CN110157871A - 一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法 - Google Patents

一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，出炉空冷；B、等温淬火：a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到840‑860℃，炉冷至550‑600℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至280‑300℃取出；b、先将盐浴炉中熔盐加热至200‑220℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以30‑70℃/h速度将熔盐升温至320‑350℃，保温1.5‑2h；C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火。本发明通过在等温淬火前预加热消除白口，再使用淬火液迅速降温，然后放入低温熔盐中缓慢升温，得到的组织既含有细小的铁素体，同时又有较高含碳量的奥氏体及高的奥氏体体积分数，提高了强度和硬度、改善了韧性。

Description

一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法
技术领域
本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体涉及一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法。
背景技术
球墨铸铁是一种通过球化和孕育处理得到的碳以球状石墨析出，且石墨呈球状分布的铸铁，具有良好的铸造性、耐磨性、切削加工性。球墨铸铁具有优良的力学性能和工艺性能，并能通过热处理进一步提高其力学性能。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。
等温淬火是淬火热处理中的一种工艺方法。主要包括奥氏体化和等温处理两个过程：首先将铸件加热到共析温度以上某个温度，并保温一段时间(奥氏体化处理)；然后以大于珠光体形成的冷却速度在冷却介质中快速冷却至贝氏体转变区域进行等温。与普通淬火热处理不同，等温淬火热处理中冷却介质(等温介质)的温度较高，在铸件的马氏体相变点Ms以上、珠光体相变温度以下的温度区间(即中温区)，铸件在等温介质中保持一段时间(等温处理)，发生贝氏体相变，获得无碳化物的针状铁素体(贝氏体型铁素体)和高碳奥氏体的混合物。但是现有技术等温淬火通常是直接将奥氏体化的铸件放入等温淬火介质中，由于铸件温度较高，与等温淬火介质发生热交换会迅速升高等温淬火介质的温度，温度不能严格控制，影响球墨铸铁的主要性能，因此，有必要对现有技术球墨铸铁铸件淬火工艺进行的改进。
发明内容
本发明目的在于提供了一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，通过在等温淬火前预加热消除白口，再使用淬火液迅速降温，然后放入低温熔盐中缓慢升温，得到的组织既含有细小的铁素体，同时又有较高含碳量的奥氏体及高的奥氏体体积分数，提高了强度和硬度、改善了韧性。
为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：
本发明提供了一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900-920℃，保温2-3h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到840-860℃，炉冷至550-600℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至280-300℃取出；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至200-220℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以30-70℃/h速度将熔盐升温至320-350℃，保温1.5-2h；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为550-600℃，保温1-1.5h，冷却至室温。
优选地，步骤A中奥氏体化温度为900℃，保温时间为2h，出炉后立即空冷。
优选地，淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO220％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.40-1.45g/cm3。
优选地，球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：6-8。
优选地，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1-1.2：1。
优选地，步骤b中熔盐以60℃/h速度升温至330℃。
优选地，步骤C中回火温度为560℃，保温时间为1h。
本发明的有益效果是：
1、本发明将球墨铸铁磨球加热到900-920℃，保温，使珠光体转化为奥氏体，使石墨溶解于奥氏体，然后使用空冷迅速冷却，将奥氏体转化为珠光体，细化组织，提高球墨铸铁磨球的强度；
2、本发明步骤a将球墨铸铁磨球重新加热到840-860℃，炉冷至550-600℃，消除空冷时因内应力较大产生的白口倾向；
3、本发明步骤将球墨铸铁磨球放入淬火液中迅速冷却到Ms点稍下，避开了上贝氏体形成区，然后在Ms点稍上放入熔盐进行下贝氏体等温转变，获得基体组织为下贝氏体加少量马氏体、残余奥氏体和碳化物的球墨铸铁磨球；
4、本发明将球墨铸铁磨球放入熔盐进行等温淬火前先用淬火液迅速对球墨铸铁磨球迅速降温，避免因熔盐球墨铸铁磨球自身温度过高，导致熔盐温度迅速上升、上升温度不可控的问题，从而使球墨铸铁磨球获得稳定的性能。
综上所述，本发明通过奥氏体化后迅速空冷，将奥氏体转化为珠光体，细化组织，提高球墨铸铁磨球的强度，同时在等温淬火前预加热消除白口，再使用淬火液迅速降温，然后放入低温熔盐中缓慢升温，有利于细化初始铁素体晶核，并增大碳的扩散速度，得到的组织既含有细小的铁素体，同时又有较高含碳量的奥氏体及高的奥氏体体积分数，提高了强度和硬度、改善了韧性，进而表现出更加优越的综合力学性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温2h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到840℃，炉冷至550℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至280℃取出，淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO2 20％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.40g/cm3，球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：5；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至200℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以30℃/h速度将熔盐升温至320℃，保温1.5h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1：1；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为550℃，保温1h，冷却至室温。
实施例2：
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为920℃，保温3h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到860℃，炉冷至600℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至300℃取出，淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO2 20％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.45g/cm3，球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：8；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至220℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以70℃/h速度将熔盐升温至350℃，保温2h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1.2：1；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为600℃，保温1.5h，冷却至室温。
实施例3：
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为910℃，保温2.5h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到850℃，炉冷至580℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至290℃取出，淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO2 20％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.42g/cm3，球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：6；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至210℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以60℃/h速度将熔盐升温至330℃，保温1.8h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1.1：1；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为580℃，保温1.2h，冷却至室温。
实施例4：
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温2h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到860℃，炉冷至600℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至300℃取出，淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO2 20％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.45g/cm3，球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：6；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至220℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以50℃/h速度将熔盐升温至330℃，保温1.5h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1：1；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为600℃，保温1h，冷却至室温。
对照例1
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温2h，炉冷至600℃；
B、等温淬火：先将盐浴炉中熔盐加热至220℃，再将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，熔盐升温至330℃，保温1.5h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1：1；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为600℃，保温1h，冷却至室温。
对照例2
一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，具体包括以下步骤：
A、将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温2h；
B、等温淬火：将盐浴炉中熔盐加热至330℃，再将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，保温1.5h，熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1：1；
C、回火：将步骤B中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为600℃，保温1h，冷却至室温。
实将施例1-4和对照例1-2制备的球墨铸铁活塞铸件进行如下性能测试：
(1)硬度性能测试：在HRS-150洛氏硬度计上进行硬度测试，试验加载力为120kg，试验力保荷时间为6s，将所要检测的试样利用线切割加工成10cm×10cm×10cm的试样。
(2)拉伸性能测试：按照GBT 228.1-2010《金属材料拉伸试验》加工成拉伸试样，在UTM5105万能拉伸试验机上进行拉伸试验，实验时的拉伸速度为2mm/min，引伸计为Y25/5-N型。
(3)冲击性能测试：通过线切割机将试样制备成标准冲击试样，试样尺寸偏差应该根据GB/T229-1994规定，严格控制形状、尺寸和表面粗糙度，尺寸为10mm×10mm×55mm，根据GB/T229-2007规定，使用JB-300B型摆锤式冲击试验机对试样进行冲击。
检测结果如下表1所示。
表1性能测试数据
对照例1和实施例1-4相比，对照例1的淬火工艺在奥氏体化后未经空冷和预加热，未经过淬火液速冷，直接放入低温熔盐中，再对低温熔盐升温保温淬火，与实施例1-4相比，获得的球墨铸铁磨球硬度、强度都下降明显。
对照例2和实施例1-4相比，对照例2的淬火工艺在奥氏体化后未经空冷、预加热和炉冷，未经过淬火液速冷，直接放入高温熔盐中保温淬火，与对比例2相比，获得的球墨铸铁磨球硬度、强度略有下降，与与实施例1-4相比，获得的球墨铸铁磨球硬度、强度都下降明显。
因此，本发明一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，通过在等温淬火前预加热消除白口，再使用淬火液迅速降温，然后放入低温熔盐中缓慢升温，得到的组织既含有细小的铁素体，同时又有较高含碳量的奥氏体及高的奥氏体体积分数，提高了强度和硬度、改善了韧性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A、正火：将球墨铸铁磨球升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900-920℃，保温2-3h，出炉空冷；
B、等温淬火：
a、将步骤A中处理过的球墨铸铁磨球加热到840-860℃，炉冷至550-600℃后迅速放入淬火液中，待表面温度降低至280-300℃取出；
b、先将盐浴炉中熔盐加热至200-220℃，再将步骤a中处理过的球墨铸铁磨球放入熔盐中，以30-70℃/h速度将熔盐升温至320-350℃，保温1.5-2h；
C、回火：将步骤b中处理过的球墨铸铁磨球回火，回火温度为550-600℃，保温1-1.5h，冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，所述步骤A中奥氏体化温度为900℃，保温时间为2h，出炉后立即空冷。
3.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，所述淬火液为饱和硝盐水溶液，各组分质量百分比为：NaNO3 25％、NaNO2 20％、KNO3 20％、H2O 35％，比重为1.40-1.45g/cm3。
4.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，所述球墨铸铁磨球和淬火液的质量比为1：6-8。
5.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，所述熔盐为NaNO3与KNO3的混合物，NaNO3和KNO3的质量比为1-1.2：1。
6.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，所述步骤b中熔盐以60℃/h速度升温至330℃。
7.根据权利要求1所述的球墨铸铁磨球淬火工艺方法，其特征在于，步骤C中回火温度为560℃，保温时间为1h。
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