CN1003178B

CN1003178B - 具有铁素体和贝氏体双相组织的钒钛球墨铸铁

Info

Publication number: CN1003178B
Application number: CN86104863A
Authority: CN
Inventors: 黄其华; 何宁; 陶小安
Original assignee: CASTING INST BEIJING INST OF MACHINE AND ELECTRICITY
Current assignee: CASTING INST BEIJING INST OF MACHINE AND ELECTRICITY
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1989-02-01
Also published as: CN86104863A

Abstract

本发明提供了一种含有Ｖ、Ｔｉ和Ｒｅ元素的新型球墨铸铁材料。其经预先退火得到全部铁素体组织，然后等温淬火得到铁素体和贝氏体双相组织的基体。这种材料由于Ｖ、Ｔｉ元素形成的确质点和细化晶粒的作用，耐磨性和强度较高，又由于大量铁素体的存在而具有高的韧性和低的硬度，从而加工性能较好。其适用于反复载荷条件下工作，接触载荷较大时承受滑动摩擦的零件，如齿轮、曲轴、链轮和凸轮轴等。

Description

具有铁素体和贝氏体双相组织的钒钛球墨铸铁

本发明涉及一种具有良好综合性能的球墨铸铁。特别是一种含有V、Ti和稀土元素并采用新的热处理工艺的球墨铸铁。

目前，国内外把高强度高韧性球墨铸铁用于接触载荷较大、承受滑动摩擦的零件，例如齿轮等。高强度高韧性球墨铸铁大多是以奥氏体贝氏体双相组织为基体的。这种组织中的贝氏体有良好的综合性能及高的强度及耐磨性。奥氏体的存在又使材料获得高的韧性。但是由于残余奥氏体数量是由温度控制的，奥氏体贝氏体双相组织的形成温度又较高（约350～450℃），所以奥氏体稳定性较小，不易获得较多的稳定的残余奥氏体，材料的韧性往往不能达到预想的效果，较高的淬火温度又给淬透性带来不良影响。另外，为了获得稳定的残余奥氏体，常常要在材料中加入Mo和Ni。这使材料的成本显著提高。

为了解决这些问题，目前有一种新的基体组织，即铁素体贝氏体双相组织。这种组织同时具有高的强度和韧性。日本专利申请J59104425所提出的材料的化学成分为：C：3.2～4.0%，Si：2.0～3.5%，Mn＜0.1%，P＜0.1%，S＜0.03%，Mg：0.02～0.06%。热处理过程为：将球墨铸铁加热到750℃至850℃之间，在这个温度下保持15～90分钟，然后在250～450℃介质中快速冷却，在此温度下保持30分钟以上。由此获得以铁素体和贝氏体为基体的球墨铸铁。其性能为：σb＝63.0kg/mm²，δ＝13.2%，HV＝198（折合HB＝198）。该日本专利未提及其接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的数值。

由于铁素体量可用控制奥氏体化的温度和时间来控制，所以材料的韧性、硬度可根据使用要求任意控制。尤其是得到高韧性或低硬度的球墨铸铁就容易得多了，并且由于淬火温度较低，这种材料的淬透性要比奥氏体贝氏体球墨铸铁优越。同时不需加入Ni、Mo等合金，使铸件的成本也比奥贝降低20～60%。

但该日本专利金相组织分布为，铁素体包围在石墨球周围，贝氏体分布在铁素体之间。由于石墨球近似基体中的孔洞，铁素体强度又较低，因此在铁素体包围石墨球的情况下，表现出石墨球对基体有较大的削弱作用。

本发明的目的在于提供一种新的合金球墨铸铁材料及制造方法。这种球墨铸铁含有铁素体和贝氏体。它同时具有高的接触强度、韧性、耐磨性和低的硬度。并且价格低廉，其成本与普通球铁相当或稍高但不大于5%。

本发明所提供的球墨铸铁材料的化学成分为：C∶3.0～4.2%，Si∶2.5～4.0%，Mn＜1.0%、P＜0.1%，S＜0.05%，Pe∶0.02～0.2%，Mg∶0.02～0.08%、V∶0.15～0.5%、Ti∶0.05～0.3%、其余为Fe。热处理过程为：预先在780～940℃温度区间内退火，在此温度内保温30～180分钟，随炉冷却获得全部铁素体基体组织。然后再将铸件加热到780～920℃，并在此温度保温10～60分钟，获得铁素体加奥氏体组织，然后快速冷却到250～300℃，在此温度下保温30～60分钟，得到由贝氏体构成骨架，中间夹有弥散状铁素体的基体组织，贝氏体包围石墨球生长，这种铁素体加贝氏体球墨铸铁比日本专利申请J59104425增加了预处理（退火）工序，使等温淬火加热以前的原始组织是全部铁素体。淬火所得到的贝氏体紧紧围绕在石墨球周围，形成强度很高的连续的贝氏体骨架。这样不仅进一步减轻了石墨球给基体造成的削弱作用，而且从整体上可以减轻由于铁素体的存在而导致材料强度和耐磨性降低的不良影响。

这种钒钛球墨铸铁可由钒钛生铁直接配料熔制。其熔炼处理过程与普通球铁完全一致。值得提出的是：为保证良好的球化效果，钒钛球墨铸铁必须含有稀土元素，用以抑制Ti的反球化作用。

本发明所提出的材料由于其中含有Ti元素，大大细化了石墨及奥氏体晶粒，使材料的强度得到了提高。另外，V、Ti元素在基体上形成许多弥散分布的碳化物。这种V、Ti碳化物硬质点具有很高的抗磨性能，这就弥补了普通铁素体和贝氏体球墨铸铁由于失去了马氏体效应而产生的耐磨性及接触疲劳强度下降的缺点。同时仍保持着很高的韧性。

以下结合附图举例进行详细描述。

图1是本发明的一次实际热处理工艺过程图。

图2是相应的金相组织示意图。

与之对应的化学成分是：C3.6%、Si3.48%、Mn0.14%、P0.054%、S0.024%、Re0.04%、Mg0.047%、V0.036%、Ti0.090%。

常规机械性能为：σb＝111kg/mm²，δ＝8.6%，HRC32，接触疲劳强度＞1195Ma，弯曲疲劳强度＞407MPa。

Claims

1、一种高强度、高韧性具有铁素体和贝氏体双相组织的钒钛球墨铸铁，其化学成分中含C3.0～4.2%、Si2.5～4.0%、Mn＜1.0%、P＜0.1%、S＜0.05%、Re0.02～0.2%、Mg0.02～0.08%、V0.15～0.5%、Ti0.05～0.3%，其余为铁，且其热处理过程为预先在780～940℃温度区间内退火，在此温度内保温30～180分钟后炉冷，然后进行等温淬火，将铸件加热到780～920℃，并在此温度保温10～60分钟，然后快速冷却到250～300℃，在此温度下保温30～60分钟。