CN107034347A - 一种高铬铸铁磨球及其热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铬铸铁磨球及其热处理方法，属于铸铁热处理工艺领域，其解决了现有高铬铸铁磨球的热处理工艺存在冷却方式不稳定、污染、危险等的问题。本发明的一种高铬铸铁磨球的热处理方法包括如下步骤：S1.预处理；在600～890℃进行保温2～10小时；S2.淬火处理，加热至880～1100℃，保温3～6小时，放入冷却介质中浸入时间t，冷却至150～350℃，从淬火介质中取出，放入空气中缓慢冷却至室温；S3.回火处理，加热至200～530℃后，在空气中冷却至室温。本发明能够提供一种高质量高铬铸铁磨球，同时具有安全、环保的优点。

Description

一种高铬铸铁磨球及其热处理方法

技术领域

本发明属于铸铁热处理工艺领域，具体地说，涉及一种高铬铸铁磨球及其热处理方法。

背景技术

高铬铸铁是现今最好的耐磨材料，具有高强度、高韧性、高耐磨性，其含铬量在10～30％之间，具有很好的淬透性；淬火冷却时，如果冷却速度过快，会产生淬火裂纹；风冷、空冷冷速过慢，需要加入一些贵重合金元素，但冷各部分却不均匀，淬火后硬度偏低；现有技术中采用油冷却时需要选用粘度、闪点低的慢速淬火油，这种淬火油易老化、成本高、污染严重、起火危险性高，是节能环保安全的重点控制对象；现有技术中也有采用高分子水溶性聚合物作为淬火介质，通过调整该淬火液的浓度，并有效控制冷速，能使冷却速度控制在风冷与油冷之间、甚至与油冷速度相当。

中国专利申请号201410740606.9，公开日2016年6月29日的专利申请文件，公开了一种高铬铸铁的热处理工艺，包括以下步骤：A、退火处理，将需处理工件在重温下装入热处理炉，然后随炉缓慢升温至400℃左右进行保温l～2h，随后将炉温升至600℃再进行保温1～2h，之后以不超过150℃/h的温升速度，将炉温快速升至950℃后进行2～3h的保温，而后停止加热；B、淬火处理，将机械加工后的工件室温装炉，以小于80℃/h的温升速度将炉温升至600℃，之后以不超过150℃/h的温升速度将炉温升至淬火温度950？980℃后进行保温，保温时间为2～4h，而后将工件快速出炉进行空冷；C、进行回火处理。

中国专利申请号201410131551.1，公开日2014年7月2日的专利文件，公开了一种高铬铸铁耐磨球在水基介质中热处理的分级等温淬火工艺方法，将高铬铸铁耐磨球加热到850～1050℃，保温2～4小时，实现奥氏体化；将高铬铸铁耐磨球放入到质量浓度为5％～25％水基淬火剂中淬火；将高铬铸铁耐磨球取出放入到220～300℃的等温炉中等温2～4小时；取出高铬铸铁耐磨球空冷到室温。在耐磨球的热处理工艺使用水基淬火介质，通过加入不同冷却速度的水基淬火剂同时控制淬火介质的浓度来控制合适的淬火速度，并采用分级淬火和等温淬火工艺，使淬火后的耐磨球比应用普通淬火介质和淬火工艺生产的耐磨球具有更理想的综合效果，同时还能降低耐磨球的热处理成本，改善热处理的环保条件。

上述两份专利(申请)公开的技术方案仍不能满足高铬铸铁磨球在淬火冷却阶段的稳定性，故其所加工磨球质量不能进一步提高。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有高铬铸铁磨球的热处理工艺存在冷却方式不稳定、污染、危险等的问题，本发明提供一种高铬铸铁磨球及其热处理方法，其冷却稳定，从而能够提供一种高质量高铬铸铁磨球，同时具有安全、环保的优点。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种高铬铸铁磨球的热处理方法，包括如下步骤：

S1.预处理，在温度为600～890℃时保温，保温时间为2～10小时；

S2.淬火处理，加热至950～1180℃，保温3～6小时，放入淬火介质中浸入时间t，冷却至150～350℃，从淬火介质中取出，放入空气中冷却至室温；

S3.回火处理，加热至440～578℃后，保温6～10小时，在空气中冷却至室温。

优选地，步骤S2中所述的浸入时间t与铸件模数V/S所得值对应，即∣t∣＝∣V/S∣，t的单位为min，V表示铸件的体积，S表示铸件的表面积，V/S表示铸件的模数，单位为mm。

优选地，步骤S2中加热至{950+(A-5B-4)×18.75}℃后放入冷却介质中，A表示高铬铸铁磨球中Cr的质量百分比的100倍，B表示高铬铸铁磨球中C的质量百分比的100倍，若(A-5B-4)＜0，则取(A-5B-4)＝0。

优选地，步骤S3中加热至{440+(A-5B-4)×11.25}℃后在空气中冷却至室温，若(A-5B-4)＜0，则取(A-5B-4)＝0。

优选地，所述的高铬铸铁磨球中铬Cr含量为11.4～27.52％，碳C含量为2.25～2.65％。

优选地，所述的淬火介质采用高分子聚合物，具体型号为KR8180水溶性聚合物。

优选地，所述的高分子聚合物与水调配成水基淬火介质，其中高分子聚合物占溶液的重量15％～30％。

优选地，步骤S2中所述的淬火介质温度为20～60℃。

一种高铬铸铁磨球，采用上述一种高铬铸铁磨球的热处理方法制造。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用了精确的热处理工艺，保证的高铬铸铁的组织均匀、韧性，其硬度达到了最佳的值，使其组织在可控制的范围，特别是残留奥氏体的含量得到了有效控制，可根据不同的使用工作环境来调整组织的搭配；

(2)本发明采用新型水溶性的淬火介质，可有效的控制了冷却速度，并是一种环保、安全的淬火介质，消除了油淬的起火、污染的危害，消耗量比油降低了20％，制造成本下降；

(3)本发明采用水基高分子淬火介质具有1、无逆溶性，使用温度范围宽；2、冷速均匀性良好，工件无冷却死角；3、合适浓度下，工件可以浸冷到200℃以下或者液温再出液，开裂风险小；4、消耗量小(2～3kg/t)等优点；

(4)本发明淬火介质采用KR8180水溶性聚合物水溶液，该物质具有无逆溶性、使用温度范围宽、冷却均匀性良好、合适浓度下工件可以浸冷到200℃以下或者液温再出液、开裂风险小等优点；

(5)本发明淬火介质的浓度根据磨球含铬量及铸件的模数大小选择，磨数越高、含铬量越高，铸件的导热性降低、淬火应力越大，故选择冷速较为缓慢的冷却方式；浓度高的水溶液的冷却特性将更为缓慢些，能确保淬火后磨球质地均匀；

(6)本发明淬火介质的温度选择应根据铸件的模数V/S来确定，模数越大，淬火介质温度要求设定的高一些，一般在40～60℃，模数越小，可将温度设定的低一些，在20～40℃，一般以模数1为临界值；淬火介质的温度越高，其冷却特性将更为缓慢些，能有效减少淬裂风险；

(7)本发明均质化处理中保温时间由铸件中铸态组织结构来确定，因而能够提高铸件后续淬火的淬透性，降低应力不均匀的不利影响。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种高铬铸铁磨球，Cr含量为11.4％、碳C含量为2.65％，V/S＝1mm，V表示铸件的体积，S表示铸件的表面积，V/S表示铸件的模数，采用如下热处理方法：

S1.预处理，按100℃/h升温速率加热至890℃，保温2小时；

选择保温2小时是以铸态组织结构确定的；经显微组织检测，待热处理磨球铸态组织奥氏体含量较小，为5％左右，为充分提高磨球的淬透性，均匀内部应力，因而在温度890℃确定保温时间2小时；

S2.淬火处理，将S1中保温后的磨球按100℃/h升温速率继续加热至950+(A-5B-4)×18.75＝950+0×18.75＝950℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，则(A-5B-4)取值0，保温6小时，放入KR8180水溶性聚合物浓度为15％、温度40℃的冷却介质中浸入时间1min，冷却至150-200℃后，从淬火介质中取出，放入空气中冷却至室温；

本实施例淬火介质采用型号为KR8180水溶性淬火介质，其水溶液浓度选择20％，是根据高铬铸铁的含铬量所选择，其选择的原理是本实施例中磨球含铬量为11.4％，铸件的导热性较好、淬火应力小，故选择浓度为15％的KR8180水溶性淬火介质，冷速较为适中，使磨球淬火后硬度均匀；

本实施例中磨球体积与表面积之比V/S＝1，数值较小，故将淬火介质的温度设定位40℃，而淬火介质温度越高，其冷却特性将更为缓慢，可减少淬裂风险；

S3.回火处理，加热至440+0×11.25＝440℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，则(A-5B-4)取值0，保温6小时，在空气中冷却至室温。

本实施例中的高铬铸铁磨球其淬火硬度能达到65.2HRc，回火硬度达到62.5HRc，无裂纹，稳定性高。

实施例2

一种高铬铸铁磨球，Cr含量为17.5％、碳C含量为2.38％，V/S＝1.5，V表示铸件的体积，S表示铸件的表面积，V/S表示铸件的模数，采用如下热处理方法：

S1.预处理，按100℃/h升温速率加热至温度700℃，保温6小时；

选择保温6小时是以铸态组织结构确定的；经显微组织检测，待热处理磨球铸态组织奥氏体含量在10％左右，为充分提高磨球的淬透性，均匀内部应力，因而在温度700℃确定保温时间6小时；

S2.淬火处理，将S1中保温后的磨球按100℃/h升温速率继续加热至950+(A-5B-4)×18.75＝950+(17.5-5×2.38-4)×18.75＝980℃后，保温4小时，放入KR8180水溶性聚合物浓度为22％、温度60℃的冷却介质中浸入时间1.5min，冷却至250-300℃后，从淬火介质中取出，放入空气中冷却至室温；

本实施例淬火介质采用型号为KR8180水溶性淬火介质，其水溶液浓度选择22％，是根据高铬铸铁的含铬量所选择，其选择的原理是本实施例中磨球含铬量为17.5％，铸件的导热性较低、淬火应力较大，故选择浓度为22％的KR8180水溶性淬火介质，冷速较慢，使磨球淬火后硬度均匀；

本实施例中磨球体积与表面积之比V/S＝1.5，数值较大，故将淬火介质的温度设定位60℃，而淬火介质温度越高，其冷却特性将更为缓慢，可减少淬裂风险；

S3.回火处理，加热至440+(17.5-5×2.38-4)×11.25＝458℃后，保温8小时，在空气中冷却至室温。

本实施例中的高铬铸铁磨球其淬火硬度能达到63.7HRc，回火硬度达到61.8HRc，无裂纹，稳定性高。

实施例3

一种高铬铸铁磨球，Cr含量为27.52％、碳C含量为2.25％，V/S＝0.8，V表示铸件的体积，S表示铸件的表面积；采用如下热处理方法：

S1.预处理，按100℃/h升温速率加热至温度600℃，保温10小时；

选择保温10小时是以铸态组织结构确定的；经显微组织检测，待热处理磨球铸态组织奥氏体含量较大，占20％以上，为充分提高磨球的淬透性，均匀内部应力，因而在温度600℃确定保温时间10小时；

S2.淬火处理，将S1中保温后的磨球按100℃/h升温速率继续加热至950+(A-5B-4)×18.75＝950+(27.52-5×2.25-4)×18.75≈1180℃后，保温3小时，放入KR8180水溶性聚合物浓度为30％、温度20℃的冷却介质中浸入时间0.8min，冷却至200-250℃后，从淬火介质中取出，放入空气中冷却至室温；

本实施例淬火介质采用型号为KR8180水溶性淬火介质，其水溶液浓度选择30％，是根据高铬铸铁的含铬量所选择，其选择的原理是本实施例中磨球含铬量为27.52％，铸件的导热性低、淬火应力大，故选择浓度为30％的KR8180水溶性淬火介质，冷速慢，使磨球淬火后硬度均匀；

本实施例中磨球体积与表面积之比V/S＝0.8，数值小，故将淬火介质的温度设定位20℃，而淬火介质温度越高，其冷却特性将更为缓慢，但在确保淬裂风险前提下适当降低温度可以提高淬火效率；

S3.回火处理，加热至440+(27.52-5×2.25-4)×11.25≈578℃后，保温10小时，在空气中冷却至室温。

本实施例中的高铬铸铁磨球其淬火硬度能达到61.7HRc，回火硬度达到60.5HRc，无裂纹，稳定性高。

本发明是通过高铬铸铁的奥氏体化温度的选择，淬火工艺参数的确定，以及高分子水溶性淬火介质的浓度配制，做到控时、控温的冷却工艺，以获得稳定性高，硬度及耐磨性能良好的磨球产品。

Claims (9)

1.一种高铬铸铁磨球的热处理方法，包括如下步骤：

S1.预处理，在温度为600～890℃保温，保温时间为2～10小时；

S2.淬火处理，加热至950～1180℃，保温3～6小时，放入冷却介质中浸入时间t，冷却至150～350℃，从淬火介质中取出，放入空气中冷却至室温；

S3.回火处理，加热至440～578℃后，保温6～10小时，在空气中冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：步骤S2中所述的浸入时间t与铸件模数V/S所得绝对值对应，即∣t∣＝∣V/S∣，t的单位为min，V表示铸件的体积，S表示铸件的表面积，V/S表示铸件的模数，单位为mm。

3.根据权利要求2所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：步骤S2中加热至{950+(A-5B-4)×18.75}℃后放入冷却介质中，A表示高铬铸铁磨球中Cr的质量百分比的100倍，B表示高铬铸铁磨球中C的质量百分比的100倍，若(A-5B-4)＜0，则取(A-5B-4)＝0。

4.根据权利要求3所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：步骤S3中加热至{440+(A-5B-4)×11.25}℃后在空气中冷却至室温，若(A-5B-4)＜0，则取(A-5B-4)＝0。

5.根据权利要求4所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：所述的高铬铸铁磨球中铬Cr含量为11.4～27.52％，碳C含量为2.25～2.65％。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：所述的淬火介质采用高分子聚合物，具体型号为KR8180水溶性聚合物。

7.根据权利要求6所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：所述的高分子聚合物与水调配成水基淬火冷却介质，其中高分子聚合物占溶液的重量15％～30％。

8.根据权利要求7所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法，其特征在于：步骤S2中所述的淬火介质温度为20～60℃。

9.一种高铬铸铁磨球，其特征在于：采用权利要求1所述的一种高铬铸铁磨球的热处理方法制造。