專利名稱：奧氏鐵素體球墨鑄鐵的一種等溫淬火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料的熱處理工藝。具體地說，是涉及一種球墨鑄鐵材料的等溫淬火工藝。
背景技術(shù)：
經(jīng)過特定的等溫淬火的球墨鑄鐵具有獨(dú)特的奧氏體—鐵素體基體(稱為奧氏鐵素體)，微觀組織的特征是在奧氏體基底上分布著針狀鐵素體，如圖1所示，這與奧氏體—貝式體基體不同(貝式體中有析出碳化物)，其綜合性能十分優(yōu)越(如下表所示)，提供了一個(gè)伴隨著較高塑性和韌性的高強(qiáng)度鑄鐵范圍?？估瓘?qiáng)度是球墨鑄鐵的2倍，通過基體的加工硬化，這些鑄鐵具有耐磨性和韌性的較好結(jié)合，耐磨性優(yōu)于任何硬度水平的鋼，比鋼輕10％。在成本方面，比鋼節(jié)約能量，比鋼易加工，減小了加工余量，近凈成形使加工量減少。由于它是一種提供優(yōu)良產(chǎn)品性能而降低成本的材料，應(yīng)用廣泛。在許多應(yīng)用中，ADI超過鍛鋼件、焊接件、滲碳鋼件和鋁件。它是由高質(zhì)量的球墨鑄鐵原鑄件經(jīng)過等溫淬火而得到。

三、發(fā)明內(nèi)容]等溫淬火球墨鑄鐵的性能與等溫淬火工藝密切相關(guān)。一般的等溫淬火工藝過程為以一定的加熱速度把球墨鑄鐵加熱到一定的奧氏體化溫度，保持一定時(shí)間，然后以一定速度進(jìn)行冷卻，再在一定溫度下保持一定時(shí)間，最后出爐冷卻。奧氏體化溫度與時(shí)間決定基體奧氏體化程度和晶粒的大小。而等溫溫度和時(shí)間決定最終得到的組織，是等溫淬火的關(guān)鍵工藝參數(shù)。等溫溫度較高，組織中有較多珠光體，其力學(xué)性能，耐磨性均相對(duì)較低；而等溫溫度低，基體中可能存在馬氏體，塑性和韌性低，又容易出現(xiàn)裂紋，其耐磨性只稍有提高。等溫時(shí)間決定奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變的數(shù)量和程度。等溫時(shí)間短，可能有部分奧氏體沒有在該溫度范圍發(fā)生向奧氏鐵素體的轉(zhuǎn)變，而在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織，同時(shí)生成的奧氏鐵素體中的鐵素體與奧氏體之比較小。等溫時(shí)間過長，會(huì)析出碳化物，形成貝氏體，降低材料性能。因此，必須在合適的溫度下等溫合適的時(shí)間，才能得到較多的奧氏鐵素體。
對(duì)于不同的成分和尺寸的球墨鑄鐵鑄件，其等溫溫度和時(shí)間不同。一般情況下，由于鑄件形狀和壁厚的問題，這兩個(gè)工藝參數(shù)較難確定。在通常的等溫過程中，鑄件表層容易較快地冷卻到等溫溫度，但是芯部冷卻較慢，在等溫溫度保持一定時(shí)間后，表層組織可能因析出碳化物而形成貝氏體，芯部卻因?yàn)槔鋮s速度低而出現(xiàn)珠光體。提高或降低等溫溫度都不能解決問題。
本發(fā)明提出一種新的等溫淬火工藝。該工藝的加熱保溫階段與一般的工藝相同，而冷卻階段與一般的工藝不同。該工藝的冷卻階段與一般的工藝相比多了一個(gè)預(yù)冷過程。對(duì)工件進(jìn)行預(yù)冷的過程為在奧氏體化溫度保持之后、進(jìn)入等溫爐中保溫之前，把工件快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進(jìn)行一次短時(shí)間冷卻，然后，把工件放入保持在等溫溫度的介質(zhì)中。在奧氏體化溫度與等溫溫度之間溫度差約為500℃～650℃。在奧氏體化保溫與等溫淬火保溫過程之間插入一個(gè)冷卻過程，該過程的冷卻溫差接近900℃，溫差較傳統(tǒng)工藝增大250℃～400℃，在冷卻介質(zhì)的冷卻能力相近的條件下，工件受冷卻的程度增加，有利于快速減少工件所攜帶的熱量。這樣，工件表層急冷，溫度急劇降低至常溫附近。在工件等溫過程中，一方面，由于工件中存在較大的溫度梯度，整個(gè)工件能以較快速度冷卻，并且工件在急冷中已經(jīng)散失部分熱量，在等溫溫度保持的時(shí)間可以縮短，工件芯部能夠避免形成珠光體，得到所需的奧氏鐵素體；另外一方面，鹽爐中熔鹽吸收工件熱量減少，熔鹽溫度的升高減小，有利于保持較穩(wěn)定的等溫溫度，得到所需要的奧氏鐵素體組織。對(duì)于工件表層，由于在等溫溫度保持的時(shí)間縮短，且當(dāng)工件在等溫溫度保持時(shí)表層溫度從常溫向等溫溫度變化，其碳化物析出能力較弱，避免在表層中形成貝氏體，而在某些情況下在表層中形成馬氏體。在某些情況下，在表層中形成硬度較高的馬氏體是有利的。
在預(yù)冷過程中在常溫下的保持時(shí)間根據(jù)工件特點(diǎn)以及使用要求而定。如果工件需要較高的表層硬度，則應(yīng)保持較長的時(shí)間。如果工件壁厚較大，保持時(shí)間也較長。
四

圖1為奧氏鐵素體球墨鑄鐵的微觀組織，圖2為本發(fā)明提出的等溫淬火工藝曲線。
五具體實(shí)施例方式
要求鐵水經(jīng)過充分的球化和孕育，球化級(jí)別在3級(jí)以上。
具體的等溫淬火工藝對(duì)于化學(xué)成分為3.6％-3.7％C、2.4％-2.7％Si、0.2％-0.3％Mn、≤0.04％S、≤0.06％P的原鐵水經(jīng)過球化和孕育處理后澆注的Y型試塊，采用電阻空氣爐加熱到900℃保溫2小時(shí)后，在水中急冷并保持1分鐘左右，再在熔鹽溫度為300℃的75KW等溫淬火硝鹽爐中保持2小時(shí)。所得到的試樣的綜合力學(xué)性能較好。
實(shí)施例熔煉設(shè)備500kg中頻感應(yīng)電爐；化學(xué)成分3.7％C，2.5％Si，0.26％Mn，0.01％S，0.035％P，0.03％Mg，0.03％Re。采用稀土鎂硅合金做為球化劑，加入量為1.1-1.3％；采用75SiFe做為孕育劑，加入量為0.8-1.2％。澆注Y型試塊做試樣毛坯，觀察金相組織為3級(jí)球狀石墨。試樣加熱奧氏體花采用電阻空氣爐，等溫淬火采用75KW硝鹽爐。奧氏體化工藝均為900℃保溫2小時(shí)，等溫淬火工藝放入室溫的水中保持6分鐘，然后迅速放入573K的硝酸鹽爐中，保持2小時(shí)，再取出在空氣中冷卻至室溫。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作力學(xué)性能試樣，測得結(jié)果如下бb1185Mpa，бs880Mpa，δ3.5％，αk55J。相當(dāng)于美國標(biāo)準(zhǔn)ADI等級(jí)(ASTM 897M-90)的3級(jí)。
權(quán)利要求
1.本專利提出了奧氏鐵素體球墨鑄鐵的一種新的等溫淬火工藝，其主要技術(shù)特征是球化級(jí)別在3級(jí)以上的球墨鑄鐵件在奧氏體化溫度保持之后、進(jìn)入等溫爐中保溫之前，把它快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進(jìn)行一次短時(shí)間冷卻，然后再放入等溫爐中保溫合適時(shí)間，得到奧氏鐵素體為主的組織和力學(xué)性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火工藝，本專利的特征還在于奧氏體化加熱保溫后的冷卻與保溫工藝路線。該工藝路線是球墨鑄鐵件在奧氏體化溫度保持之后先在室溫介質(zhì)中急冷，然后再快速進(jìn)入保持在形成奧氏鐵素體的溫度范圍內(nèi)的等溫介質(zhì)中保溫一定時(shí)間，最后在空氣中冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等溫淬火工藝，本專利的特征還在于加熱保溫后的冷卻與保溫方法。用于急冷的介質(zhì)必須有較高的冷卻能力，并能在急冷過程中保持在室溫附近；急冷時(shí)間必須短且與工件大小有關(guān)；從急冷介質(zhì)到等溫介質(zhì)的過程必須十分短。工藝參數(shù)必須確保得到奧氏鐵素體基體，具體的工藝數(shù)據(jù)與工件的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)尺寸以及最終性能要求有關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵材料的等溫淬火工藝。經(jīng)過特定的等溫淬火的球墨鑄鐵具有獨(dú)特的奧氏體—鐵素體基體(稱為奧氏鐵素體)，微觀組織的特征是在奧氏體基底上分布著針狀鐵素體，其綜合性能十分優(yōu)越，應(yīng)用廣泛。本發(fā)明提出了球墨鑄鐵的一種新的等溫淬火工藝，其主要技術(shù)特征是與傳統(tǒng)的等溫淬火工藝，本發(fā)明不是把工件從奧氏體保溫溫度直接放入等溫爐中保溫，而是在奧氏體化溫度保持之后、進(jìn)入等溫爐中保溫之前，把工件快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進(jìn)行一次短時(shí)間冷卻，然后再放入等溫爐中保溫。由于室溫冷卻溫差較大，工件表層急冷，溫度急劇降低至常溫附近。在工件等溫過程中，一方面，由于工件中存在較大的溫度梯度，整個(gè)工件能以較快速度冷卻，并且工件在急冷中已經(jīng)散失部分熱量，在等溫溫度保持的時(shí)間可以縮短，工件芯部能夠避免形成珠光體；另外一方面，鹽爐中熔鹽吸收工件熱量減少，熔鹽溫度的升高減小，有利于保持較穩(wěn)定的等溫溫度，得到所需要的奧氏鐵素體組織。
文檔編號(hào)C21D5/00GK1760380SQ20041004684
公開日2006年4月19日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月15日
發(fā)明者劉繼常 申請(qǐng)人:劉繼常