CN110195153A - 一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺 - Google Patents

一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，包括以下步骤：(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件缓慢冷却至‑90～‑60℃，保温10‑20min，再缓慢冷却至‑160～‑145℃，并保温60‑90min，再置于55‑60℃的热水浴中，升温至20‑45℃时，将球墨铸铁件取出；(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉缓慢升温至840～875℃，保温2.5‑3h；然后随炉冷却至450‑500℃，再空冷至室温；(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至170～195℃，保温后空冷至室温。本发明采用适宜的深冷处理结合退火处理和低温回火处理，是球墨铸铁白口缺陷得到有效消除，且同时适用于薄壁和厚壁球墨铸铁件，且球墨铸铁的韧性、强度等均得到一定的提升。

Description

一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺
技术领域
本发明涉及球墨铸铁热处理技术领域，具体涉及一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺。
背景技术
球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”，主要指球墨铸铁。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。
球墨铸铁具有较高的强度和冲击韧度，并且通过热处理显著地改善力学性能。主要用于力学性能要求较高的铸件，还可以在一定范围内代替碳素钢或合金钢制造强度较高的铸件。与碳素钢相比，其塑性较低，疲劳强度与一般中碳钢相当，但屈服强度几乎是一般碳素钢的2倍，且其生产成本比钢低廉，因而得到广泛应用。球墨铸铁在生产中除了会产生铸造缺陷，还会产生一些特有的金相组织缺陷，如显微所送与夹渣、石墨漂浮与开花石墨、球化不良与球化衰退、白口与反白口、片状石墨预碎块状石墨、磷共晶等。
其中白口组织硬且脆，致使铸件在加工过程中常出现加工不动或“打刀”现象，搬运过程中易产生裂纹，且铸件本体易产生剥落等。为消除球铁中已出现的白口组织，常采用退火(或正火)工艺。此类工艺主要以传统可锻铸铁的石墨化退火为参照，高温长时且分温区处理是其最主要的特点，易导致能量大量耗损，工艺返修成本居高不下，工艺参数不好控制。
申请号为CN 201910197498.8的中国专利公开了一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820～860℃范围内，升温时间控制在2～4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2～4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2～3个小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。该专利针对石墨形态基本呈球状或部分短蠕虫状的铸件缺陷组织特征，提出一种低温短时的消除球铁白口缺陷的热处理工艺，最终具有球状和少部分团絮状的石墨组织特征，使铸件满足应用要求，有效挽救生产损失。但是其处理的球墨铸铁件的壁厚≤15mm，对于壁厚较大的的球墨铸铁件则不一定适用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，采用适宜的深冷处理结合退火处理和低温回火处理，是球墨铸铁白口缺陷得到有效消除，且同时适用于薄壁和厚壁球墨铸铁件，且球墨铸铁的韧性、强度等均得到一定的提升。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件缓慢冷却至-90～-60℃，保温10-20min，再缓慢冷却至-160～-145℃，并保温60-90min，再置于55-60℃的热水浴中，升温至20-45℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉缓慢升温至840～875℃，保温2.5-3h；然后随炉冷却至450-500℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至170～195℃，保温后空冷至室温。
优选地，步骤(1)中，球墨铸铁件的壁厚为30-70mm。
优选地，步骤(1)中，深冷处理方法为气体法，气体法是通过液氮的汽化潜热和低温氮气吸热来制冷，易于控制制冷速度，处理效果较好。
优选地，步骤(1)中，以2～3.5℃/min的速度冷却至-90～-60℃；以1～3℃/min的速度冷却至-160～-145℃。
优选地，步骤(2)中，球墨铸铁件随炉以4～6.5℃/min的速度升温至840～875℃。
优选地，步骤(3)中，保温时间为3-6h。
本发明的有益效果是：
1、本发明中先对待处理球墨铸铁件的进行深冷处理，且深冷处理过程中，球墨铸铁白口缺陷中存在的大量针状或莱氏体状的碳化物也转化为超细碳化物，之后生冷处理过后再经过840～875℃的退火处理，其中析出或转化的超细碳化物在此温度可较快的进行分解，结合之后的低温回火，最终使球墨铸铁件中的渗碳体体积分数控制在2％以下，白口组织完全消除，且组织结构均匀，晶粒细小，石墨球化级别高。
2、本发明在经过深冷处理、退火处理后，球墨铸铁件的韧性得到显著增强，且强度、硬度也有一定的增强，白口缺陷消除后，且经过处理的球墨铸铁件基本无内应力，因此切削加工性能也十分优良。
3、本发明中由适宜的深冷处理配合退火处理，可对于含有摆酷缺陷的厚壁球墨铸铁件亦具有很好的处理效果，且可将时间控制在较短的范围内，生产成本和生产周期均得到有效控制。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以3℃/min的速度冷却至-70℃，保温15min，再以2.5℃/min的速度冷却至-160℃，并保温80min，再置于60℃的热水浴中，升温至40℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以6℃/min的速度升温至850℃，保温3h；然后随炉冷却至500℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至185℃，保温5h，空冷至室温。
实施例2：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以2.5℃/min的速度冷却至-80℃，保温20min，再以1.5℃/min的速度冷却至-145℃，并保温70min，再置于55℃的热水浴中，升温至35℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以4.5℃/min的速度升温至850℃，保温3h；然后随炉冷却至480℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至195℃，保温4h，空冷至室温。
实施例3：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以3.5℃/min的速度冷却至-70℃，保温10min，再以1.5℃/min的速度冷却至-160℃，并保温80min，再置于60℃的热水浴中，升温至35℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以6.5℃/min的速度升温至840℃，保温3h；然后随炉冷却至450℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至195℃，保温5h，空冷至室温。
实施例4：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以2℃/min的速度冷却至-60℃，保温15min，再以2℃/min的速度冷却至-155℃，并保温90min，再置于55℃的热水浴中，升温至20℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以4℃/min的速度升温至875℃，保温2.5h；然后随炉冷却至480℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至170℃，保温6h，空冷至室温。
实施例5：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以3℃/min的速度冷却至-90℃，保温20min，再以13℃/min的速度冷却至-145℃，并保温60min，再置于60℃的热水浴中，升温至45℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以5℃/min的速度升温至865℃，保温3h；然后随炉冷却至480℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至185℃，保温3h，空冷至室温。
实施例6：
一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件以2.5℃/min的速度冷却至-80℃，保温18min，再以1℃/min的速度冷却至-150℃，并保温90min，再置于55℃的热水浴中，升温至40℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉以5.5℃/min的速度升温至840℃，保温2.5h；然后随炉冷却至500℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至185℃，保温3h，空冷至室温。
本发明实施例中的深冷处理方法为气体法，气体法是通过液氮的汽化潜热和低温氮气吸热来制冷，易于控制制冷速度，处理效果较好。
性能测试：
以含有白口缺陷的牌号为65-45-12的球墨铸铁为例，其壁厚为55mm，采用如实施例1-6中的方法对其进行处理，然后测定其抗拉强度、屈服强度以及伸长率，具体如表1所示。
表1：
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/％
实施例1 489 362 14.6
实施例2 473 354 15.3
实施例3 465 351 16.0
实施例4 476 359 15.1
实施例5 485 358 14.6
实施例6 470 347 15.8
以含有白口缺陷的牌号为80-60-03的球墨铸铁为例，其壁厚为36mm，采用如实施例1-6中的方法对其进行处理，然后测定其抗拉强度、屈服强度以及伸长率，具体如表2所示。
表2：
抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 伸长率/％
实施例1 619 462 5.8
实施例2 613 456 6.2
实施例3 616 458 6.0
实施例4 625 470 5.3
实施例5 621 467 5.4
实施例6 609 450 6.5
由上可知，经过本发明中的热处理工艺处理后，对于球墨铸铁的白口缺陷可以有效消除，同时对于其强度和韧性均会有改善。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)深冷处理：将待处理球墨铸铁件缓慢冷却至-90～-60℃，保温10-20min，再缓慢冷却至-160～-145℃，并保温60-90min，再置于55-60℃的热水浴中，升温至20-45℃时，将球墨铸铁件取出；
(2)退火处理：将经步骤(1)处理球墨铸铁件随炉缓慢升温至840～875℃，保温2.5-3h；然后随炉冷却至450-500℃，再空冷至室温；
(3)低温回火：将经步骤(2)处理球墨铸铁件随炉温度升至至170～195℃，保温后空冷至室温。
2.根据权利要求1所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，球墨铸铁件的壁厚为30-70mm。
3.根据权利要求1所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，深冷处理方法为气体法。
4.根据权利要求3所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，步骤(1)中，以2～3.5℃/min的速度冷却至-90～-60℃；以1～3℃/min的速度冷却至-160～-145℃。
5.根据权利要求1所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，步骤(2)中，球墨铸铁件随炉以4～6.5℃/min的速度升温至840～875℃。
6.根据权利要求1所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，步骤(3)中，保温时间为3-6h。
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