CN108342553B - 强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，蠕墨铸铁工件装入不锈钢保护箱中并填满颗粒状木炭，然后放入已经加热到900℃的箱式电炉中，在设定的奥氏体化温度下恒温2小时；将透热到时的蠕墨铸铁工件由箱式炉中的保护箱中迅速取出，并依次悬挂在炉前的挂架上；开动两台风机分别对准悬挂蠕墨铸铁工件的方向对吹，控制蠕墨铸铁试棒的冷却速度≥100℃/分钟；经风冷的蠕墨铸铁工件温度为490℃‑500℃时，停止吹风，继续空冷到室温后，得到全索氏体型蠕墨铸铁工件。优点是：工艺简单，经过高温加热强制风冷热处理后，获得了具有更高力学性能的新型蠕墨铸铁材料，其强度、硬度和耐磨性指标应接近或达到普通铸态蠕铁的2倍以上。

Description

强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺

技术领域

本发明属于铸铁材料制备领域，涉及一种强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，特别涉及一种通过对普通蠕墨铸铁进行高温加热后进行强制风冷的特殊热处理手段，将普通蠕墨铸铁改造成具有高强度、高硬度及高耐磨性，尤其能保持良好冲击韧性的一种具有全部索氏体基体的新型蠕墨铸铁材料。

背景技术

蠕墨铸铁具有近似于球墨铸铁的强度和韧性，也具有类似于灰口铸铁良好的铸造工艺性、良好的导热性、抗热疲劳性和良好的减震性能，因此已在各个领域得到了越来越多的应用。铸造后普通蠕墨铸铁的显微组织为蠕虫状石墨均匀分布在铁素体或铁素体+少量珠光体基体上。铁素体和粗片状珠光体的强度都较低，由于基体上石墨的大量存在，割裂了基体组织，因此其塑性和韧性亦极低下，又由于蠕虫状石墨的特点，决定其无法实现常规淬火相变强化，因此普通蠕墨铸铁整体的力学性能不高(介于球铁和灰铁之间)，这就限制了该材料的应用范围。

蠕墨铸铁基于其组织中的石墨特征，其力学性能与各种铸钢及球墨铸铁比较，尚存在较大的差距，特别是其通过热处理强化的效果极其有限。由于蠕墨铸铁材料特殊的组织结构特点，国内外相关行业对其进行后期热处理的工艺方法主要是普通退火，同时对其进行贝氏体等温淬火处理的相关报道也有，贝氏体等温淬火虽然对产品的强度和硬度都有很大提高，但是，产品的韧性明显降低，同时将蠕墨铸铁进行等温淬火工艺的工业化批量生产尚有一定难度。

目前，国内外对于普通蠕墨铸铁的力学性能及金相组织已有明确要求，在GB/T26555-2011《蠕墨铸铁件》标准中的第7条，对于蠕墨铸铁单铸试样的力学性能规定为：RuT300—RuT500材料，其R_m＝300MPa—500MPa；R_p0.2＝210MPa—350MPa；A＝2.0％—0.5％；HBW＝140—260。其石墨蠕化率≥80％；其基体组织为铁素体，珠光体，铁素体+珠光体。标准中对于蠕铁材料的冲击韧性无规定。单铸试样具体力学性能要求见表-1：

表-1 国标中对蠕墨铸铁性能及组织的技术要求

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，经过高温加热强制风冷热处理后，获得了具有更高力学性能的新型蠕墨铸铁材料，其强度、硬度和耐磨性指标应接近或达到普通铸态蠕铁的2倍以上。

本发明的技术解决方案是：

一种强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其具体步骤如下：

(1)蠕墨铸铁工件装入不锈钢保护箱中并填满颗粒状木炭，然后放入已经加热到900℃的箱式电炉中，在设定的奥氏体化温度下恒温2小时；

(2)将透热到时的蠕墨铸铁工件由箱式炉中的保护箱中迅速取出，并依次悬挂在炉前的挂架上；

(3)开动两台风机分别对准悬挂蠕墨铸铁工件的方向对吹，风机口距工件的距离≤1m,控制蠕墨铸铁试棒的冷却速度≥100℃/分钟；

(4)经风冷的蠕墨铸铁工件温度为490℃-500℃时，停止吹风，继续空冷到室温后，得到全索氏体型蠕墨铸铁工件。

进一步的，所述奥氏体化温度为900℃-950℃。

进一步的，所述风机为岗位式轴流风机。

进一步的，所述岗位式轴流风机功率为0.5KW，风量为9500m³/h。

进一步的，风冷处理后的蠕墨铸铁的显微组织为95％以上的细密的索氏体基体上分布蠕虫状石墨。

进一步的，蠕墨铸铁工件悬挂于挂架上，相邻两个工件的距离≥150㎜。

进一步的，所述蠕墨铸铁工件中C的质量含量为3.5％～3.8％，Si的质量含量为2.4％～2.6％，Mn的质量含量≤0.15％，S的质量含量≤0.02％，P的质量含量≤0.03％，Ni的质量含量为0.5％～0.7％。

进一步的，所述蠕墨铸铁工件中的石墨形态有80％以上为蠕虫状，余下为球状或团状。

进一步的，所述蠕墨铸铁工件的基体组织90％以上应为铁素体，余下为珠光体。

本发明的基本原理及性能

铸造后普通蠕墨铸铁的显微组织为蠕虫状石墨均匀分布在铁素体或铁素体+少量珠光体基体上。铁素体和粗片状珠光体的强度都较低，由于基体上石墨的大量存在，割裂了基体组织，因此其塑性和韧性亦极低下，又由于蠕虫状石墨的特点，决定其无法实现常规淬火相变强化，因此普通蠕墨铸铁整体的力学性能不高(介于球铁和灰铁之间)，这就限制了该材料的应用范围。

通过本发明中涉及的特殊的高温加热强制风冷手段，可使普通蠕墨铸铁中的基体铁素体或铁素体+粗片珠光体全部转变为细片状的索氏体组织(95％以上)，这种细片状索氏体是由高温奥氏体在较低温度下连续变温形成的，其微细结构为细片渗碳体和细片铁素体层片相间、两相均匀分布的组织，因此具有比铁素体基体或粗片状珠光体高得多的强度、硬度、耐磨性和良好的冲击韧性，从而提高蠕墨铸铁件的使用寿命。

本发明中使用的原始铸态的蠕墨铸铁的抗拉强度为275MPa，屈服强度为205MPa，伸长率为1.8％，布氏硬度为166HBW,标准V缺口试样冲击功为4.1J。

而本发明中涉及的强制风冷获得全索氏体型蠕墨铸铁材料，其抗拉强度为550MPa以上，屈服强度为450MPa以上，伸长率为1.5以上％，布氏硬度为300HBW以上，标准V缺口试样冲击功为4.0J以上。可见普通蠕墨铸铁经过强制风冷热处理后，在其塑性和冲击韧性降低极微的情况下，可以大幅度通过其抗拉强度、屈服强度、硬度及耐磨性。

本发明的有益效果：

普通蠕墨铸铁材料经过高温加热强制风冷后，转变成一种具有高强度、高硬度、高耐磨性，同时保持良好的韧性的新型铸铁材料，从而可扩大蠕墨铸铁的应用领域与使用范围。该新型材料热处理工艺简单，操作方便，生产成本低廉，适合工业化生产。

附图说明

图1是本发明蠕墨铸铁高温强制风冷热处理工艺曲线图；

图2是本发明(对应实施例1)所采用的砂型铸造原始蠕墨铸铁100倍金相组织照片；

图3是本发明(对应实施例1)所获得的新型蠕铁试样的100倍显微组织照片；

图4是本发明(对应实施例1)所获得的新型蠕铁试样放大500倍的显微组织照片；

图5是本发明(对应实施例1)蠕墨铸铁的强制风冷件与原始铸态件拉伸试验效果对比图；

图6是本发明(对应实施例1)蠕墨铸铁强制风冷件与原始铸态件的硬度测试结果对比图；

图7是本发明(对应实施例1)蠕墨铸铁强制风冷件与原始铸态件的冲击试验数据对比图；

图8是本发明(对应实施例1)蠕墨铸铁强制风冷件与原始铸态件的磨损试验结果对比图。

具体实施方式

(1)试验设备及材料准备：

(1.1)加热温区为≤1000℃的12KW箱式电阻炉，控温精度为±3℃。

(1.2)吹风设备为岗位式轴流风机二台，功率为0.5KW，风量为9500m³/h。

(1.3)挂架为2m×1m的角钢焊接挂架。

(1.4)不锈钢焊接结构保护箱，新鲜颗粒状木炭若干。

本发明实施例1-实施例3所使用合格的铸态蠕墨铸铁原始材料标准要求按下表执行：

表2 试验用原始蠕墨铸铁的成分及金相组织

实施例1(900℃×2h强制风冷)

(1)试样

试验用试样材料为原始铸态的铁素体基体蠕墨铸铁，符合表2要求,其1001倍金相组织照片如图2所示，由图2可以看出基本组织是铁素体+10％粗大片状珠光体+蠕虫状石墨。

(2)热处理操作步骤

首先将加热炉升温到900±10℃待用。然后将试验用蠕墨铸铁拉伸试棒(尺寸为ф20×200mm)进行铁丝捆绑后装入保护箱(尺寸250×150×120mm)内并填满颗粒状木炭，将保护箱推入已经加热到900℃的加热炉内，在此温度下恒温加热2.0小时。到透热时间后将试棒由900℃的加热炉内的保护箱中取出，迅速挂在挂架上，相邻两个试棒的距离为150㎜。然后启动对称放置在挂架左右两侧的岗位式轴流风机对试样进行强制吹风(风量为9500m³/h)，使试棒冷却，蠕墨铸铁试棒的冷却速度≥100℃/分钟，经4分钟30秒后，试棒降温至500℃，停止吹风，继续在空气中冷却到室温，得到全索氏体型蠕墨铸铁棒，其100×显微组织照片如图3所示，500×显微组织照片如图4所示，由图3可以看出全索氏体型蠕墨铸铁的基本组织是细小均匀的95％索氏体+5％铁素体+蠕虫状石墨。

技术检测

拉伸试样为短比例试样，共3件。符合GB/T6397-1986、GB/T228.1-2010要求。

冲击试样为夏比V口标准试样，共3件，符合GB/T229-2007标准要求。

金相、硬度及磨损试样为3件，尺寸为Ф20×20㎜.

将风冷处理后的蠕墨铸铁试棒与原始蠕墨铸铁试棒进行对比拉伸试验、室温对比冲击试验、对比布氏硬度测定、对比磨损试验以及金相检验。对比试验数据和结果见表3。

表3 不同处理蠕墨铸铁试样对比试验结果

实施例2(930℃×2h强制风冷)

(1)试样

蠕墨铸铁工件为原始铸态的铁素体基体蠕墨铸铁，其成分符合表2要求。

(2)操作步骤

首先将加热炉升温到900±10℃待用。然后将各种蠕墨铸铁工件进行铁丝捆绑后装入保护箱内并填满颗粒状木炭，将保护箱放入炉后再加热到930℃，在此温度下恒温加热2.0小时。到透热时间后将蠕墨铸铁工件由加热炉内的保护箱中取出，迅速挂在挂架上，相邻两个工件的距离≥150㎜，然后启动风机，两台风机分别对准悬挂蠕墨铸铁工件的方向对吹(风量为9500m³/h)，风机口距工件的距离≤1m，蠕墨铸铁工件的冷却速度≥100℃/分钟，蠕墨铸铁工件达到500℃左右后停止吹风，继续在空气中冷却到室温，得到全索氏体型蠕墨铸铁工件。

技术检测

拉伸试样为短比例试样共3件。符合GB/T6397-1986、GB/T228.1-2010要求。

冲击试样为夏比V口标准试样，共3件，符合符合GB/T229-2007标准要求。

金相、硬度及磨损试样为3件，尺寸为Ф20×20㎜.

将风冷处理后的蠕墨铸铁工件进行拉伸试验、室温冲击试验、布氏硬度测定、磨损试验以及金相检验。其试验数据和结果见表4.

表4 930℃×1h加热强制风冷处理蠕墨铸铁试验结果

实施例3(950℃×2h强制风冷)

(1)试样

蠕墨铸铁工件原始铸态的铁素体基体蠕墨铸铁，其成分符合表2要求。

(2)操作步骤

先将电阻加热炉升温到900℃待用。然后将蠕墨铸铁工件进行铁丝捆绑后装入保护箱内并填满颗粒状木炭，将箱放入炉后再加热到950℃，在此温度下恒温加热2.0小时。到透热时间后将各种蠕墨铸铁工件由加热炉内的保护箱中取出，迅速挂在挂架上，相邻两个工件的距离≥150㎜，然后启动风机，两台风机分别对准悬挂蠕墨铸铁工件的方向对吹(风量为9500m³/h)，风机口距工件的距离≤1m，蠕墨铸铁工件的冷却速度≥100℃/分钟，蠕墨铸铁工件达到500℃左右后停止吹风，继续在空气中冷却到室温，得到全索氏体型蠕墨铸铁工件。技术检测拉伸试样为短比例试样共3件。符合GB/T6397-1986、GB/T228.1-2010要求。

冲击试样为夏比V口标准试样，共3件，符合符合GB/T229-2007标准要求。

金相、硬度及磨损试样为3件，尺寸为Ф20×20㎜。

将风冷后的蠕墨铸铁工件进行拉伸试验、室温冲击试验、布氏硬度测定、磨损试验以及金相检验。其试验数据和结果见表5.

表5 950℃×1h加热强制风冷处理蠕铁试验结果

由表3到表5测试数据可见，本发明实施例1-实施例3所试验的高温加热强制风冷获得的蠕墨铸铁的抗拉强度皆达550MPa以上，其屈服强度皆达450MPa以上，硬度皆达300HB以上，远高于原始铸件的强度和硬度指标，且其冲击性能也未出现过多降低的现象，其耐磨性能高于铸态蠕铁一倍以上，其热处理生产工艺极其简单，成本低廉，因此具有一定的实用价值。

以上仅为本发明的具体实施实例，并不用于限制本发明的扩展与延伸，对于本生产领域的技术人员，可以根据自己的实际情况对本发明作出有利于生产的改变。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：

具体步骤如下：

(1)蠕墨铸铁工件装入不锈钢保护箱中并填满颗粒状木炭，然后放入已经加热到900℃的箱式电炉中，在设定的奥氏体化温度下恒温2小时；

(2)将透热到时的蠕墨铸铁工件由箱式炉中的保护箱中迅速取出，并依次悬挂在炉前的挂架上；

(3)开动两台风机分别对准悬挂蠕墨铸铁工件的方向对吹，风机口距工件的距离≤1m,控制蠕墨铸铁工件的冷却速度≥100℃/分钟；

(4)经风冷的蠕墨铸铁工件温度为490℃-500℃时，停止吹风，继续空冷到室温后，得到全索氏体型蠕墨铸铁工件。

2.根据权利要求1所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：所述奥氏体化温度为900℃-950℃。

3.根据权利要求1所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：所述风机为岗位式轴流风机。

4.根据权利要求 3所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：所述岗位式轴流风机功率为0.5KW，风量为9500m³/h。

5.根据权利要求1所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：空冷到室温后蠕墨铸铁的显微组织为95％以上的细密的索氏体基体上分布蠕虫状石墨。

6.根据权利要求1所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：蠕墨铸铁工件悬挂于挂架上，相邻两个工件的距离≥150㎜。

7.根据权利要求1所述的强制风冷全索氏体型蠕墨铸铁的生产工艺，其特征是：所述蠕墨铸铁工件中C的质量含量为3.5％～3.8％，Si的质量含量为2.4％～2.6％，Mn的质量含量≤0.15％，S的质量含量≤0.02％，P的质量含量≤0.03％，Ni的质量含量为0.5％～0.7％。