TWI680189B

TWI680189B - 球墨鑄鐵的熱處理方法及其所製成的鑄件

Info

Publication number: TWI680189B
Application number: TW107143233A
Authority: TW
Inventors: 康進興; Ching Shing Kang; 施景祥; Chin Hsiang Shih
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心; Metal Industries Research & Development Centre
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-12-21
Also published as: TW202022135A

Abstract

一種球墨鑄鐵的熱處理方法及其所製成的鑄件，其熱處理方法包括：提供待加工鑄件，其為球墨鑄鐵材質，以100%的組成成分總重量百分比計算包含碳3.2~3.8%、矽2.2~2.8%、錳0.15~0.5%、銅0~1.0%、鎳0~2.0%、鉬0~0.3%、鎂0.03~0.05%其餘為鐵及雜質；將待加工鑄件進行升溫，使其成為沃斯田鐵化狀態，其沃斯田鐵化溫度為880~920℃，加熱1~3小時；將待加工鑄件由沃斯田鐵溫度急冷至Ms點以上；保持待加工鑄件在200~300℃的沃斯回火溫度，持續1~3小時，續冷卻至常溫，續提高待加工鑄件在200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，續冷卻至常溫，使其形成沃斯回火球墨鑄鐵。

Description

球墨鑄鐵的熱處理方法及其所製成的鑄件

本發明為一種球墨鑄鐵的熱處理方法及其所製成的鑄件，特別有關於本發明包括了二次回火熱處理製程之球墨鑄鐵的熱處理方法及其所製成的鑄件。

依照傳統沃斯回火球墨鑄鐵(ADI)熱處理程序要獲得高強度、高硬度之沃斯回火鑄鐵其延伸率及衝擊值幾乎為零：如下表之「等級5」所示：

故在需高硬度又耐衝擊情況下將無法取代高錳鋼或高鉻鑄鐵，部份廠商利用沃斯回火球墨鑄鐵取代高錳鋼或高鉻鑄鐵，但其性質較差仍無法滿足。

本發明的目的在於在球墨鑄鐵鑄件之一次沃斯回火後，冷卻至常溫時，再追加二次回火的熱處理製程，以改善其衝擊性及延展性。

本發明的另一目的在於，包含以上述二次回火的熱處理製程所製成的沃斯回火球墨鑄鐵鑄件。

為達成上述球墨鑄鐵的熱處理方法的目的，本發明提供之球墨鑄鐵的熱處理方法，其包括下列步驟：提供一待加工鑄件步驟：該待加工鑄件係為一球墨鑄鐵材質，該球墨鑄鐵材質以100%的組成成分總重量百分比計算，包含有碳3.2~3.8%、矽2.2~2.8%、錳0.15~0.5%、銅0~1.0%、鎳0~2.0%、鉬0~0.3%、鎂0.03~0.05%以及剩餘重量百分比為鐵及雜質；進行沃斯田鐵化步驟：將該待加工鑄件進行一升溫的加熱程序，使其成為一沃斯田鐵化之狀態，其沃斯田鐵化溫度為880~920℃，加熱1~3小時；急速冷卻步驟：將該待加工鑄件由該沃斯田鐵溫度急冷至Ms點以上；進行第一次回火處理步驟：保持該待加工鑄件在200~300℃之沃斯回火溫度，持續1~3小時，續冷卻至常溫；以及進行第二次回火處理步驟：提高該待加工鑄件在200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，續冷卻至常溫，使其形成一高強度、高硬度、高延伸率的球墨鑄鐵鑄件。

在一實施例中，該待加工鑄件為一厚壁球墨鑄鐵，其壁厚至少為50mm。

在一實施例中，該球墨鑄鐵鑄件經二次回火熱處理後之鑄件強度達1600MPa以上、硬度達HRC50以上、延伸率達5%以上、沖擊值達80J以上。

為達成上述另一球墨鑄鐵的熱處理方法的目的，本發明提供一種球墨鑄鐵製程的二次回火熱處理方法，其步驟包含：提供經一次沃斯回火熱處理後製成的球墨鑄鐵鑄件；以及升溫該球墨鑄鐵鑄件至200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，續冷卻至常溫，使其形成二次回火熱處理之沃斯回火球墨鑄鐵鑄件。

本發明的特點在於，本發明之球墨鑄鐵鑄件在沃斯回火熱處理後進行二次回火熱處理的技術，其球墨鑄鐵鑄件不僅可得到1600Mpa以上的高鑄件強度、HRC50以上的高硬度，且其延伸率可達到5%以上，沖擊值可達80J。

步驟S11~步驟S15‧‧‧球墨鑄鐵的熱處理方法之步驟

步驟S21~步驟S22‧‧‧一次沃斯回火處理後之球墨鑄鐵鑄件的二次回火熱處理方法之步驟

[圖1]為本發明之球墨鑄鐵的熱處理方法一實施例之步驟流程圖；[圖2]為本發明之球墨鑄鐵的熱處理方法一實施例之溫度/時間的變化曲線圖；[圖3]為本發明之球墨鑄鐵的熱處理方法在300二次回火之一實施例的TEM微觀組圖照片；[圖4]為本發明之球墨鑄鐵製程的二次回火熱處理方法之步驟流程圖。

茲配合圖式將本創作實施例詳細說明如下。

請參照圖1及圖2所示。本實施例之球墨鑄鐵的熱處理方法，其包括下列步驟：提供一待加工鑄件步驟(步驟S11)，該待加工鑄件係為一球墨鑄鐵材質，該球墨鑄鐵材質以100%的組成成分總重量百分比計算，包含有3.2~3.8wt%的碳、2.2~2.8wt%的矽、0.15~0.5wt%的錳、0~1.0wt%的銅、0~2.0%的鎳、0~0.3%的鉬、鎂0.03~0.05%以及剩餘重量百分比為鐵及雜質；進行沃斯田鐵化步驟(步驟S12)：將該待加工鑄件進行一升溫的加熱程序，使其成為一沃斯田鐵化之狀態，其沃斯田鐵化溫度為880~920℃，加熱1~3小時；急速冷卻步驟(步驟S13)：將該待加工鑄件由該沃斯田鐵溫度急冷至Ms點以上；進行第一次回火處理步驟(步驟S14)：保持該待加工鑄件在200~300℃之沃斯回火溫度，持續1~3小時，繼而冷卻至常溫；進行第二次回火處理步驟(步驟S15)：提高該待加工鑄件在200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，繼而冷卻至常溫，使其形成一高強度、高硬度、高延伸率的球墨鑄鐵鑄件。

在一實施例中，上述之該待加工鑄件為一厚壁球墨鑄鐵，上述壁厚可至少為50mm。

另外，經上述該球墨鑄鐵鑄件經熱處理後之鑄件強度可達1600MPa以上，硬度可達HRC50以上，延伸率可達5%以上，衝擊值可達80J以上。

在一實施例中，前述製程參數中，各參數較穩定者，其步驟S12的沃斯田鐵化溫度較佳為900℃，加熱2小時、步驟S14之沃斯回火溫度較佳為250℃保持1~3小時、步驟S15的二次回火溫度較佳為保持3小時，則可獲得鑄件強度 1600MPa以上，硬度可達HRC50以上，延伸率可達5%以上，衝擊值可達80J以上的球墨鑄鐵鑄件。

在一試驗中，50mm球墨鑄鐵試棒，其成分(重量百分比)為碳3.6%、矽2.6%、錳0.25%、鎳1.0%、銅0.3%及鉬0.3%，鎂0.04%經一次回火熱處理及經本發明之二次回火熱處理的機械性質、殘留沃斯田鐵量及晶粒大小如下列之表2所示：

由上表可知，傳統ADI一次回火製程下的沃斯回火球墨鑄鐵在高強度及高硬度下，原本是幾乎沒有延伸率及衝擊值的，但將之加上二次回熱處理後，可改善其機械性質，以表2之傳統ADI+二次回火300℃為例，其可達到1652MPa之高強度、53HRC之高硬度、6.5%的延伸率。

請再參照圖3，在本實驗中，該50mm球墨鑄鐵試棒以300℃二次回火後，在穿透式電子顯微鏡(TEM)下的微觀組織可觀察出細小碳化物析出(如圖3箭頭所指之處)。

再請參照圖4所示。本實施例之球墨鑄鐵製程的二次回火熱處理方法，其步驟包含：步驟S21，提供經一次沃斯回火熱處理後製成的沃斯回火球墨鑄鐵鑄件；步驟S22，升溫該球墨鑄鐵鑄件至200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，續冷卻至常溫，使其形成二次回火熱處理之沃斯回火球墨鑄鐵。

上述之球墨鑄鐵製程的二次回火熱處理方法同樣可獲得較其一次沃斯回火熱處理製程之強度、硬度、延伸率為佳之沃斯回火球墨鑄鐵鑄件。

上述實施形態僅例示性說明本創作之原理、特點及其功效，並非用以限制本創作之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本創作之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本創作所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。因此，本創作之權利保護範圍，應如申請專利範圍所列。

Claims

一種球墨鑄鐵的熱處理方法，其包括下列步驟：提供一待加工鑄件步驟：該待加工鑄件係為一球墨鑄鐵材質，該球墨鑄鐵材質以100%的組成成分總重量百分比計算，包含有碳3.2~3.8%、矽2.2~2.8%、錳0.15~0.5%、銅0~1.0%、鎳0~2.0%、鉬0~0.3%、鎂0.03~0.05%以及剩餘重量百分比為鐵及雜質；進行沃斯田鐵化步驟：將該待加工鑄件進行一升溫的加熱程序，使其成為一沃斯田鐵化之狀態，其沃斯田鐵化溫度為880~920℃，加熱1~3小時；急速冷卻步驟：將該待加工鑄件由該沃斯田鐵溫度急冷至Ms點以上；進行第一次回火處理步驟：保持該待加工鑄件在200~300℃之沃斯回火溫度，持續1~3小時，續冷卻至常溫；以及進行第二次回火處理步驟：提高該待加工鑄件在200~400℃之二次回火溫度下，持續2~5小時，續冷卻至常溫，使其形成一高強度、高硬度、高延伸率的沃斯回火球墨鑄鐵鑄件。
如請求項1所述之球墨鑄鐵的熱處理方法，其中該待加工鑄件為一厚壁球墨鑄鐵。
如請求項2所述之球墨鑄鐵的熱處理方法，其中該厚壁球墨鑄鐵的壁厚至少為50mm。
如請求項1所述之球墨鑄鐵的熱處理方法，其中該球墨鑄鐵鑄件經第二次回火處理後，其鑄件強度達1600MPa以上、硬度達HRC50以上、延伸率達5%以上、沖擊值達80J以上。
一種球墨鑄鐵鑄件，係由請求項1所述球墨鑄鐵的熱處理方法所製成，該球墨鑄鐵材質以100%的組成成分總重量百分比計算，包含有碳3.2~3.8%、矽2.2~2.8%、錳0.15~0.5%、銅0~1.0%、鎳0~2.0%、鉬0~0.3%、鎂0.03~0.05%以及剩餘重量百分比為鐵及雜質，經進行前述熱處後，該球墨鑄鐵鑄件的鑄件強度達1600MPa以上、硬度達HRC50以上、延伸率達5%以上、沖擊值達80J以上。