CN103937945A - 球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，a、将处于室温的球墨铸铁活塞铸件装入电炉，加热至620～680℃、保温1～2h；b、再加热至920±10℃、保温2±0.5h；c、降温至850～880℃、保温1±0.1h；d、出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间控制在10～20s，使球墨铸铁活塞铸件降温至600～750℃，从水溶剂冷却介质中取出；e、将球墨铸铁活塞铸件置于空气中，自然冷却；g、对空冷到室温后的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。本发明对于结构复杂、壁厚不均匀、且珠光体含量要求极高的球墨铸铁件的热处理工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺及其用途，属于球墨铸铁铸件热处理工艺技术领域。
背景技术
珠光体型球墨铸铁具有较高强度、耐磨性，低韧性，适于对强度要求较高的零部件，在车辆的结构件上得到广泛应用。
常规的球墨铸铁的珠光体强化通常采用正火工艺，即在球铁件的奥氏体化后，经过一段时间的保温，出炉后立即空冷、风冷或雾冷，使基体转变为珠光体组织，达到提高硬度、强度和耐磨性的效果。墨铸铁正火加热温度一般控制在800～900℃，过高的正火温度不能增加珠光体数量，反而引起奥氏体晶粒粗大，使碳溶入奥氏体的数量过多，冷却时容易在晶界析出网状二次渗碳体，使球铁件的强度和韧性变差，而过低的正火温度就不能得到均匀一致的奥氏体。
针对材质为QT700-2的内燃机活塞，其基体组织珠光体含量要求≥90%，硬度要求HB225～305，故需对铸件毛坯进行珠光体强化的热处理工艺。由于球墨铸铁活塞铸件结构复杂、壁厚悬殊，且厚大部位芯部冷却极为缓慢，另外吹风或喷雾过程中容易出现吹风或喷雾的死角位置。故传统的正火工艺，无论空冷、风冷还是雾冷，由于其冷却能力均有限，使球墨铸铁活塞铸件热处理后基体组织中珠光体含量极不稳定，在同一铸件的不同部位以及铸件表面与芯部的珠光体含量不均匀，大多是介于在40%到80%之间，不能满足高珠光体含量的要求。
淬火是球墨铸铁奥氏体化，在保温一定时间，再置入油槽或其他介质中，已足够快的速度冷却，抑制珠光体和铁素体的形成，使得低温奥氏体在Ms点温度以下转变成马氏体，获得最大硬度。
而等温淬火是将铸件加热使其奥氏体并均匀化后，使之快冷到贝氏体温度区间（260～400℃），放入温度稍高于Ms点的等温介质中，等温保持一定时间，通常在浴槽中保温时间为30～60min，使之奥氏体转变为贝氏体，然后取出置于空气中冷却，虽然等温淬火能适合铸件形状复杂，可防止铸件的变形和开裂，但需要等温盐循环的庞大的浴槽进行准确的温度控制，热处理设备费用高昂，成本非常高。
但采用传统的淬火及等温淬火热处理工艺，对于球墨铸铁活塞铸件进行热处理，存在以下问题：
1、热处理后球墨铸铁活塞铸件的基体组织均非珠光体组织，其组织和性能与要求相差甚远，由于活塞铸件因珠光体含量不足，导致活塞铸件在半精加工后环槽部位表面高频感应淬火硬度普遍低于规定标准，降低了活塞耐磨性能。
2、由于球墨铸铁活塞铸件结构复杂，壁厚不均匀，淬火过程中变形和开裂的倾向很大，极易产生淬火裂纹，造成球墨铸铁活塞铸件合格率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种热处理成本低，能稳定球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量保证在90%以上的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：按以下步骤，
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：按以下步骤，
a、将处于室温的球墨铸铁活塞铸件装入电炉，并加热至620～680℃，保温1～2h，对球墨铸铁活塞铸件进行预热，使球墨铸铁活塞铸件温度均匀化；
b、再将球墨铸铁活塞铸件加热至920±10℃，保温2±0.5h，使球墨铸铁活塞铸件基体全部转变为奥氏体并均匀化；
c、将球墨铸铁活塞铸件降温至850～880℃,保温1±0.1h；
d、将球墨铸铁活塞铸件出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间控制在10～20s，使球墨铸铁活塞铸件降温至600～750℃，从水溶剂冷却介质中取出；
e、将球墨铸铁活塞铸件置于空气中，自然冷却；
g、最后对空冷到室温后的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。
其中：在第二步中，球墨铸铁活塞铸件加热至920±5℃，保温2h。
所述在第三步中，球墨铸铁活塞铸件降温至860～870℃,保温1h。
所述在第四步中，球墨铸铁活塞铸件出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间在12～18s，使球墨铸铁活塞铸件降温至650～720℃。
所述的水溶剂冷却介质的温度在20℃±15℃。
所述的回火处理的回火温度为550～620℃，保温2～4h，之后出炉空冷。
本发明球墨铸铁活塞铸件的瞬时淬火工艺的用途，其特征在于：用于获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。
本发明先将球墨铸铁活塞铸件在加热升温阶段进行预热处理，将铸件从常温加热到620～680℃保温1～2h，由于球墨铸铁在低温条件传热速度较为缓慢，通过预热处理使之铸件各部位受热均匀化。本发明将结构复杂、壁厚不均匀的球墨铸铁活塞铸件进行预热处理能，可以减小球墨铸铁活塞铸件的热应力，防止铸件变形，解决球墨铸铁活塞铸件直接升温至奥氏体化温度时将产生较大的热应力，将导致铸件部分结构严重变形的问题。
本发明将球墨铸铁活塞铸件预热保温1～2h后，再升温到920±10℃，保温2±0.5h，再降至850～880℃保温1h，在球墨铸铁活塞铸件达到奥氏体化温度后保温确保铸件完全奥氏体均匀化，同时由于球墨铸铁活塞铸件加热到920±10℃进行保温后，也使铸件基体全部转变为奥氏体并均匀化，消除渗碳体。
本发明采用快速冷却，使球墨铸铁活塞铸件表层及芯部温度迅速降至600～750℃，通过快速冷却加速奥氏体共析转变，有效地抑制了奥氏体中C向球状石墨中扩散和自由铁素体的析出，从而使扩散型共析转变向珠光体形成方向进行。同时在急速冷却的条件下还可使得同一铸件不同部位、铸件表面到芯部均能达到奥氏体转变温度，从而保证了铸件各部位均达到90%以上的珠光体含量，保证铸件表面及芯部基体组织的均匀性，细化珠光体，提高球墨铸铁活塞铸件强度。本发明采用快速冷却，并且将冷却前的温度由920℃±10℃降低到850～880℃,有效地降低了快速冷却时产生的应力，使球墨铸铁活塞铸件脱离水溶剂冷却介质至自然冷却，也进一步防止了应力过大而导致球墨铸铁活塞铸件的变形及开裂的问题，提高活塞铸件热处理的合格率。本发明能采用现有普通的热处理设备，无需特殊设备，热处理成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明球墨铸铁活塞铸件的热处理曲线图。
图2是现有球铁活塞采用常规正火的热处理工艺得到基体组织（500X）。
图3是球墨铸铁活塞铸件采用本发明的热处理工艺得到基体组织（100X）。
图4是球墨铸铁活塞铸件采用本发明的热处理工艺得到基体组织（500X）。
具体实施方式
见图1所示，本发明的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，按以下步骤，
a、将处于室温的球墨铸铁活塞铸件装入电炉，并加热至620～680℃，保温1～2h，通对球墨铸铁活塞铸件进行预热，使球墨铸铁活塞铸件温度均匀化，通过对结构复杂、壁厚不均匀的球墨铸铁活塞铸件进行预热处理，有效的减小球墨铸铁活塞铸件的热应力，防止活塞铸件变形。本发明对球墨铸铁活塞铸件预热温度和时间的具体实施例见表1所示。
表1
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 温度（℃） | 630 | 640 | 650 | 660 | 665 | 670 | 675 | 680 |
| 时间（h） | 2 | 1.8 | 1.6 | 1.5 | 1.5 | 1.2 | 1.2 | 1 |
b、再将球墨铸铁活塞铸件加热至920±10℃，保温2±0.5h，使球墨铸铁活塞铸件基体全部转变为奥氏体并均匀化，消除碳化物，最好是球墨铸铁活塞铸件加热至920±5℃，保温2h，可采用匀速加热。本发明对球墨铸铁活塞铸件加热温度和时间的具体实施例见表2所示。
表2
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 温度（℃） | 910 | 915 | 915 | 920 | 925 | 930 | 910 | 930 |
| 时间（h） | 2.5 | 2.2 | 2 | 2 | 1.5 | 2 | 1.8 | 1.5 |
c、将球墨铸铁活塞铸件降温至850～880℃,保温1±0.1h，最好是球墨铸铁活塞铸件降温至860～870℃,保温1h，以降低快速冷却时产生的应力。本发明对球墨铸铁活塞铸件降温温度及时间的具体实施例见表3所示。
表3
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 温度（℃） | 850 | 860 | 865 | 870 | 868 | 870 | 880 | 875 |
| 时间（h） | 1.1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0.95 | 0.9 | 0.95 |
d、将球墨铸铁活塞铸件出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间控制在10～20s，使球墨铸铁活塞铸件降温至600～750℃，从水溶剂冷却介质中取出，本发明溶剂冷却介质的温度在20℃±15℃，使水溶剂冷却介质的温度保持在室温环境下，本发明通过快速冷却以加速基体内奥氏体共析转变，抑制了奥氏体中C向球状石墨中扩散和自由铁素体的析出，从而增加珠光体数量，并细化珠光体，提高强度，同时也解决因冷却应力过大而导致铸件开裂的问题。本发明最好急冷时间控制在12～18s使球墨铸铁活塞铸件的温度降至650～720℃，从水溶剂冷却介质中取出，可使球墨铸铁活塞铸件内具有更多和定的珠光体数量，球墨铸铁活塞铸件基体内的珠光体数量超过95%，本发明的球墨铸铁活塞铸件的冷却温度可通过测温获得，本发明的水溶剂冷却介质可采用PAG冷却液或Aqua-Quench251水溶性冷却液。本发明球墨铸铁活塞铸件的冷却时间和温度的具体实施例见表4所示。
表4
e、将球墨铸铁活塞铸件置于空气中，自然冷却，可将活塞铸件置于空旷位置进行空冷。
g、最后对空冷到室温后的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，以获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件，通过回火处理以改善球墨铸铁活塞的韧度并消除应力，本发明的回火工艺，其回火温度为550～620℃，保温2～4h，之后出炉空冷。本发明回火处理的具体实施例见表5所示。
表5
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 |
| 温度（℃） | 550 | 560 | 570 | 580 | 590 | 600 | 610 | 620 |
| 时间（h） | 4 | 3 | 3.5 | 2.5 | 2.1 | 2.2 | 2.2 | 2 |
本发明的球墨铸铁活塞铸件为QT700-2球墨铸铁，化学成分配按质量百分比为：3.7%C,2.5%Si，0.48%Mn，0.6%Cu，≤0.08%P,≤0.02%S，用3t的中频感应电炉熔炼并将原铁水经过充分的球化和孕育，球化级别为2级，球径大小级别为6级，基体组织为55%铁素体+珠光体，抗拉强度Rm为582Mpa，规定塑性延生强度Rp0.2为401Mpa，断后伸长率为7%的球墨铸铁活塞铸件。球墨铸铁活塞铸件经本发明的热处理后，按照GB/T9441-2009以及GB/T228.1-2010和有GB/T231.1-2009标准要求制作试样，并对各实施例的试样进行测试，各具体性能指标见表6所示，
表6
本发明球墨铸铁活塞铸件的瞬时淬火工艺的用途，用于获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。
从图2～4中可以看出，本发明制得的球墨铸铁活塞铸件与常规正火的热处理工艺得到基体组织相比，本发明能获得完全满足QT700-2材质要求和90%以上珠光体要求的球墨铸铁活塞铸件。本发明的热处理工艺不仅可用于球墨铸铁活塞铸件，还可用于其它结构复杂的球墨铸铁铸件。
Claims (7)
1.一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：按以下步骤，
a、将处于室温的球墨铸铁活塞铸件装入电炉，并加热至620～680℃，保温1～2h，对球墨铸铁活塞铸件进行预热，使球墨铸铁活塞铸件温度均匀化；
b、再将球墨铸铁活塞铸件加热至920±10℃，保温2±0.5h，使球墨铸铁活塞铸件基体全部转变为奥氏体并均匀化；
c、将球墨铸铁活塞铸件降温至850～880℃,保温1±0.1h；
d、将球墨铸铁活塞铸件出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间控制在10～20s，使球墨铸铁活塞铸件降温至600～750℃，从水溶剂冷却介质中取出；
e、将球墨铸铁活塞铸件置于空气中，自然冷却；
g、最后对空冷到室温后的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：在第二步中，球墨铸铁活塞铸件加热至920±5℃，保温2h。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：所述在第三步中，球墨铸铁活塞铸件降温至860～870℃,保温1h。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：所述在第四步中，球墨铸铁活塞铸件出炉后迅速放入水溶剂冷却介质中，急冷时间在12～18s，使球墨铸铁活塞铸件降温至650～720℃。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：所述水溶剂冷却介质的温度在20℃±15℃。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，其特征在于：所述的回火处理的回火温度为550～620℃，保温2～4h，之后出炉空冷。
7.根据权利要求1所述的球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺的用途，其特征在于：用于获得球墨铸铁活塞基体组织的珠光体含量在90%以上的球墨铸铁活塞铸件。
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