Warum ist eine Wärmebehandlung für duktiles Gusseisen notwendig?
In duktilem Gusseisen ist Graphit kugelförmig und seine schwächende und zerstörende Wirkung auf die Matrix ist schwächer als die von Lamellengraphit. Die Eigenschaften von duktilem Gusseisen hängen hauptsächlich von der Matrixstruktur ab, wobei Graphit einen untergeordneten Einfluss hat. Die Verbesserung der Matrixstruktur von duktilem Gusseisen durch verschiedene Wärmebehandlungen kann seine mechanischen Eigenschaften in unterschiedlichem Maße verbessern. Aufgrund des Einflusses von Faktoren wie chemischer Zusammensetzung, Abkühlgeschwindigkeit und Sphäroidisierungsmitteln tritt im Gussgefüge häufig eine Mischstruktur aus Ferrit, Perlit, Zementit und Graphit auf, insbesondere in dünnwandigen Bereichen von Gussstücken. Der Zweck der Wärmebehandlung besteht darin, die gewünschte Struktur zu erhalten und dadurch die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Die am häufigsten verwendeten Wärmebehandlungsmethoden für duktiles Gusseisen sind wie folgt
Ⅰ
Graphitisierungsglühen bei niedriger-Temperatur: Heiztemperatur 720–760 Grad. Abkühlung im Ofen auf unter 500 Grad und anschließende Luftkühlung. Dadurch wird der eutektoide Zementit zersetzt und es entsteht duktiles Gusseisen mit einer Ferritmatrix, wodurch die Zähigkeit verbessert wird.
Ⅱ
Hochtemperatur-Graphitisierungsglühen: 880–930 Grad, dann Erhitzen auf 720–760 Grad und Halten. Abkühlung im Ofen auf unter 500 Grad und anschließende Luftkühlung. Dadurch wird die weiße Gusseisenstruktur eliminiert, wodurch duktiles Gusseisen mit einer Ferritmatrix entsteht, die Plastizität verbessert, die Härte verringert und die Zähigkeit erhöht wird.
Ⅲ
Vollständige Austenitisierung, Normalisierung: 880–930 Grad, Kühlmethode: Nebelkühlung, Luftkühlung oder Luftkühlung. Um die Spannung zu reduzieren, wird ein Temperierungsprozess hinzugefügt: 500–600 Grad. Dadurch erhält man Perlit + eine kleine Menge Ferrit + Kugelgraphit, wodurch Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit verbessert werden.
Ⅳ
Unvollständige Austenitisierung, Normalisierung: Erhitzen auf 820~860 Grad, Kühlmethode: Nebelkühlung, Luftkühlung oder Trockenluftkühlung. Um Spannungen zu reduzieren, wird ein Temperprozess hinzugefügt: 500–600 Grad, um eine perlitische Struktur mit einer kleinen Menge dispergiertem Ferrit zu erhalten, was zu insgesamt besseren mechanischen Eigenschaften führt.
Ⅴ
Abschrecken und Anlassen: Erhitzen auf 840–880 Grad, Kühlmethode: Öl- oder Wasserkühlung, Anlasstemperatur nach dem Abschrecken: 550–600 Grad, um eine getemperte Sorbitstruktur zu erhalten, die umfassende mechanische Eigenschaften verbessert.
Ⅵ
Isothermes Abschrecken: Erhitzen auf 840–880 Grad, Abschrecken in einem Salzbad bei 250–350 Grad, um umfassende mechanische Eigenschaften zu erhalten, insbesondere Verbesserung von Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit.
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Besonderer Hinweis
Während der Wärmebehandlung beträgt die Ofentemperatur des Gussstücks im Allgemeinen weniger als 350 Grad. Die Aufheizrate hängt von der Größe und Komplexität des Gussstücks ab und wird zwischen 30 und 120 Grad pro Stunde gewählt. Bei großen und komplexen Teilen sollte die Ofeneintrittstemperatur niedrig und die Aufheizgeschwindigkeit niedrig sein. Die Heiztemperatur hängt von der Matrixstruktur und der chemischen Zusammensetzung ab. Die Haltezeit ist abhängig von der Gusswandstärke.
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Glühbehandlung von duktilem Gusseisen
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Andere Methoden
Darüber hinaus können Gussteile aus Sphäroguss mithilfe von Hochfrequenz-, Mittelfrequenz- oder Flammenverfahren oberflächengehärtet werden, um eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zu erreichen. Durch Weichnitrieren kann auch die Verschleißfestigkeit der Gussteile verbessert werden.
Abschreck- und Anlassbehandlung von Gussteilen aus duktilem Gusseisen
Gussteile aus duktilem Gusseisen, die als Lager verwendet werden, erfordern eine höhere Härte. Daher werden sie häufig bei niedrigen Temperaturen abgeschreckt und angelassen. Der Prozess umfasst das Erhitzen des Gussstücks auf 860–900 Grad, das Halten bei dieser Temperatur, damit die ursprüngliche Matrix vollständig austenitisieren kann, und das anschließende Abkühlen in Öl oder geschmolzenem Salz, um eine Abschreckung zu erreichen. Anschließend wird es bei 250–350 Grad angelassen, wodurch die ursprüngliche Matrix in angelassenen Martensit und Restaustenit umgewandelt wird, während die ursprüngliche Morphologie des Kugelgraphits unverändert bleibt. Die behandelten Gussteile weisen eine hohe Härte und eine gewisse Zähigkeit auf, behalten die Schmiereigenschaften von Graphit bei und weisen eine verbesserte Verschleißfestigkeit auf.
Gussteile aus duktilem Gusseisen, die als Wellenkomponenten wie Kurbelwellen und Pleuel in Dieselmotoren verwendet werden, erfordern eine hohe Festigkeit und insgesamt gute mechanische Eigenschaften, was eine Abschreck- und Anlassbehandlung erforderlich macht. Der Prozess ist wie folgt: Die Gusseisenteile werden auf 860-900 Grad erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten, um die Matrix auszutenitisieren, dann in Öl oder geschmolzenem Salz abgeschreckt, gefolgt von einem Anlassen bei 500–600 Grad, um eine getemperte Sorbitstruktur zu erhalten (im Allgemeinen mit einer kleinen Menge Blockferrit), während die ursprüngliche Kugelgraphitmorphologie unverändert bleibt. Nach der Behandlung sind Festigkeit und Zähigkeit gut aufeinander abgestimmt und für die Arbeitsbedingungen von Wellenteilen geeignet.
Glühen von Sphäroguss zur Verbesserung der Zähigkeit
Duktiles Gusseisen neigt während des Gießvorgangs stärker zum Weißwerden als gewöhnliches Grauguss und auch seine Eigenspannung ist relativ hoch. Es ist schwierig, in den Gusseisenteilen eine reine Ferrit- oder Perlitmatrix zu erhalten. Um die Duktilität oder Zähigkeit der Gusseisenteile zu verbessern, werden sie häufig wieder auf 900 {3}950 Grad erhitzt und für eine für das Hochtemperaturglühen ausreichende Zeit auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend werden sie im Ofen auf 600 Grad abgekühlt, bevor sie aus dem Ofen entnommen werden. Dabei zerfällt Zementit in der Matrix in Graphit, der aus Austenit ausfällt. Dieser Graphit lagert sich um den ursprünglichen Kugelgraphit an und die gesamte Matrix wird in Ferrit umgewandelt.
Wenn die Mikrostruktur im Gusszustand aus einer (Ferrit + Perlit)-Matrix und Kugelgraphit besteht, ist es zur Verbesserung der Zähigkeit lediglich erforderlich, den Zementit im Perlit in Ferrit und Kugelgraphit zu zerlegen. Zu diesem Zweck wird das Gusseisenteil erneut auf etwa die Eutektoidtemperatur von 700-760 Grad erhitzt, auf dieser Temperatur gehalten und dann im Ofen auf 600 Grad abgekühlt, bevor es aus dem Ofen entnommen und weiter abgekühlt wird.
Normalisieren zur Verbesserung der Festigkeit von Sphäroguss
Der Zweck der Normalisierung von Sphäroguss besteht darin, die Matrix-Mikrostruktur in eine feine Perlit-Mikrostruktur umzuwandeln. Bei diesem Verfahren werden Gussteile aus duktilem Eisen mit einer Ferrit- und Perlitmatrix auf 850–900 Grad erhitzt. Der ursprüngliche Ferrit und Perlit werden in Austenit umgewandelt, und ein Teil des Kugelgraphits löst sich im Austenit auf. Nach der Wärmekonservierung und Luftkühlung wird der Austenit in feines Perlit umgewandelt, wodurch die Festigkeit der Gussteile aus Sphäroguss erhöht wird.
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