CN106011403B - 一种铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺，属于铸钢件的热处理技术领域。所述的正火液为高分子聚合物水溶液，所述高分子聚合物水溶液按重量百分比组成如下：聚乙烯醇占5‑15％，聚丙烯酸钠占10‑25％，羧甲基纤维素钠占0.5‑1.0％，添加剂3‑6％，其余为水。本发明的铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺改善冷却均匀性，抑制先析相，解决机械性能各向异性、冲击韧性差以及屈强比低的技术问题。

Description

一种铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺
技术领域
本发明涉及一种铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺，属于铸钢件的热处理技术领域。
背景技术
低合金铸钢件，合金元素含量低，淬透性差，多被用于制作箱体类零件。铸钢件铸造成形后，铸造组织粗大，常出现网状铁素体及魏氏组织，且存在明显的混晶，致使工件冲击韧性差，硬度低，抗拉强度、屈服强度不高，在使用过程中常发生弯曲、断裂失效。采用常规的正火空冷工艺，由于在两相区之间的冷速缓慢，析出先析铁素体相，混晶现象得不到改善，工件硬度降低，韧性变差。采用风冷的冷速方式，又存在迎风面、背风面的问题，同一工件不同部位的冷却速度差异较大，冷却不均匀，使得工件机械性能呈现各向异性。为此，亟需一种新的正火冷却工艺方法，使得铸钢件冷却时快速经过两相区，同时改善冷却均匀性，提高工件的综合机械性能。
中国专利CN103505930A公开的一种冷却性能特别稳定的匀速冷却介质，属于聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)类介质，除PVP主要成分外，还含有羧甲基纤维素钠(CMC)和聚丙烯酸钠(ACR)。其优异的冷却性能主要是由PVP与CMC两种组分在一定比例范围内共同作用而获得。但由于CMC的糖苷键易发生断裂，尤其是高温阶段(400-850℃)可加速其分解，使得分子量降低，降低了匀速冷却介质的粘度与浓度，进而改变了匀速冷却介质的冷却特性，因此在使用该匀速冷却介质进行生产时，要频繁的进行浓度监测来弥补其成分变化的的问题。中国专利CN103789520A公开的匀速冷却介质及其在锻后控制冷却过程中的应用，采用20％-30％浓度的PVP匀速冷却介质可有效控制“二次带状”，获得细小、均匀的组织。但该匀速冷却介质的使用浓度较高，20％以上的浓度才可以获得匀速的冷却特性，然而较高的浓度，一方面增加了前期的投入成本；另一方面较高的粘度，也增加了匀速冷却介质的带耗量。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种改善冷却均匀性，抑制先析相，解决机械性能各向异性、冲击韧性差以及屈强比低的铸钢件正火液及铸钢件正火冷却工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种铸钢件正火液，其特征在于:所述的正火液为高分子聚合物水溶液，所述高分子聚合物水溶液按重量百分比组成如下：聚乙烯醇占5-15％，聚丙烯酸钠占10-25％，羧甲基纤维素钠占0.5-1.0％，添加剂3-6％，其余为水。
优选的，所述高分子聚合物水溶液按重量百分比组成如下：聚乙烯醇占5-15％，聚丙烯酸钠占10-25％，羧甲基纤维素钠占0.5-1.0％，三乙醇胺2-3％，高碳醇类消泡剂0.5-1.0％，异噻唑啉酮0.5-1.0％，其余为水。
本发明提出的另一技术方案是：一种铸钢件正火冷却工艺，铸钢件加热保温结束后，直接浸入正火液中冷却。
优选的，所述正火液的水溶液质量浓度为10-20％，最大冷却速度控制在21-41℃/S。
优选的，将铸钢件浸入到正火液中，正火槽配有合适的搅拌装置及冷却循环装置，工件可以冷却到200℃以下出液，工件出液后随即转移到均温炉中回火保温。
优选的，对于淬透性差的材料，在冷却过程中应配合适当的搅拌。
优选的，冷却过程中以辐射和对流的方式进行。
本发明的有益效果：
要解决先析相的问题，首先必须从根本解决两相区冷却速度的问题。正火保温结束后，如果加快经过两相区的速度，一方面可以控制先共析铁素体的析出；另一方面细化了晶粒，因此高温奥氏体化后的高温阶段冷却速度是控制先析相及混晶的关键因素。
本发明中，控制正火冷却的关键是铸钢件从Ar3到Ar1温度区间的冷却速度，抑制碳和合金元素的长程扩散，防止晶粒长大和先析相的大量生成。
本发明要将铸钢件产品从奥氏体化温度以比风冷更快且更均匀的方式冷却下来，因此采用正火液对铸钢件进行高温阶段的冷却。铸钢件浸入到适当浓度的正火液，由于水的比热容远大于空气，所以冷却速度更快，能够保证高温阶段的冷却速度。铸钢件浸入到正火液中，工件表面直接与正火液接触，同时正火液的流动性好，工件的不同表面均可直接冷却，可避免风冷“死角”和不均匀的问题，保证了工件冷却的均匀性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1常见网状铁素体组织及混晶现象(100X)
图2铸钢件正火冷却工艺示意图
图3空气与10％正火液冷却特性比较
图4淬火油与10％正火液冷却特性比较
图5 10％与20％浓度正火液冷却特性比较
图6 ZG25MnNi传统正火空冷组织
图7 ZG25MnNi正火液冷却组织
图8 ZG25CrNiMo传统正火空冷组织
图9 ZG25CrNiMo正火液冷却组织
图10 ZG42CrMo传统正火空冷组织
图11 ZG42CrMo正火液冷却组织
具体实施方式
实施例1
实例1：ZG25MnNi采掘机摇臂，工件尺寸：最大长度2.8m，最大宽度0.9m，最大高度1m。热处理技术要求：硬度≥190HB，屈强比≥0.8，冲击功Akv≥60J/cm2。工件正火后直接放入15％正火液中浸冷，同传统空冷方式进行对比。工件冷却过程以辐射和对流的方式进行，冷却时配合适当的搅拌，工件出液温度控制在200℃以下，然后转移到回火炉中进行高温回火。正火液的原液按以下配方进行配制：聚乙烯醇占10％，聚丙烯酸钠占20％，羧甲基纤维素钠占0.6％，三乙醇胺2％(防锈剂)，高碳醇类消泡剂1％，异噻唑啉酮1％(杀菌剂)，其余为水。分别检测工件的硬度、拉伸性能及冲击功，并分析金相组织和晶粒度，测试对比结果见表1所示。图6为传统空冷+高温回火组织(500X)，图7为正火液冷却+高温回火组织(500X)。
表1正火液同传统空冷检测结果对比
通过与空冷对比，在15％正火液中冷却，工件硬度明显增加，在217-221HB，抗拉强度、屈服强度大幅提升，屈强比达到0.81，而且冲击功达到103.8J/cm2。传统空冷组织出现了较多网状铁素体，混晶严重，而在15％正火液中冷却后，有效控制了网状铁素体，同时改善了混晶现象。
实施例2
实例2：ZG25CrNiMo箱体，原热处理工艺：常规正火+高温回火，但正火采用传统空冷方式冷却，工件组织为粗大铁素体+珠光体，而粒状贝氏体含量极少。为了改善工件组织，提高粒状贝氏体含量，现工件正火保温结束后，改为直接浸入10％浓度的正火液中冷却，再配合适当搅拌，工件出液温度控制在200℃以下，然后转移到回火炉中保温。正火液的原液按以下配方进行配制：聚乙烯醇占5％，聚丙烯酸钠占10％，羧甲基纤维素钠占0.5％，三乙醇胺2％(防锈剂)，高碳醇类消泡剂0.5％，异噻唑啉酮1％(杀菌剂)，其余为水。图8为正火空冷+高温回火组织(500X)，图9为正火液冷却+高温回火组织(500X)。
通过与传统空冷对比，工件在10％正火液中冷却后，金相组织几乎全由粒状贝氏体组成。由于粒状贝氏体拥有更细的的铁素体板条和更高的位错密度，从而能够有效提高工件性能。实施例3
实例3：ZG42CrMo行走轮，为了改善原始铸造组织、细化晶粒，需进行正火处理。原正火工艺采用传统的空冷方式，缓慢的冷速使得工件组织中先析铁素体含量增多，且成网状分布，晶粒也较为粗大。为了改善工件组织，现工艺改为：正火保温结束后，使用20％浓度的正火液进行浸冷，工件以辐射和对流的方式冷却，出液温度约170℃左右，随后进行一次高温回火处理。正火液的原液按以下配方进行配制：聚乙烯醇占15％，聚丙烯酸钠占25％，羧甲基纤维素钠占0.5％，三乙醇胺3％(防锈剂)，高碳醇类消泡剂1％，异噻唑啉酮1％(杀菌剂)，其余为水。图10为传统正火空冷组织(500X)，图11为正火液冷却组织(500X)。
通过对比，ZG42CrMo工件在20％正火液中冷却后，消除了网状铁素体组织，珠光体含量大幅增加，同时改善了组织粗大的问题。
本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种铸钢件正火液，其特征在于：所述的正火液为高分子聚合物水溶液，所述高分子聚合物水溶液按重量百分比组成如下：聚乙烯醇占5-15%，聚丙烯酸钠占10-25%，羧甲基纤维素钠占0.5-1.0%，三乙醇胺2-3%，高碳醇类消泡剂0.5-1.0%，异噻唑啉酮0.5-1.0%，其余为水。
2.根据权利要求1所述的铸钢件正火冷却工艺，其特征在于：铸钢件加热保温结束后，直接浸入正火液中冷却。
3.根据权利要求2所述的铸钢件正火冷却工艺，其特征在于：所述正火液的水溶液质量浓度为10-20%，最大冷却速度控制在21-41℃/s。
4.根据权利要求2所述的铸钢件正火冷却工艺，其特征在于：将铸钢件浸入到正火液中，正火槽配有合适的搅拌装置及冷却循环装置，工件冷却到200℃以下出液，工件出液后随即转移到均温炉中回火保温。
5.根据权利要求4所述的铸钢件正火冷却工艺，其特征在于：对于淬透性差的材料，在冷却过程中应配合适当的搅拌。
6.根据权利要求2所述的铸钢件正火冷却工艺，其特征在于：冷却过程中以辐射和对流的方式进行。
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