CN1760380A - 奥氏铁素体球墨铸铁的一种等温淬火工艺 - Google Patents

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CN1760380A CN 200410046842 CN200410046842A CN1760380A CN 1760380 A CN1760380 A CN 1760380A CN 200410046842 CN200410046842 CN 200410046842 CN 200410046842 A CN200410046842 A CN 200410046842A CN 1760380 A CN1760380 A CN 1760380A
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Abstract

本发明涉及一种球墨铸铁材料的等温淬火工艺。经过特定的等温淬火的球墨铸铁具有独特的奥氏体—铁素体基体(称为奥氏铁素体)，微观组织的特征是在奥氏体基底上分布着针状铁素体，其综合性能十分优越，应用广泛。本发明提出了球墨铸铁的一种新的等温淬火工艺，其主要技术特征是：与传统的等温淬火工艺，本发明不是把工件从奥氏体保温温度直接放入等温炉中保温，而是在奥氏体化温度保持之后、进入等温炉中保温之前，把工件快速放入室温冷却介质中进行一次短时间冷却，然后再放入等温炉中保温。由于室温冷却温差较大，工件表层急冷，温度急剧降低至常温附近。在工件等温过程中，一方面，由于工件中存在较大的温度梯度，整个工件能以较快速度冷却，并且工件在急冷中已经散失部分热量，在等温温度保持的时间可以缩短，工件芯部能够避免形成珠光体；另外一方面，盐炉中熔盐吸收工件热量减少，熔盐温度的升高减小，有利于保持较稳定的等温温度，得到所需要的奥氏铁素体组织。

Description

奥氏铁素体球墨铸铁的一种等温淬火工艺
一、技术领域
本发明涉及一种金属材料的热处理工艺。具体地说，是涉及一种球墨铸铁材料的等温淬火工艺。
二、背景技术
经过特定的等温淬火的球墨铸铁具有独特的奥氏体—铁素体基体(称为奥氏铁素体)，微观组织的特征是在奥氏体基底上分布着针状铁素体，如图1所示，这与奥氏体—贝式体基体不同(贝式体中有析出碳化物)，其综合性能十分优越(如下表所示)，提供了一个伴随着较高塑性和韧性的高强度铸铁范围。抗拉强度是球墨铸铁的2倍，通过基体的加工硬化，这些铸铁具有耐磨性和韧性的较好结合，耐磨性优于任何硬度水平的钢，比钢轻10％。在成本方面，比钢节约能量，比钢易加工，减小了加工余量，近净成形使加工量减少。由于它是一种提供优良产品性能而降低成本的材料，应用广泛。在许多应用中，ADI超过锻钢件、焊接件、渗碳钢件和铝件。它是由高质量的球墨铸铁原铸件经过等温淬火而得到。
                                      美国标准ADI等级(ASTM 897M-90)
等级   抗拉强度(最小值)   屈服强度(最小值)   延伸率％       冲击功*   典型硬度BHN
  Ksi   N/mm2   Ksi   N/mm2   Ft-Ibs   Joules
  1   125   850   80   550   10   75   100   269-321
  2   150   1050   100   700   7   60   80   302-363
  3   175   1200   125   850   4   45   60   341-444
  4   200   1400   155   1100   1   25   35   388-477
  5   230   1600   185   1300   -   -   -   444-555
                                                                                                                              *无缺口冲击试样
三、发明内容
]等温淬火球墨铸铁的性能与等温淬火工艺密切相关。一般的等温淬火工艺过程为：以一定的加热速度把球墨铸铁加热到一定的奥氏体化温度，保持一定时间，然后以一定速度进行冷却，再在一定温度下保持一定时间，最后出炉冷却。奥氏体化温度与时间决定基体奥氏体化程度和晶粒的大小。而等温温度和时间决定最终得到的组织，是等温淬火的关键工艺参数。等温温度较高，组织中有较多珠光体，其力学性能，耐磨性均相对较低；而等温温度低，基体中可能存在马氏体，塑性和韧性低，又容易出现裂纹，其耐磨性只稍有提高。等温时间决定奥氏体发生转变的数量和程度。等温时间短，可能有部分奥氏体没有在该温度范围发生向奥氏铁素体的转变，而在较低温度下转变为其他组织，同时生成的奥氏铁素体中的铁素体与奥氏体之比较小。等温时间过长，会析出碳化物，形成贝氏体，降低材料性能。因此，必须在合适的温度下等温合适的时间，才能得到较多的奥氏铁素体。
对于不同的成分和尺寸的球墨铸铁铸件，其等温温度和时间不同。一般情况下，由于铸件形状和壁厚的问题，这两个工艺参数较难确定。在通常的等温过程中，铸件表层容易较快地冷却到等温温度，但是芯部冷却较慢，在等温温度保持一定时间后，表层组织可能因析出碳化物而形成贝氏体，芯部却因为冷却速度低而出现珠光体。提高或降低等温温度都不能解决问题。
本发明提出一种新的等温淬火工艺。该工艺的加热保温阶段与一般的工艺相同，而冷却阶段与一般的工艺不同。该工艺的冷却阶段与一般的工艺相比多了一个预冷过程。对工件进行预冷的过程为：在奥氏体化温度保持之后、进入等温炉中保温之前，把工件快速放入室温冷却介质中进行一次短时间冷却，然后，把工件放入保持在等温温度的介质中。在奥氏体化温度与等温温度之间温度差约为500℃～650℃。在奥氏体化保温与等温淬火保温过程之间插入一个冷却过程，该过程的冷却温差接近900℃，温差较传统工艺增大250℃～400℃，在冷却介质的冷却能力相近的条件下，工件受冷却的程度增加，有利于快速减少工件所携带的热量。这样，工件表层急冷，温度急剧降低至常温附近。在工件等温过程中，一方面，由于工件中存在较大的温度梯度，整个工件能以较快速度冷却，并且工件在急冷中已经散失部分热量，在等温温度保持的时间可以缩短，工件芯部能够避免形成珠光体，得到所需的奥氏铁素体；另外一方面，盐炉中熔盐吸收工件热量减少，熔盐温度的升高减小，有利于保持较稳定的等温温度，得到所需要的奥氏铁素体组织。对于工件表层，由于在等温温度保持的时间缩短，且当工件在等温温度保持时表层温度从常温向等温温度变化，其碳化物析出能力较弱，避免在表层中形成贝氏体，而在某些情况下在表层中形成马氏体。在某些情况下，在表层中形成硬度较高的马氏体是有利的。
在预冷过程中在常温下的保持时间根据工件特点以及使用要求而定。如果工件需要较高的表层硬度，则应保持较长的时间。如果工件壁厚较大，保持时间也较长。
四、附图说明
图1为奥氏铁素体球墨铸铁的微观组织，图2为本发明提出的等温淬火工艺曲线。
五、具体实施方式
要求铁水经过充分的球化和孕育，球化级别在3级以上。
具体的等温淬火工艺：对于化学成分为：3.6％-3.7％C、2.4％-2.7％Si、0.2％-0.3％Mn、≤0.04％S、≤0.06％P的原铁水经过球化和孕育处理后浇注的Y型试块，采用电阻空气炉加热到900℃保温2小时后，在水中急冷并保持1分钟左右，再在熔盐温度为300℃的75KW等温淬火硝盐炉中保持2小时。所得到的试样的综合力学性能较好。
实施例：熔炼设备：500kg中频感应电炉；化学成分：3.7％C，2.5％Si，0.26％Mn，0.01％S，0.035％P，0.03％Mg，0.03％Re。采用稀土镁硅合金做为球化剂，加入量为1.1-1.3％；采用75SiFe做为孕育剂，加入量为0.8-1.2％。浇注Y型试块做试样毛坯，观察金相组织为3级球状石墨。试样加热奥氏体花采用电阻空气炉，等温淬火采用75KW硝盐炉。奥氏体化工艺均为900℃保温2小时，等温淬火工艺：放入室温的水中保持6分钟，然后迅速放入573K的硝酸盐炉中，保持2小时，再取出在空气中冷却至室温。按有关标准制作力学性能试样，测得结果如下：бb：1185Mpa，бs：880Mpa，δ：3.5％，αk：55J。相当于美国标准ADI等级(ASTM 897M-90)的3级。

Claims (3)

1、本专利提出了奥氏铁素体球墨铸铁的一种新的等温淬火工艺，其主要技术特征是：球化级别在3级以上的球墨铸铁件在奥氏体化温度保持之后、进入等温炉中保温之前，把它快速放入室温冷却介质中进行一次短时间冷却，然后再放入等温炉中保温合适时间，得到奥氏铁素体为主的组织和力学性能。
2、根据权利要求1所述的等温淬火工艺，本专利的特征还在于奥氏体化加热保温后的冷却与保温工艺路线。该工艺路线是球墨铸铁件在奥氏体化温度保持之后先在室温介质中急冷，然后再快速进入保持在形成奥氏铁素体的温度范围内的等温介质中保温一定时间，最后在空气中冷却。
3、根据权利要求1所述的等温淬火工艺，本专利的特征还在于加热保温后的冷却与保温方法。用于急冷的介质必须有较高的冷却能力，并能在急冷过程中保持在室温附近；急冷时间必须短且与工件大小有关；从急冷介质到等温介质的过程必须十分短。工艺参数必须确保得到奥氏铁素体基体，具体的工艺数据与工件的化学成分、结构尺寸以及最终性能要求有关。
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