本發(fā)明屬于鑄鐵熱處理工藝領(lǐng)域，具體地說，涉及一種高鉻鑄鐵磨球及其熱處理方法。
背景技術(shù)：
高鉻鑄鐵是現(xiàn)今最好的耐磨材料，具有高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性，其含鉻量在10～30％之間，具有很好的淬透性；淬火冷卻時(shí)，如果冷卻速度過快，會(huì)產(chǎn)生淬火裂紋；風(fēng)冷、空冷冷速過慢，需要加入一些貴重合金元素，但冷各部分卻不均勻，淬火后硬度偏低；現(xiàn)有技術(shù)中采用油冷卻時(shí)需要選用粘度、閃點(diǎn)低的慢速淬火油，這種淬火油易老化、成本高、污染嚴(yán)重、起火危險(xiǎn)性高，是節(jié)能環(huán)保安全的重點(diǎn)控制對象；現(xiàn)有技術(shù)中也有采用高分子水溶性聚合物作為淬火介質(zhì)，通過調(diào)整該淬火液的濃度，并有效控制冷速，能使冷卻速度控制在風(fēng)冷與油冷之間、甚至與油冷速度相當(dāng)。
中國專利申請?zhí)?01410740606.9，公開日2016年6月29日的專利申請文件，公開了一種高鉻鑄鐵的熱處理工藝，包括以下步驟：a、退火處理，將需處理工件在重溫下裝入熱處理爐，然后隨爐緩慢升溫至400℃左右進(jìn)行保溫l～2h，隨后將爐溫升至600℃再進(jìn)行保溫1～2h，之后以不超過150℃/h的溫升速度，將爐溫快速升至950℃后進(jìn)行2～3h的保溫，而后停止加熱；b、淬火處理，將機(jī)械加工后的工件室溫裝爐，以小于80℃/h的溫升速度將爐溫升至600℃，之后以不超過150℃/h的溫升速度將爐溫升至淬火溫度950？980℃后進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間為2～4h，而后將工件快速出爐進(jìn)行空冷；c、進(jìn)行回火處理。
中國專利申請?zhí)?01410131551.1，公開日2014年7月2日的專利文件，公開了一種高鉻鑄鐵耐磨球在水基介質(zhì)中熱處理的分級等溫淬火工藝方法，將高鉻鑄鐵耐磨球加熱到850～1050℃，保溫2～4小時(shí)，實(shí)現(xiàn)奧氏體化；將高鉻鑄鐵耐磨球放入到質(zhì)量濃度為5％～25％水基淬火劑中淬火；將高鉻鑄鐵耐磨球取出放入到220～300℃的等溫爐中等溫2～4小時(shí)；取出高鉻鑄鐵耐磨球空冷到室溫。在耐磨球的熱處理工藝使用水基淬火介質(zhì)，通過加入不同冷卻速度的水基淬火劑同時(shí)控制淬火介質(zhì)的濃度來控制合適的淬火速度，并采用分級淬火和等溫淬火工藝，使淬火后的耐磨球比應(yīng)用普通淬火介質(zhì)和淬火工藝生產(chǎn)的耐磨球具有更理想的綜合效果，同時(shí)還能降低耐磨球的熱處理成本，改善熱處理的環(huán)保條件。
上述兩份專利(申請)公開的技術(shù)方案仍不能滿足高鉻鑄鐵磨球在淬火冷卻階段的穩(wěn)定性，故其所加工磨球質(zhì)量不能進(jìn)一步提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
1、要解決的問題
針對現(xiàn)有高鉻鑄鐵磨球的熱處理工藝存在冷卻方式不穩(wěn)定、污染、危險(xiǎn)等的問題，本發(fā)明提供一種高鉻鑄鐵磨球及其熱處理方法，其冷卻穩(wěn)定，從而能夠提供一種高質(zhì)量高鉻鑄鐵磨球，同時(shí)具有安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
2、技術(shù)方案
為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
一種高鉻鑄鐵磨球的熱處理方法，包括如下步驟：
s1.預(yù)處理，在溫度為600～890℃時(shí)保溫，保溫時(shí)間為2～10小時(shí)；
s2.淬火處理，加熱至950～1180℃，保溫3～6小時(shí)，放入淬火介質(zhì)中浸入時(shí)間t，冷卻至150～350℃，從淬火介質(zhì)中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
s3.回火處理，加熱至440～578℃后，保溫6～10小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫。
優(yōu)選地，步驟s2中所述的浸入時(shí)間t與鑄件模數(shù)v/s所得值對應(yīng)，即∣t∣＝∣v/s∣，t的單位為min，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數(shù)，單位為mm。
優(yōu)選地，步驟s2中加熱至{950+(a-5b-4)×18.75}℃后放入冷卻介質(zhì)中，a表示高鉻鑄鐵磨球中cr的質(zhì)量百分比的100倍，b表示高鉻鑄鐵磨球中c的質(zhì)量百分比的100倍，若(a-5b-4)＜0，則取(a-5b-4)＝0。
優(yōu)選地，步驟s3中加熱至{440+(a-5b-4)×11.25}℃后在空氣中冷卻至室溫，若(a-5b-4)＜0，則取(a-5b-4)＝0。
優(yōu)選地，所述的高鉻鑄鐵磨球中鉻cr含量為11.4～27.52％，碳c含量為2.25～2.65％。
優(yōu)選地，所述的淬火介質(zhì)采用高分子聚合物，具體型號為kr8180水溶性聚合物。
優(yōu)選地，所述的高分子聚合物與水調(diào)配成水基淬火介質(zhì)，其中高分子聚合物占溶液的重量15％～30％。
優(yōu)選地，步驟s2中所述的淬火介質(zhì)溫度為20～60℃。
一種高鉻鑄鐵磨球，采用上述一種高鉻鑄鐵磨球的熱處理方法制造。
3、有益效果
相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明采用了精確的熱處理工藝，保證的高鉻鑄鐵的組織均勻、韌性，其硬度達(dá)到了最佳的值，使其組織在可控制的范圍，特別是殘留奧氏體的含量得到了有效控制，可根據(jù)不同的使用工作環(huán)境來調(diào)整組織的搭配；
(2)本發(fā)明采用新型水溶性的淬火介質(zhì)，可有效的控制了冷卻速度，并是一種環(huán)保、安全的淬火介質(zhì)，消除了油淬的起火、污染的危害，消耗量比油降低了20％，制造成本下降；
(3)本發(fā)明采用水基高分子淬火介質(zhì)具有1、無逆溶性，使用溫度范圍寬；2、冷速均勻性良好，工件無冷卻死角；3、合適濃度下，工件可以浸冷到200℃以下或者液溫再出液，開裂風(fēng)險(xiǎn)?。?、消耗量小(2～3kg/t)等優(yōu)點(diǎn)；
(4)本發(fā)明淬火介質(zhì)采用kr8180水溶性聚合物水溶液，該物質(zhì)具有無逆溶性、使用溫度范圍寬、冷卻均勻性良好、合適濃度下工件可以浸冷到200℃以下或者液溫再出液、開裂風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn)；
(5)本發(fā)明淬火介質(zhì)的濃度根據(jù)磨球含鉻量及鑄件的模數(shù)大小選擇，磨數(shù)越高、含鉻量越高，鑄件的導(dǎo)熱性降低、淬火應(yīng)力越大，故選擇冷速較為緩慢的冷卻方式；濃度高的水溶液的冷卻特性將更為緩慢些，能確保淬火后磨球質(zhì)地均勻；
(6)本發(fā)明淬火介質(zhì)的溫度選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的模數(shù)v/s來確定，模數(shù)越大，淬火介質(zhì)溫度要求設(shè)定的高一些，一般在40～60℃，模數(shù)越小，可將溫度設(shè)定的低一些，在20～40℃，一般以模數(shù)1為臨界值；淬火介質(zhì)的溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢些，能有效減少淬裂風(fēng)險(xiǎn)；
(7)本發(fā)明均質(zhì)化處理中保溫時(shí)間由鑄件中鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)來確定，因而能夠提高鑄件后續(xù)淬火的淬透性，降低應(yīng)力不均勻的不利影響。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行描述。
實(shí)施例1
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為11.4％、碳c含量為2.65％，v/s＝1mm，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數(shù)，采用如下熱處理方法：
s1.預(yù)處理，按100℃/h升溫速率加熱至890℃，保溫2小時(shí)；
選擇保溫2小時(shí)是以鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)確定的；經(jīng)顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態(tài)組織奧氏體含量較小，為5％左右，為充分提高磨球的淬透性，均勻內(nèi)部應(yīng)力，因而在溫度890℃確定保溫時(shí)間2小時(shí)；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續(xù)加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+0×18.75＝950℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，則(a-5b-4)取值0，保溫6小時(shí)，放入kr8180水溶性聚合物濃度為15％、溫度40℃的冷卻介質(zhì)中浸入時(shí)間1min，冷卻至150-200℃后，從淬火介質(zhì)中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實(shí)施例淬火介質(zhì)采用型號為kr8180水溶性淬火介質(zhì)，其水溶液濃度選擇20％，是根據(jù)高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實(shí)施例中磨球含鉻量為11.4％，鑄件的導(dǎo)熱性較好、淬火應(yīng)力小，故選擇濃度為15％的kr8180水溶性淬火介質(zhì)，冷速較為適中，使磨球淬火后硬度均勻；
本實(shí)施例中磨球體積與表面積之比v/s＝1，數(shù)值較小，故將淬火介質(zhì)的溫度設(shè)定位40℃，而淬火介質(zhì)溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，可減少淬裂風(fēng)險(xiǎn)；
s3.回火處理，加熱至440+0×11.25＝440℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，則(a-5b-4)取值0，保溫6小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫。
本實(shí)施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達(dá)到65.2hrc，回火硬度達(dá)到62.5hrc，無裂紋，穩(wěn)定性高。
實(shí)施例2
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為17.5％、碳c含量為2.38％，v/s＝1.5，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數(shù)，采用如下熱處理方法：
s1.預(yù)處理，按100℃/h升溫速率加熱至溫度700℃，保溫6小時(shí)；
選擇保溫6小時(shí)是以鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)確定的；經(jīng)顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態(tài)組織奧氏體含量在10％左右，為充分提高磨球的淬透性，均勻內(nèi)部應(yīng)力，因而在溫度700℃確定保溫時(shí)間6小時(shí)；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續(xù)加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+(17.5-5×2.38-4)×18.75＝980℃后，保溫4小時(shí)，放入kr8180水溶性聚合物濃度為22％、溫度60℃的冷卻介質(zhì)中浸入時(shí)間1.5min，冷卻至250-300℃后，從淬火介質(zhì)中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實(shí)施例淬火介質(zhì)采用型號為kr8180水溶性淬火介質(zhì)，其水溶液濃度選擇22％，是根據(jù)高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實(shí)施例中磨球含鉻量為17.5％，鑄件的導(dǎo)熱性較低、淬火應(yīng)力較大，故選擇濃度為22％的kr8180水溶性淬火介質(zhì)，冷速較慢，使磨球淬火后硬度均勻；
本實(shí)施例中磨球體積與表面積之比v/s＝1.5，數(shù)值較大，故將淬火介質(zhì)的溫度設(shè)定位60℃，而淬火介質(zhì)溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，可減少淬裂風(fēng)險(xiǎn)；
s3.回火處理，加熱至440+(17.5-5×2.38-4)×11.25＝458℃后，保溫8小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫。
本實(shí)施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達(dá)到63.7hrc，回火硬度達(dá)到61.8hrc，無裂紋，穩(wěn)定性高。
實(shí)施例3
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為27.52％、碳c含量為2.25％，v/s＝0.8，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積；采用如下熱處理方法：
s1.預(yù)處理，按100℃/h升溫速率加熱至溫度600℃，保溫10小時(shí)；
選擇保溫10小時(shí)是以鑄態(tài)組織結(jié)構(gòu)確定的；經(jīng)顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態(tài)組織奧氏體含量較大，占20％以上，為充分提高磨球的淬透性，均勻內(nèi)部應(yīng)力，因而在溫度600℃確定保溫時(shí)間10小時(shí)；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續(xù)加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+(27.52-5×2.25-4)×18.75≈1180℃后，保溫3小時(shí)，放入kr8180水溶性聚合物濃度為30％、溫度20℃的冷卻介質(zhì)中浸入時(shí)間0.8min，冷卻至200-250℃后，從淬火介質(zhì)中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實(shí)施例淬火介質(zhì)采用型號為kr8180水溶性淬火介質(zhì)，其水溶液濃度選擇30％，是根據(jù)高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實(shí)施例中磨球含鉻量為27.52％，鑄件的導(dǎo)熱性低、淬火應(yīng)力大，故選擇濃度為30％的kr8180水溶性淬火介質(zhì)，冷速慢，使磨球淬火后硬度均勻；
本實(shí)施例中磨球體積與表面積之比v/s＝0.8，數(shù)值小，故將淬火介質(zhì)的溫度設(shè)定位20℃，而淬火介質(zhì)溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，但在確保淬裂風(fēng)險(xiǎn)前提下適當(dāng)降低溫度可以提高淬火效率；
s3.回火處理，加熱至440+(27.52-5×2.25-4)×11.25≈578℃后，保溫10小時(shí)，在空氣中冷卻至室溫。
本實(shí)施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達(dá)到61.7hrc，回火硬度達(dá)到60.5hrc，無裂紋，穩(wěn)定性高。
本發(fā)明是通過高鉻鑄鐵的奧氏體化溫度的選擇，淬火工藝參數(shù)的確定，以及高分子水溶性淬火介質(zhì)的濃度配制，做到控時(shí)、控溫的冷卻工藝，以獲得穩(wěn)定性高，硬度及耐磨性能良好的磨球產(chǎn)品。