（1）铸钢件一般不可缺热处理 铸钢件的铸态组织取决于化学成分和凝固结晶过程，一般存在较严重的枝晶偏析、组织极不均匀（见图4-72）以及晶粒粗大和魏氏（或网状）组织等问题，需要通过热处理消除或减轻其有害影响，改善铸钢件的力学性能。此外，由于铸钢件结构和壁厚的差异，同一铸件的各部位具有不同的组织状态，并产生相当大的残留内应力，也需要通过热处理来消除或减少其铸造应力。因此，铸钢件（尤其是合金钢铸件）一般都以热处理状态供货。铸钢件的热处理方式，根据加热和冷却条件不同，主要有退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、去应力退火及除氢处理。

（2）对铸钢件选取热处理方式时，不可忽视铸钢件热处理的特点 铸钢件热处理的特点主要有：

1）铸钢件的铸态组织中，常有粗大枝晶及偏析。热处理时，其加热温度应稍高于同类成分的锻钢件，其奥氏体化保温时间也需适当延长。

2）某些合金钢铸件的铸态组织偏析严重。为消除其对铸件最终性能的影响，需采取均匀化处理措施。

3）对于形状复杂、壁厚相差较大的铸钢件，进行热处理时，必须考虑截面效应和铸造应力因素。

4）铸钢件热处理时，必须根据其结构特点合理堆放，尽量避免铸件变形。

（3）选取铸钢件退火工艺时，要求或目的不同，选取的退火工艺，通常不宜相同 铸钢件退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织、树枝状偏析和铸造应力。常用的退火工艺类型有：完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火和低温退火（去应力退火）。

图4-71 两阶段等温淬火示意图

A—奥氏体 Ms—马氏体转变温度

图4-72 铸钢件断面晶区分布图

Ⅰ—细等轴晶区 Ⅱ—柱状晶区 Ⅲ—粗等轴晶区

1）完全退火（也简称退火）：将铸钢件加热到奥氏体区的温度（适宜的温度是亚共析钢加热时，铁素体全部消失的上临界点温度Ac₃以上30～50℃），并保温一段时间（根据铸钢件的材质和壁厚来确定），在珠光体向奥氏体完全转变后，随炉冷却（对高合金或厚大铸件冷却速度控制小于50℃/h）至200～300℃时出炉空冷，如图4-73所示。采用此种热处理工艺，可改善铸造结晶组织，细化晶粒，提高力学性能；降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能；以及消除铸件内应力。适用于一般工程用钢及低合金钢铸件。

图4-73 铸钢件的完全退火工艺

2）不完全退火：将铸钢件加热到Ac₁（钢加热时开始形成奥氏体的下临界点温度）以上30～50℃，并保温一段时间（根据铸钢件的材质和壁厚来确定），在珠光体向奥氏体完全转变后，随炉冷却（对高合金或厚大铸件冷却速度控制小于50℃/h）至200～300℃时出炉空冷。与完全退火的主要区别，是加热温度较低，不是Ac₃以上而是Ac₁以上30～50℃。采用此种热处理工艺，可降低硬度，改善切削加工性能，消除应力，但组织细化程度略低于完全退火。在适用性方面，由于加热温度低，工艺过程短，提高了热处理炉的利用率，故使用较广。

对于工具钢或其他特殊条件的过共晶钢铸件，可作为淬火前的预处理。

3）球化退火：其退火工艺是：将铸钢件加热到Ac₁以上20～40℃，保温后，冷却到低于Ac₁，可再次重复上述过程数次后再缓冷。采用此种热处理工艺，可使铸钢件碳化物球化，降低硬度，改善切削加工性能。适合用于共析钢或过共析钢铸件，可作为淬火前的预处理。

4）均匀化退火（扩散退火）：其工艺是：将铸钢件加热到Ac₃以上120～200℃（生产中常为1050～1150℃），保温足够长时间（常为10～20h）后，随炉冷却至400℃以下，出炉空冷。此法可消除铸钢件晶内偏析和枝晶偏析，使铸钢成分和组织均匀化。此工艺只有在大型铸钢件、合金钢铸件有必要时才使用，因这种退火所需时间长，热能消耗大、成本高，且长时间处于高温下，铸件表面氧化脱碳严重。

5）低温退火（去应力退火）：其工艺是：将铸钢件加热到Ac₁以下100～200℃，保温后，空冷或炉冷至200～300℃后出炉。此工艺可消除铸钢件的内应力，使之达到稳定状态。一般铸钢件常用。

（4）铸钢件的正火并不等同于退火；正火后的铸件通常不可不进行回火 铸钢件的正火工艺，是将铸件加热到Ac₃以上30～80℃，保温一段时间，使组织完全奥氏体化，然后出炉，在静止空气中冷却。正火的目的，是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也可作为以后热处理的预备处理。正火与退火工艺的区别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。经正火的铸钢强度稍高于退火铸钢，其珠光体组织较细。

正火后的铸件，由于经快速冷却，残留一部分内应力，所以必须再进行回火。回火时，将铸件加热到500～600℃，并保温一段时间后随炉缓冷。铸钢件的正火加回火工艺曲线如图4-74所示。

图4-74 铸钢件的正火加回火工艺

对于形状复杂的铸钢件，正火温度升到600℃以上时，应缓慢升温或在此温度下保温一段时间，以防铸件产生裂纹。

生产中，一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。(www.daowen.com)

（5）铸钢件的淬火及其禁忌

1）当采用退火或正火处理后的低合金铸钢及碳素铸钢件获得的强度和韧性仍嫌不足时，不可不考虑淬火加高温回火处理；而采用淬火工艺时，铸件加热的温度不可太低。低合金铸钢（及碳素铸钢）件采用退火或正火的铸件强度和韧性不足时，通常可采用淬火加高温回火处理（调质处理）来满足其力学性能要求。铸钢件进行淬火一般分为两类：一类是铸造后直接淬火加回火；另一类是先进行消除应力和细化组织的退火处理，再进行铸件的粗加工后，再进行淬火加回火处理。前者适用于ZG50Mn2、ZG40CrNiMo、ZG270—500、ZG310—570等钢号；后者适用于导热性较差、合金元素的偏析倾向大、铸件易变形和开裂的低合金钢铸件，如ZG40Cr、ZG40Mn2等。

铸钢件淬火是将铸钢件加热到Ac₃以上30～50℃（合金钢一般取Ac₃以上50～100℃），保温一定时间后，以适当方式冷却，获得马氏体组织的热处理工艺。

在加热过程中，铸造低合金钢的相变与铸造碳钢相似，有奥氏体的形成，残留碳化物的溶解及奥氏体成分的均匀化三个过程。由于低合金钢中的多数合金元素有稳定渗碳体的作用，并且合金元素在奥氏体中扩散速度比铁和碳都慢得多，故在低合金钢铸件加热至奥氏体相区时，渗碳体的溶解及奥氏体内部成分均匀化的过程比碳钢慢得多。为了加速这一过程，在低合金钢铸件淬火或正火时，可采取比碳钢铸件更高一些的加热温度，一般采用Ac₃+（50～100℃）。表4-30列举了一些铸钢件的淬火温度，供参考。

表4-30 铸钢件淬火温度

2）对铸钢件进行淬火时，为顺利获得马氏体组织，不可不控制好淬火冷却速度。淬火的目的是得到完全的马氏体组织。为此，铸件淬火时的冷却速度必须大于铸钢的临界冷却速度，否则不能获得马氏体组织及其相应的性能。但冷却速度过高，易导致铸件变形或开裂。理想的淬火冷却速度是：对碳钢铸件，在650～400℃时需要快速冷却，而从出炉温度到650℃以上400℃以下并不需要过快冷却，在马氏体形成区域（300～200℃以下）更应缓冷。为了能满足上述要求，应根据铸件的材质选用适当的淬火介质，或采用其他冷却方法（如分级冷却等）。通常采用的淬火介质有水、油和空气。在分级淬火或等温淬火时，采用热油、熔融金属、熔盐或熔碱等。铸钢件多采用水作淬火介质，而水作为淬火介质的特点是：在650～550℃范围内冷却能力很大，对淬火有利。但是水在低温时的冷却能力也很大，很容易淬裂。为了保证水的冷却能力，冷却用水应纯净，水温应合适（淬火前水温应为10～25℃；淬火后不应高于50℃）。为加快冷却，铸件处于高温阶段时，应在水中作上下左右摆动，或将铸件置于流动水中冷却。铸件进入低温时，应在静水中冷却，甚至转入油中冷却。而易裂件、合金钢铸件多采用油冷。

3）铸钢件淬火后决不可缺回火。铸钢件淬火后应及时进行回火处理，以消除淬火应力及获得所需综合力学性能。而回火后铸钢件的性能取决于回火温度、时间及次数。随着回火温度的提高和时间的延长，除使铸钢件的淬火应力消除外，还使不稳定的淬火马氏体转变成回火马氏体、托氏体或索氏体，使铸钢的强度和硬度降低，而塑性显著地提高。对一些含有强烈形成碳化物的合金元素（如铬、钼、钒和钨等）的中合金铸钢，在400～500℃回火时出现硬度升高、韧性下降的现象，称为二次硬化，即回火状态铸钢的硬度达到最大值。一般有二次硬化特性的中合金铸钢，需要进行多次（1～3次）回火处理。

4）铸钢的回火有低温回火、高温回火之分，不可忽视各自的目的及适用的场合；对可能产生的回火脆性，不可不注意避免。铸钢件的回火按温度不同可分为低温回火和高温回火。

①低温回火：一般在150～250℃温度范围内进行。回火后可空冷、油冷或水冷。其目的是在保留铸件高强度和硬度的条件下，消除淬火应力。主要用于渗碳、表面淬火及要求高硬度的耐磨铸钢件。

②高温回火：高温回火温度为500～650℃，保温适当时间后冷却。主要用于在淬火后调整铸钢的组织，使之兼有高强度和良好韧性的碳钢和低、中合金钢铸件。回火脆性是制定合金钢铸件回火工艺时必须注意的问题。在下列两个温度范围内均可发生：

在250～400℃发生的脆性：经淬火成为马氏体组织的铸钢，在此温度范围内都会产生回火脆性。如稍高于此脆性温度区回火，则可消除此回火脆性。而且以后再在上述温度范围内回火时，也不会再出现回火脆性，故常称之为第一类回火脆性。

在400～500℃（甚至650℃）发生的脆性：这对多数低合金铸钢都会发生，即发生铸钢的高温回火脆性。如将已在此温度范围内产生脆性的铸钢件再加热到600℃（或650℃）以上，之后在水或油中快冷，即可消除此种脆性。然而已消除脆性的铸件，如又加热到产生回火脆性的温度，脆性又会出现。这常称之为第二类回火脆性。

5）为消除高锰钢铸件铸态组织中的碳化物，通常不可不对其进行热处理——水韧处理。高锰钢铸件的铸态组织为奥氏体和碳化物，碳化物降低钢的强度，并使钢发脆，使用中易断裂，因此，必须消除其铸态组织中晶内和晶界上的碳化物。最有效的办法是进行热处理——水韧处理。

水韧处理的原理是：将高锰钢铸件加热至奥氏体区并保温一段时间，使碳化物溶解在奥氏体中，然后将铸件在水中淬火。甴于铸件冷却速度很大，使碳化物来不及析出，因而得到单一的奥氏体组织，可提高高锰钢铸件的强度和韧性。

水韧处理的规范如图4-75所示。

图4-75 高锰钢铸件的热处理规范

水韧处理温度取决于高锰钢成分，通常为1050～1100℃。碳含量高或者合金含量高的高锰钢应取水韧温度的上限，如ZGMn13钢和GX120Mn17钢。但过高的水韧处理温度会导致铸件表面严重脱碳，并促使高锰钢的晶粒迅速长大，影响高锰钢的使用性能，因此决不宜过高；但也不宜过低，因为过低时，金属组织中会残留碳化物。

水韧处理温度的保温时间，主要取决于铸件壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀化。通常保温时间可按铸件壁厚与炉窑装入量确定：铸件壁厚25mm，保温1h；50mm，保温1.5h；100mm，保温2.5h。图4-76所示为保温时间对高锰钢表面脱碳层深度的影响。

图4-76 保温时间对高锰钢表面脱碳层深度的影响

高锰钢铸件从室温加热至600℃期间，特别容易开裂，加热速度不宜太快，可参照表4-31进行控制。一般薄壁简单铸件可采用较快速度加热；厚壁铸件则宜缓慢加热。生产上也常采取在650℃左右保温，使厚壁铸件内外温差减小，炉内温度均匀之后再快速升到水韧处理温度。

表4-31 高锰钢铸件水韧处理的加热速度

淬火操作要快，应迅速将铸件从炉中拉出投入水中，铸件入水时的温度不低于1000℃。为保证淬火介质有足够的冷却能力，淬火池中的水的温度应不高于50℃。