CN111321338A - 贝氏体抗磨球墨铸铁及其加工工艺 - Google Patents

贝氏体抗磨球墨铸铁及其加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贝氏体抗磨球墨铸铁及其加工工艺，涉及球墨铸铁加工制造技术领域。贝氏体抗磨球墨铸铁其化学成分按重量百分比为：C：3.20～3.45％、Si：2.0～2.4％、Mn：0.75‑1.25％、Mo：0.5～0.75％、Ni：1.2‑2.5％、Cu：0.4‑0.6％、Cr：0.2‑0.5％、Ti：0.01～0.1％、P：0～0.02％、S：0～0.01％、Nb：0.1‑0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明通过发挥材料本身的优势，铸造产品具有良好的耐磨性、冲击韧性和较好的综合力学性能，法操作方便，工艺容易控制，产品质量稳定。

Description

贝氏体抗磨球墨铸铁及其加工工艺
技术领域
本发明属于球墨铸铁加工制造技术领域，特别是涉及一种贝氏体抗磨球墨铸铁加工工艺及一种贝氏体抗磨球墨铸铁额加工工艺。
背景技术
贝氏体球铁由于具有良好的综合力学性能、铸造性能、加工性能和经济性而被广泛应用于结构件如齿轮、曲轴及抗磨件如磨球、衬板、锤头等生产中。贝氏体球铁通过加入责重合金元素Ni、Mo、Cu，并采用硝盐浴等温淬火工艺生产，这种生产方式生产设备一次性投资大，能耗高，周期长，亚硝酸盐污染严重，因此，目前急需发明出一种硬度较高并且能够提高生产周期，简化生产工艺，降低成本，同时保持高抗压强度和耐磨性的铸态合金贝氏体球墨铸铁或者简化热处理工艺的合金贝氏体球墨铸铁材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种贝氏体抗磨球墨铸铁及其加工工艺，以解决了背景技术提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种贝氏体抗磨球墨铸铁，其化学成分按重量百分比为：C：3.20～3.45％、Si：2.0～2.4％、Mn：0.75-1.25％、Mo：0.5～0.75％、Ni：1.2-2.5％、Cu：0.4-0.6％、Cr：0.2-0.5％、Ti：0.01～0.1％、P：0～0.02％、S：0～0.01％、Nb：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，其化学成分按重量百分比为：C：3.35～3.4％、Si：2.2-2.25％、Mn：0.95-1.0％、Mo：0.6-0.65％、Ni：1.9-2.0％、Cu：0.48-0.52％、Cr：0.32-0.37％、Ti：0.05-0.06％、P：0～0.02％、S：0～0.01％、Nb：0.25-0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，包括如下步骤：
S01、按照配方重量百分比进行配料并熔炼，熔炼完成后，控制铁液温度为1480℃～1520℃；
S02、出炉前在浇包内加入球化剂FeSiMg8Re7和孕育剂FeSi75，球化剂加入量为1.6～1.8％，孕育剂FeSi75加入量为1.4～1.5％；
S03、处理后的铁液浇注球墨铸铁磨球，浇注温度为1380℃～1420℃，
S04、开模，将磨球加热到920-960℃进行奥氏体化，并保温0.5-1h；然后使用淬火介质进行连续淬火降温，降温至550-600℃后，转入350～400℃的保温炉中保温处理冷却至350℃，取出空冷至室温；
S05、将上述S04的磨球在空气炉中至270-290℃,保温时间为2～4h，将水雾化后连续喷淋降温至100-120℃，自然空冷。
进一步地，所述步骤S04中的淬火介质选用密度ρ＝1.15-1.20g/cm3，温度为30～80℃的水玻璃水溶液，淬火介质的量为淬火工件的5～8倍。
进一步地，所述步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用氮气作为保护气体。
进一步地，所述步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用岩棉包裹磨球进行冷却。
进一步地，所述步骤S03中，在属型型腔内涂上底层保温涂料和喷上附有强石元素表层涂料，并将其预热到180-220℃。
本发明通过添加Ni、Mo、Cu，使得磨球虽有很好的淬透性，同时促进贝氏体的生成，为了降低成本，本发明采用Mn，Si合金代替Ni、Mo、Cu，降低了Ni、Mo、Cu的用量，从而达到降低成本的需求；
同时Ni不但促使铸铁获得面心立方晶格的奥氏体，而且自身也是面心立方晶格，其滑移面多，易于发生滑移变形的方向也多，便于提高铸造产品的塑性、韧性；Mo则有助于获得贝氏体，同时减小合金的脆性；
同时添加Cr，则便于降低共晶碳量，防止粗大初生碳化物的产生，保证碳化物形成高硬度的孤立状的(Cr.Fe)3C型理想抗磨相，同时Cr有一小部分溶解在奥氏体中，起到强化基体、增加合金卒透性的作用。
上述添加Ti，Ti能细化奥氏体枝晶，促进渗碳体断网，提高合金的冲击韧性和抗磨性；Nb属于强碳化物形成元素，它与碳的亲和力高于铁和铬，更易形成一种简单立方点阵的化合物，能较大幅度地提高材料的耐磨性。此外Nb还可微溶于奥氏体基体中，有稳定奥氏体作用。
本发明为避免金属型因冷却速度快，产生碳化物和碳化物偏聚倾向大，为此，本发明还采用在金属型型腔内涂上底层保温涂料和喷上附有强石墨化元素表层涂料，并将其预热到180-220℃等强化排除碳化物措施，致使金属型在贝氏体球铁磨球生产应用中收到显著的效果。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的生产工艺生产周期短，工艺简单，制造成本低，通过发挥材料本身的优势，铸造产品具有良好的耐磨性、冲击韧性和较好的综合力学性能，法操作方便，工艺容易控制，产品质量稳定；同时采用30～80℃的水玻璃水溶液，避免铸造过程中产生裂纹，避免硬度偏低的问题；上述采用岩棉包裹磨球并在350～400℃的保温炉中进行缓慢冷却，便于在此温度下发生贝氏体转变，形成上贝氏体和下贝氏体，最终得到以贝氏体+奥氏体为主的基体组织；同时本发明采用回火升温至270-290℃，低温回火有助于提高新型贝氏体组织中的残余奥氏体稳定性,提高铸造产品的韧性，同时低温回火时残余应力的消除也有利于冲击韧度的提高。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
实施例1
一种贝氏体抗磨球墨铸铁，其化学成分按重量百分比为：C：3.35％、Si：2.2％、Mn：1.0％、Mo：0.65％、Ni：2.0％、Cu：0.48％、Cr：0.32％、Ti：0.05％、P：0.01％、S：0.01％、Nb：0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，包括如下步骤：
S01、按照配方重量百分比进行配料并熔炼，熔炼完成后，控制铁液温度为1480℃～1520℃；
S02、出炉前在浇包内加入球化剂FeSiMg8Re7和孕育剂FeSi75，球化剂加入量为1.6～1.8％，孕育剂FeSi75加入量为1.4～1.5％；
S03、处理后的铁液浇注球墨铸铁磨球，浇注温度为1380℃～1420℃，
S04、开模，将磨球加热到920-960℃进行奥氏体化，并保温0.5-1h；然后使用淬火介质进行连续淬火降温，降温至550-600℃后，转入350～400℃的保温炉中保温处理冷却至350℃，取出空冷至室温；
S05、将上述S04的磨球在空气炉中至270-290℃,保温时间为2～4h，将水雾化后连续喷淋降温至100-120℃，自然空冷。
优选地，步骤S04中的淬火介质选用密度ρ＝1.15-1.20g/cm3，温度为30～80℃的水玻璃水溶液，淬火介质的量为淬火工件的5～8倍。
优选地，步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用氮气作为保护气体。
优选地，步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用岩棉包裹磨球进行冷却。
优选地，步骤S03中，在属型型腔内涂上底层保温涂料和喷上附有强石元素表层涂料，并将其预热到180-220℃。
力学性能指标为：冲击韧性αk为4-13J/cm2，落球次数>20000，硬度为60.0±0.3HRC，抗压强度为2500±30MP。
实施例2
一种贝氏体抗磨球墨铸铁，其化学成分按重量百分比为：
C：3.20％、Si：2.4％、Mn：1.25％、Mo：0.5％、Ni：1.2％、Cu：0.4％、Cr：0.25％、Ti：0.05％、P：0.02％、S：0.01％、Nb：0.45％，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，包括如下步骤：
S01、按照配方重量百分比进行配料并熔炼，熔炼完成后，控制铁液温度为1480℃～1520℃；
S02、出炉前在浇包内加入球化剂FeSiMg8Re7和孕育剂FeSi75，球化剂加入量为1.6～1.8％，孕育剂FeSi75加入量为1.4～1.5％；
S03、处理后的铁液浇注球墨铸铁磨球，浇注温度为1380℃～1420℃，
S04、开模，将磨球加热到920-960℃进行奥氏体化，并保温0.5-1h；然后使用淬火介质进行连续淬火降温，降温至550-600℃后，转入350～400℃的保温炉中保温处理冷却至350℃，取出空冷至室温；
S05、将上述S04的磨球在空气炉中至270-290℃,保温时间为2～4h，将水雾化后连续喷淋降温至100-120℃，自然空冷。
优选地，步骤S04中的淬火介质选用密度ρ＝1.15-1.20g/cm3，温度为30～80℃的水玻璃水溶液，淬火介质的量为淬火工件的5～8倍。
优选地，步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用氮气作为保护气体。
优选地，步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用岩棉包裹磨球进行冷却。
优选地，步骤S03中，在属型型腔内涂上底层保温涂料和喷上附有强石元素表层涂料，并将其预热到180-220℃。
力学性能指标为：冲击韧性αk为6-15J/cm2，落球次数>20000，硬度为63.0±0.3HRC，抗压强度为2650±30MP。
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、材料或者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所述的具体实施方式。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)

1.一种贝氏体抗磨球墨铸铁，其特征在于：其化学成分按重量百分比为：C：3.20～3.45％、Si：2.0～2.4％、Mn：0.75-1.25％、Mo：0.5～0.75％、Ni：1.2-2.5％、Cu：0.4-0.6％、Cr：0.2-0.5％、Ti：0.01～0.1％、P：0～0.02％、S：0～0.01％、Nb：0.1-0.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁，其特征在于，其化学成分按重量百分比为：C：3.35～3.4％、Si：2.2-2.25％、Mn：0.95-1.0％、Mo：0.6-0.65％、Ni：1.9-2.0％、Cu：0.48-0.52％、Cr：0.32-0.37％、Ti：0.05-0.06％、P：0～0.02％、S：0～0.01％、Nb：0.25-0.3％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.如权利要求1-2任意一所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S01、按照配方重量百分比进行配料并熔炼，熔炼完成后，控制铁液温度为1480℃～1520℃；
S02、出炉前在浇包内加入球化剂FeSiMg8Re7和孕育剂FeSi75，球化剂加入量为1.6～1.8％，孕育剂FeSi75加入量为1.4～1.5％；
S03、处理后的铁液浇注球墨铸铁磨球，浇注温度为1380℃～1420℃，
S04、开模，将磨球加热到920-960℃进行奥氏体化，并保温0.5-1h；然后使用淬火介质进行连续淬火降温，降温至550-600℃后，转入350～400℃的保温炉中保温处理冷却至350℃，取出空冷至室温；
S05、将上述S04的磨球在空气炉中至270-290℃,保温时间为2～4h，将水雾化后连续喷淋降温至100-120℃，自然空冷。
4.根据权利要求3所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，所述步骤S04中的淬火介质选用密度ρ＝1.15-1.20g/cm3，温度为30～80℃的水玻璃水溶液,淬火介质的量为淬火工件的5～8倍。
5.根据权利要求3所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，所述步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用氮气作为保护气体。
6.根据权利要求4或5所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，所述步骤S04中保温炉中保温处理过程中采用岩棉包裹磨球进行冷却。
7.根据权利要求4或5所述的一种贝氏体抗磨球墨铸铁的加工工艺，其特征在于，所述步骤S03中，在属型型腔内涂上底层保温涂料和喷上附有强石元素表层涂料，并将其预热到180-220℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114804671A (zh) * 2022-04-28 2022-07-29 中国恩菲工程技术有限公司 富铁镍渣制备球墨铸铁磨球协同制备胶凝材料的方法

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