CN106435100A - 球墨铸铁等温淬火液制备方法及应用 - Google Patents

球墨铸铁等温淬火液制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种球墨铸铁等温淬火液、制备方法及应用。球墨铸铁等温淬火液的组分及质量百分比为：SiO2，10~13%；Al2O3，2~4%；NaOH，1~3%；CaO，1~2%；NaCl，3~6%；余量为水。制备方法包括：（41）取水：称取水，并保温在30±2℃；（42）制取悬浮液：称取SiO2、Al2O3和CaO依次加入到水中，搅拌，得到悬浮液；（43）溶解NaCl：将NaCl加入悬浮液中，搅拌，得到溶解NaCl的悬浮液；（44）调节PH值：将的NaOH加入溶解NaCl的悬浮液中，搅拌，调节PH值，得到球墨铸铁等温淬火液。本发明的等温淬火液，对大件球墨铸等温淬火的铁淬透性好，节能环保。

Description

球墨铸铁等温淬火液制备方法及应用
技术领域
本发明属于球墨铸铁等温淬火热处理技术领域，特别是一种对大件球墨铸等温淬火的铁淬透性好，节能环保的球墨铸铁等温淬火液及其制备方法和在球墨铸铁等温淬火中的应用。
背景技术
球墨铸铁在热处理过程中，经常采用正火、等温淬火等方式提高其强度及硬度。通过正火热处理其基体可以获得90%以上的细珠光体和少量的铁素体，从而使得球墨铸铁的强度达到600~900MPa，硬度达到30~40HRC。通过等温淬火热处理后的球墨铸铁基体则由贝氏体型铁素体和残余奥氏体组成，其强度是经正火热处理后的两倍，硬度≥50HRC。因此球墨铸铁等温淬火热处理工艺得到广泛研究及应用。
现有技术中，球墨铸铁等温淬火热处理普遍采用油淬或水淬。油淬的冷却速度比较缓慢，工件基体难以避免出现珠光体或铁素体组织。而水淬的冷却速度最快，但容易产生马氏体相变，导致工件开裂及变形。其原因在于：在球墨铸铁等温淬火过程，硝酸盐和亚硝酸盐常被用作淬火介质使用，盐浴的冷却速度介于油淬和水淬之间。但盐浴通常存在两个方面的问题，一是淬透性不足。对于大件厚壁球墨铸铁（例如厚度≥80mm）使用盐浴淬火时，工件表面基体全部由贝氏体型铁素体和残余奥氏体组成，但心部易产生珠光体或者铁素体。二是盐浴自身缺陷。盐浴在使用中耗能巨大，一般而言，淬火工件与盐浴之重量比大约为1: 10。对于大尺寸工件而言，难以实现工业化生产。盐浴在使用过程中会严重污染周围环境。亚硝酸盐是一种强致癌物质，长期接触会对操作人员的人身健康造成巨大威胁。
总之，现有技术存在的问题是：球墨铸铁等温淬火由于淬火液的限制，对大件球墨铸等温淬火的铁淬透性不足，环境污染严重，能耗大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球墨铸铁等温淬火液，对大件球墨铸等温淬火的铁淬透性好，节能环保。
本发明的另一目的在于提供一种球墨铸铁等温淬火液的制备方法。
本发明的再一目的在于提供一种球墨铸铁等温淬火液在球墨铸铁等温淬火中的应用。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种球墨铸铁等温淬火液，其组分及质量百分比为：
SiO2，10~13%；
Al2O3，2~4%；
NaOH，1~3%；
CaO，1~2%；
NaCl，3~6%；
余量为水。
优选地，所述SiO2的质量百分比为12%。
优选地，所述Al2O3的质量百分比为2.5%。
实现本发明另一目的的技术方案为：
一种球墨铸铁等温淬火液的制备方法，包括如下步骤：
（41）取水：按配比称取所需的水，并使水的温度保持在10～30℃；
（42）制取悬浮液：将按配比称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到水中，搅拌，使其悬浮在水中，得到悬浮液；
（43）溶解NaCl：将按配比称取的NaCl加入所述悬浮液中，搅拌，使NaCl完全溶解，得到溶解NaCl的悬浮液；
（44）调节PH值：将按配比称取的NaOH加入溶解NaCl的悬浮液中，顺时针搅拌，使NaOH完全溶解，调节悬浮液的PH值到8～9之间，得到球墨铸铁等温淬火液。
实现本发明再一目的的技术方案为：
一种球墨铸铁等温淬火液在球墨铸铁等温淬火中的应用，包括如下步骤：
（51）悬浮液保持：将球墨铸铁等温淬火液倒入淬火槽中，不断搅动，使其保持悬浮液状态；
（52）奥氏体化：将球墨铸铁试样加热到890℃，保温，以进行奥氏体化，保温时间为15min；
（53）淬火：将保温结束后的球墨铸铁试样快速浸入所述悬浮液状态的淬火液中淬火，淬火时间为1S；
（54）保温：淬火结束后，快速将球墨铸铁试样放入220℃热处理炉中，保温1h；
（55）冷却：将保温后的球墨铸铁试样在空气中自然冷却。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、对大件球墨铸铁等温淬火的淬透性好：采用本发明的悬浮性淬火液等温淬火后的大件球墨铸铁，其显微组织主要由黑色针状贝氏型铁素体和亮白色的残余奥氏体组成，淬透性好；
2、节能环保：由于淬火液用量小，且不使用如亚硝酸盐之类强致癌物质，节能、环保；
3、工件不开裂、不变形：克服了单纯水淬导致的工件开裂、变形问题，成品率高，便于工业化生产。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明球墨铸铁等温淬火液的制备方法的流程图。
图2为实施例1的等温淬火后球墨铸铁的显微组织图。
图3为实施例2的等温淬火后球墨铸铁的显微组织图。
图4为实施例3的等温淬火后球墨铸铁的显微组织图。
图5为对比例的等温淬火后球墨铸铁的显微组织图。
具体实施方式
下述各实施例和对比例中所用原材料均为市售通用产品。
各实施例制备球墨铸铁等温淬火液采用如图1所示相同的方法，区别仅在于各实施例的配比和具体参数选择不同。
如图1所示，本发明球墨铸铁等温淬火液的制备方法，包括如下步骤：
（41）取水：按配比称取所需的水，并使水的温度保持在30±2℃；
（42）制取悬浮液：将按配比称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到水中，搅拌，使其悬浮在水中，得到悬浮液；
（43）溶解NaCl：将按配比称取的NaCl加入所述悬浮液中，搅拌，使NaCl完全溶解，得到溶解NaCl的悬浮液；
（44）调节PH值：将按配比称取的NaOH加入溶解NaCl的悬浮液中，顺时针搅拌，使NaOH完全溶解，调节悬浮液的PH值到8～9之间，得到球墨铸铁等温淬火液。
实施例1
一种球墨铸铁等温淬火液，其组分及质量百分比为：
SiO2的质量分数为12%，Al2O3 的质量分数为2.5%， NaOH的质量分数为3%，CaO的质量分数为1%，NaCl的质量分数为6%，其余为水。其具体配比步骤为：
第一步：按设定比例称取一定的水并使水的温度处于30℃，上下偏差为±2℃。
第二步：将按比例称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到步骤一中的水中搅拌并使其悬浮在水中。
第三步：将按比例称取的NaCl加入到步骤二中的配好的悬浮液中搅拌并使其完全溶解。
第四步：加入按比例称取的NaOH，顺时针搅拌并使其完全溶解，调节悬浮液的PH值到8～9之间。
采用本实例制备的淬火液对球墨铸铁试样进行淬火，其步骤为：
第一步：制备淬火液，按比例称取SiO2、Al2O3、CaO、NaCl、NaOH和水，按照上述的制备方法制取得到等温淬火球墨铸铁专用环保悬浮性淬火液。
第二步：将第一步制备的淬火液倒入淬火槽中，在淬火过程中搅动淬火液使其保证悬浮液状态。
第三步：将球墨铸铁试样加热到890℃进行奥氏体化，保温时间为15min。
第四步：将第三步中保温结束后的球墨铸铁试样快速浸入步骤二中的淬火液中进行淬火，时间为1S。
第五步：当第四步结束后，快速将球墨铸铁试样放入220℃热处理炉中，保温1h。
第六步：将步骤五中保温后的球墨铸铁试样空冷。
如图2所示，采用本发明实施例1所述的步骤得到的等温淬火球墨铸铁显微组织。其显微组织主要由黑色针状贝氏型铁素体和亮白色的残余奥氏体组成。
实施例2
一种球墨铸铁等温淬火液，其组分及质量百分比为：
SiO2的质量分数为10%，Al2O3 的质量分数为2%， NaOH的质量分数为3%，CaO的质量分数为1%，NaCl的质量分数为3%，其余为水。
上述的一种球墨铸铁专用环保悬浮性淬火液的制备方法，其步骤为：
第一步：按设定比例称取一定的水并使水的温度处于10℃，上下偏差为±2℃。
第二步：将按比例称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到步骤一中的水中搅拌并使其悬浮在水中。
第三步：将按比例称取的NaCl加入到步骤二中的配好的悬浮液中搅拌并使其完全溶解。
第四步：加入按比例称取的NaOH，搅拌并使其完全溶解，调节悬浮液的PH值到8～9之间。
采用本实例制备的淬火液对球墨铸铁试样进行淬火，其步骤为：
第一步：制备淬火液，按比例称取SiO2、Al2O3、CaO、NaCl、NaOH和水，按照上述的制备方法制取得到球墨铸铁专用环保悬浮性淬火液。
第二步：将步骤一制备的淬火液倒入淬火槽中，在淬火过程中搅动淬火液使其变为悬浮液。
第三步：将球墨铸铁试样加热到890℃进行奥氏体化，保温时间为5min。
第四步：将步骤三中保温结束后的球墨铸铁试样快速浸入步骤二中的淬火液中进行淬火，时间为2S。
第五步：当步骤四结束后，快速将球墨铸铁试样放入220℃热处理炉中，保温30min。
第六步：将步骤五中保温后的球墨铸铁试样空冷。
如图3所示，采用本发明实施例2所述的步骤得到的等温淬火球墨铸铁显微组织。其显微组织主要由黑色针状贝氏型铁素体和亮白色的残余奥氏体组成。
实施例3
一种球墨铸铁等温淬火液，其组分及质量百分比为：
SiO2的质量分数为12%，Al2O3 的质量分数为2.5%，CaO的质量分数为2%，NaOH的质量分数为2%，CaO的质量分数为1%，NaCl的质量分数为6%，其余为水。
上述的一种球墨铸铁专用环保悬浮性淬火液的制备方法，其步骤为：
第一步：按设定比例称取一定的水并使水的温度处于20℃，上下偏差为±2℃。
第二步：将按比例称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到步骤一中的水中搅拌并使其悬浮在水中。
第三步：将按比例称取的NaCl加入到步骤二中的配好的悬浮液中搅拌并使其完全溶解。
第四步：加入按比例称取的NaOH，搅拌并使其完全溶解，调节悬浮液的PH值到8～9之间。
采用本实例制备的淬火液对球墨铸铁试样进行淬火，其步骤为：
第一步：制备淬火液，按比例称取SiO2、Al2O3、CaO、NaCl、NaOH和水，按照上述的制备方法制取得到球墨铸铁专用环保悬浮性淬火液。
第二步：将步骤一制备的淬火液倒入淬火槽中，在淬火过程中搅动淬火液使其变为悬浮液。
第三步：将球墨铸铁试样加热到890℃进行奥氏体化，保温时间为5min。
第四步：将步骤三中保温结束后的球墨铸铁试样快速浸入步骤二中的淬火液中进行淬火，时间为1S。
第五步：当步骤四结束后，快速将球墨铸铁试样放入220℃热处理炉中，保温60min。
第六步：将步骤五中保温后的球墨铸铁试样空冷。
如图4所示，采用本发明实施例3所述的步骤得到的等温淬火球墨铸铁显微组织。其显微组织主要由黑色针状贝氏型铁素体和亮白色的残余奥氏体组成。
对比例
使用55% KNO3+45% NaNO2配置的盐浴对球墨铸铁进行淬火热处理，其结果如图5所示，其心部的显微组织中由珠光体和铁素体组成，意味着其淬透性能的不足。
对实施例1、2、3与对比例的比较可以看出，本发明的球墨铸铁等温淬火液，对大件球墨铸等温淬火的淬透性好，节能环保。

Claims (6)

1.一种球墨铸铁等温淬火液，其组分及质量百分比为：
SiO2，10~13%；
Al2O3，2~4%；
NaOH，1~3%；
CaO，1~2%；
NaCl，3~6%；
余量为水。
2.根据权利要求1所述的等温淬火液，其特征在于，所述SiO2的质量百分比为12%。
3.根据权利要求1所述的等温淬火液，其特征在于，所述Al2O3的质量百分比为2.5%。
4.一种如权利要求1所述的等温淬火液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（41）取水：按配比称取所需的水，并使水的温度保持在10～30℃；
（42）制取悬浮液：将按配比称取的SiO2、Al2O3和CaO依次加入到水中，搅拌，使其悬浮在水中，得到悬浮液；
（43）溶解NaCl：将按配比称取的NaCl加入所述悬浮液中，搅拌，使NaCl完全溶解，得到溶解NaCl的悬浮液；
（44）调节PH值：将按配比称取的NaOH加入溶解NaCl的悬浮液中，顺时针搅拌，使NaOH完全溶解，调节悬浮液的PH值到8~9之间，得到球墨铸铁等温淬火液。
5.一种如权利要求1所述的等温淬火液在球墨铸铁等温淬火中的应用。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
（51）悬浮液保持：将球墨铸铁等温淬火液倒入淬火槽中，不断搅动，使其保持悬浮液状态；
（52）奥氏体化：将球墨铸铁试样加热到890℃，保温，以进行奥氏体化，保温时间为15min；
（53）淬火：将保温结束后的球墨铸铁试样快速浸入所述悬浮液状态的淬火液中淬火，淬火时间为1S；
（54）保温：淬火结束后，快速将球墨铸铁试样放入220℃热处理炉中，保温1h；
（55）冷却：将保温后的球墨铸铁试样在空气中自然冷却。
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