灰铸铁热处理工艺确定的原则根据灰铸铁件原始组织和*终要得到的组织，进行石墨化退火或正火，以降低硬度，改善机械加工性能，提高铸件塑性和韧性［1］。铸件硬度过高，是因为铸件在结晶过程中冷却速度大或形成碳化物元素含量过高，及硅含量过低。若冷却速度或成分选择不当，在灰铸铁铸态组织中常有自由渗碳体存在。自由渗碳体属脆硬相，会大大降低铸件力学性能，也影响机械加工性能。为消除自由渗碳体，须进行石墨化退火或正火，使自由渗碳体完全石墨化。有资料介绍，一般灰铸铁临界温度在677℃～843℃；铸态组织中自由渗碳体在允许范围，加热温度选在850℃～900℃。要得到珠光体基体，使铸件有较高硬度和耐磨性时，可正火处理。含硅量较高时，因铁素体－奥氏体转变温度升高，应相应提高加热温度。要铁素体量多，可退火处理。保温时间取决于加热温度、铸件成分、组织、重量、厚度（一般按照铸件厚度1h／25mm确定）。正火时冷却速度不同，析出铁素体（珠光体）量亦不同。
冷却速度愈大，析出铁素体量愈少，珠光体愈多。因此，可用控制冷却速度的方法（空冷、风冷、雾冷或提高出炉温度）来调整铸件硬度。
热处理工艺的确定金属型铸造缸体铸件，由于冷却速度快，白口倾向大，为消除局部白口组织，改善磷共晶形态消除急冷引起的内应力，达到对力学性能、金相组织的要求，生产出合格铸件，同时可以稳定得到符合要求的D型石墨铸件，使材料性能稳定并改善切削加工性能，需要进行正火处理。基于金属型铸造铸铁件的组织特点，根据该铸件的大小选择热处理温度830℃～950℃、时间0.5h～3h的正火处理。为消除正火产生内应力，进行400℃￣500℃回火。
珠光体量、硬度与碳当量的关系金属型铸造的铸铁件中，碳、硅含量高，与普通灰铸铁、可锻铸铁比，在白口组织中，有少量微细石墨析出，且渗碳体很细小。即使*后凝固析出的渗碳体，由于铸件在凝固过程中产生石墨化膨胀，渗碳体受到膨胀力作用，在渗碳体内部产生大量晶体缺陷，因此石墨化时间与一般铸铁比，可以缩短。
金属型铸造铸件的硬度随铁液成分中碳、硅（碳当量）的增加，铸态硬度呈下降趋势。因硅的固溶强化作用，铁素体被固溶强化，当碳含量一定，随硅含量增加，铁素体硬度升高，铸件铸态硬度升高。所示，为铸态珠光体量与碳当量的关系，随碳当量增加，珠光体量有减少趋势，但不明显。表示铸态硬度与碳当量的关系。由可见，整体上显示了随碳当量增加、铸件硬度降低的趋势，但波动范围较大。因为随碳当量增加，石墨数量增加，同时孕育效果差，组织较粗大；另外除受成分（碳当量）影响外，还受其它因素如凝固时的冷却速度和开型后的冷却速度等的影响。显示缸体铸态硬度与铸态珠光体量的关系，由可看出，随铸态组织中珠光体量增加，硬度呈上升趋势，但在珠光体量60％时，硬度值变化范围大（HRB84￣HRB98），可推断，硬度还与石墨大小、分布、自由渗碳体的数量及分布、磷共晶类型、数量及分布、组织的细化程度等有关。因D型石墨在较大过冷条件下形成，铸件中Mn、P、S在晶界偏析。由于孕育及冷却速度的差异，使*后凝固部分形成磷共晶，在珠光体量相同的情况下，三元磷共晶的硬度较高，显示了冷却速度和孕育效果的影响。
影响热处理工艺的因素根据相图，随加热温度升高，奥氏体中溶解的平衡碳增加，出炉温度越高，奥氏体中溶解的碳越多。
D型石墨铸铁凝固时，铁液过冷度大，树枝晶发达、晶粒细小，要使树枝晶间石墨溶解，碳达到奥氏体石墨间的平衡碳量需要较短时间。另外，冷却时，由于树枝晶发达，碳从奥氏体向石墨的扩散距离短，易得到铁素体，使珠光体量不易控制。D型石墨铸铁的铸态硬度随珠光体量增加而升高。试验结果及讨论铸态珠光体量与碳当量的关系铸态硬度与碳当量的关系铸态珠光体量与铸态硬度的关系使珠光体量多、硬度高的因素是，随碳当量降低，析出的石墨数减少，基体量增加；在相同碳当量下，冷却速度大，也使析出的枝晶数量增加，石墨数减少，在开型后快速冷却条件下，奥氏体中少量碳脱溶到共晶石墨上，在石墨周围形成铁素体，大部分奥氏体由过共析转变为伪共析。珠光体含量少、硬度低，是因为碳当量高或凝固时冷却速度小，使枝晶数量减少、石墨数增加，在相同开箱条件下，珠光体含量少，铁素体含量多。
相同珠光体含量、硬度相差较大的铸件，是由于枝晶数量和石墨数量不同，枝晶数量多，石墨量少硬度高，相反则低；另一方面，由于凝固时冷却速度和孕育的影响在硬度高的铸件中存在自由渗碳体；在凝固时冷却速度较小的情况下，枝晶数量减少，石墨数量增加，且有向A型转变的趋势；相同珠光体量，珠光体层片间距不同，渗碳体数量不同，层片间距小渗碳体量多、硬度高，层片间距大、渗碳体数量少、硬度低。在一次结晶组织基本相同情况下，铸件开箱后堆垛方式不同或环境温度不同使铸件冷却速度不同。
冷却速度快、珠光体含量高，相反珠光体含量低。珠光体含量不相同，则硬度不同，硬度随珠光体含量增加而升高。加热奥氏体化时，原始组织不同的铸铁加热时的变化不同，石墨化的速度在硅量相同的条件下主要决定于碳化物分布、数量，根据原始组织不同发生反应：珠光体＋石墨→奥氏体＋石墨（1）铁素体＋石墨→奥氏体＋石墨（2）资料指出，反应（1）比反应（2）进行得快，即珠光体中的碳化物在加热温度超过共析温度区后就可完全溶解，珠光体含量高，奥氏体中的碳易达到平衡碳量，珠光体含量低，奥氏体中的碳要通过石墨的溶解向枝晶中扩散达到平衡碳量。D型石墨铸铁硬度高时，加热时枝晶发达、珠光体含量多，石墨少，奥氏体化主要以式（1）方式进行，珠光体溶解形成奥氏体并与石墨达到一定平衡，奥氏体化温度越高，平衡碳量越高。在冷却时，由于枝晶发达，碳的扩散距离长，冷却速度越快，得到的珠光体量越多，硬度越高。因此珠光体量多和硬度高，性能达不到要求。所以采用低奥氏体化温度、小冷却速度，为使均匀，应采用长时间保温。D型石墨铸铁硬度低时，珠光体量少，铁素体、石墨量多，枝晶少，形成的伪共晶数量少，冷却时奥氏体中的碳脱溶到石墨上，因此在奥氏体化加热时，奥氏体化的形成主要按式（2）方式进行。在加热保温过程中，奥氏体中碳低于平衡碳量，碳由石墨溶解扩散到奥氏体中达到平衡。冷却时由于石墨数量多，碳易扩散使石墨形成，铁素体、珠光体量减少。
因此，通过提高奥氏体中的碳量和增加冷却速度保证珠光体量和铸件硬度。同时为不使晶粒长大，可采用较短的保温时间。
总之，D型石墨铸铁的加热和冷却，主要受基体中珠光体量及珠光体中渗碳体量的影响，碳的扩散距离受枝晶大小的影响，碳扩散速度受保温温度影响，在冷却时还受珠光体形核的影响。因此，正火采用不同的加热温度和保温时间，以确保达到本体组织和对力学性能的要求。
