CN102978360A

CN102978360A - 一种qt850-5球墨铸铁热处理工艺

Info

Publication number: CN102978360A
Application number: CN2012105887277A
Authority: CN
Inventors: 张东; 李永真; 张之奎; 王守河; 张立平; 尹士文; 尹洪滨
Original assignee: Binzhou Head Crankshaft Co Ltd
Current assignee: Binzhou Head Crankshaft Co Ltd
Priority date: 2012-12-29
Filing date: 2012-12-29
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-29
Also published as: CN102978360B

Abstract

本发明涉及一种金属热处理工艺，更具体的讲是一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，包括下述步骤：铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺。抗拉强度≥850MPa，延伸率≥5%，硬度HB240～320，克服了传统球墨铸铁材料韧性和塑性低的缺点，具备了良好的综合机械性能、切屑性能，可与锻钢媲美，同时，正火回火工艺是最环保、节能、安全的热处理工艺，且易操作，没有使用镍、钼等元素，铸件的生产成本没有增加，且热处理方案简单易行，安全可靠，所获得的铸件具有更好的机械性能，适用于各种尺寸的大中小机械零部件。

Description

一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺

技术领域

本发明涉及一种金属热处理工艺，更具体的讲是一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺。

背景技术

球墨铸铁是用于生产发动机曲轴等零部件的最常用材料。在我国球墨铸铁的国家标准中，高牌号材料QT800-2和QT900-2，以及实际生产中已有的QT800-3、QT850-2、QT900-3等非标材料，普遍采用正火态获得，韧性、塑性不够高，不能很好地用于高端产品的复合强化处理。一些发动机主机厂对曲轴用球墨铸铁材料提出更高要求，需达到QT850-5以上，在获取较高的抗拉强度的同时，提高延伸率。

目前，在国内处于先进铸造水平的技术中，玉柴股份有限公司的QT800-6韧性材料，是通过钙钡元素合金化浇注成型后对铸件采取正火和回火处理，使金相组织为珠光体大于90%、无渗碳体等，铸件本体抗拉强度≥800Mpa、延伸率≥6%的指标。采用这种工艺来生产的球墨铸铁件，虽延伸率提高了一个等级，但抗拉强度受到一定的局限。

为了获得球墨铸铁高抗拉强度以及好的韧性，满足市场的要求，在不增加铸造成本以及设备成本的基础上，寻找更好的方便易行的热处理工艺。

发明内容

针对以上不足，本发明提供了一种能够得到高抗拉强度以及好的韧性的QT850-5球墨铸铁热处理工艺。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，包括下述步骤：铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺。

其中高温不完全奥氏体化加热和冷却为正火工艺。

上述铸造球墨铸铁毛坯采用铁模覆砂生产工艺，铁模覆砂浇注可获得优质的铸件毛坯，球化级别1～3级、石墨大小5～8级、珠光体大于65%、渗碳体小于2%。

上述冷却步骤为先喷雾后空冷的二阶段冷却方式，采用相变区喷雾冷却有利于获得细片状珠光体基体。

上述铁模覆砂生产工艺，其工艺过程中的熔化工艺是采用中频感应电炉熔炼。

上述铁模覆砂生产工艺中炉料成分按重量百分比计为：碳3.6～3.9%、硅1.8～2.3%、锰0.2～0.6%、磷＜0.050%、硫＜0.025%、铜0.4～0.7%、稀土总量0.030～0.070%、镁0.030～0.070%、其余为铁。

铜在球墨铸铁中有很好的固熔强化作用，同时能细化组织、增加珠光体含量、促进石墨化，用量少。

上述高温不完全奥氏体化加热参数为：加热温度870±30℃，保温1.5±0.5小时。

上述冷却参数：喷雾冷却10±5分钟后，450±50℃转空冷，300±50℃下料；喷雾冷却用水的水温为35±15℃。

上述回火工艺的工艺参数为：回火温度580±20℃，保温时间2.5±0.5小时，回火处理是为消除残余应力、稳定尺寸及性能。

上述工艺处理的球墨铸铁毛坯，可使球墨铸铁本体组织非常细化和均匀分布，珠光体含量大于90%、少量破碎状铁素体、无渗碳体，抗拉强度≥850Mpa、延伸率≥5%、硬度HB240-320。

本发明的有益效果为：采用上述技术方案生产的球墨铸铁，铸件本体抗拉强度≥850Mpa，延伸率≥5%，硬度HB240～320，克服了传统球墨铸铁材料韧性和塑性低的缺点，具备了良好的综合机械性能、切屑性能，可与锻钢媲美，同时，正火回火工艺是最环保、节能、安全的热处理工艺，且易操作，没有使用镍、钼等元素，铸件的生产成本没有增加，且热处理方案简单易行，安全可靠，所获得的铸件具有更好的机械性能，适用于各种尺寸的大中小机械零部件。

附图说明

图1为本发明的正火回火工艺曲线示意图。

具体实施方式

本发明要求确保球墨铸铁毛坯内在质量好、稳定性好、组织致密无疏松、无缺陷、少于2%的渗碳体。为了获得优质的球墨铸铁毛坯，严格控制化学成分，采用中频感应电炉熔炼；铸造方法为铁型覆砂生产工艺。

本发明球墨铸铁炉料成分按重量百分比为：

碳（C）3.6～3.9%、硅（Si）1.8～2.3%、锰（Mn）0.2～0.6%、磷（P）＜0.050%、硫（S）＜0.025%、铜（Cu）0.4～0.7%、稀土总量0.030～0.070%、镁（Mg）0.030～0.070%、其余为铁。

完成浇注成型后，将铸件按以下条件进行热处理：

正火温度 870±30℃，保温时间 1.5±0.5小时，冷却方式喷雾冷却10±5分钟450±50℃转空冷，喷雾冷却用水水温40℃，下料温度 300±50℃；回火温度 580±20℃，保温时间 2.5±0.5小时。

铜在球墨铸铁中有很好的细化组织、增加珠光体含量、促进石墨化的作用，用量少，是球墨铸铁生产厂家常用的合金元素。铁模覆砂浇注可获得优质的铸件毛坯，球化级别1～3级、石墨大小5～8级、珠光体大于65%、渗碳体小于2%。对铸件采取不完全奥氏体化正火，相变区采用喷雾冷却有利于获得细片状珠光体基体，约450±50℃相变完成，采用空冷缓慢冷却，以利用余热实现自回火。要控制好喷雾的出水量和喷雾时间以及下料的温度，喷雾喷头的直径为1.5毫米。回火处理是为消除残余应力、稳定尺寸及性能。这样处理的球墨铸铁毛坯，可使球墨铸铁本体组织非常细化和均匀分布，珠光体含量大于90%、少量破碎状铁素体、无渗碳体，抗拉强度≥850Mpa、延伸率≥5%、硬度HB240-320。

用上述热处理工艺处理的某型号的4105增压球墨铸铁曲轴，经复合强化处理后，极限疲劳弯矩可达2700Nm，远高于现有牌号的球墨铸铁曲轴。

使用本发明生产的球墨铸铁件，可用于各种发动机零部件如曲轴、凸轮轴等，以及其它农用机械、建筑机械等需承受高强度、高韧性的大中小零件材料。

实施例1：

生产4105增压柴油机曲轴

炉料成分（重量%）：

碳3.75、硅2.09、锰0.38、硫0.018、磷0.042、铜0.54、镁0.055、稀土总量0.040、其余为铁。

热处理工艺：

正火温度890℃、保温时间1.5小时、喷雾时间8分钟、460℃转空冷、喷雾冷却用水水温40℃；下料温度 300±50℃；

回火温度 580℃、保温时间 2小时

获得成品的机械性能：

抗拉强度890N/mm² 延伸率6.6% 硬度HB278。

实施例2

生产4102增压柴油机曲轴

化学成分（重量%）：

碳3.74、硅2.01、锰0.42、硫0.024、磷0.039、铜0.58、镁0.050、稀土总量0.036、其余为铁。

热处理工艺：

正火温870℃、保温时间1.5小时、喷雾时间6分钟、450℃转空冷，喷雾冷却用水水温40℃，下料温度300±50℃；

回火温度580℃、保温时间 2小时；

获得成品的机械性能：

抗拉强度916N/mm² 延伸率6.2% 硬度HB275。

实施例3

生产485柴油机曲轴

化学成分（重量%）：

碳3.80 硅1.94 锰0.44 硫0.020 磷0.040 铜0.50 镁0.055、稀土总量0.038

热处理工艺：

正火温度860℃、保温时间1小时、喷雾时间6分钟、440℃转空冷、喷雾冷却用水水温40℃；下料温度 300±50℃；

回火温度580℃、保温时间2小时。

获得成品的机械性能：

抗拉强度910Mpa 延伸率6.6% 硬度HB280。

Claims

1.一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，包括下述步骤：铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺。

2.按照权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述铸造球墨铸铁毛坯采用铁模覆砂生产工艺。

3.根据权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述冷却采用先喷雾冷却、后空冷的二阶段冷却方式。

4.按照权利要求2所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述铁模覆砂生产工艺，其工艺过程中的熔化工艺采用中频感应电炉熔炼。

5.按照权利要求2所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述铁模覆砂生产工艺中炉料成分按重量百分比计为：碳3.6～3.9%、硅1.8～2.3%、锰0.2～0.6%、磷＜0.050%、硫＜0.025%、铜0.4～0.7%、稀土总量0.030～0.070%、镁0.030～0.070%，其余为铁。

6.按照权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述高温不完全奥氏体化加热参数为：加热温度870±30℃，保温1.5±0.5小时。

7.根据权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述冷却参数为：喷雾冷却10±5分钟，450±50℃转空冷，300±50℃下料。

8.根据权利要求7所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述喷雾冷却用水的水温为35±15℃。

9.按照权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于：所述回火工艺的工艺参数为：回火温度580±20℃，保温时间2.5±0.5小时。