CN111139341A - 一种泵壳铸件热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵壳铸件热处理工艺，属于金属热处理技术领域，其技术方案要点是一种泵壳铸件热处理工艺，包括如下步骤：S1：对铸件进行加热，加热温度至900‑1090℃后进行奥氏体化保温2.0‑3.0h；S2：对步骤S1得到的铸件进行淬火冷却处理；S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为1.5‑2.5h,回火温度为200‑450℃，保温时间为1.5‑2.5h；S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。达到提高高铬铸铁的硬度和耐磨性能的效果。

Description

一种泵壳铸件热处理工艺

技术领域

本发明涉及金属热处理领域，特别涉及一种泵壳铸件热处理工艺。

背景技术

热处理是一项改进金属材料品质的方法，借助热处理可以改变或影响铸铁的组织及性质，同时还可获得更高的强度、硬度和耐磨性等。众所周知，互相接触的或者相对运动的两个物体，其表面都会发生摩擦，一般情况下，摩擦时往往又伴随着磨损，当磨损到一定程度时，会导致零件的损坏。

高铬铸铁生产后一般不能直接投入生产使用，需经热处理工艺强化其基体组织，提高铸件硬度及耐磨性后方可使用，铸态下的高铬铸铁金属基体组织主要为奥氏体、珠光体等，整体宏观硬度不高，耐磨性差。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种泵壳铸件热处理工艺，达到提高高铬铸铁的硬度和耐磨性能的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种泵壳铸件热处理工艺，包括如下步骤：

S1：对铸件进行加热，加热温度至900-1090℃后进行奥氏体化保温2.0-3.0h；

S2：对步骤S1得到的铸件进行淬火冷却处理；

S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为1.5-2.5h,回火温度为200-450℃，保温时间为1.5-2.5h；

S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。

通过采用上述技术方案，经过奥氏体化和淬火处理后，使得一部分奥氏体组织转变为马氏体组织，再经低温回火处理后，马氏体组织的脆性和淬火应力大大减少，残余奥氏体转变会回火马氏体，使得铸件的整体性能变得优异。

当奥氏体化温度比较低时，凝固时析出的共晶碳化物较多，碳和合金元素都从奥氏体中进入碳化物，溶入奥氏体中的碳和合金元素数量较少，淬火处理后奥氏体转变成为的马氏体中碳、铬等合金元素含量交底，导致马氏体硬度较低，宏观硬度较低，随着淬火温度升高，加热过程析出共晶碳化物溶解，碳和合金元素从碳化物中溶解到奥氏体中，导致奥氏体中碳和合金元素增多，转变形成的马氏体中的含碳量也增多，从而使得铸件的硬度也提高。

当奥氏体温度过高时，由于奥氏体平衡时溶入过多的碳和合金元素，奥氏体的稳定性增加，淬火冷却后奥氏体转变为马氏体的量减少，残余奥氏体含量增多，因此，会导致铸件的硬度较低，因此本申请的奥氏体化温度选在900-1090℃时，能够有效提高铸件的硬度和耐磨性能。

综上，奥氏体转化温度影响高铬铸铁件的力学性能，当奥氏体转化温度较低时，溶解到基体中的渗碳体不够多，另一方面，合金元素的扩散驱动力较小，因此只有少部分的合金元素和碳元素扩散到了奥氏体基体中，当淬火冷却后，奥氏体基体转变为马氏体基体，随着回火温度的升高，马氏体与残余奥氏体析出粒状二次碳化物越来越多，分布于基体上，有着稳固强化作用，但当回火温度过高时，细小颗粒堆积长大，密集程度慢慢降低，碳化物间的距离也变大，马氏体的分解很剧烈，导致硬度值会降低，从而导致泵壳铸件的耐磨性能也降低。

本发明进一步设置为，所述步骤S1中的升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为150-180℃/h,加热至600-650℃时保温30-45min，第二阶段从600-650℃升温至900-1090℃进行保温，升温速度为110-130℃/h。

通过采用上述技术方案，由于高铬铸铁的热导率较低，在热处理升温的过程中速度较快，则会导致铸件内部产生较大的热应力而开裂或产生裂纹，因此，将步骤S1中的升温过程分为两个阶段，且第一阶段的升温速度为80-110℃/h，并在600-650℃时保温30-45min时，能够使得铸铁从弹性状态向塑性状态的转化，并消除因为升温而产生的内应力，保证铸铁的性能，同时保证铸铁的硬度。

本发明进一步设置为，所述步骤S2中的淬火冷却处理方式为风冷和水雾处理。

通过采用上述技术方案，通过风冷和水雾处理后形成的马氏体硬度高，宏观硬度也增加，从而使得铸件的硬度和耐磨性能也增加，淬火冷却处理方式选择风冷和水雾处理两种方式，使得铸件具有良好的硬度的同时还具有优良的塑性。

本发明进一步设置为，所述第二阶段升温至980-1020℃后进行保温处理。

本发明进一步设置为，所述步骤S3中，回火处理温度为360-410℃。

本发明进一步设置为，所述回火处理温度为360-410℃分为两个阶段，第一阶段为回火处理温度升至200-260℃进行保温处理0.5-1h，第二阶段从200-260℃升温至360-410℃进行保温处理1-1.5h。

通过采用上述技术方案，先将温度升至200-260℃进行回火处理时，能够有效消除铸件内部的淬火应力，同时也能消除由于残余奥氏体的存在而产生的零件表面剥落现象，由于回火温度冷却至室温的过程中，残余奥氏体部分发生马氏体转变，在第二阶段进行回火处理时，过冷奥氏体与残余奥氏体在回火过程中产生聚合物组织，随着回火时间的延长，碳化物的析出量逐渐增加，二次碳化物的弥散析出使材料得到强化，硬度也随着时间的延长而延长，从而提高铸件的耐磨性能。

但当回火温度过高时，导致马氏体大量分解，马氏体中的碳及合金元素溶解量降低，变成回火索式体，铸件的硬度降低。

本发明进一步设置为，所述铸件的成分按质量百分比包括C 2.7-3.3%、Cr 10-15%、Mn 0.5-0.8%、Si 0.5-1.0%、Mo 0.8-1.5%、Cu 1.0-1.5%、Ni1.0-1.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁。

综上所述，本发明具有以下有益效果：将铸件在900-1090℃的范围内进行奥氏体化，并在200-450℃的范围内回火时，能够有效提高铸件的硬度和耐磨性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种泵壳铸件热处理工艺，包括如下步骤：

铸件的成分按质量百分比包括C 2.7%、Cr 15%、Mn 0.5%、Si 1.0%、Mo 0.8%、Cu 1.5%、Ni1.0%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁；

S1：对铸件进行加热，加热时间为3h，加热温度至900℃后进行奥氏体化保温2.0h；

S2：对步骤S1得到的铸件进行风冷淬火冷却处理；

S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为1.5h,回火温度为200℃，保温时间为1.5h；

S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。

实施例2

一种泵壳铸件热处理工艺，包括如下步骤：

铸件的成分按质量百分比包括C 3.0%、Cr 13%、Mn 0.7%、Si 0.8%、Mo 1.2%、Cu 1.3%、Ni1.4%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁；

S1：对铸件进行加热，加热时间为3.5h，加热温度至1000℃后进行奥氏体化保温2.5h；

S2：对步骤S1得到的铸件进行风冷淬火冷却处理；

S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为2.0h,回火温度为350℃，保温时间为2.0h；

S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。

实施例3

一种泵壳铸件热处理工艺，包括如下步骤：

铸件的成分按质量百分比包括C 3.3%、Cr 10%、Mn 0.8%、Si 0.5%、Mo 1.5%、Cu 1.0%、Ni1.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁；

S1：对铸件进行加热，加热时间为4h，加热温度至1090℃后进行奥氏体化保温3.0h；

S2：对步骤S1得到的铸件进行风冷淬火冷却处理；

S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为2.5h,回火温度为450℃，保温时间为2.5h；

S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。

实施例4

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为150℃/h,加热至600℃时保温30min，第二阶段从600℃升温至900℃进行保温2.5h，升温速度为110℃/h；

其余步骤不变。

实施例5

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为150℃/h,加热至600℃时保温30min，第二阶段从600℃升温至980℃进行保温2.5h，升温速度为110℃/h；

其余步骤不变。

实施例6

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为170℃/h,加热至630℃时保温40min，第二阶段从630℃升温至1000℃进行保温2.5h，升温速度为120℃/h；

其余步骤不变。

实施例7

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为150℃/h,加热至600℃时保温30min，第二阶段从600℃升温至1020℃进行保温2.5h，升温速度为110℃/h；

其余步骤不变。

实施例8

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为180℃/h,加热至650℃时保温45min，第二阶段从650℃升温至1090℃进行保温2.5h，升温速度为130℃/h；

其余步骤不变。

实施例9

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：步骤S2中，淬火冷却方式为风冷的同时加水雾处理；

其余步骤不变。

实施例10

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

步骤S3中，对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，回火处理温度为360℃并分为两个阶段，第一阶段为回火处理温度升至200℃进行保温处理0.5h，第二阶段从200℃升温至360℃进行保温处理1h；

其余步骤不变。

实施例11

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

步骤S3中，对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，回火处理温度为390℃并分为两个阶段，第一阶段为回火处理温度升至240℃进行保温处理0.8h，第二阶段从240℃升温至390℃进行保温处理1.2h；

其余步骤不变。

实施例12

一种泵壳铸件热处理工艺，与实施例2的不同之处在于：

步骤S3中，对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，回火处理温度为410℃并分为两个阶段，第一阶段为回火处理温度升至260℃进行保温处理1h，第二阶段从260℃升温至410℃进行保温处理1.5h；

其余步骤不变。

对比例1

与实施例2的不同之处在于，S1：对铸件进行加热，加热时间为3.5h，加热温度至1120℃后进行奥氏体化保温2.5h，其余步骤不变。

对比例2

与实施例6的不同之处在于，S1: 对铸件进行加热，升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为170℃/h,加热至630℃，不保温处理，第二阶段从630℃升温至1000℃进行保温2.5h，升温速度为120℃/h；其余步骤不变。

对比例3

与实施例2的不同之处在于，步骤S3中，对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为2.0h,回火温度为500℃，保温时间为2.0h，其余步骤不变。

性能检测

对实施例1-12和对比例1-3中热处理后的铸件进行性能检测，检测结果如表1所示。

硬度检测在HR-150A型洛氏硬度计上进行，在每个符合硬度测试条件的平整试样上任意取3个点进行测试，取3个点的平均值作为该试样的宏观硬度；

冲蚀磨损试验的试验方法：在进行冲蚀磨损试验之前，先对试样进行处理，将试样置于无水酒精中，用超声波清洗机清洗、吹风机吹干，光电天平上称重，记录数据，每次试验，冲蚀磨损浆料采用70-100目石英砂，浆料中水：砂的比例为10：1，浆料冲蚀速度为11.14m/s，试验时间为5小时，试验结束后，将试样取出，和冲蚀前处理试样相同，进行冲洗、吹干和称重，冲蚀磨损性能采用试样失重率表示，即试验材料失重量与材料原重量的比值。

表1检测结果表

项目	硬度/HRC	失重率/%
			未热处理铸件	46.6	2.311
实施例1	51.6	1.957
			实施例2	54.8	1.525
实施例3	50.2	1.978
			实施例4	52.4	1.744
实施例5	55.5	1.313
			实施例6	59.9	1.226
实施例7	61.2	1.139
			实施例8	52.3	1.751
实施例9	55.1	1.336
			实施例10	55.8	1.314
实施例11	57.2	1.264
			实施例12	57.8	1.235
对比例1	51.6	1.821
			对比例2	54.3	1.545
对比例3	49.7	2.168

从上表分析可得：

实施例1-3中，当奥氏体化温度在1000℃，回火温度在350℃时，硬度和耐磨性能均为最佳，说明实施例2中的热处理条件处理的铸件优于实施例1和实施例3中的热处理条件处理后的铸件；且实施例1-3中的硬度和耐磨性能均优于未进行热处理的铸件，由此可以说明，本发明的热处理工艺能够有效提高铸件的硬度和耐磨性能；

实施例4与实施例1相比，当最后的奥氏体化温度相同时，将升温过程分为两个阶段后，实施例4中的硬度和耐磨性能均优于实施例1中的硬度和耐磨性能，说明将升温过程分为两个阶段后，有效提高铸件的耐磨性能和硬度；

实施例4-8，当铸件的成分相同，且升温过程分为两个阶段后，实施例4-8中的硬度和耐磨性能随着奥氏体化温度的升高而升高，并当奥氏体化温度为1020℃时，硬度和耐磨性能达到最大，说明奥氏体化温度在1020℃时，铸件的耐磨性能和硬度最佳，且实施例6与对比例2中的奥氏体化温度相同时，实施例6中的硬度和耐磨性能均优于实施例2中的硬度和耐磨性能；说明经热处理后实验材料的组织均为回火马氏体、碳化物和残余奥氏体，当奥氏体化温度低于980℃时，奥氏体中溶入的碳和合金元素较少，空淬转变成的马氏体硬度值不高，不能良好的为碳化物起到支撑作用，磨粒磨损时会使碳化物易脱落，此时摩擦系数偏高，耐磨性不好，随着奥氏体化温度的升高，碳化物固溶，奥氏体溶入适量的碳和合金元素，冷却后马氏体硬度值提高，能够稳固支撑共晶碳化物，防止其在磨粒磨损过程中的剥落和断裂，使得摩擦系数降低，耐磨性能提高；

实施例9与实施例2相比，当淬火冷却方式选择空冷和水雾的混合方式时，实施例9中的硬度和耐磨性能优于实施例2中的硬度和耐磨性能，由此说明，淬火冷却方式为空冷和水雾混合后，有效提高铸件的耐磨性能和硬度；

实施例10-12与实施例2相比，当回火处理温度在360-410℃范围内，且回火处理温度的上升分为两个阶段时，能够进一步提高铸件的耐磨性能和硬度；

对比例1与实施例2相比，当奥氏体化温度超过1090℃时，铸件的硬度和耐磨性能反而相应的降低，由此可以说明，本申请的奥氏体化温度范围能够保证铸件具有良好的硬度和耐磨性能；

对比例2与实施例6相比，当加热温度升至630℃不进行保温处理时，对比例2中的硬度和耐磨性能均低于实施例6中的硬度和耐磨性能，由此可以说明，本申请中的热处理工艺有助于提高铸件的耐磨性能和硬度；

对比例3余实施例2相比，当回火温度为500℃时，铸件的硬度和耐磨性能均低于实施例2中的硬度和耐磨性能，由此可见，回火温度过高，反而会使得铸件的硬度和耐磨性能降低。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1：对铸件进行加热，加热温度至900-1090℃后进行奥氏体化保温2.0-3.0h；

S2：对步骤S1得到的铸件进行淬火冷却处理；

S3：对步骤S2得到的铸件进行回火保温处理，加热时间为1.5-2.5h,回火温度为200-450℃，保温时间为1.5-2.5h；

S4：对步骤S3得到的铸件在室温下冷却。

2.根据权利要求1所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述步骤S1中的升温过程分为两个阶段，第一阶段升温速度为150-180℃/h,加热至600-650℃时保温30-45min，第二阶段从600-650℃升温至900-1090℃进行保温，升温速度为110-130℃/h。

3.根据权利要求1所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述步骤S2中的淬火冷却处理方式为风冷和水雾处理。

4.根据权利要求2所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述第二阶段升温至980-1020℃后进行保温处理。

5.根据权利要求1所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述步骤S3中，回火处理温度为360-410℃。

6.根据权利要求5所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述回火处理温度为360-410℃分为两个阶段，第一阶段为回火处理温度升至200-260℃进行保温处理0.5-1h，第二阶段从200-260℃升温至360-410℃进行保温处理1-1.5h。

7.根据权利要求1所述的一种泵壳铸件热处理工艺，其特征在于：所述铸件的成分按质量百分比包括C 2.7-3.3%、Cr 10-15%、Mn 0.5-0.8%、Si 0.5-1.0%、Mo 0.8-1.5%、Cu 1.0-1.5%、Ni1.0-1.5%、P≤0.03%、S≤0.03%，余量为铁。