專利名稱：奧鐵體球墨鑄鐵的一種熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種材料加工領域中的熱處理工藝，具體地說，是涉及奧鐵體球墨鑄鐵的一 種熱處理工藝。二、 背景技術奧鐵體球墨鑄鐵是球墨鑄鐵經(jīng)過特定的等溫淬火工藝得到的，具有獨特的奧氏體一鐵素 體基體(稱為奧鐵體)，即在奧氏體基底上分布著針狀鐵素體，如圖1所示。奧鐵體球墨鑄鐵 的綜合性能十分優(yōu)越，其抗拉強度是普通球墨鑄鐵的2倍；通過基體的加工硬化，具有耐磨 性和韌性的較好結(jié)合，耐磨性優(yōu)于任何硬度水平的鋼；比鋼輕10%。在成本方面，比鋼節(jié)約 能量，比鋼易加工。由于它是一種為產(chǎn)品提供優(yōu)良性能而降低成本的材料，其應用廣泛。在 許多應用中，奧鐵體球墨鑄鐵超過鍛鋼件、焊接件、滲碳鋼件和鋁件。奧鐵體不同于國內(nèi)通常提到的貝氏體和奧氏體一貝氏體基體，奧鐵體中不允許有析出碳 化物，而貝氏體中有析出碳化物。基體中有貝氏體的等溫淬火球墨鑄鐵，其強度、韌性等都 不如奧鐵體球墨鑄鐵。國內(nèi)常用的貝氏體球墨鑄鐵、奧一貝球墨鑄鐵就是基體中有貝氏體的 等溫淬火球墨鑄鐵。但是，目前還有不少人經(jīng)常把它們與奧鐵體球墨鑄鐵混為一談，究其原 因是這3種球墨鑄鐵都是經(jīng)過等溫淬火得到的。事實上，它們之間是有區(qū)別的。在球墨鑄鐵等溫淬火過程中，過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變可分為兩個階段:第一階段，過冷奧氏 體分解為針狀鐵素體和殘余奧氏體；第二階段，殘余奧氏體繼續(xù)分解為鐵素體和碳化物。在第 一階段，得到"針狀鐵素體+殘余奧氏體+石墨"組織，基體即為奧鐵體，得到奧鐵體球墨鑄 鐵。在第一階段結(jié)束后，如果等溫淬火時間進一步延長，進入第二階段，殘余奧氏體開始分 解為鐵素體和碳化物，即向貝氏體轉(zhuǎn)變，得到貝氏體球墨鑄鐵或奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵。目前，國內(nèi)一般的等溫淬火工藝使球墨鑄鐵得到貝氏體或奧氏體+貝氏體基體，忽略了貝 氏體中的析出碳化物對工件材料性能的不利影響，其性能一般達不到到等級的等溫淬火球墨 鑄鐵的標準；也有采用分級等溫淬火工藝，雖然提高了^^墨鑄鐵的性能，但其目的并不是得 到奧鐵體基體，性能的提高也是有限的。近年來， 一些學者逐漸注意到了奧鐵體球墨鑄鐵的 優(yōu)點，并發(fā)表一些文章對它進行了介紹。三、 發(fā)明內(nèi)容球墨鑄鐵要得到奧鐵體基體和優(yōu)越的綜合性能，就必須保證過冷奧氏體只進行第一階段 等溫轉(zhuǎn)變，不發(fā)生第二階段等溫轉(zhuǎn)變。所以，最佳的等溫淬火時間即是過冷奧氏體第一階段 等溫轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束而第二階段等溫轉(zhuǎn)變尚未開始的時間。但是，球墨鑄鐵件在等溫爐中保持 的過程中，表層較快地冷卻到等溫溫度，而芯部較慢地冷卻到等溫溫度。因此，鑄件，尤其 是較大鑄件，在等溫溫度保持后，表層可能因在等溫溫度保持的吋間較長，過冷奧氏體發(fā)生 第二階段等溫轉(zhuǎn)變而形成含有析出碳化物的貝氏體，芯部卻因為冷卻速度低，過冷奧氏體在 等溫轉(zhuǎn)變前發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，結(jié)果，鑄件性能不能滿足要求。提高或降低等溫溫度都不能解 決問題。本發(fā)明提出得到奧鐵體基體的球墨鑄鐵的一種新的熱處理工藝。該工藝的加熱保溫過程 與一般的球墨鑄鐵等溫淬火工藝相同，而冷卻過程多了一個防止表層過冷奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn) 變、芯部過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的預冷階段。該工藝對工件進行冷卻的過程為工件在奧 氏體化溫度保持之后、進入等溫爐中保溫之前，快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進行一次短時間急 冷，然后工件快速放入等溫介質(zhì)中保溫，在過冷奧氏體開始進行第二階段等溫轉(zhuǎn)變即向貝氏 體轉(zhuǎn)變前出爐空冷。預冷工藝參數(shù)設計的基本原則是工件預冷時被室溫冷卻介質(zhì)帶走的熱量 必須大于或等于工件整體從奧氏體化溫度冷卻到等溫溫度并完成過冷奧氏體第一階段等溫轉(zhuǎn) 變所需要被帶走的熱量減去工件預冷后在等溫爐中發(fā)生過冷奧氏體第一階段等溫轉(zhuǎn)變過程中 能夠被等溫冷卻介質(zhì)帶走的熱量。室溫冷卻介質(zhì)在550 65(TC的冷卻能力不小于水。工件在 室溫冷卻介質(zhì)中保持時間為1 8分鐘，并與工件特點和使用要求有關。工件散熱能力越強， 保持時間越短；工件壁厚較大，保持時間較長；工件需要較高的表層硬度，保持時間較長。在奧氏體化溫度與等溫溫度之間的溫差約為50(TC 65(TC。在奧氏體化保溫與等溫淬火 保溫過程之間插入一個冷卻過程，該過程的冷卻溫差接近900°C，溫差較傳統(tǒng)工藝增大250 °C 400°C，在室溫冷卻介質(zhì)的冷卻能力不低于等溫冷卻介質(zhì)的條件下，工件受冷卻的程度增 加，有利于快速減少工件所攜帶的熱量。這樣，工件表層急冷，溫度急劇降低至室溫附近。 在工件離開室溫冷卻介質(zhì)快速進入等溫冷卻介質(zhì)中以后的等溫過程中， 一方面，由于工件中 存在較大的溫度梯度，工件芯部冷卻速度加快，能夠避免形成珠光體，得到所需的奧鐵體； 另一方面，工件在急冷中已經(jīng)散失部分熱量，鹽爐中熔鹽吸收工件的熱量減少，熔鹽溫度升 高的趨勢減小，等溫冷卻介質(zhì)較穩(wěn)定地保持在等溫溫度附近，有利于整個工件快速到達等溫 溫度，有利于過冷奧氏體向奧鐵體轉(zhuǎn)變，減少工件在等溫介質(zhì)中的時間，避免工件表層產(chǎn)生 貝氏體，只不過在表層中有可能形成馬氏體，而在某些情況下，在表層中硬度較高的馬氏體 是有利的。 四

圖1為奧鐵體球墨鑄鐵的微觀組織，基體組織為奧鐵體，即在奧氏體基底上分布著針狀 鐵素體，且無析出碳化物。
圖2為球墨鑄鐵的等溫淬火工藝示意圖。圖3為本發(fā)明提出的球墨鑄鐵熱處理工藝示意圖。圖4為本發(fā)明提出的球墨鑄鐵熱處理工藝的實施例示意圖。圖中l(wèi)為在奧氏體化溫度保溫階段，2為本發(fā)明提出的室溫短時間急冷階段，3為過冷奧 氏體在等溫溫度發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變的第一階段即向奧鐵體轉(zhuǎn)變階段，4為過冷奧氏體在等溫溫度 發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變的第二階段即向貝氏體轉(zhuǎn)變階段，傳統(tǒng)的等溫淬火工藝包含這個等溫轉(zhuǎn)變階段， 而為了得到奧鐵體基體的等溫淬火工藝不能有這個等溫轉(zhuǎn)變階段。 五具體實施方式
結(jié)合圖4，具體的熱處理工藝如下球墨鑄鐵原鐵水的化學成分為3. 6% 3. 7%C、 2. 4% 2. 7%Si、 0. 2% 0. 3%Mn、《0. 04%S、 《0.06%P，經(jīng)過充分的球化和孕育(球化級別要求在3級以上)后澆注得到工件，其外形尺 寸約為O800咖X120腿 ①1200ramX150誦，加熱到900°C (1173K)保溫2小時(如圖4的l所 示)后，在水中急冷并保持1 5分鐘(如圖4的2所示)，再在熔鹽溫度為25(TC 40(TC (523K 673K)的等溫爐中保持l 2.5小時(如圖4的3所示)，然后出爐空冷。所得到的工件最外表 層中含有馬氏體組織，芯部基體組織全部為奧鐵體，綜合力學性能良好。
權利要求
1、球墨鑄鐵的一種新的熱處理工藝，球墨鑄鐵經(jīng)過特定的熱處理，得到奧鐵體基體而不出現(xiàn)貝氏體和珠光體組織，其特征是工件在奧氏體化溫度保持之后、進入等溫爐中保溫之前，快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進行一次短時間急冷，然后工件快速放入等溫介質(zhì)中保溫，在過冷奧氏體開始進行第二階段等溫轉(zhuǎn)變即向貝氏體轉(zhuǎn)變前出爐空冷。
2、 根據(jù)權利要求]所述的熱處理工藝，其特征是室溫冷卻介質(zhì)在550 65(TC的冷卻能力 不小于水。
3、 根據(jù)權利要求1所述的熱處理工藝，其特征是工件在室溫冷卻介質(zhì)中保持時間為1 8 分鐘，工件散熱能力越強，保持時間越短；工件壁厚較大，保持時間較長；工件需要較高 的表層硬度，保持時間較長。
全文摘要
球墨鑄鐵的一種熱處理工藝。球墨鑄鐵經(jīng)過特定的等溫淬火后可以得到奧鐵體基體，得到優(yōu)越的綜合性能。但鑄件在等溫爐中保持的過程中，表層冷卻較快，而芯部冷卻較慢，在等溫后鑄件表層可能形成貝氏體，而芯部出現(xiàn)珠光體，降低工件性能。本發(fā)明提出的熱處理工藝的加熱保溫過程與一般的等溫淬火工藝相同，而冷卻過程為工件在奧氏體化溫度保持之后、進入等溫爐中保溫之前，快速放入室溫冷卻介質(zhì)中進行一次短時間急冷，然后工件快速放入等溫介質(zhì)中保溫，在過冷奧氏體開始進行第二階段等溫轉(zhuǎn)變即向貝氏體轉(zhuǎn)變前出爐空冷。該工藝可縮短等溫時間，避免工件在表層中形成貝氏體、在芯部形成珠光體。
文檔編號C21D5/00GK101397601SQ200710035838
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月29日 優(yōu)先權日2007年9月29日
發(fā)明者劉繼常 申請人:湖南大學