CN113337690B - 调质处理的灰铸铁、灰铸铁调质方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调质处理的灰铸铁、灰铸铁调质方法及其应用，灰铸铁调质方法包括以下步骤：将灰铸铁毛坯置于850～950℃的淬火炉中保温0.5～2h，出炉后立即放入65～85℃的淬火油中淬火3～6min，控制冷却速度为65～85℃/s，出油后空冷至不高于200℃；将灰铸铁毛坯置于550℃～650℃的回火炉中保温1～4h，出炉后空冷至室温，得到调质强化灰铸铁。本发明开发出了适合灰铸铁的调质工艺，避免了灰铸铁淬火开裂，调质灰铸铁组织均匀，石墨形态及大小不发生变化，基体组织以细小的索氏体组织为主(大于90％)，内应力最小，可以有效阻止热疲劳裂纹的扩展，在保证导热性能的同时提高了材料机械强度和抗热疲劳性能；调质灰铸铁本体强度提高，有利于延长汽车零部件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及灰铸铁热处理领域，特别涉及一种调质处理的灰铸铁、灰铸铁调质方法及其应用。
背景技术
HT250是制备低功率发动机缸盖以及飞轮的主要材料，随着柴油机燃烧爆压不断提高，发动机缸盖承受越来越高的热和机械负荷。较高的负荷使得柴油灰铁发动机缸盖最薄弱的鼻梁区开裂成为较为普遍的失效形式，目前普遍采用的技术方案是在灰铸铁基础上加入更多的合金元素以提高材料的整体强度，但合金元素的加入首先使铁水流动性变差，这就导致在浇筑本身设计结构就非常复杂的发动机缸盖时出现较多缺陷，成品率较低于50％。同时较多的合金元素会使缸盖材料的导热性能降低，热应力增加，易出现热疲劳开裂。
HT250飞轮同样存在着售后赔偿始终居高不下的问题，HT250飞轮主要失效形式为表面异常磨损产生的飞轮裂纹、飞轮表面不平故障以及飞轮与离合器产期磨损导致的热疲劳裂纹等，究其原因，主要还是HT250飞轮表面硬度较低、抗拉强度不够、抵抗高温性能较差的问题，因此，欲改善HT250飞轮的质量，解决HT250飞轮的失效问题，还需从提高HT250飞轮的表面硬度、基体强度以及其高温性能入手。
调质是一种淬火和高温回火的综合热处理工艺，目的是获得回火索氏体。淬火是钢加热到淬火温度(亚共析钢为Ac3+30～50℃，过共析钢为Ac1+30～50℃，合金钢可比碳钢稍高)，然后将钢放入淬火介质中急速冷却，以获得马氏体，一般认为，灰铸铁在淬火过程中容易开裂，且调质处理后失去了它本身的机械性能，所以现有技术中不存在灰铸铁调质工艺。
发明内容
针对现有技术中灰铸铁发动机缸盖、飞轮、制动鼓易出现裂纹的问题，本发明提供一种灰铸铁调质方法，并将获得的调质灰铸铁制备成发动机缸盖、飞轮或制动鼓。相对铸态灰铸铁发动机缸盖、飞轮以及制动鼓，本发明将发动机缸盖出现热疲劳裂纹的时间推迟了50％以上、飞轮出现裂纹的时间推迟了190％以上。
本发明提供的技术方案具体如下：
第一方面，提供一种灰铸铁调质方法，包括以下步骤：
(1)淬火：将灰铸铁毛坯置于850～950℃的淬火炉中保温0.5～2h，出炉后立即放入65～85℃的淬火油中淬火3～6min，控制冷却速度为65～85℃/s，出油后空冷至不高于200℃；
(2)回火：将灰铸铁毛坯置于550℃～650℃的回火炉中保温1～4h，出炉后空冷至室温，得到调质强化灰铸铁。
作为上述技术方案的优选，灰铸铁为HT250或HT300。
作为上述技术方案的优选，HT250中Ni占0.1wt％～0.25wt％、Mo占0.05wt％～0.15wt％，其他元素含量符合HT250标准。
作为上述技术方案的优选，HT300毛坯的淬火炉温度为860～940℃，淬火油温度为70～85℃，回火炉温度为550℃～650℃。
作为上述技术方案的优选，HT250毛坯的淬火炉温度为890～920℃，淬火油温度为70～85℃，回火炉温度为550℃～650℃。
第二方面，提供一种由上述灰铸铁调质方法制备而成的调质强化灰铸铁。
第三方面，提供上述调质强化灰铸铁在制备汽车零部件中的应用，汽车零部件为发动机缸盖、飞轮或制动鼓。
作为上述技术方案的优选，制动鼓采用调质强化HT250制备，淬火炉温度为870～890℃，回火炉温度为550～650℃。
作为上述技术方案的优选，飞轮采用调质强化HT250制备，淬火炉温度为850～900℃，回火炉温度为580～630℃。
作为上述技术方案的优选，发动机缸盖采用HT300制备，淬火炉温度为910～940℃，回火炉温度为550～650℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明开发了合理的调质(淬火+回火)工艺，使灰铸铁毛坯的基体组织由珠光体转变为晶粒细小的索氏体组织，HT250的抗拉强度由220～250MPa提高至310MPa以上，同时热疲劳寿命延长了50％以上。
(2)本发明通过降低HT250中的合金含量，使缸盖毛坯的浇铸成品率提高，降低了原料成本和浇铸成本，具有较高的经济性。
(3)本发明在HT300成份的基础上，控制以下几种合金元素的重量百分比：Cr：0.15～0.3，Ni：0.4～0.7，Mo：0.2～0.5，Cu：0.5-0.8；使HT300材料的流动性更好，废品率降低至5％以下，且显著降低了制造成本。
(4)本发明提供的调质HT300缸盖基体为晶粒细小的索氏体组织，热疲劳寿命可达1700次，抗拉强度可达376MPa，突破了灰铸铁只加合金所能达到的强度极限，调质HT300缸盖能减薄缸盖壁厚，使缸盖整体重量更轻，更适合大功率发动机。
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为本发明实施例1提供的铸态HT250缸盖的500倍金相组织形貌图；
图2为本发明实施例1提供的调质HT250缸盖的500倍金相组织形貌图；
图3为本发明实施例19提供的铸态HT300缸盖的500倍金相组织形貌图；
图4为本发明实施例19提供的调质HT300缸盖的500倍金相组织形貌图。
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，下面将结合具体实施例对本发明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。
本发明开发出适合对灰铸铁进行强化处理的调质处理(淬火+回火)工艺参数，避免了淬火开裂，且经过该技术处理之后的灰铸铁组织均匀，石墨形态及大小不发生变化，基体组织以细小的索氏体组织为主(大于90％)，内应力最小，可以有效阻止热疲劳裂纹的扩展，在保证导热性能的同时提高了材料机械强度和抗热疲劳性能；经过调质强化处理后的灰铸铁本体强度提高，有利于延长灰铸铁汽车零部件的使用寿命。
调质处理是指钢在淬火后随之进行高温回火的热处理工艺，目的在于提高钢的塑性和韧性，使塑性和韧性相匹配，得到最佳综合力学性能，也可用于球墨铸铁制做的零件，但未见报道用于对灰铸铁材料进行调质处理，本发明对灰铸铁毛坯进行调质的过程为：淬火炉升温——到温后缸盖毛坯入炉——到温后保温——出炉同时油淬火——高温回火。
如无特殊说明，本发明实施例中对发动机缸盖的冷热疲劳寿命测试均采用中国专利文献CN112213225A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底板的冷热疲劳寿命：将发动机缸盖总成接入感应加热系统和冷却液循环系统，发动机缸盖内循环冷却水加热至80℃后，开始发动机缸盖热疲劳试验，采用感应加热方式加热发动机缸盖至420℃，加热时间150～180s，然后停止加热，循环水冷却发动机缸盖温度至80℃，冷却时间为120～150s，然后再次启动电源加热发动机缸盖至420℃，如此循环，每循环100次检查发动机缸盖是否存在裂纹，待裂纹扩展至0.8cm以上判断发动机缸盖失效，循环次数为疲劳寿命值。
实施例1～10采用调质(淬火+回火)处理对HT250铸造的缸盖毛坯进行强化处理，随后加工成缸盖成品，在保证不降低缸盖热导率的情况下，提升了其强度，从而避免了其它强化方式带来的负面影响，提高了发动机缸盖的使用寿命。
实施例1～10采用HT250铸造缸盖毛坯时，在HT250成份的基础上，控制了以下几种合金元素的重量百分比：Ni0.1～0.25，Mo0.05～0.15，其中，Ni可以细化组织，Mo可以提高疲劳性能，同时这两种合金元素均对热处理工艺有益。如无特殊说明，实施例1～10采用普通的方式铸造灰铸铁毛坯，实施例1～10的铸造废品率能降低至5％以下。
本发明实施例1～10的技术方案具体如下：
(1)材料成分控制：为了保证热处理工艺过程的实际效果，需要严格控制对热处理影响较大的Ni和Mo元素的含量，将其含量控制在(重量百分比)：Ni0.1～0.25，Mo0.05～0.15，其它元素成分按照普通HT250材料成分的技术要求控制；
(2)铸造成型：采用普通铸造工艺进行浇铸，铸造出所需的缸盖毛坯。
(3)调质处理强化具体实施过程如下：
(31)将淬火炉加热到设定温度(850～940℃)，之后将铸造合格的缸盖毛坯放入淬火炉加热；淬火炉采用多用箱式炉或连续炉，缸盖毛坯应置于炉腔中间，以保证加热均匀，降低热应力水平，减小变形避免开裂；
(32)缸盖毛坯入炉后，加热至炉内温度重新到达设定温度后，开始计算保温时间；保温温度890～920℃，保温时间0.5～2.0h；
(33)之后将缸盖毛坯从淬火炉中取出，放入淬火油中进行淬火处理，为了避免淬火裂纹，应采用最大冷却速度小于80℃/s的淬火油进行淬火，应通过外加油冷器严格控制淬火油的温度在70～85℃之间；冷却速度由淬火油性能决定，还受搅拌速度和油温影响，油温不在该范围内会影响冷却速度，导致缸盖毛坯开裂或者组织转变不足；从淬火油中取出后空冷至200℃以下；
(34)回火处理：将淬火之后的缸盖毛坯放入回火炉中，加热至550℃～650℃后保温1～3h，出炉后空冷至室温。
(4)机加工：按照图纸要求对回火处理过的缸盖毛坯进行加工，得到灰铁发动机缸盖成品。本发明制备的灰铁发动机缸盖成品能够保持灰铁热导率，但比传统铸态灰铁具有更高强度和耐热疲劳性能。
分析认为：本发明对普通铸造的灰铁缸盖毛坯进行淬火加高温回火的热处理强化，使灰铁保持原有石墨形态，从而保持较高的热传导性能，还细化了基体组织，有效提高了基体强度，从而延长了缸盖的使用寿命。
以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行阐述。
实施例1
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，外冷却控温，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。期间经过3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为236MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为331MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例2
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.25，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温1.5h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min，期间经过3次翻转，以去除缸盖内部的淬火油。
(3)高温回火：将淬火处理并静置之后的缸盖毛坯放入已经加热到550℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为242MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为346MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例3
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.10，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至910℃，保温1.5h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min，期间经过3次翻转，以去除缸盖内部的淬火油。
(3)高温回火：将淬火处理并静置之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为224MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为318MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例4
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至910℃，保温1.5h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在65℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min，期间经过3次翻转，以去除缸盖内部的淬火油。
(3)高温回火：将淬火处理并静置之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例制得的调质HT250缸盖经检查发现气道开裂，分析可能是冷却过快导致，没有做进一步检测。
实施例5
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.05，Mo：0.02；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min，期间经过3次翻转，以去除缸盖内部的淬火油。
(3)高温回火：将淬火处理并静置之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为221MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为285MPa，金相组织以细小的索氏体为主。
实施例6
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.30，Mo：0.20；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min，期间经过3次翻转，以去除缸盖内部的淬火油。
(3)高温回火：将淬火处理并静置之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为245MPa，金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖的抗拉强度为353MPa，金相组织以细小的索氏体为主。
实施例7
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，外冷却控温，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。期间经过3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为236MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为331MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例8
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，外冷却控温，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。期间经过3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为236MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为331MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例9
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，外冷却控温，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。期间经过3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为236MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为331MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
实施例10
本实施例提供调质HT250缸盖的制备方法，包括以下步骤：
(1)铸造：采用已有砂型将原料浇铸成缸盖毛坯，缸盖毛坯厚度为14mm，原料中各化学成分的重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15；其他为不可避免的杂质及Fe。
(2)淬火处理：将铸造合格的缸盖毛坯放入加热炉中加热至890℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，外冷却控温，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。期间经过3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(1)铸造的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即铸态HT250缸盖；按照成品图纸尺寸要求将步骤(3)处理后的缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT250缸盖。
本实施例加工的铸态HT250缸盖的抗拉强度为236MPa，调质HT250缸盖的抗拉强度为331MPa。铸态HT250缸盖金相组织为80-90％珠光体+铁素体+片状石墨，调质HT250缸盖金相组织以细小的索氏体为主。
经测试，实施例1～10加工的铸态HT250缸盖的冷热疲劳寿命为250次左右，加工的调质HT250缸盖冷热疲劳寿命为1300～1400次左右，具体性能如表1所示：
表1各实施例的热处理参数及产品性能
普通HT250对Ni和Mo的含量不做限定，为了保证热处理效果和工艺稳定性，本发明实施例1～10对影响热处理过程比较敏感的这两种合金元素含量做了限定。从以上实施例也可以看出，合理的合金元素含量对热处理效果有明显促进作用，合金含量较少会降低热处理工艺的强化作用，合金含量过多增加了成本，但对热处理强化的影响变小。
实施例11～12提供调质HT250制动鼓的制备方法，调质HT250制动鼓金相组织以细小的索氏体为主，抗拉强度可达到铸态HT300制动鼓的要求，热疲劳单品试验测试结果表明其抗热疲劳寿命提高至铸态HT250制动鼓的2倍以上。
实施例11
本实施例提供一种调质HT250制动鼓的制备方法，包括以下步骤：
(1)材料成分控制：HT250化学成分百分比质量分数控制为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.25，Mo：0.15，其余为不可避免的杂质及Fe；
(2)铸造：采用已有砂型铸造，铸造制动鼓毛坯；
(3)淬火处理：将铸造完成的制动鼓毛坯放入圆形加热炉中加热至870℃，保温2h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。
(4)高温回火：将淬火处理之后的制动鼓毛坯放入已经加热到600℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(5)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(2)铸造的制动鼓毛坯直接加工成成品制动鼓，即铸态HT250制动鼓；按照成品图纸尺寸要求将步骤(4)处理过的制动鼓毛坯加工成成品制动鼓，即调质HT250制动鼓。
铸态HT250制动鼓抗拉强度为220MPa，调质HT250制动鼓抗拉强度为310MPa。调质HT250制动鼓金相组织以细小的索氏体为主，测试制动鼓热疲劳寿命时，按照30℃～500℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验，铸态HT250制动鼓热疲劳寿命为500左右，调质HT250制动鼓的热疲劳寿命为1150次左右。
实施例12
本实施例提供一种调质HT250制动鼓的制备方法，包括以下步骤：
(1)材料成分控制：HT250化学成分百分比质量分数控制为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15，其余为Fe；
(2)铸造：采用已有砂型铸造，铸造制动鼓毛坯；
(3)淬火处理：将铸造完成的制动鼓毛坯放入圆形加热炉中加热至890℃，保温1.5h，出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在85℃，入油5分钟之后取出，室温静置约30min。
(4)高温回火：将淬火处理之后的制动鼓毛坯放入已经加热到550℃的回火炉中，保温2小时，之后取出，空冷到室温。
(5)加工：按照成品图纸尺寸要求将步骤(2)铸造的制动鼓毛坯直接加工成成品制动鼓，即铸态HT250制动鼓；按照成品图纸尺寸要求将步骤(4)处理过的制动鼓毛坯加工成成品制动鼓，即调质HT250制动鼓。
铸态HT250制动鼓抗拉强度为226MPa，调质HT250制动鼓抗拉强度为320MPa。调质HT250制动鼓金相组织以细小的索氏体为主，测试制动鼓热疲劳寿命时，按照30℃～500℃(低温～高温)的试验规范进行冷热疲劳试验，铸态HT250制动鼓热疲劳寿命为500左右，调质HT250制动鼓的热疲劳寿命为1000次左右。
实施例13～15提供调质HT250飞轮的制备方法，调质HT250飞轮金相组织以细小的索氏体为主，抗拉强度可达到铸态HT300制动鼓的要求，相比铸态HT250飞轮，调质HT250飞轮的抗拉强度提升了30％以上，硬度提升了20％以上，寿命提高了173％以上。
实施例13
本实施例提供一种调质HT250飞轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：选取HT250材料，各组分重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15，其余为Fe。
(2)铸造：将HT250材料熔化后进行浇铸，铸造出所需的飞轮毛坯；其基体抗拉强度为220MPa，硬度为180HB。
(3)调质热处理：将飞轮毛坯放入普通加热炉或者气氛保护炉中加热至850℃，保温1h，然后将受热均匀后的飞轮放入温度为65±10℃矿物油中进行淬火，之后对淬火后的飞轮进行高温回火，回火温度为580℃，保温时间为2h。
(4)清洗：将调质热处理后的飞轮冷却至室温后进行清洗，去除飞轮表面的油渍，并干燥；
(5)机加工：将步骤(2)铸造的飞轮毛坯直接加工成合格的飞轮，即铸态HT250飞轮；将步骤(4)处理过的飞轮毛坯进行机加工，加工出合格的飞轮，即调质HT250飞轮。
调质HT250飞轮硬度为220HB，抗拉强度Rm为330MPa，金相组织为回火索氏体+片状石墨，相比铸态HT250飞轮，抗拉强度提升40.9％，硬度提升33.3％。模拟实车工况试验显示飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为15000次，相比铸态HT250飞轮5500次寿命，调质处理后的飞轮寿命提高了173％。
实施例14
本实施例提供一种调质HT250飞轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：选取HT250材料，各组分重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15，其余为Fe。
(2)铸造：将HT250材料熔化后进行浇铸，铸造出所需的飞轮毛坯；其基体抗拉强度为240MPa，硬度为200HB。
(3)调质热处理：将飞轮毛坯放入气氛保护炉中加热至880℃，保温1.5h，然后将受热均匀后的飞轮毛坯放入温度为65±10℃的矿物油中进行淬火，之后对淬火后的飞轮毛坯进行高温回火，回火温度为600℃，保温时间为2.5h；
(4)清洗：将调质热处理后的飞轮毛坯冷却至室温后进行清洗，去除飞轮毛坯表面的油渍，并干燥；
(5)机加工：将步骤(2)铸造的飞轮毛坯直接加工成合格的飞轮，即铸态HT250飞轮；将步骤(4)处理过的飞轮毛坯加工成合格的飞轮，即调质HT250飞轮。
调质HT250飞轮硬度为220HB，抗拉强度Rm为350MPa，金相组织为回火索氏体+片状石墨，相比铸态HT250飞轮，抗拉强度提升45.8％，硬度提升25％。模拟实车工况试验显示飞轮在满载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5500次寿命，调质处理后的飞轮寿命提高了264％。
实施例15
本实施例提供一种调质HT250飞轮的制备方法，包括以下步骤：
(1)选材：选取HT250材料，各组分重量百分比为：C：3.18，Si：1.91，Mn：0.73，S：0.078，P：0.017，Cu：0.50，Cr：0.16，Ni：0.15，Mo：0.15，其余为Fe。
(2)铸造：将HT250材料熔化后进行浇铸，铸造出所需的飞轮毛坯；其基体抗拉强度为250MPa，硬度为220HB。
(3)调质热处理：将飞轮毛坯放入气氛保护炉中加热至900℃，保温2h，然后将受热均匀后的飞轮毛坯放入温度为65±10℃的矿物油中进行淬火，之后对淬火后的飞轮毛坯进行高温回火，回火温度为630℃，保温时间为3h。
(4)清洗：将调质热处理后的飞轮毛坯冷却至室温后进行清洗，去除飞轮毛坯表面的油渍，并干燥；
(5)机加工：将步骤(2)铸造的飞轮毛坯直接加工成合格的飞轮，即铸态HT250飞轮；将步骤(4)处理过的飞轮毛坯加工成合格的飞轮，即调质HT250飞轮。
调质HT250飞轮硬度为220HB，抗拉强度Rm为340MPa，金相组织为回火索氏体+片状石墨，相比铸态HT250飞轮，抗拉强度提升35.7％，硬度提升21.7％。模拟实车工况试验显示飞轮在满载55T情况下从开始至表面磨损0.3mm的试验循环次数为25000次，相比铸态HT250飞轮5500次寿命，调质处理后的飞轮寿命提高了355％。
实施例16～26对HT300铸造的缸盖毛坯进行调质处理，获得的调质HT300缸盖基体为晶粒细小的索氏体组织，抗拉强度为350MPa以上，热疲劳寿命可达1700次，更适合大功率发动机。
实施例16～26采用HT300铸造缸盖毛坯时，在HT300成份的基础上，控制以下几种合金元素的重量百分比：Cr：0.15～0.3，Ni：0.4～0.7，Mo：0.2～0.5，Cu：0.5～0.8；其中，Cr元素有利于形成有益碳化物，Ni可以细化组织，Cu促进珠光体形成，Mo可以提高疲劳性能，同时这几种合金元素均对热处理工艺有益。未经调质处理的HT300缸盖毛坯加工成的铸态HT300缸盖的抗拉强度Rm为278MPa，残余应力为50～150MPa，硬度为218MPa，热疲劳性能为300次左右。
实施例16～26提供调质HT300缸盖的制备方法，步骤如下：
(1)将多用箱式炉加热到预设温度之后将缸盖毛坯放入多用箱式炉炉腔中间，以保证加热均匀，降低热应力水平，减小变形避免开裂；缸盖毛坯入炉后，加热至炉内温度重新到达预设温度后，开始计算保温时间，保温2.0h。
(2)淬火处理：缸盖毛坯出炉后快速转移至淬火油槽中进行淬火处理，油温控制在50～85℃，控制冷却速度为50～90℃/s，入油3分钟之后取出，室温静置约45min，静置期间进行3次翻转，以除油。
(3)高温回火：将淬火处理之后的缸盖毛坯放入已经加热到550～600℃的回火炉中，保温3小时，之后取出，空冷至室温。
(4)加工：按照成品图纸尺寸要求将缸盖毛坯加工成成品缸盖，即调质HT300缸盖。
如图4所示，实施例19制备的调质HT300缸盖的金相组织以细小的索氏体为主。
表2实施例16～26的热处理条件及调质HT300缸盖的性能
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 (8)
1.一种灰铸铁调质方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)淬火：将灰铸铁毛坯置于850～950℃的淬火炉中保温0.5～2h，出炉后立即放入65～85℃的淬火油中淬火3～6min，控制冷却速度为65～85℃/s，出油后空冷至不高于200℃；所述灰铸铁为HT250或HT300；所述HT250中Ni占0.1wt％～0.25wt％、Mo占0.05wt％～0.15wt％，其他元素含量符合HT250标准；
(2)回火：将灰铸铁毛坯置于550℃～650℃的回火炉中保温1～4h，出炉后空冷至室温，得到调质强化灰铸铁。
2.根据权利要求1所述的灰铸铁调质方法，其特征在于：HT300毛坯的淬火炉温度为860～940℃，淬火油温度为70～85℃，回火炉温度为550℃～650℃。
3.根据权利要求1所述的灰铸铁调质方法，其特征在于：HT250毛坯的淬火炉温度为890～920℃，淬火油温度为70～85℃，回火炉温度为550℃～650℃。
4.一种调质强化灰铸铁，其特征在于：由权利要求1-3任一项所述的灰铸铁调质方法制备而成。
5.权利要求4所述的调质强化灰铸铁在制备汽车零部件中的应用，其特征在于：所述汽车零部件为发动机缸盖、飞轮或制动鼓。
6.根据权利要求5所述的调质强化灰铸铁在制备汽车零部件中的应用，其特征在于：制动鼓采用调质强化HT250制备，淬火炉温度为870～890℃，回火炉温度为500～550℃。
7.根据权利要求5所述的调质强化灰铸铁在制备汽车零部件中的应用，其特征在于：飞轮采用调质强化HT250制备，淬火炉温度为850～900℃，回火炉温度为580～630℃。
8.根据权利要求5所述的调质强化灰铸铁在制备汽车零部件中的应用，其特征在于：发动机缸盖采用HT300制备，淬火炉温度为910～940℃，回火炉温度为550～650℃。
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