专利名称：一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球墨铸铁的热处理工艺，尤其涉及一种球墨铸铁的强化工艺及其 制成品，具体应用于制作发动机的球墨铸铁摇臂、挺杆等零件。
背景技术：
球墨铸铁零件的表面强化工艺一般只包括形成局部冷激层、表面淬火、渗氮、氮碳 共渗、表面滚压强化以及这些工艺的复合，如冷激层淬火，球墨铸铁曲轴氮碳共渗后圆角滚 压强化等等，并不包括碳氮共渗工艺，因为将碳氮共渗工艺应用于球墨铸铁零件常常被认 为是画蛇添足——传统认识认为球墨铸铁零件不渗碳或碳氮共渗，也有足够的淬硬性，单 纯的表面淬火，足以提高其耐磨性。但在某些领域，如发动机摇臂、挺杆、气阀轭和喷油器压 板等同时需要抗擦伤性、耐磨性、接触疲劳强度的小型复杂结构件上，不经过碳氮共渗工艺 处理，而直接淬火处理的球墨铸铁零件由于表面无化合物层，晶粒粗大，其抗擦伤性、耐磨 性并不能满足使用要求；渗氮或氮碳共渗球墨铸铁零件的表面虽有化合物层，但其次表层 硬度低，抗接触疲劳强度也不能满足要求；局部冷激球墨铸铁零件的冷激层机加工性能较 差，往往给发动机摇臂、气阀轭等小型负责零件的机加工造成困难。相比而言，球墨铸铁零 件低温碳氮共渗则可以同时兼顾抗擦伤性、耐磨性、接触疲劳强度等性能要求和机加工工 艺性能要求，具有一定的优势。此外，由于球墨铸铁的碳含量与硅含量远远高于低碳钢与低碳合金渗碳钢，因此 球墨铸铁在加热条件下的脱碳倾向很大，且加热温度越高，越容易脱碳，而一旦球墨铸铁脱 碳，就容易在球墨铸铁零件的表面形成全铁素体组织的脱碳层，此时若要消除该全铁素体 组织，就必须在880°C以上的温度加热渗碳，然后再在800-840°C重新进行碳氮共渗，这不 但大大增加了工艺难度与成本，而且使得渗层和基体淬火组织粗化，降低了零件性能。中国专利公开号为CN101058887A，
公开日为2007年10月24日的发明专利申请 公开了一种汽车变速箱同步器齿套热处理工艺，该工艺包括碳氮共渗、压淬、清洗、回火、 检测，当设备发生故障时，碳氮共渗步骤中，渗碳温度为780-850°C，碳势为0.5-1.0%，氮 气加入量为5-12m3/h，甲醇加入量为4-7L/h，丙烷加入量为0. 5-0. 9m3/h，氨气加入量为 0-30L/h，虽然该专利工艺采用较低的渗碳温度以及相应的碳势与碳氮共渗气氛介质以便 于控制碳氮共渗速度，从而保证在设备故障期间长期保温时，仍能防止齿套类零件的氧化、 脱碳或渗层过深，但该专利工艺形成的组织依次为高碳马氏体和残余奥氏体、中碳马氏体、 低碳马氏体，且由于该专利工艺在渗碳温度较低时，碳势较低，即渗碳温度为800°C时，碳势 为0. 55士0. 05% ；渗碳温度为785°C时，碳势为0. 55士0. 05%，因而无法在球墨铸铁零件的 表面形成碳化物白亮层，即化合物层，无法提高球墨铸铁零件的抗擦伤性、耐磨性以及接触 疲劳强度。此外，该专利工艺没有考虑到球墨铸铁零件在加热过程中的强脱碳倾向，也没有 采取相应的防范工艺措施，这对于球墨铸铁零件的碳氮共渗工艺的进行十分不利，尤其当 碳氮共渗所采取的渗碳炉是预抽真空气体渗碳炉、普通的普通井式或箱式气体渗碳炉等周 期式渗碳炉时，防脱碳工艺措施的采取显的尤其重要。
发明内容
本发明克服了现有的球墨铸铁直接淬火、渗氮、氮碳共渗或局部冷激等技术之不 足，将球墨铸铁零件碳氮共渗后淬火处理，在球墨铸铁零件表层依次形成粒状或连续分布 的化合物层，隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，细针状马氏体、残余奥氏体和石墨，从 而同时提高球墨铸铁零件的抗擦伤性、耐磨性和接触疲劳强度。本发明是一种新的球墨铸 铁强化工艺及其制品。为实现以上目的，本发明的球墨铸铁强化工艺依次包括以下步骤第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步将清理、清洗后的球墨铸铁零件放进渗碳炉内进行碳氮共渗处理，所述碳 氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/ 分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以 维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时；第三步将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火 后即制得球墨铸铁零件制成品。所述渗碳炉为普通井式气体渗碳炉或箱式气体渗碳炉；所述第二步依次包括以下 步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-84(TC，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直 至炉内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温 至760°C -800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C /min，当炉温到达 760°C -800°C后进行排气处理，即在760°C -800°C的温度条件下加入甲醇，同时完全打开排 气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续30分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-84(TC，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时通过控制丙烷的 加入量以维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时。所述渗碳炉为预抽真空渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-840°C，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直 至炉内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温至 760°C-800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C/min，同时开启真空泵 抽气，当炉温到达760°C -800°C、炉内真空度达到50-266Pa后再进行排气处理，即先关闭真 空泵，同时滴入甲醇，直至炉内压力恢复至常压以上20-30mm水柱时，再开启排气口排气， 甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续5-20分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-84(TC，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时通过控制丙烷的 加入量以维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时。
所述渗碳炉为连续式渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，设定并保持渗碳炉的加热区温度为760-800°C、碳氮共渗区温度为 800-840°C、碳氮共渗区碳势为0. 8% -1. 2%、甲醇的加入量为80-120滴/分，且氨气的加 入体积为前述甲醇的裂解气体积的"5% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉的传送带或料盘，然后设定传送 带速度或推盘周期以保证球墨铸铁零件在碳氮共渗区内的时间为2-4小时，随后启动渗碳 炉以对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件 下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气 体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小 时。所述第三步为先将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬 火，淬火后再对球墨铸铁零件进行220°C以下的低温回火，低温回火后即可制得球墨铸铁零 件制成品。一种上述球墨铸铁的强化工艺的制成品，所述球墨铸铁零件制成品的金相 组织依次包括表层、次层与基体，所述表层为粒状或连续分布的化合物层，厚度为 0. 0025-0. 005mm，所述次层为隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，厚度为0. 04-0. 10mm, 所述基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石墨。与现有技术相比，本发明的有益效果为1.由于本发明一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品中，对球墨铸铁零件依次进 行了低温碳氮共渗与淬火，不仅在球墨铸铁表面形成了化合物层，而且细化了球墨铸铁碳 氮共渗层的马氏体组织，从而在球墨铸铁零件上由表及里依次形成了表层、次层与基体，所 述表层为粒状或连续分布的化合物层，厚度为0. 0025-0. 005mm，所述次层为隐针状含氮马 氏体、残余奥氏体和石墨，厚度为0. 04-0. 10mm，所述基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石 墨。这种组织与球墨铸铁零件直接进行淬火、渗氮或氮碳共渗、局部冷激等强化工艺后形成 的组织都不相同，大大改善了球墨铸铁零件的使用性能或加工性能相对于直接淬火处理的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品，克服了前者表面 不存在化合物层、马氏体组织粗大等问题，从而具有更好的抗擦伤性、耐磨性和接触疲劳强 度。相对于渗氮或氮碳共渗处理的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品，克服了前 者次表层和基体组织硬度低的问题，从而具有更好的接触疲劳强度。相对于局部冷激强化的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品在机械加工成型 前，表面硬度低，因此机械加工工艺性能更好，更加适用于形状复杂，需要强化的部位多、面 积大的零件，如发动机摇臂、气阀轭、挺杆等零件。因此，本发明不仅提高了球墨铸铁零件的抗擦伤性、表面耐磨性，而且提高了球墨 铸铁零件的接触疲劳强度，从而提高了球墨铸铁零件的性能，扩大了其应用范围，节省了生 产成本。2.由于本发明一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品中在采取普通井式气体渗碳 炉或箱式气体渗碳炉、预抽真空渗碳炉对球墨铸铁零件进行碳氮共渗时，在碳氮共渗工艺 进行之前，充分考虑到了球墨铸铁零件在加热过程中的强脱碳倾向，因而采取了相应的防
6脱碳工艺措施，即通过控制升温速度、排气温度、排气速度等措施，有效防止了渗碳炉内碳 势恢复前球墨铸铁零件脱碳尤其是全脱碳情况的发生，阻止了全铁素体组织脱碳层的形 成，节省了工序，而且降低了对球墨铸铁零件进行碳氮共渗的工艺难度与生产成本。因此本 发明不仅考虑到了球墨铸铁零件在加热过程中的强脱碳倾向、采取了对应的防脱碳工艺措 施，而且能有效防止球墨铸铁零件在加热过程中的全脱碳、工艺难度较小、生产成本较低。
图1是本发明的实施例1的工艺操作流程图。图2是本发明的实施例1的制成品的组织结构示意图。
具体实施例方式以下结合
和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明一种球墨铸铁的强化工艺，所述强化工艺依次包括以下步骤第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步将清理、清洗后的球墨铸铁零件放进渗碳炉内进行碳氮共渗处理，所述碳 氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/ 分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以 维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时；第三步将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火 后即制得球墨铸铁零件制成品。所述渗碳炉为普通井式气体渗碳炉或箱式气体渗碳炉；所述第二步依次包括以下 步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-840°C，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直 至炉内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温 至760°C -800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C /min，当炉温到达 760°C -800°C后进行排气处理，即在760°C -800°C的温度条件下加入甲醇，同时完全打开排 气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续30分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-840°C，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时通过控制丙烷的 加入量以维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时；所述渗碳炉为预抽真空渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-840°C，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直 至炉内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温至 760°C-800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C/min，同时开启真空泵 抽气，当炉温到达760°C -800°C、炉内真空度达到50-266Pa后再进行排气处理，即先关闭真 空泵，同时滴入甲醇，直至炉内压力恢复至常压以上20-30mm水柱时，再开启排气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续5-20分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-840°C，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时通过控制丙烷的 加入量以维持碳势为0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小时；所述渗碳炉为连续式渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，设定并保持渗碳炉的加热区温度为760-800°C、碳氮共渗区温度为 800-840°C、碳氮共渗区碳势为0. 8% -1. 2%、甲醇的加入量为80-120滴/分，且氨气的加 入体积为前述甲醇的裂解气体积的"5% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉的传送带或料盘，然后设定传送 带速度或推盘周期以保证球墨铸铁零件在碳氮共渗区内的时间为2-4小时，随后启动渗碳 炉以对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件 下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气 体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小 时。所述第三步为先将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬 火，淬火后再对球墨铸铁零件进行220°C以下的低温回火，低温回火后即可制得球墨铸铁零 件制成品。一种上述球墨铸铁的强化工艺的制成品，所述球墨铸铁零件制成品的金相 组织依次包括表层、次层与基体，所述表层为粒状或连续分布的化合物层，厚度为 0. 0025-0. 005mm，所述次层为隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，厚度为0. 04-0. 10mm, 所述基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石墨。本发明对球墨铸铁采取碳氮共渗工艺的原因在于在碳氮共渗的过程中，因为碳、氮化物在原奥氏体亚晶界、晶界或晶内析出，阻 止了粗大马氏体的形成，从而细化了晶粒，细化了球墨铸铁淬火表层马氏体组织；因为球 墨铸铁的c、Si含量较高，碳氮共渗时，C、N在表层的浓度梯度小，加之碳氮共渗温度为 800°C _840°C，相对于一般碳氮共渗的840-880°C，温度较低，导致原子的扩散系数较小，因 此C、N原子容易在球墨铸铁的表面富集，从而容易在表面形成粒状或连续分布的化合物 层。相对于直接淬火处理的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品，克服了前者表面 不存在化合物层，马氏体组织粗大等问题，从而具有更好的抗擦伤性、耐磨性和接触疲劳强度。相对于渗氮或氮碳共渗处理的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品，克服了前 者次表层和基体组织硬度低的问题，从而具有更好的接触疲劳强度。相对于局部冷激强化的球墨铸铁零件，本发明的球墨铸铁制品在机械加工成型 前，表面硬度低，因此机械加工工艺性能更好，更加适用于形状复杂，需要强化的部位多、面 积大的零件，如发动机摇臂、气阀轭、挺杆等零件。因此，本发明不仅提高了球墨铸铁零件的抗擦伤性、表面耐磨性，而且提高了球墨 铸铁零件的接触疲劳强度，从而提高了球墨铸铁零件的性能，扩大了其应用范围，节省了生产成本。此外，如球墨铸铁碳氮共渗后进行等温淬火复合强化，将次表层和基体淬火成“贝 氏体+残余奥氏体+石墨”，能进一步改善其韧性，则将获得更好的使用性能。本发明在对球墨铸铁进行碳氮共渗工艺前必须快速升温和快速排气的原因说明 如下首先，由于球墨铸铁的碳含量与硅含量远远高于低碳钢与低碳合金渗碳钢，因此 球墨铸铁加热时的脱碳倾向很大，且加热温度越高，越容易脱碳，球墨铸铁零件在“铁素 体_奥氏体”双相基体组织温度区间加热时，更容易在球墨铸铁零件的表面形成全铁素体 组织的脱碳层，此时若要消除该层组织，就必须在880°C以上的温度加热渗碳，然后再在 800-840°C重新进行碳氮共渗，这将导致组织粗化，并这大大增加了工艺难度与成本。因此球墨铸铁的碳氮共渗工艺与低碳钢零件的碳氮工艺相比，其在操作方法上的 主要区别之一为前者需要防止碳势恢复前零件脱碳，特别是全脱碳。由于碳氮共渗工艺一般采用的渗碳炉为预抽真空渗碳炉、真空渗碳炉、连续式渗 碳炉与普通的气体渗碳炉，其中预抽真空渗碳炉和真空渗碳炉由于其内部可通过抽气创造 出真空环境，因此特别适合于真空除氧，也就特别适合于球墨铸铁碳氮共渗过程中的防脱 碳工艺措施的采取，花费时间也较少，一般为5-20分钟，而采用普通的气体渗碳炉进行球 墨铸铁的碳氮共渗时，由于无真空泵抽气，其防脱碳工艺时间相比较预抽真空渗碳炉和真 空渗碳炉显得较长，一般为30分钟。所述防脱碳工艺一般为在零件进炉后通过控制升温速 度等措施以快速升温通过双相区，然后通过控制排气温度、排气速度等措施以进行快速排 气，即加大换气速率，从而尽可能在较短的时间内恢复炉内气氛碳势，从而防止球墨铸铁零 件脱碳，其中加大排气速度的方法一般为低温快速排气，即在降低排气温度的同时，增加甲 醇的滴入速度、缩短换气时间，如在760°C -800°C的温度条件下加入甲醇，同时完全打开排 气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续30分钟。实施例1 采取60Kw普通井式气体渗碳炉进行球墨铸铁的碳氮共渗，试验的球墨 铸铁零件为某发动机上的球墨铸铁QT600-2摇臂，参见图1，图1为工艺操作流程图，试验步 骤依次如下第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步首先，先升高周期式渗碳炉的温度至800-840°C，然后在此温度条件下进 行炉罐渗碳，直至炉内气氛碳势大于0.8% ；其次，先将清理、清洗后的零件装入普通气体渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温 至760°C -800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C /min，当炉温到达 760°C -800°C后进行排气处理，即在760°C -800°C的温度条件下加入甲醇，同时完全打开排 气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续30分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-840°C，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时控制丙烷的加入 量以维持碳势0.8% -1.2%，处理时间为2-4小时；第三步将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火 后即制得球墨铸铁零件制成品。
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实施例2 采用连续式渗碳炉进行球墨铸铁的碳氮共渗，其工艺依次包括以下步 骤第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步首先，设定并保持渗碳炉的加热区温度为760-800°C、碳氮共渗区温度为 800-840°C、碳氮共渗区碳势为0. 8% -1. 2%、甲醇的加入量为80-120滴/分，且氨气的加 入体积为前述甲醇的裂解气体积的"5% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉的传送带或料盘，然后设定传送 带速度或推盘周期以保证球墨铸铁零件在碳氮共渗区内的时间为2-4小时，随后启动渗碳 炉以对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件 下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气 体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势0. 8% -1. 2%，处理时间为2-4小 时。第三步将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火 后即制得球墨铸铁零件制成品。实施例3 采用预抽真空渗碳炉进行球墨铸铁的碳氮共渗，其工艺依次包括以下 步骤第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步首先，先升高周期式渗碳炉的温度至800-880°C，然后在此温度条件下进 行炉罐渗碳，直至炉内气氛碳势达到0. 8%以上；其次，先将清理、清洗后的零件装入预抽真空渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温 至760°C -800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C /min，同时开启真 空泵抽气，当炉温到达760°C-800°C、炉内真空度达到50-266Pa后再进行排气处理，即先关 闭真空泵，同时滴入甲醇，直至炉内压力恢复至常压以上20-30mm水柱时，再开启排气口排 气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续5-20分钟。再次，先继续升高炉内温度至800-840°C，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处 理，所述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为 80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的-5%，同时控制丙烷的加入 量以维持碳势0.8% -1.2%，处理时间为2-4小时；第三步将碳氮共渗处理后的球墨铸铁零件放进油中淬火，淬火后再对球墨铸铁 零件进行220°C以下的低温回火，低温回火后即可制得球墨铸铁零件制成品。参见图2，图2为实施例1中球墨铸铁制成品的组织示意图，由图可见，球墨铸铁零 件制成品的金相组织依次包括表层、次层与基体，表层为粒状或连续分布的化合物层，厚度 为0. 0025-0. 005mm，次层为隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，厚度为0. 04-0. 10mm, 基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石墨，从图中可看出次层的含氮马氏体明显比基体的 细针状马氏体细化，因此次层具有更好的低温回火稳定性。对采用碳氮共渗工艺并淬火后的球墨铸铁零件制成品作为制造材料的发动机摇 臂进行测试，在发动机500小时全速全负荷试验后，摩擦副表面只见轻微磨痕，最大磨损量 小于0. 02mm，未见接触疲劳痕迹，满足发动机性能要求。
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权利要求
一种球墨铸铁的强化工艺，其特征在于所述强化工艺依次包括以下步骤第一步对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；第二步将清理、清洗后的球墨铸铁零件放进渗碳炉内进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-840℃的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的1％-5％，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势为0.8-1.2％，处理时间为2-4小时；第三步将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火后即制得球墨铸铁零件制成品。
2.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的强化工艺，其特征在于所述渗碳炉为普通井式气体渗碳炉或箱式气体渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-84(TC，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直至炉 内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温至 7600C -800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C /min，当炉温到达 7600C -800°C后进行排气处理，即在760°C -800°C的温度条件下加入甲醇，同时完全打开排 气口排气，甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续30分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-84(TC，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所 述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120 滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量 以维持碳势为0. 8-1. 2%，处理时间为2-4小时。
3.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的强化工艺，其特征在于 所述渗碳炉为预抽真空渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，先升高渗碳炉的温度至800-84(TC，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直至炉 内气氛碳势大于0.8% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉内并盖上炉盖，然后快速升温至 760°C-800°C以通过铁素体-奥氏体双相区，升温速度大于等于15°C/min，同时开启真空泵 抽气，当炉温到达760°C-800°C、炉内真空度达到50-266Pa后再进行排气处理，即先关闭真 空泵，同时滴入甲醇，直至炉内压力恢复至常压以上20-30mm水柱时，再开启排气口排气， 甲醇的加入量为120-220滴/分，处理时间持续5-20分钟；再次，先继续升高炉内温度至800-84(TC，然后对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所 述碳氮共渗处理是指在800-840°C的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120 滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的_5%，同时通过控制丙烷的加入量 以维持碳势为0. 8-1. 2%，处理时间为2-4小时。
4.根据权利要求1所述的一种球墨铸铁的强化工艺，其特征在于 所述渗碳炉为连续式渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤首先，设定并保持渗碳炉的加热区温度为760-800°C、碳氮共渗区温度为800-840°C、 碳氮共渗区碳势为0. 8-1. 2%、甲醇的加入量为80-120滴/分，且氨气的加入体积为前述甲 醇的裂解气体积的"5% ；其次，将清理、清洗后的球墨铸铁零件装入渗碳炉的传送带或料盘，然后设定传送带速 度或推盘周期以保证球墨铸铁零件在碳氮共渗区内的时间为2-4小时，随后启动渗碳炉以 对球墨铸铁零件进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-84(TC的温度条件下加 入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积 的_5%，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势0. 8-1.2%，处理时间为2-4小时。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的球墨铸铁的强化工艺，其特征在于所述第三 步为先将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火后再对球 墨铸铁零件进行220°C以下的低温回火，低温回火后即可制得球墨铸铁零件制成品。
6.一种权利要求1-4中任意一项所述的球墨铸铁的强化工艺的制成品，其特征在于 所述球墨铸铁零件制成品的金相组织依次包括表层、次层与基体，所述表层为粒状或连续 分布的化合物层，厚度为0. 0025-0. 005mm，所述次层为隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石 墨，厚度为0. 04-0. 10mm，所述基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石墨。
全文摘要
一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品，先把清理干净的球墨铸铁零件放入渗碳炉，然后进行碳氮共渗处理，即在800-840℃的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为甲醇裂解气体积的1-5％，同时维持碳势为0.8-1.2％，处理时间为2-4小时，再进行淬火以取得零件制成品，碳氮共渗过程中采取了防脱碳工艺措施，制成品的金相组织依次包括表层、次层与基体，表层为粒状或连续分布的化合物层，次层为隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，基体为细针状马氏体、残余奥氏体和石墨。本发明不仅能提高球墨铸铁零件的抗擦伤性、耐磨性与接触疲劳强度，而且能有效防止球墨铸铁碳氮共渗时的全脱碳、工艺难度较小、生产成本较低。
文档编号C23C8/02GK101851735SQ201010153280
公开日2010年10月6日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者朱蕴策, 汪维新, 高亮庆 申请人:东风汽车有限公司