專利名稱：一種qt850-5球墨鑄鐵熱處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬熱處理工藝，更具體的講是一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝。
背景技術(shù)：
球墨鑄鐵是用于生產(chǎn)發(fā)動機(jī)曲軸等零部件的最常用材料。在我國球墨鑄鐵的國家標(biāo)準(zhǔn)中，高牌號材料QT800-2和QT900-2，以及實(shí)際生產(chǎn)中已有的QT800-3、QT850-2、 QT900-3等非標(biāo)材料，普遍采用正火態(tài)獲得，韌性、塑性不夠高，不能很好地用于高端產(chǎn)品的復(fù)合強(qiáng)化處理。一些發(fā)動機(jī)主機(jī)廠對曲軸用球墨鑄鐵材料提出更高要求，需達(dá)到QT850-5 以上，在獲取較高的抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，提高延伸率。
目前，在國內(nèi)處于先進(jìn)鑄造水平的技術(shù)中，玉柴股份有限公司的QT800-6韌性材料，是通過鈣鋇元素合金化澆注成型后對鑄件采取正火和回火處理，使金相組織為珠光體大于90%、無滲碳體等，鑄件本體抗拉強(qiáng)度> 800Mpa、延伸率> 6%的指標(biāo)。采用這種工藝來生產(chǎn)的球墨鑄鐵件，雖延伸率提高了一個(gè)等級，但抗拉強(qiáng)度受到一定的局限。
為了獲得球墨鑄鐵高抗拉強(qiáng)度以及好的韌性，滿足市場的要求，在不增加鑄造成本以及設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，尋找更好的方便易行的熱處理工藝。發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明提供了一種能夠得到高抗拉強(qiáng)度以及好的韌性的QT850-5 球墨鑄鐵熱處理工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝。
其中高溫不完全奧氏體化加熱和冷卻為正火工藝。
上述鑄造球墨鑄鐵毛坯采用鐵模覆砂生產(chǎn)工藝，鐵模覆砂澆注可獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件毛坯，球化級別I 3級、石墨大小5 8級、珠光體大于65%、滲碳體小于2%。
上述冷卻步驟為先噴霧后空冷的二階段冷卻方式，采用相變區(qū)噴霧冷卻有利于獲得細(xì)片狀珠光體基體。
上述鐵模覆砂生產(chǎn)工藝，其工藝過程中的熔化工藝是采用中頻感應(yīng)電爐熔煉。
上述鐵模覆砂生產(chǎn)工藝中爐料成分按重量百分比計(jì)為碳3. 6 3. 9%、硅I. 8 2.3%、錳 O. 2 O. 6%、磷< O. 050%、硫< O. 025%、銅 O. 4 O. 7%、稀土總量 O. 030 O. 070%、 鎂O. 030 O. 070%、其余為鐵。
銅在球墨鑄鐵中有很好的固熔強(qiáng)化作用，同時(shí)能細(xì)化組織、增加珠光體含量、促進(jìn)石墨化，用量少。
上述高溫不完全奧氏體化加熱參數(shù)為加熱溫度870±30°C，保溫1.5±0. 5小時(shí)。
上述冷卻參數(shù)噴霧冷卻10±5分鐘后，450±50°C轉(zhuǎn)空冷，300±50°C下料；噴霧冷卻用水的水溫為35±15°C。
上述回火工藝的工藝參數(shù)為回火溫度580±20°C，保溫時(shí)間2. 5±0. 5小時(shí)，回火處理是為消除殘余應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸及性能。
上述工藝處理的球墨鑄鐵毛坯，可使球墨鑄鐵本體組織非常細(xì)化和均勻分布，珠光體含量大于90%、少量破碎狀鐵素體、無滲碳體，抗拉強(qiáng)度> 850Mpa、延伸率> 5%、硬度 HB240-320。
本發(fā)明的有益效果為采用上述技術(shù)方案生產(chǎn)的球墨鑄鐵，鑄件本體抗拉強(qiáng)度彡850Mpa,延伸率彡5%，硬度HB240 320，克服了傳統(tǒng)球墨鑄鐵材料韌性和塑性低的缺點(diǎn)，具備了良好的綜合機(jī)械性能、切屑性能，可與鍛鋼媲美，同時(shí)，正火回火工藝是最環(huán)保、 節(jié)能、安全的熱處理工藝，且易操作，沒有使用鎳、鑰等元素，鑄件的生產(chǎn)成本沒有增加，且熱處理方案簡單易行，安全可靠，所獲得的鑄件具有更好的機(jī)械性能，適用于各種尺寸的大中小機(jī)械零部件。


圖I為本發(fā)明的正火回火工藝曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明要求確保球墨鑄鐵毛坯內(nèi)在質(zhì)量好、穩(wěn)定性好、組織致密無疏松、無缺陷、 少于2%的滲碳體。為了獲得優(yōu)質(zhì)的球墨鑄鐵毛坯，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，采用中頻感應(yīng)電爐熔煉；鑄造方法為鐵型覆砂生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明球墨鑄鐵爐料成分按重量百分比為碳(C) 3. 6 3. 9%、硅(Si) I. 8 2. 3%、錳(Mn) O. 2 O. 6%、磷(P) < O. 050%、硫(S) < O. 025%、銅(Cu)O. 4 O. 7%、稀土總量 O. 030 O. 070%、鎂(Mg)O. 030 O. 070%、其余為鐵。
完成澆注成型后，將鑄件按以下條件進(jìn)行熱處理正火溫度 870±30°C，保溫時(shí)間 I. 5±0. 5小時(shí)，冷卻方式噴霧冷卻10±5分鐘 450±50°C轉(zhuǎn)空冷，噴霧冷卻用水水溫40°C，下料溫度300±50°C;回火溫度580±20°C， 保溫時(shí)間2. 5±0.5小時(shí)。
銅在球墨鑄鐵中有很好的細(xì)化組織、增加珠光體含量、促進(jìn)石墨化的作用，用量少，是球墨鑄鐵生產(chǎn)廠家常用的合金元素。鐵模覆砂澆注可獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件毛坯，球化級別 I 3級、石墨大小5 8級、珠光體大于65%、滲碳體小于2%。對鑄件米取不完全奧氏體化正火，相變區(qū)采用噴霧冷卻有利于獲得細(xì)片狀珠光體基體，約450±50°C相變完成，采用空冷緩慢冷卻，以利用余熱實(shí)現(xiàn)自回火。要控制好噴霧的出水量和噴霧時(shí)間以及下料的溫度， 噴霧噴頭的直徑為I. 5毫米?；鼗鹛幚硎菫橄龤堄鄳?yīng)力、穩(wěn)定尺寸及性能。這樣處理的球墨鑄鐵毛坯，可使球墨鑄鐵本體組織非常細(xì)化和均勻分布，珠光體含量大于90%、少量破碎狀鐵素體、無滲碳體，抗拉強(qiáng)度> 850Mpa、延伸率> 5%、硬度HB240-320。
用上述熱處理工藝處理的某型號的4105增壓球墨鑄鐵曲軸，經(jīng)復(fù)合強(qiáng)化處理后， 極限疲勞彎矩可達(dá)2700Nm，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有牌號的球墨鑄鐵曲軸。
使用本發(fā)明生產(chǎn)的球墨鑄鐵件，可用于各種發(fā)動機(jī)零部件如曲軸、凸輪軸等，以及其它農(nóng)用機(jī)械、建筑機(jī)械等需承受高強(qiáng)度、高韌性的大中小零件材料。
實(shí)施例I :生產(chǎn)4105增壓柴油機(jī)曲軸爐料成分(重量％):碳 3. 75、硅 2. 09、猛 O. 38、硫 O. 018、磷 O. 042、銅 O. 54、鎂 O. 055、稀土總量 O. 040、其余為鐵。
熱處理工藝正火溫度890°C、保溫時(shí)間1. 5小時(shí)、噴霧時(shí)間8分鐘、460°C轉(zhuǎn)空冷、噴霧冷卻用水水溫 400C ;下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時(shí)間2小時(shí)獲得成品的機(jī)械性能
抗拉強(qiáng)度890N/mm2 延伸率6. 6% 硬度HB278。
實(shí)施例2生產(chǎn)4102增壓柴油機(jī)曲軸化學(xué)成分(重量％):碳 3. 74、硅 2. 01、錳 O. 42、硫 O. 024、磷 O. 039、銅 O. 58、鎂 O. 050、稀土總量 O. 036、其余為鐵。
熱處理工藝正火溫870°C、保溫時(shí)間I. 5小時(shí)、噴霧時(shí)間6分鐘、450°C轉(zhuǎn)空冷，噴霧冷卻用水水溫 40°C，下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時(shí)間2小時(shí)；獲得成品的機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度916N/mm2 延伸率6. 2% 硬度HB275。
實(shí)施例3生產(chǎn)485柴油機(jī)曲軸化學(xué)成分(重量％):碳 3. 80 硅 I. 94 錳O. 44 硫 O. 020 磷 O. 040 銅 O. 50 鎂O. 055、稀土總量O. 038熱處理工藝正火溫度860°C、保溫時(shí)間I小時(shí)、噴霧時(shí)間6分鐘、440°C轉(zhuǎn)空冷、噴霧冷卻用水水溫 400C ;下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時(shí)間2小時(shí)。
獲得成品的機(jī)械性能抗拉強(qiáng)度910Mpa 延伸率6. 6% 硬度HB280。
權(quán)利要求
1.一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述鑄造球墨鑄鐵毛坯采用鐵模覆砂生產(chǎn)工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述冷卻采用先噴霧冷卻、后空冷的二階段冷卻方式。
4.按照權(quán)利要求2所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述鐵模覆砂生產(chǎn)工藝，其工藝過程中的熔化工藝采用中頻感應(yīng)電爐熔煉。
5.按照權(quán)利要求2所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述鐵模覆砂生產(chǎn)工藝中爐料成分按重量百分比計(jì)為 碳3. 6 3. 9%、硅I. 8 2. 3%、錳0. 2 0.6%、磷 < 0. 050%、硫 < 0. 025%、銅 0. 4 0. 7%、稀土總量 0. 030 0. 070%、鎂 0. 030 0.070%，其余為鐵。
6.按照權(quán)利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述高溫不完全奧氏體化加熱參數(shù)為加熱溫度870±30°C，保溫I. 5±0. 5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述冷卻參數(shù)為噴霧冷卻10±5分鐘，450±50°C轉(zhuǎn)空冷，300±50°C下料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述噴霧冷卻用水的水溫為35±15°C。
9.按照權(quán)利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特征在于所述回火工藝的工藝參數(shù)為回火溫度580±20°C，保溫時(shí)間2. 5±0. 5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬熱處理工藝，更具體的講是一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝?？估瓘?qiáng)度≥850MPa，延伸率≥5%，硬度HB240～320，克服了傳統(tǒng)球墨鑄鐵材料韌性和塑性低的缺點(diǎn)，具備了良好的綜合機(jī)械性能、切屑性能，可與鍛鋼媲美，同時(shí)，正火回火工藝是最環(huán)保、節(jié)能、安全的熱處理工藝，且易操作，沒有使用鎳、鉬等元素，鑄件的生產(chǎn)成本沒有增加，且熱處理方案簡單易行，安全可靠，所獲得的鑄件具有更好的機(jī)械性能，適用于各種尺寸的大中小機(jī)械零部件。
文檔編號C21D5/00GK102978360SQ20121058872
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者張東, 李永真, 張之奎, 王守河, 張立平, 尹士文, 尹洪濱 申請人:濱州海得曲軸有限責(zé)任公司