(55)
正火/完全退火
回火
840~860
550~650
空冷或炉冷
* 保温时间按炉内铸件最厚壁处的每25mm保温1h计算，当壁厚超过75mm，则超过部分按每50mm保温1h叠加；
Ex：某炉内装的亚共析钢铸件的最厚壁厚为150mm，则其热处理保温时间应为：
3+［150-(3×25)］/50=4.5小时
* 升温速率：一般 (厚薄相对均匀、结构简单)铸钢件，能够每小时100~150℃的速率升温。复杂(厚薄差异大、结构复杂)铸钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上可全速升温。
* ≤300℃出炉后，一般采取静态空冷。
4.2 正火+回火
温度/℃
亚共析钢正火+回火热处理工艺
≤300℃出 炉
时间/h
风
冷 或
空
冷
正火
回火
2~8h
550~650℃
炉
冷
2~8h
Ac3+(30~50)
适用范围
1.对力学性能有较高要求的碳钢铸件；
2.材质性能比完全退火得到更大程度的提升。获得较高的综合机械性能；
3. 经过大面积焊修的铸钢件，能够直接进行回火处理。
* 正火和回火的保温时间均按炉内铸件最厚壁处的每25mm保温1h计算，当壁厚超过75mm，则超过部分按每50mm保温1h叠加；
* 升温速率：一般 (厚薄相对均匀、结构简单)铸钢件，能够每小时100~150℃的速率升温。复杂(厚薄差异大、结构复杂)铸钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上可全速升温。
* 正火保温终了，一般采用强风快冷方式，回火保温终了，炉冷至≤300℃出炉后，一般采取静态空冷。
5.高锰钢的正火及调质热处理工艺

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ZGMn13(1~4)h
>950℃水淬
1050~1080℃
650℃
℃

铸件壁厚(mm)
装炉温度
(℃)
保温
(h)
升温
(℃/h)
保温
(h)
升温
(℃/h)
保 温
(h)
冷 却
方 式

<40
<450
1~1.5
<100
1~1.5
随炉
45min~1.5
水淬
40~80
<350
1.5~2
<80
1.5~2
随炉
1~1.5
水淬
<100
300~400
--
<50
2~3
随炉
2~3
水淬
100~120
200~300
--
<30
3~4
随炉
3~5
水淬

* 严格控制温度，高锰钢热处理温度过高，会导致铸件表面严重失碳，奥氏体晶粒和晶界上析出共晶碳化物，且无法用后续热处理消除，将造成铸件直接报废。
* 升温速率：一般 (厚薄相对均匀、结构简单)锰钢件，能够每小时80~100℃的速率升温。复杂(厚薄差异大、结构复杂)锰钢件，600℃以下时，以每小时50~80℃的速率升温，600℃以上每小时80~100℃的速率升温。
* 铸件必须在>950℃时入淬，水温不应高于40℃，否则淬火效果将明显衰减。铸件出水温度应≤80℃。
6. 铬系钢的完全退火、正火及调质热处理工艺
空
冷
≤550℃出炉空冷
回火
2~8h
<Ac1
正火或淬火
完全退火
炉
冷
空
冷
或
入
淬
Ac3+(30~50)
铬系钢完全退火和正火及调质热处理工艺时间/h
温度/℃
2~8h

* 正火、淬火和回火的保温时间均按炉内铸件最厚壁处的每25mm保温1h计算，当壁厚超过75mm，则超过部分按每50mm保温1h叠加；
* 回火保温温度须根据铸件的技术要求选择：
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a) 低温回火：150~250℃，获得回火马氏体，适用于要求高硬度、高耐磨性、且具一定韧性的铸件；
b) 中温回火：350~500℃，获得回火曲氏体，适用于具有很高弹性极限(如弹簧钢)的铸件；
c) 高温回火：550~650℃，获得回火索氏体，适用于要求较高韧性和良好的综合机械性能的铸件，是各钢种最常见的回火工艺。
各牌号铬系钢的Ac3+(30~50)℃、及完全退火、正火、淬火及回火温度参考下表：
钢 号
热处理
类型
加热温度/ ℃
冷却形式
ZG1Cr13(101、100)
CA-15
退火
淬火
回火
950
1050
750
炉冷
水
炉冷
ZG2Cr13(102)
CA-40
退火
淬火
回火
950
1050
600~670
空冷
水
炉冷
ZG1Cr17(201)
退火
750~800
炉冷
ZG1Cr18Ni9Ti(305)
淬火
950~1050
水
ZG1Cr18Ni9(303)
淬火
1050~1100
水
ZG1Cr18Ni12Mo2Ti(307)
淬火
1100~1150
水
ZG0Cr18Ni12Mo2Ti(306)
CF-8M 、CF10、CF10M、CH20、HK30
淬火
1100~1150
水
ZG0Cr18Ni9Ti(304)
CF-8
淬火
950~1050
水
ZG1Cr19Mo2(202)
退火
800±10
炉冷
ZGCr28(203)
退火
850±10
炉冷
* 上表未涵盖的稀有铬系钢种的热处理类型和加热温度，可查阅《铸造工程师手册》获得准确数据；
* 铬系钢包括含有Mn、P、N等元素的钢种，退火、正火和回火后，不可在500~550℃的温段缓慢冷却(宜采取快速空冷)，以防止出现回火脆性。如需要消除由快速冷却所积淀的回火应力时，可增加一次低温回火。
7. 低合金钢的完全退火、正火及调质热处理工艺
各牌号低合金钢的Ac3+(30~50)℃、及完全退火、正火、淬火及回火温度参考下表：
钢 号
热处理
类 型
加热温度/ ℃
冷却形式
ZG25Mn2
正火
淬火
回火
870~890
860~880
580~620
空冷
水
炉冷
ZG40Mn2
正火
回火
850~870
550~600
空冷
炉冷
ZG35SiMn
ZG35MnSi
正火
淬火
回火
860~880
870~890
580~610
空冷
水
炉冷
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ZG35CrMo
ZG42CrMo(取下限)
正火或淬火
回火
860~880
600~610
空冷或水淬
炉 冷
ZG40Cr
正火或淬火
回火
830~850
520~680
空冷或水淬
炉 冷
ZG34CrNiMo
ZG30NiCrMo
正火或淬火
回火
870~880
600~650
空冷或水淬
炉 冷
ZG55MnSi
正火
回火
850~870
580~600
空冷
炉冷
SCW480(SCW49)
ZG20SiMn
正火
回火
900~920
580~600
空冷
炉冷
ZG35SiMnMo
正火
淬火
回火
880~900
830~860
550~650
空冷
水
炉冷
* 低合金钢热处理的各项具体技术要求可参考铬系钢的相关条款。
8. 热处理的作业流程回 火
正+回
回火结束
淬火
正火、退火结束
作业完毕
按工艺规定
控制出炉温度
进炉
出炉空冷或卸炉
关闭记录仪
炉冷
保温
升温
打开记录仪
通电
关、封炉门
关闭记录仪
炉冷
保温
升温
通电火
打开记录仪
关、封炉门
工
作
任
务
单
进炉
装炉

淬火+回火

按工艺规定
控制出炉温度

9. 热处理的铸件装炉要求
9.1 铸件在台车底部必须垫高30~50mm。铸件与铸件叠放时，件间应垫放50~70mm的铁块或高铝砖块，铸件壁厚越大，间垫距离须越大。
9.2 铸件必须垫稳、垫平，防止发生垮塌危险和产生热处理变形。
9.3 装炉应保证台车中心的经、纬方向都留有足够间隙，以利于热量随热气流循环充分和均匀地穿透到铸件心部(见右图)。
热气流
热气流
台车
铸
铸
件
铸
件

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9.4 厚壁件、大件应放置于台车靠近电阻丝的位置(极端高温区)。
9.5 铸件带有钢印标记或其它需要特别保护的标识，为防止标记和标识被高温过度氧化而遭破坏，进炉前应用火坭或红坭浆对钢印、重要标识涂层保护。
9.6若炉门的密封度较差，则进炉并关闭炉门后，应用火坭嵌封炉门间隙。
10. 装炉计划、热处理炉号和记录规定
10.1 装炉计划
10.1.1 对力学性能有严格要求的铸件，必须按同牌号、同目的原则，同炉热处理。
10.1.2 对力学性能有一般要求的铸件，允许不同牌号、但热处理工艺(温度和保温时间)要求基本相同的铸件同炉热处理。此时应按能适应不同牌号铸件的共点温度和时间，来设定热处理形式、升温速度、保温温度和时间。
10.1.3 高牌号灰铁、球铁件和铬系钢铸件，必须同牌号同炉热处理。
10.2 热处理炉号的编排、使用
10.2.1热处理炉号由设备号、短杠和6位数表示的年份、月份、日期组成(如右图)：
a． 设备号：热处理设备编号(A炉或B炉)；
b． 年份：公历的后2位数( 表示为09)；
c． 月份和日期：均以2位数表示(十位数不足的缀0)。
A- 090209

设备号
进炉年份
进炉日
进炉月份

* 如上图热处理炉号表示的意义为： 2月9日由A炉承担的热处理内容。
10.2.2 热处理工作任务单可在热处理温度自动盘式记录的空白背页填写，内容应包括：
a) 进炉铸件的名称(图号)、牌号和件数；
b) 热处理工艺形式(热处理种类)和工艺要求简述(热处理温度曲线图)；
c) 热处理操作者(签署)；
d) 热处理完成后，品质保证部的检验结论和检验章。
10.2.3 热处理炉号使用于具有可追溯性的质量记录，包括：热处理工作任务单、热处理温度自动记录(盘式)。
10.2.4热处理工作任务单、热处理温度自动记录，作业结束后交品质保证部存档，保存期为5年。