本發(fā)明屬于灰鑄鐵表面處理領(lǐng)域，特別涉及一種灰鑄鐵表面超細球墨化處理方法。

背景技術(shù)：

玻璃模具是用于玻璃制品成型的工具，其性能特性和內(nèi)腔的表面質(zhì)量在很大程度上決定了玻璃制品的成型質(zhì)量。玻璃成形溫度在1100℃以上，高于玻璃液相線，玻璃模具內(nèi)腔頻繁地與高溫熔融玻璃接觸，這就對其耐熱性提出了很高要求。同時，為保證較高的生產(chǎn)機速和生產(chǎn)效率，熔融玻璃冷卻時需要迅速通過模具將熱量傳遞出去，要求材料具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性。此外，模具開合過程中，玻璃制品還會不可避免地與模具內(nèi)腔發(fā)生磕碰和摩擦，造成內(nèi)腔表面光潔度下降，產(chǎn)生變形和倒棱，甚至造成模具報廢。因此，玻璃模具材料還應(yīng)具備一定的強度和耐磨性。服役過程中，玻璃模具不停地在大氣條件下經(jīng)歷高低溫?zé)嵫h(huán)，要求其兼?zhèn)鋬?yōu)異的耐熱疲勞性和抗氧化性。

灰鑄鐵作為傳統(tǒng)的金屬材料，由于其優(yōu)良的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的切削加工性能和相對低廉的價格而被廣泛應(yīng)用于制造玻璃模具。然而，灰鑄鐵的抗氧化性和耐熱疲勞性較差，模具內(nèi)腔部位易在服役時產(chǎn)生較厚的氧化皮或熱疲勞開裂而發(fā)生龜裂現(xiàn)象。

現(xiàn)有的方法多采用在模具內(nèi)腔熱噴涂鎳基自熔性合金粉末或鑲鑄異種金屬實現(xiàn)復(fù)合，一定程度上提高了模具使用性能，但前者噴涂層在使用過程中容易發(fā)生脫落，后者易存在異種金屬界面應(yīng)力大和工藝復(fù)雜等缺點。在文獻(“多元合金化D型石墨鑄鐵玻璃模具的研究”合肥工業(yè)大學(xué)碩士論文)中玻璃模具鑄造時，添加適量V、Ti等合金元素并在模具內(nèi)腔采用冷鐵激冷可以獲得D型石墨鑄鐵，但其本質(zhì)上仍為片狀石墨，石墨端部存在應(yīng)力集中，且合金元素的添加和冷鐵的使用增加了模具生產(chǎn)成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種灰鑄鐵表面超細球墨化處理方法，該方法的特點是處理后的灰鑄鐵主體部位石墨仍為片層狀，具備優(yōu)異的導(dǎo)熱性，而表層得到超細球墨，耐熱疲勞性和抗氧化性較強。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

一種灰鑄鐵表面超細球墨化處理方法，步驟如下：

步驟1、采用激光表面熔凝處理對灰鑄鐵表面進行重熔，獲得白口表層；

步驟2、對激光表面熔凝處理后的灰鑄鐵進行石墨化退火，使白口表層石墨化，得到超細球墨化處理層。

其中，步驟1中，選用的灰鑄鐵的成分為：C：3.3％～3.6％，Si：2.0％～2.4％，Mn：0.5％～0.8％，P：<0.1％，S：<0.1％，其余為Fe。

步驟1中，激光表面熔凝處理采用連續(xù)波光纖激光器進行，激光功率為1500～2500W，掃描速度10～20mm/s，離焦量15-25mm。

步驟2中，石墨化退火溫度為750℃～950℃，退火時間為1～4h。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點是：

(1).采用激光進行表面熔凝處理，高效、環(huán)保且勞動強度低；

(2).不需要額外添加合金元素或其他耗材，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本；

(3).可以通過改變激光參數(shù)控制表面超細球墨化處理層的厚度，自動化程度高且可控性強；

(4).由于表面超細球墨化處理層和基材成分幾乎沒有差異，有利于減小界面結(jié)合和界面應(yīng)力問題；

(5).采用激光表面熔凝處理+石墨化退火產(chǎn)生的石墨，尺寸遠小于液態(tài)凝固形成的球墨，且形核率更高，更有利于弱化石墨相對基體的割裂作用，提高抗氧化性和耐熱疲勞性能。

具體實施方式

本發(fā)明的原理是：首先，通過高功率密度的激光使灰鑄鐵表面發(fā)生重熔，利用金屬自身優(yōu)異的導(dǎo)熱性獲得極快的冷卻速度，得到均勻細密的表面熔凝層，其組織主要為馬氏體、滲碳體和殘余奧氏體，片狀石墨分解且碳原子以固溶形式或碳化物形式存在。在隨后的石墨化退火過程中，利用固態(tài)相變，使碳原子重新以石墨形式析出。由于激光表面熔凝后的處理層組織細小，存在大量晶體缺陷如致密發(fā)達的枝晶界、位錯和第二相質(zhì)點等，為碳原子的石墨化提供了大量形核位置，顯著提高了形核率。另外，由于采用的灰鑄鐵碳和硅含量較高，有利于促進石墨化過程。枝晶間偏析的碳和合金元素也形成了大量成分過冷區(qū)域，促進石墨化。最終，獲得了尺寸細小且呈均勻彌散分布的球狀石墨。

本發(fā)明采用的灰鑄鐵的成分為：C：3.3％～3.6％，Si：2.0％～2.4％，Mn：0.5％～0.8％，P：<0.1％，S：<0.1％，其余為Fe。

實施例1

用砂紙將灰鑄鐵(灰鑄鐵的含碳量為3.57wt％，含硅量2.00wt％)表面打磨光滑，并用酒精和丙酮清洗干凈后干燥。設(shè)置激光功率P＝2000W，掃描速度v＝15mm/s，離焦量z＝18mm，對灰鑄鐵進行激光表面熔凝處理，處理時側(cè)吹A(chǔ)r氣體保護，出氣速率為25L/min。

激光表面熔凝處理后，將試樣放入950℃電阻爐中，保溫4h后爐冷，待溫度降到400-500℃以下取出空冷。

采用實施例1處理后的灰鑄鐵的主要特征及性能如表1所示。

實施例2

用砂紙將灰鑄鐵(灰鑄鐵的含碳量為3.52wt％，含硅量2.08wt％)表面打磨光滑，并用酒精和丙酮清洗干凈后干燥。設(shè)置激光功率P＝1800W，掃描速度v＝18mm/s，離焦量z＝16mm，對灰鑄鐵進行激光表面熔凝處理，處理時側(cè)吹A(chǔ)r氣體保護，出氣速率為25L/min。

激光表面熔凝處理后，將試樣放入900℃電阻爐中，保溫4h后爐冷，待溫度降到400-500℃以下取出空冷。

采用實施例2處理后的灰鑄鐵的主要特征及性能如表1所示。

實施例3

用砂紙將灰鑄鐵(灰鑄鐵的含碳量為3.48wt％，含硅量2.12wt％)表面打磨光滑，并用酒精和丙酮清洗干凈后干燥。設(shè)置激光功率P＝2200W，掃描速度v＝14mm/s，離焦量z＝20mm，對灰鑄鐵進行激光表面熔凝處理，處理時側(cè)吹A(chǔ)r氣體保護，出氣速率為25L/min。

激光表面熔凝處理后，將試樣放入850℃電阻爐中，保溫4h后爐冷，待溫度降到400-500℃以下取出空冷。

采用實施例3處理后的灰鑄鐵的主要特征及性能如表1所示。

表1灰鑄鐵表面超細球墨化處理后的主要特征及性能

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