CN110423865B - 一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，包括以下步骤：S1、将球墨铸铁磨球进行奥氏体化处理；S2、将步骤S1得到的磨球进行循环水淬‑碳分配处理；S3、将步骤S2得到的磨球进行等温回火处理。本发明以水作为淬火冷却介质，采用循环淬火‑碳分配‑等温处理工艺，既解决了盐浴淬火、淬火油淬火带来的环保、安全问题，又克服了常规水淬工艺韧性极低或直接淬开裂，硬度不均匀的缺陷，利用廉价、洁净的水资源，降低了生产成本，同时也提高了奥铁体磨球的硬度、韧性等性能指标，提高了产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法。
背景技术
奥铁体球墨铸铁为一种由球墨铸铁通过等温淬火热处理得到以奥铁体(ausferrite)为主要基体的强度高、塑性好的铸造合金，也称为等温淬火球墨铸铁(austempered ductile iron)”，又称之谓ADI。国内以前也称奥贝体球墨铸铁或贝氏体球墨铸铁。该材料以铁、硅、锰为主，不需加入稀缺的铬合金，具有高强度、高韧性、耐磨、抗疲劳等综合性能，生产成本相对较低，性价比较高，在国民经济各个领域如汽车、发动机、农机、工程机械、造船、铁路、冶金、矿山、电力(包括风电)、兵器等方面都得到广泛的应用，在耐磨材料方面应用也取得明显效果。奥铁体球墨铸铁磨球在矿山湿法磨中的磨耗达到高铬球的水平，比低铬球磨耗降低40-50％，是替代低铬铸球的更新换代的产品。如果全国矿山都采用奥铁体球墨铸铁磨球，全国矿山磨球总消耗量可减少50-60万吨，这是国家节能、减排、减量的重大措施。
目前国内生产奥铁体球墨铸铁件热处理大多数是采用盐浴等温淬火，但盐浴等温淬火设备比较复杂，而且硝酸钠、硝酸钾在高温时散发的盐蒸汽具有强烈的腐蚀性，对环境造成不利的影响，淬火工件还需要用水冲洗，因此还要配备水处理设备，设备购置费用和生产成本高，对于低附加值的磨球采用这种工艺和设备不具有竞争力。
专利201310360333.0公开了奥铁体球墨铸铁磨球热处理工艺方法，采用等温淬火油连续冷却+余热等温工艺及专用设备，用淬火油替代盐浴等温淬火，能达到盐浴等温淬火的质量标准。但是，油淬过程中也会产生油蒸汽、油渣造成环境污染；工件淬火后表面会粘着一层油，在等温回火过程中会不断燃烧产生油烟，因此热处理生产线必须加装油烟的净化装置，增加了成本；同时油池还有着火的潜在危险，安全性不高。
水是最常见的快速冷却介质，用水作为淬火介质有利于减少成本，而且安全环保，但如果将磨球直接进行水淬冷却，会造成磨球冷却速度过快，芯表温差过大等结果，导致磨球内应力较大，造成磨球韧性极低或直接淬开裂，硬度不均匀等不良结果。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，以水作为淬火冷却介质，采用循环淬火-碳分配-等温处理工艺，既能降低成本、提高安全性和环保性，又克服了磨球直接水淬冷却易开裂、硬度不均匀、韧性低的缺陷，生产的磨球具有良好的机械性能。
本发明提出的一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，包括以下步骤：
S1、将球墨铸铁磨球进行奥氏体化处理；
S2、将步骤S1得到的磨球进行循环水淬-碳分配处理；
S3、将步骤S2得到的磨球进行等温回火处理。
优选地，所述步骤S1中，奥氏体化处理具体为：将球墨铸铁磨球置于热处理炉中，加热至850-920℃保温2-5小时。
优选地，所述步骤S2中，循环水淬-碳分配处理具体为：先将磨球浸入水中淬火冷却5-50秒，控制出水时磨球的表面温度为200-500℃，将磨球取出，然后在空气中冷却碳分配1-10分钟，以上工序为一个循环，循环处理1-4次，即可。
优选地，所述磨球在水中淬火冷却的水温为30-60℃。
优选地，所述磨球在水中淬火冷却的总时间为5-200秒。
优选地，所述步骤S3中，等温回火处理具体为：将磨球置于等温回火炉中，控制等温回火温度为200-300℃，等温回火时间为120-360分钟。
优选地，所述循环水淬-碳分配处理和等温回火处理时，环境温度为0-40℃。
优选地，所述球墨铸铁磨球的直径为60-150mm。
热处理工艺是奥铁体球墨铸铁磨球生产工艺的关键技术，本发明采用循环淬火-碳分配-等温处理工艺，以水作为淬火冷却介质，利用水淬冷却速度快的特点，先在水中快速将奥铁体铸球冷却到珠光体转变温度以下，此时将铸球从水中取出，在空气中冷却，一方面起到均温的作用，缩小铸球表面和心部温差，减少磨球内应力，防止开裂，一方面能进行碳分配，提高残余奥氏体含量，从而增强磨球的强度和韧性；最后将磨球推入到等温回火炉中进行等温处理。通过对磨球奥氏体化处理的最高加热温度、加热时间，水淬冷却时水介质温度、在水中的冷却时间，磨球出水温度、等温回火温度、等温回火时间等关键工艺参数进行控制，克服了磨球直接水淬冷却易开裂、硬度不均匀、韧性低的缺陷，生产的磨球具有良好的机械性能，表面硬度可达50-58HRC。
本发明的有益效果如下：
本发明奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，以水作为淬火冷却介质，采用循环淬火-碳分配-等温处理工艺，既解决了盐浴淬火、淬火油淬火带来的环保、安全问题，又克服了常规水淬工艺韧性极低或直接淬开裂，硬度不均匀的缺陷，利用廉价、洁净的水资源，降低了生产成本，同时也提高了奥铁体磨球的硬度、韧性等性能指标，提高了产品的品质。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
不同规格奥铁体铸球的循环水淬-碳分配-等温工艺中磨球水淬总时间、水温、碳分配时间、碳分配温度规定如下：
| 磨球直径(mm) | 环境温度(℃) | 水温(℃) | 水淬总时间(秒) | 碳分配温度(℃) |
| 60-150 | 0-40 | 30-60 | 5-200 | 200-500 |
循环水淬-碳分配处理后的铸球进入等温回火炉，利用铸球余热进行等温处理，等温处理工艺控制如下：
| 磨球直径(mm) | 环境温度(℃) | 等温温度(℃) | 等温时间(分钟) |
| 60-150 | 0-40 | 200-300 | 120-360 |
上述制得的磨球表面硬度可达50-58HRC。
下面内容将结合具体实施例对本发明的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法进行进一步介绍。
实施例1
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的化学成分如下：
C：3.58％，Si：2.46％，Mn：2.37％，Cr：0.37％，P：0.021％，S：0.015％，Mg：0.042％，余量为Fe。
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的直径为80mm。
奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法：
(1)将球墨铸铁磨球置于热处理炉中，加热至900℃，保温2小时；
(2)将步骤(1)处理后的磨球放入35℃的冷却水中冷却20s，然后取出，磨球出水时表面温度为430℃，在空气中冷却2分钟，在冷却过程中实现一次均温及碳分配；
(3)将步骤(2)处理后的磨球放入35℃的冷却水中冷却20s，然后取出，磨球出水时表面温度为250℃，在空气中冷却5分钟，在冷却过程中实现二次均温及碳分配；
(4)将步骤(3)处理后的磨球放入等温回火炉中等温回火处理，等温回火温度为250℃，等温回火时间为180分钟。
实施例2
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的化学成分如下：
C：3.68％，Si：2.56％，Mn：2.37％，Cr：0.37％，P：0.018％，S：0.011％，Mg：0.045％，余量为Fe。
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的直径为100mm。
奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法：
(1)将球墨铸铁磨球置于热处理炉中，加热至900℃，保温3小时；
(2)将步骤(1)处理后的磨球放入33℃的冷却水中冷却25s，然后取出，磨球出水时表面温度为420℃，在空气中冷却3分钟，在冷却过程中实现一次均温及碳分配；
(3)将步骤(2)处理后的磨球放入33℃的冷却水中冷却25s，然后取出，磨球出水时表面温度为240℃，在空气中冷却6分钟，在冷却过程中实现二次均温及碳分配；
(4)将步骤(3)处理后的磨球放入等温回火炉中等温回火处理，等温回火温度为240℃，等温回火时间为200分钟。
实施例3
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的化学成分如下：
C：3.60％，Si：2.52％，Mn：2.37％，Cr：0.37％，P：0.021％，S：0.014％，Mg：0.043％，余量为Fe。
本实施例中奥铁体球墨铸铁磨球的直径为120mm。
奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法：
(1)将球墨铸铁磨球置于热处理炉中，加热至900℃，保温3.5小时；
(2)将步骤(1)处理后的磨球放入31℃的冷却水中冷却32s，然后取出，磨球出水时表面温度为415℃，在空气中冷却5分钟，在冷却过程中实现一次均温及碳分配；
(3)将步骤(2)处理后的磨球放入31℃的冷却水中冷却33s，然后取出，磨球出水时表面温度为235℃，在空气中冷却8分钟，在冷却过程中实现二次均温及碳分配；
(4)将步骤(3)处理后的磨球放入等温回火炉中等温回火处理，等温回火温度为235℃，等温回火时间为240分钟。
实施例1-3处理后的磨球性能指标如表1所示：
表1磨球性能指标
由此可见，本发明的热处理方法能得到硬度均匀、韧性好的奥铁体磨球。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将球墨铸铁磨球进行奥氏体化处理；
S2、将步骤S1得到的磨球进行循环水淬-碳分配处理；
S3、将步骤S2得到的磨球进行等温回火处理；
所述步骤S2中，循环水淬-碳分配处理具体为：先将磨球浸入水中淬火冷却5-50秒，控制出水时磨球的表面温度为200-500℃，将磨球取出，然后在空气中冷却碳分配1-10分钟，以上工序为一个循环，循环处理1-4次，即可。
2.根据权利要求1所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，奥氏体化处理具体为：将球墨铸铁磨球置于热处理炉中，加热至850-920℃保温2-5小时。
3.根据权利要求1所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述磨球在水中淬火冷却的水温为30-60℃。
4.根据权利要求1所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述磨球在水中淬火冷却的总时间为5-200秒。
5.根据权利要求1-4任一项所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述步骤S3中，等温回火处理具体为：将磨球置于等温回火炉中，控制等温回火温度为200-300℃，等温回火时间为120-360分钟。
6.根据权利要求1或2所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述循环水淬-碳分配处理和等温回火处理时，环境温度为0-40℃。
7.根据权利要求1或2所述的奥铁体球墨铸铁磨球的热处理方法，其特征在于，所述球墨铸铁磨球的直径为60-150mm。
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Denomination of invention: A heat treatment method of austenitic nodular cast iron grinding ball Effective date of registration: 20220429 Granted publication date: 20210525 Pledgee: Ningguo Anhui rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: NINGGUO HUAFENG WEAR-RESISTANT MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005018 |
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