CN113322369A - 正火强化铸铁、铸铁正火强化方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正火强化铸铁、铸铁正火强化方法及其应用，该铸铁正火强化方法包括以下步骤：将铸铁毛坯在850℃～950℃的正火炉中保温0.5h～2h，出炉后以45℃/min～100℃/min的速度风冷至不高于500℃，然后空冷至室温，得到正火强化铸铁；铸铁毛坯的材质为灰铸铁或蠕墨铸铁。本发明正火强化后的HT250缸盖的硬度可达230HB，抗拉强度Rm可达320MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，性能达到HT300的技术要求，热疲劳寿命达到了700～1000次。本发明制备的正火强化HT250飞轮具有较高的磨损寿命，相比铸态HT250飞轮提高了2.4～4倍。本发明采用正火强化工艺对RuT350缸盖毛坯进行了热处理，热处理后RuT350缸盖的热疲劳寿命相对铸态RuT350缸盖提升2～4倍。

Description

正火强化铸铁、铸铁正火强化方法及其应用
技术领域
本发明涉及金属强化领域，具体涉及正火强化铸铁、铸铁正火强化方法及其应用。
背景技术
HT250因具备较好的铸造性、导热性、吸震性和润滑性，常作为国内低功率发动机缸盖的主要材料，基本可以满足200马力以下发动机的需求。随着发动机功率及爆压的增加，发动机气缸盖表面承受更大的压力，尤其是缸盖鼻梁区位置压力更为突出，在台架试验过程中大功率汽车发动机缸盖经常出现局部开裂的情况，缸盖开裂的主要原因有两个：一个是缸盖承受的高温下的爆压反复作用引起的高周疲劳，另一个是发动机启-停导致的热疲劳。两者共同作用，相互叠加导致缸盖开裂失效。解决高周疲劳的措施有两个，一个是提高材料本体强度，另一个是增加底板厚度。采用蠕墨铸铁浇铸重载发动机缸盖可以提高基体的机械强度，但是实际大批量生产过程中，影响蠕铁强度的蠕化率很难实现精确控制，导致生产废品率过高，生产成本非常高。同时蠕铁的热导率远比灰铸铁小，导致缸盖在在使用过程中出现早期热疲劳开裂。
汽车行进过程中，飞轮在与离合器分离和结合的瞬间，与离合器片之间存在转速差进而两者之间产生滑动摩擦，摩擦发热至一定程度会使飞轮后端面发生严重磨损、开裂等失效问题。现有发动机飞轮多采用HT250铸造后加工而成，其基体力学性能仅要求大于250MPa，对化学成分没有严格要求，这就导致在使用过程中飞轮基体的抗拉强度基本上维持在250MPa左右，甚至还有厂家为了降低铸造成本而减少铸造过程中的合金元素，最终抗拉强度长期保持在220MPa附近，降低了飞轮的基体强度而使飞轮的性能降低，在使用中存在不同里程的失效，以致飞轮长期处于赔偿额度较大的零部件前列。
发明内容
为了解决HT250以及蠕墨铸铁热疲劳开裂的问题，本发明提供一种采用正火工艺对HT250以及RuT350进行强化，正火强化后的RuT350发动机缸盖热疲劳寿命可达500～600次，正火强化后的HT250缸盖热疲劳寿命可达700～1000次，HT250飞轮的磨损寿命可达13000～20000次。
本发明提供的技术方案具体如下：
第一方面，提供一种铸铁正火强化方法，包括以下步骤：将铸铁毛坯在850℃～950℃的正火炉中保温0.5h～2h，出炉后以45℃/min～100℃/min的速度风冷至不高于500℃，然后空冷至室温，得到正火强化铸铁；铸铁毛坯的材质为灰铸铁或蠕墨铸铁。
作为上述技术方案的优选，灰铸铁为HT250，蠕墨铸铁为RuT350。
作为上述技术方案的优选，HT250中Ni含量为0.10wt％～0.25wt％，Mo含量为0.10wt％～0.15wt％。
作为上述技术方案的进一步优选，HT250中Ni含量为0.25wt％，Mo含量为0.15wt％。
作为上述技术方案的优选，RuT350中各组分的重量百分数为：C 3.5～3.8，Si 1.6～2.4，P 0～0.05，S 0～0.03，Cr 0.1～0.15，Mn 0.3～0.45，Sn 0.05～0.08；Re 0.04～0.06，其余为不可避免的杂质和铁。
作为上述技术方案的优选，铸铁毛坯为缸盖毛坯或飞轮毛坯。
作为上述技术方案的优选，当铸铁毛坯为缸盖毛坯时，所述铸铁正火强化方法还包括以下步骤：将正火强化铸铁在500～550℃的回火炉中保温2～2.5h，出炉后空冷至室温。
第二方面，提供一种由上述铸铁正火强化方法制备而成的正火强化铸铁。
作为上述技术方案的优选，零件为发动机缸盖或飞轮。
作为上述技术方案的优选，采用HT250毛坯制备发动机缸盖或飞轮。
本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明在浇铸HT250缸盖毛坯时严控Ni、Mo的含量，一方面提高了缸盖浇铸的工艺性及成品率，另一方面降低了材料的成本。
(2)Ni≤0.25wt％、Mo≤0.15wt％的铸态HT250缸盖的热疲劳寿命为280次，硬度为200HB，抗拉强度Rm为250MPa；HT250缸盖毛坯在正火后其基体组织显著细化，加工成的HT250缸盖的硬度达到230HB，抗拉强度Rm达到320MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，性能可达到HT300的技术要求，且热疲劳寿命达到了700～1000次，与铸态HT300缸盖和铸态HT250缸盖相比，热疲劳寿命大大提高。
(3)本发明制备的正火强化HT250飞轮具有较高的磨损寿命，相比铸态HT250飞轮提高了2.4～4倍。
(4)本发明采用正火强化工艺对RuT350缸盖毛坯进行了热处理，热处理后RuT350缸盖的热疲劳寿命相对铸态RuT350缸盖提升2～4倍。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1展示了本发明实施例1采用的HT250缸盖毛坯的金相组织(500倍)。
图2展示了本发明实施例1采用的HT250缸盖毛坯的金相组织(100倍)。
图3展示了本发明实施例1制备的HT250缸盖的金相组织(500倍)。
图4展示了本发明实施例1制备的HT250缸盖的金相组织(100倍)。
图5展示了本发明实施例23制备的RuT350缸盖毛坯的金相组织(500倍)。
图6展示了本发明实施例23制备的RuT350缸盖的金相组织(100倍)。
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中的附图，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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
本发明实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
将Ni≤0.25wt％、Mo≤0.15wt％的HT250缸盖毛坯在850℃～950℃的正火炉中保温0.5h～2h，出炉后以45℃/min～100℃/min的速度风冷至不超过500℃，然后空冷至室温，再进行喷丸、机加工，得到热疲劳寿命为700～900次的HT250缸盖。灰铸铁热处理后石墨形态未发生改变，仅基体组织细化，因而不可能明显提高灰铸铁的力学性能，所以灰铸铁的热处理主要用于消除铸件内应力和白口组织，稳定尺寸，改善切削加工性能，提高表面硬度和耐磨性等，未报道用于提高灰铸铁的热疲劳寿命。
本发明制备HT250毛坯时需严格控制HT250原料中Ni≤0.25wt％、Mo≤0.15wt％，否则正火之后会出现组织合金化的形态，经正火热处理后缸盖基体组织显著细化，基本上为全部珠光体，不但缸盖基体强度提高，且热疲劳寿命提高。
进一步地，上述HT250缸盖的制备方法还包括以下步骤：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在500～550℃的回火炉中保温2～2.5h，出炉后空冷至室温，再进行喷丸、机加工，得到热疲劳寿命为750～1000次的HT250缸盖。由于本发明采用为普通灰铁，正火后组织基本上为全部珠光体，因此进一步回火组织不会发生变化，强度基本没什么降低，但是缸盖的残余应力会发生显著变化，因此热疲劳寿命得到进一步提升。
作为上述技术方案的优选，HT250缸盖毛坯中Ni含量为0.10wt％～0.25wt％，Mo含量为0.10wt％～0.15wt％。作为上述技术方案的进一步优选，HT250缸盖毛坯中Ni含量为0.25wt％，Mo含量为0.15wt％。
作为上述技术方案的优选，风冷过程中，对HT250缸盖毛坯火力面和背面同时吹风冷却，以保证缸盖冷却均匀性。
作为上述技术方案的优选，HT250缸盖毛坯中各组分的重量百分比为：C：3.27～3.37，Si：1.84～2.05，Mn：0.7～0.8，S：0.04～0.08，P：≤0.1，Cu：0.10～0.20，Cr：0.04～0.08，Sn：0.02～0.1，其余为Fe和其他不可避免的杂质。
作为上述技术方案的优选，浇注HT250缸盖底板毛坯时，熔炼温度为1480～1520℃，浇注温度为1380～1420℃，浇注时间为25～28秒。
作为上述技术方案的优选，风冷速度为80～100℃/min；作为上述技术方案的进一步优选，风冷速度为100℃/min。
作为上述技术方案的优选，正火炉的温度为930～950℃。
如无特殊说明，本发明实施例中均采用常规工艺制备HT250缸盖毛坯，其铸造方法如下：
(1)依据国标GB/T 9439-2010要求，按化学成分的重量百分比准备如下原材料：C：3.27％～3.37％，Si：1.84％～2.05％，Mn：0.7％～0.8％，S：0.04％～0.08％，0＜P≤0.1％，Cu：0.10％～0.20％，Cr：0.04％～0.08％，Sn：0.02％～0.12％，0＜Ni≤0.25％，0＜Mo≤0.15％；其余为Fe和其他不可避免的杂质。
(2)将原材料熔炼后进行浇铸，铸造工艺均控制如下参数：熔炼温度1500℃，浇注温度1400℃，浇铸时间26秒，得到合格的HT250缸盖毛坯。取样检测：硬度为200HB，抗拉强度Rm为250MPa，残余应力为50-150MPa。未经热处理的HT250缸盖毛坯直接铸造成的铸态HT250缸盖性能均能达到HT250的技术要求，冷热疲劳台架试验：按照80℃～420℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验，热疲劳寿命平均为280次。
为了保证浇注温度，一般熔化温度比浇注温度高100℃，所以可控制熔炼温度为1480～1520℃使原材料完全溶化成铁水，控制浇注温度在1380～1420℃，浇注时间控制为25-28秒。
如无特殊说明，本发明实施例中对发动机缸盖的热疲劳寿命测试，均采用中国专利文献CN 112213225 A公开的发动机缸盖总成冷热疲劳试验方法及装置测试发动机缸盖的热疲劳寿命：将发动机缸盖总成接入感应加热系统和冷却液循环系统，缸盖内循环冷却水加热至80℃后，开始缸盖热疲劳试验，采用感应加热方式加热缸盖至420℃，加热时间150-180s，然后停止加热，循环水冷却缸盖温度至80℃，冷却时间为120-150s，然后再次启动电源加热缸盖至420℃，如此循环，每循环100次检查缸盖是否存在裂纹，待裂纹扩展至0.8cm以上判断缸盖失效，循环次数为疲劳寿命值。
实施例1
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在870℃的正火炉中保温1.5h，出炉后以45℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为205HB，抗拉强度Rm为280MPa，金相组织为85％细致珠光体+15％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达700次，性能远超HT300的技术要求。如图1～图4所示，HT250缸盖毛坯的金相组织为金相组织为80～90％珠光体+10～20％铁素体铁素体+片状石墨，正火强化后，HT250缸盖的金相组织为细致珠光体+少量铁素体+少量碳化物。
实施例2
与实施例1不同的是，本实施例对HT250缸盖毛坯进行了回火处理。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在870℃的正火炉中保温1.5h，出炉后以45℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在550℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为10～50MPa；力学性能硬度为205HB，抗拉强度Rm为275MPa，金相组织为85％细致珠光体+15％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达750次，性能远超HT300的技术要求。与实施例1比较可知，回火处理可使基体中的残余应力降低，从而提高了HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例3
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.10wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在870℃的正火炉中保温1.5h，出炉后以60℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为220HB，抗拉强度Rm为295MPa，金相组织为90％细致珠光体+10％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达850次，性能远超HT300的技术要求。
实施例4
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.18wt％、Mo＝0.10wt％的HT250缸盖毛坯在950℃的正火炉中保温0.5h，出炉后以80℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为210HB，抗拉强度Rm为290MPa，金相组织为85％细致珠光体+15％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达800次，性能远超HT300的技术要求。
实施例5
与实施例4不同的是，本实施例对HT250缸盖毛坯进行了回火处理。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.18wt％、Mo＝0.10wt％的HT250缸盖毛坯在950℃的正火炉中保温0.5h，出炉后以80℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在550℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火处理后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为10～50MPa；力学性能硬度为210HB，抗拉强度Rm为285MPa，金相组织为90％细致珠光体+10％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达800次，性能远超HT300的技术要求。与实施例4比较可知，回火处理可使基体中的残余应力降低，从而提高了HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例6
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以100℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达1000次，性能远超HT300的技术要求。
实施例7
与实施例6不同的是，本实施例对HT250缸盖毛坯进行了回火处理。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以100℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在550℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火处理后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为10～50MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为310MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达1070次，性能远超HT300的技术要求。与实施例6比较可知，回火处理可使基体中的残余应力降低，从而提高了HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例8
与实施例7不同的是，本实施例的回火温度为500℃。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以100℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在500℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火处理后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为10～50MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为315MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达1100次，性能远超HT300的技术要求。与实施例7比较可知，回火温度降低可使基体的抗拉强度提升，从而提高了HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例9
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在950℃的正火炉中保温2h，出炉后以100℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为225HB，抗拉强度Rm为310MPa，金相组织为85％细致珠光体+15％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达900次，性能远超HT300的技术要求。
实施例10
与实施例9不同的是，本实施例对HT250缸盖毛坯进行了回火处理。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在950℃的正火炉中保温2h，出炉后以100℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在550℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火处理后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为220HB，抗拉强度Rm为310MPa，金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达1000次，性能远超HT300的技术要求。与实施例9比较可知，回火处理可使基体中残余应力降低，从而提高了HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例11
与实施例6不同的是，本实施例正火强化步骤中出炉后的风冷速度为140℃/min。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以140℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达750次，性能远超HT300的技术要求。与实施例6比较可知，风冷速度提高至140℃/min，HT250缸盖的热疲劳寿命降低。
实施例12
与实施例6不同的是，本实施例正火强化步骤中出炉后的风冷速度为120℃/min。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以120℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达900次，性能远超HT300的技术要求。与实施例6比较可知，风冷速度提高至120℃/min，HT250缸盖的热疲劳寿命降低。
实施例13
与实施例6不同的是，本实施例正火强化步骤中出炉后的风冷速度为80℃/min。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以80℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达930次，性能远超HT300的技术要求。与实施例6比较可知，风冷速度降低至80℃/min，HT250缸盖的热疲劳寿命降低。
实施例14
与实施例6不同的是，本实施例正火强化步骤中出炉后的风冷速度为60℃/min。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后以60℃/min的速度风冷至500℃，然后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为230HB，抗拉强度Rm为320MPa，金相组织为金相组织为95％细致珠光体+5％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达850次，性能远超HT300的技术要求。与实施例6比较可知，风冷速度降低至60℃/min，HT250缸盖的热疲劳寿命降低。
实施例15
与实施例6不同的是，本实施例正火强化步骤中出炉后空冷至室温。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后空冷至室温；
(2)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(3)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为20～80MPa；力学性能硬度为200HB，抗拉强度Rm为270MPa，金相组织为金相组织为80％细致珠光体+20％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达400次，性能与HT300的技术要求相当。与实施例6比较可知，未控制风冷速度，HT250缸盖的热疲劳寿命会大大降低。
实施例16
与实施例15不同的是，本实施例正火强化后增加了回火处理步骤。
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)正火强化：将Ni＝0.25wt％、Mo＝0.15wt％的HT250缸盖毛坯在930℃的正火炉中保温2h，出炉后空冷至室温；
(2)回火：将正火强化后的HT250缸盖毛坯在550℃的回火炉中保温2.5h，出炉后空冷至室温；
(3)喷丸：对回火处理后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(4)机加工：进行粗加工及精加工，加工出合格的HT250缸盖。
在HT250缸盖本体上取样进行残余应力检测，残余应力为10～50MPa；力学性能硬度为200HB，抗拉强度Rm为270MPa，金相组织为金相组织为80％细致珠光体+20％铁素体+少量弥散分布的碳化物，其热疲劳寿命达450次，性能与HT300的技术要求相当。与实施例15比较可知，回火处理能提高HT250缸盖的热疲劳寿命。
实施例17
与实施例13不同的是，本实施例HT250缸盖毛坯中Ni＝0.28wt％、Mo＝0.25wt％；
本实施例提供的HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：选取符合国标要求的HT250原材料，其化学成分中Ni＝0.28％，Mo＝0.25wt％；
(2)铸造：将原材料熔化后进行浇铸，铸造出所需的HT250缸盖毛坯；
(3)正火强化：将铸造完成的HT250缸盖毛坯放入普通加热炉中加热至930℃，保温2.5h，出炉快速风冷，风冷速度为80℃/min。为保证HT250缸盖毛坯冷却均匀性，对HT250缸盖毛坯火力面和背面同时吹风冷却，冷却至500℃后停止风冷，然后置于空气中冷却至室温。
(4)喷丸：对正火强化后的HT250缸盖毛坯进行清理喷丸，去除HT250缸盖毛坯表面的氧化皮，为后续机加工做准备；
(5)机加工：在加工过程中，出现打刀加工不动现象，不能加工出合格发动机缸盖。
在正火强化之后的发动机缸盖本体上取样进行金相检测，金相组织为50％贝氏体+马氏体+少量铁素体+少量弥散分布的碳化物，其硬度值为370HB～430HB。此工艺为失败案例，分析原因是：最主要还是没有严格控制Ni、Mo含量。
表1各实施例热处理工艺参数及产品性能
Figure BDA0003094003860000141
Figure BDA0003094003860000151
--代表未进行处理。
实施例18～22对HT250飞轮毛坯进行了正火处理，发现正火强化HT250飞轮具有较高的磨损寿命，相比铸态HT250飞轮提高了2.4～4倍。铸态HT250飞轮指HT250飞轮毛坯不经正火处理、直接进行粗加工和精加工做成的合格飞轮，磨损寿命为5500次左右。
实施例18
(1)选材：依据国标GB/T 9439-2010要求，选取普通灰铁材料HT250，仅要求C、Si、Mn、S、P常规五大元素，对其它合金元素成分不做具体要求；
(2)铸造：将HT250熔化后进行浇铸，铸造出合格的发动机飞轮毛坯，即HT250飞轮毛坯；
(3)正火强化：将HT250飞轮毛坯放入普通加热炉中加热至850℃，保温2h，出炉后以100℃/min的速度快速风冷，直至飞轮表面温度降至300℃，再进行空冷；为保证HT250飞轮毛坯能够均匀冷却，对飞轮的摆放方式及间距严格要求，飞轮层间距应大于200mm，且同一层间应交错摆放，出炉后用于吹风冷却的风扇同侧间距应小于2m，两侧也应交错摆放且应尽可能多的放置，以增大冷却速度，保证冷却效果。
(4)粗加工：对正火强化后的HT250飞轮毛坯进行粗加工，全面去除毛坯表面黑皮(铸造或热处理强化所致)，为后续精加工做准备；
(5)精机加：对粗加工后的毛坯进行精加工，加工出合格飞轮，即正火强化HT250飞轮。
正火强化HT250飞轮力学性能：硬度为210HB，抗拉强度Rm 285MPa；正火强化HT250飞轮基体金相显微组织组织显著细化，金相组织为85％极细珠光体+15％铁素体，石墨形态及大小不发生变，石墨尾部的尖端明显钝化。模拟实车工况试验显示正火强化HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为13000次，相比铸态HT250飞轮寿命5500次显著提高136％。
实施例19
(1)选材：依据国标GB/T 9439-2010要求，选取普通灰铁材料HT250，仅要求C、Si、Mn、S、P常规五大元素，对其它合金元素成分不做具体要求；
(2)铸造：将HT250熔化后进行浇铸，铸造出合格的发动机飞轮毛坯，即HT250飞轮毛坯；
(3)正火强化：将HT250飞轮毛坯放入普通加热炉中加热至870℃，保温2.5h，出炉后以100℃/min的速度快速风冷，直至飞轮表面温度降至300℃，再进行空冷；为保证飞轮毛坯冷却均匀性，对飞轮的摆放方式及间距严格要求(见附图1)，飞轮层间距应大于200mm，且同一层间应交错摆放，出炉后用于吹风冷却的风扇同侧间距应小于2m，两侧也应交错摆放且应尽可能多的放置，以增大冷却速度，保证冷却效果。
(4)粗加工：对正火强化后的毛坯进行粗加工，全面去除毛坯表面黑皮(铸造或热处理强化所致)，为后续精加工做准备；
(5)精机加：对粗加工后的毛坯进行精加工，加工出合格飞轮，即正火强化HT250飞轮。
正火强化HT250飞轮力学性能：硬度为215HB，抗拉强度Rm 300MPa；正火强化HT250飞轮基体金相显微组织组织显著细化，金相组织为88％极细珠光体+12％铁素体，石墨形态及大小不发生变，石墨尾部的尖端明显钝化。模拟实车工况试验显示正火强化HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为16000次，相比铸态HT250飞轮寿命5500次显著提高191％。
实施例20
(1)选材：依据国标GB/T 9439-2010要求，选取普通灰铁材料HT250，仅要求C、Si、Mn、S、P常规五大元素，对其它合金元素成分不做具体要求；
(2)铸造：将HT250熔化后进行浇铸，铸造出合格的发动机飞轮毛坯，即HT250飞轮毛坯；
(3)正火强化：将HT250飞轮毛坯放入普通加热炉中加热至890℃，保温3h，出炉后以100℃/min的速度快速风冷，直至飞轮表面温度降至300℃以下再进行空冷；为保证飞轮毛坯冷却均匀性，对飞轮的摆放方式及间距严格要求(见附图1)，飞轮层间距应大于200mm，且同一层间应交错摆放，出炉后用于吹风冷却的风扇同侧间距应小于2m，两侧也应交错摆放且应尽可能多的放置，以增大冷却速度，保证冷却效果。
(4)粗加工：对正火强化后的HT250飞轮毛坯进行粗加工，全面去除毛坯表面黑皮(铸造或热处理强化所致)，为后续精加工做准备；
(5)精机加：对粗加工后的毛坯进行精加工，加工出合格飞轮。
正火强化后对飞轮毛坯力学性能：硬度为220HB，抗拉强度Rm 320MPa；正火强化后飞轮毛坯的基体金相显微组织组织显著细化，金相组织为95％极细珠光体+5％铁素体，石墨形态及大小不发生变，石墨尾部的尖端明显钝化。模拟实车工况试验显示正火强化HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为20000次，相比铸态HT250飞轮寿命5500次显著提高264％。
实施例21
(1)选材：依据国标GB/T 9439-2010要求，选取普通灰铁材料HT250，仅要求C、Si、Mn、S、P常规五大元素，对其它合金元素成分不做具体要求；
(2)铸造：将HT250熔化后进行浇铸，铸造出合格的发动机飞轮毛坯，即HT250飞轮毛坯；
(3)正火强化：将HT250飞轮毛坯放入普通加热炉中加热至910℃，保温2.5h，出炉后以100℃/min的速度快速风冷，直至飞轮表面温度降至300℃以下再进行空冷；为保证飞轮毛坯冷却均匀性，对飞轮的摆放方式及间距严格要求(见附图1)，飞轮层间距应大于200mm，且同一层间应交错摆放，出炉后用于吹风冷却的风扇同侧间距应小于2m，两侧也应交错摆放且应尽可能多的放置，以增大冷却速度，保证冷却效果。
(4)粗加工：对正火强化后的HT250飞轮毛坯进行粗加工，全面去除毛坯表面黑皮(铸造或热处理强化所致)，为后续精加工做准备；
(5)精机加：对粗加工后的毛坯进行精加工，加工出合格飞轮。
正火强化后对飞轮毛坯力学性能：硬度为225HB，抗拉强度Rm 300MPa；正火强化后飞轮毛坯的基体金相显微组织组织显著细化，金相组织为90％极细珠光体+10％铁素体，石墨形态及大小不发生变，石墨尾部的尖端明显钝化。模拟实车工况试验显示正火强化HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为16000次，相比铸态HT250飞轮寿命5500次显著提高191％。
实施例22
(1)选材：依据国标GB/T 9439-2010要求，选取普通灰铁材料HT250，仅要求C、Si、Mn、S、P常规五大元素，对其它合金元素成分不做具体要求；
(2)铸造：将HT250熔化后进行浇铸，铸造出合格的发动机飞轮毛坯，即HT250飞轮毛坯；
(3)正火强化：将HT250飞轮毛坯放入普通加热炉中加热至930℃，保温3h，出炉后以100℃/min的速度快速风冷，直至飞轮表面温度降至300℃以下再进行空冷；为保证飞轮毛坯冷却均匀性，对飞轮的摆放方式及间距严格要求(见附图1)，飞轮层间距应大于200mm，且同一层间应交错摆放，出炉后用于吹风冷却的风扇同侧间距应小于2m，两侧也应交错摆放且应尽可能多的放置，以增大冷却速度，保证冷却效果。
(4)粗加工：对正火强化后的HT250飞轮毛坯进行粗加工，全面去除毛坯表面黑皮(铸造或热处理强化所致)，为后续精加工做准备；
(5)精机加：对粗加工后的毛坯进行精加工，加工出合格飞轮。
正火强化后对飞轮毛坯力学性能：硬度为230HB，抗拉强度Rm 310MPa；正火强化后飞轮毛坯的基体金相显微组织组织显著细化，金相组织为92％极细珠光体+8％铁素体，石墨形态及大小不发生变，石墨尾部的尖端明显钝化。模拟实车工况试验显示正火强化HT250飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为18000次，相比铸态HT250飞轮寿命5500次显著提高227％。
实施例23～25采用正火强化工艺对RuT350缸盖毛坯进行热处理，热处理后RuT350缸盖的热疲劳寿命相对铸态RuT350缸盖提升2～4倍。铸态RuT350缸盖是指RuT350缸盖毛坯不经正火、回火处理，直接进行粗加工和精加工做成的合格缸盖，其强度为350MPa，硬度为210HB，内残余应力为50～150MPa，热疲劳寿命为200次左右。
实施例23
本实施例提供RuT350缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：配制低合金蠕铁材料—RuT350，控制蠕铁材料中各元素的质量百分比为：C 3.5，Si 1.6，P 0～0.05，S 0～0.03，Cr 0.1，Mn 0.3，Sn 0.05；
(2)铸造：将RuT350熔化后进行浇铸，铸造出合格的缸盖毛坯，即RuT350缸盖毛坯；
(3)正火：将RuT350缸盖毛坯放入气氛保护炉中加热至870℃，保温1.5h，将RuT350缸盖毛坯出炉后风冷，风冷速度65℃/min，为保证RuT350缸盖毛坯冷却均匀性，对RuT350缸盖毛坯火力面和背面同时吹风冷却，冷却至≤500℃后停止风冷，然后置于空气中冷却至室温，得到正火RuT350缸盖毛坯；
正火RuT350缸盖毛坯组织：75-85％珠光体+铁素体及蠕虫状石墨；残余应力：60MPa；硬度：210HB；抗拉强度：380MPa；热疲劳寿命：500次；
(4)回火：将正火RuT350缸盖毛坯置于普通加热炉中进行回火，回火温度500℃，保温时间3.5h，然后将正火RuT350缸盖毛坯出炉空冷，得到回火RuT350缸盖毛坯；
(5)喷丸：对回火RuT350缸盖毛坯进行清洁喷丸，除去表面的氧化皮；
(6)机加：对回火RuT350缸盖毛坯进行机加工，加工出合格的缸盖，即RuT350缸盖，硬度为250HB，抗拉强度Rm 350MPa，金相组织为92％珠光体+8％铁素体。
实施例24
本实施例提供RuT350缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：配制低合金蠕铁材料，控制蠕铁材料中各元素的质量百分比为：C 3.6，Si 2.0，P 0～0.05，S 0～0.03，Cr 0.13，Mn 0.4，Sn 0.06，Re 0.04；
(2)铸造：将RuT350熔化后进行浇铸，铸造出合格的缸盖毛坯，即RuT350缸盖毛坯；
(3)正火：将RuT350缸盖毛坯放入普通加热炉或者气氛保护炉中加热至900℃，保温2h，将RuT350缸盖毛坯出炉风冷，风冷速度50℃/min，为保证RuT350缸盖毛坯冷却均匀性，对RuT350缸盖毛坯火力面和背面同时吹风冷却，冷却至≤500℃后停止风冷，然后置于空气中冷却至室温，得到正火RuT350缸盖毛坯；
正火RuT350缸盖毛坯基体组织：75-85％珠光体+铁素体及蠕虫状石墨；残余应力：70MPa；硬度：220HB；抗拉强度：400MPa；热疲劳寿命：500次。
(4)回火：将正火RuT350缸盖毛坯置于普通加热炉中进行回火，回火温度520℃保温时间3h，然后将正火RuT350缸盖毛坯出炉空冷，得到回火RuT350缸盖毛坯；
(5)喷丸：对回火RuT350缸盖毛坯进行清洁喷丸，除去回火RuT350缸盖毛坯表面的氧化皮；
(6)机加：对回火RuT350缸盖毛坯进行机加工，加工出合格的缸盖，即RuT350缸盖，基体组织：极细75-85％珠光体+铁素体+蠕虫状石墨；残余应力：20MPa；硬度：220HB；抗拉强度：370MPa；热疲劳寿命：610次。
实施例25
本实施例提供RuT350缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：配制低合金蠕铁材料，控制蠕铁材料中各元素的质量百分比为：C 3.8，Si 2.4，P 0～0.05，S 0～0.03，Cr 0.15，Mn 0.45，Sn 0.08，Re 0.06；
(2)铸造：将RuT350熔化后进行浇铸，铸造出合格的缸盖毛坯，即RuT350缸盖毛坯；
(3)正火：将RuT350缸盖毛坯放入普通加热炉或者气氛保护炉中加热至950℃，保温2.5h，将RuT350缸盖毛坯出炉风冷，风冷速度35℃/min，为保证RuT350缸盖毛坯冷却均匀性，对RuT350缸盖毛坯火力面和背面同时吹风冷却，冷却至≤500℃后停止风冷，然后置于空气中冷却至室温，得到正火RuT350缸盖毛坯；
(4)回火：将正火RuT350缸盖毛坯置于普通加热炉中进行回火，回火温度550℃保温时间2.5h，然后将正火RuT350缸盖毛坯出炉空冷至室温，得到回火RuT350缸盖毛坯；
回火RuT350缸盖毛坯基体组织：极细75-85％珠光体+铁素体+蠕虫状石墨；残余应力：10MPa；硬度：210HB；抗拉强度：380MPa；热疲劳寿命：620次。
(5)喷丸：对回火RuT350缸盖毛坯进行清洁喷丸，除去回火RuT350缸盖毛坯表面的氧化皮；
(6)机加：对回火RuT350缸盖毛坯进行机加工，加工出合格的缸盖，即RuT350缸盖，基体组织：75-85％珠光体+铁素体及蠕虫状石墨；残余应力：80MPa；硬度：230HB；抗拉强度：420MPa；热疲劳寿命：500次。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铸铁正火强化方法，其特征在于，包括以下步骤：将铸铁毛坯在850℃～950℃的正火炉中保温0.5h～2h，出炉后以45℃/min～100℃/min的速度风冷至不高于500℃，然后空冷至室温，得到正火强化铸铁；所述铸铁毛坯的材质为灰铸铁或蠕墨铸铁。
2.根据权利要求1所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：所述灰铸铁为HT250，所述蠕墨铸铁为RuT350。
3.根据权利要求2所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：所述HT250中Ni含量为0.10wt％～0.25wt％，Mo含量为0.10wt％～0.15wt％。
4.根据权利要求3所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：所述HT250中Ni含量为0.25wt％，Mo含量为0.15wt％。
5.根据权利要求2所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：RuT350中各组分的重量百分数为：C 3.5～3.8，Si 1.6～2.4，P 0～0.05，S 0～0.03，Cr 0.1～0.15，Mn 0.3～0.45，Sn0.05～0.08；Re 0.04～0.06，其余为不可避免的杂质和铁。
6.根据权利要求1所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：所述铸铁毛坯为缸盖毛坯或飞轮毛坯。
7.根据权利要求1所述的铸铁正火强化方法，其特征在于：当铸铁毛坯为缸盖毛坯时，所述铸铁正火强化方法还包括以下步骤：将正火强化铸铁在500～550℃的回火炉中保温2～2.5h，出炉后空冷至室温。
8.一种正火强化铸铁，其特征在于：由权利要求1～7任一项所述的铸铁正火强化方法制备而成。
9.权利要求1～7任一项所述的铸铁正火强化方法在制备汽车零件中的应用，其特征在于：所述零件为发动机缸盖或飞轮。
10.根据权利要求9所述的铸铁正火强化方法在制备汽车零件中的应用，其特征在于：采用HT250毛坯制备发动机缸盖或飞轮。
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