一种短流程等温淬火球墨铸铁深松铲尖制备方法与流程

本发明属于农用机械领域，涉及一种短流程等温淬火球墨铸铁深松铲尖制备方法。

背景技术：

深松铲尖是农用机械上易耗的配件，属于易磨损的耗材。深松铲尖是在深入地表几十厘米处进行工作的，与土壤直接接触，会受到土壤的挤压，极易造成深松铲尖的磨损。同时土壤中掺杂着一些碎石块等坚硬的物体，当深松铲尖撞击到这些坚硬的物体，会造成深松铲尖的折断，大大缩短了深松铲尖的使用寿命。

目前，国内外各大农用机械制造厂商所配套的深松铲尖大多使用碳钢、合金钢以及高铬铸铁等材质，甚至有的深松铲尖在铸造成形之后，为了增强其耐磨性，还对其增加了一系列的热处理工艺，降低了生产效率、提高了生产成本。碳钢虽然硬度比较高，但是它的冲击韧性太差，易折断；合金钢虽然硬度和冲击韧性都比较不错，但是合金钢在熔炼过程中加入了一些稀有金属，价格昂贵，造成成本增加，并且在后续会对其进行一系列的热处理工艺，这样会增加生产周期，造成生产效率降低。无论合金钢还是碳钢，它们的密度都比球墨铸铁的密度大，这样在耕地的过程中会造成农用机械的耗油量增大；高铬铸铁同样也是硬度高、冲击韧性差，如材料中加入了大量的铬元素来提高其性能，会造成成本增加。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提供一种短流程等温淬火球墨铸铁深松铲尖制备方法，通过改进制备方法，实现在高温开箱，直接进行等温淬火，省略了奥氏体化，提高生产效率，缩短生产周期，通过改进的制备方法，获得高硬度，高冲击韧性的深松铲尖，降低了成本、节能减排，工艺流程简单，适合用于大批量生产。

技术方案：

一种短流程等温淬火球墨铸铁深松铲尖制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实；

（2）熔炼：将生铁、废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.4～3.8%wt，si:2.3～3.2%wt，0.002%wt≦s≤0.02%wt,余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，开始对沙箱进行持续的抽负压；

（4）球化、孕育处理：将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；

（5）浇注：铁液球化完成之后，进行浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料清理干净；

（9）等温淬火处理：达到预设等温淬火的温度后，将开箱取出的深松铲尖淬入熔融态的盐中；

（10）空冷：取出空冷至室温。

所述步骤（1）中，深松铲尖形状的模样为泡沫材料，振动紧实台振幅为0.5～1.5mm，振动时间30～240s。

所述步骤（2）中，最终的铁液成分中mn和p的含量：mn≤0.3%wt，p≤0.05%wt。

所述步骤（3）中，当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有2-30min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.03mpa~-0.06mpa。

所述步骤（4）中，中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中。

所述步骤（5）中，铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注。

所述步骤（6）中，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方0～10cm的位置。

所述步骤（7）中，浇注完成后，保压2～10min，开箱温度范围在810～1150℃。

所述步骤（9）中，当深松铲尖温度达到800～1140℃淬入熔融态的盐中进行等温淬火，所使用的熔融态的盐在150～600℃温度范围内为液态，等温淬火温度为260～420℃，保温时间为30-180min。

优点及效果：

本发明所述的农用机械配件球墨铸铁深松铲尖经过短流程等温淬火处理，具有高强韧的特点，并且密度比传统钢小10%左右，本发明将传统的等温淬火工艺进行了改善，省略了将深松铲尖奥氏体化的阶段，使其在高温准铸态时直接淬入熔融态的盐中进行等温淬火处理，在获得高硬度高冲击韧性的同时，大大提高了生产效率，降低了生产成本，可以进行大批量生产。

采用消失模铸造工艺，具有近终态成形的特点，使浇注出来的深松铲尖减少后续的机加工的工序，在浇注工艺的环节上缩短生产周期，降低生产成本。

本发明同时在浇注工艺和热处理上缩短了生产周期，还能够进行大批量生产，大大提高了生产效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细说明：

图1、工艺流程图；

图2、实施例1所制备出的深松铲尖图；

图3、实施例2所制备出的深松铲尖图；

图4、实施例3所制备出的深松铲尖图；

图5、实施例4所制备出的深松铲尖图。

具体实施方式

如图1所示，一种短流程等温淬火球墨铸铁深松铲尖制备方法，包括以下步骤：

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实，振动紧实台振幅为0.5～1.5mm，振动时间30～240s；

（2）熔炼：将生铁、废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.4～3.8%wt，si:2.3～3.2%wt，0.002%wt≦s≤0.02%wt,mn≤0.3%wt，p≤0.05%wt，余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有2-30min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.03mpa~-0.06mpa；

（4）球化、孕育处理：中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；优选的，使用的球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂，含量为2.0%，孕育剂为高钙钡孕育剂，含量为0.8%，采用包底冲入法；

（5）浇注：铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方0～10cm的位置，通过txr3000无纸记录仪来观察铸件的实时温度；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，浇注完成后，保压2～10min，开箱温度范围在810～1150℃进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料清理干净；

（9）等温淬火处理：当深松铲尖温度达到800～1140℃淬入熔融态的盐中进行等温淬火，所使用的熔融态的盐在150～600℃温度范围内为液态，等温淬火温度为260～420℃，保温时间为30-180min；

（10）空冷：取出空冷至室温。

实施例1

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实，振动紧实台振幅为0.5mm，振动时间240s；

（2）熔炼：将q10生铁、q235b废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.4%wt，si:2.3%wt，s:0.002%wt,余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有2min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.03mpa；

（4）球化、孕育处理：中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；优选的，使用的球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂，含量为2.0%，孕育剂为高钙钡孕育剂，含量为0.8%，采用包底冲入法；

（5）浇注：铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方紧贴无距离的位置，通过txr3000无纸记录仪来观察铸件的实时温度；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，浇注完成后，保压10min，开箱温度范围在810℃进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料用铁片刮去，清理干净；

（9）等温淬火处理：当深松铲尖温度达到800℃淬入260℃的55%nano3和45%nano2熔融态盐中进行等温淬火，保温时间为180min。55%nano3和45%nano2盐在150～600℃温度范围内为液态；

（10）空冷：取出空冷至室温。

在室温条件下，维氏硬度值为328.2hv。如图2所示，按照上述过程制备出的深松铲尖，基体组织为上贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体，石墨形态为圆整的球状，马氏体是由于残余奥氏体中有少部分的含碳量低，造成残余奥氏体不稳定，在热力学和力学的外因下发生了向马氏体的转变。上贝氏体的硬度和抗拉强度较下贝氏体要小，但是经过短流程等温淬火的深松铲尖硬度和抗拉强度较铸态深松铲尖还是有提升，并且上贝氏体的韧性高于下贝氏体，残余奥氏体增加深松铲尖的韧性，马氏体增加深松铲尖的硬度和抗拉强度。因此经过短流程等温淬火的深松铲尖具有高强韧的性能。

实施例2

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实，振动紧实台振幅为1.5mm，振动时间30s；

（2）熔炼：将q18生铁、q235b废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.8%wt，si:2.7%wt，s:0.02%wt,mn:0.3%wt，p:0.05%wt，余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有30min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.06mpa；

（4）球化、孕育处理：中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；优选的，使用的球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂，含量为2.0%，孕育剂为高钙钡孕育剂，含量为0.8%，采用包底冲入法；

（5）浇注：铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方10cm的位置，通过txr3000无纸记录仪来观察铸件的实时温度；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，浇注完成后，保压2min，开箱温度范围在875℃进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料用铁片刮去，清理干净；

（9）等温淬火处理：当深松铲尖温度达到865℃淬入420℃的50%kno3和50%nano2熔融态盐中进行等温淬火，保温时间为125min。50%kno3和50%nano2盐在150～600℃温度范围内为液态；

（10）空冷：取出空冷至室温。

在室温条件下，维氏硬度值为256.5hv。如图3所示，按照上述过程制备出的深松铲尖，基体组织为上贝氏体、残余奥氏体，石墨的形态为圆整的球状，由于等温处理的温度较高，时间较长，残余奥氏体中的含碳量很高，稳定性好，不会发生残余奥氏体向马氏体转变的现象。上贝氏体的硬度和抗拉强度较下贝氏体要小，但是经过短流程等温淬火的深松铲尖硬度和抗拉强度较铸态深松铲尖还是有提升，并且上贝氏体的韧性高于下贝氏体，残余奥氏体增加深松铲尖的韧性。因此经过短流程等温淬火的深松铲尖具有高强韧的性能。

实施例3

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实，振动紧实台振幅为0.5mm，振动时间240s；

（2）熔炼：将q10生铁、q235b废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.4%wt，si:2.85%wt，s:0.01%wt,mn:0.2%wt，p:0.03%wt，余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有8min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.05mpa；

（4）球化、孕育处理：中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；优选的，使用的球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂，含量为2.0%，孕育剂为高钙钡孕育剂，含量为0.8%，采用包底冲入法；

（5）浇注：铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方5cm的位置，通过txr3000无纸记录仪来观察铸件的实时温度；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，浇注完成后，保压8min，开箱温度范围在935℃进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料用铁片刮去，清理干净；

（9）等温淬火处理：当深松铲尖温度达到925℃淬入260℃的50%kno3和50%nano2熔融态盐中进行等温淬火，保温时间为85min。50%kno3和50%nano2盐在150～600℃温度范围内为液态；

（10）空冷：取出空冷至室温。

在室温条件下，维氏硬度值为460.9hv。如图4所示，按照上述过程制备出的深松铲尖，基体组织为下贝氏体、残余奥氏体及较多马氏体，石墨形态为圆整球状，由于温度较低，很多的残余奥氏体含碳量不高，造成了残余奥氏体在力学和热力学上的不稳定，在等温处理之后会从残余奥氏体转变为马氏体。下贝氏体和马氏体能大大提高深松铲尖的硬度和抗拉强度，虽然下贝氏体的韧性低于上贝氏体，但是经过短流程等温淬火的深松铲尖的韧性还是优于铸态深松铲尖，残余奥氏体则能够提升深松铲尖的韧性。因此经过短流程等温淬火的深松铲尖具有高强韧。

实施例4

（1）排箱：将深松铲尖形状的模样用砂子埋入沙箱中，并使用振动紧实台紧实，振动紧实台振幅为1.2mm，振动时间150s；

（2）熔炼：将q18生铁、q235b废钢作为主要炉料，放入中频感应炉中熔炼，通过加入硅铁来调整硅含量，使最终的铁液成分为：c:3.8%wt，si:3.2%wt，s:0.01%wt,mn:0.1%wt，p:0.01%wt，余量是fe；

（3）抽负压：当中频感应炉中炉料全部熔化为铁液之后，在距离铁液出炉还有20min时，开始对沙箱进行持续的抽负压，负压稳定在-0.04mpa；

（4）球化、孕育处理：中频感应炉中的铁液温度达到1550℃时，将铁液从中频感应炉中倒入浇包中进行球化、孕育处理；优选的，使用的球化剂为稀土镁硅铁合金球化剂，含量为2.0%，孕育剂为高钙钡孕育剂，含量为0.8%，采用包底冲入法；

（5）浇注：铁液达到出炉温度之后，倒入放有球化剂、孕育剂的浇包中，在浇包中进行球化、孕育处理，当铁液温度达到1470℃球化、孕育完成，开始浇注；

（6）测温：在浇注的过程中，将热电偶插入主浇道中进行测温，热电偶为s型、r型、b型、n型或k型中的一种或两种，热电偶的保护套管选用高温热电偶保护套管，在浇注时顺着主浇道插入，插入到深松铲尖正上方5cm的位置，通过txr3000无纸记录仪来观察铸件的实时温度；

（7）开箱：当温度达到预设的开箱温度之后，停止抽负压，浇注完成后，保压2min，开箱温度范围在1150℃进行开箱，取出深松铲尖；

（8）表面处理：开箱取出的深松铲尖后进行表面处理，将深松铲尖表面覆盖的耐热涂料用铁片刮去，清理干净；

（9）等温淬火处理：当深松铲尖温度达到1140℃淬入315℃的50%kno3和50%nano2熔融态盐中进行等温淬火，保温时间为30min。50%kno3和50%nano2盐在150～600℃温度范围内为液态；

（10）空冷：取出空冷至室温。

在室温条件下，维氏硬度值为414.8hv。如图5所示，按照上述过程制备出的深松铲尖，基体组织为下贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体，石墨形态为圆整球状，由于等温处理的温度不高，时间短，造成部分残余奥氏体中的含碳量低，在等温处理之后，这部分的残余奥氏体在力学和热力学的影响下转变为马氏体。下贝氏体和马氏体能大大提高深松铲尖的硬度和抗拉强度，虽然下贝氏体的韧性低于上贝氏体，但是经过短流程等温淬火的深松铲尖的韧性还是优于铸态深松铲尖，残余奥氏体则能够提升深松铲尖的韧性。因此经过短流程等温淬火的深松铲尖具有高强韧。

误差较小的热电偶使用时可以与深松铲尖泡沫模具上表面接触，并一起涂上耐火涂料，在浇注过程中再将另外一根热电偶插入浇道，在开箱之前将误差较小的热电偶拔出，避免在开箱过程中将热电偶损坏，通过主浇道的热电偶来观察温度下降的度数，通过两种热电偶的搭配使用能够精确把握淬入熔融态盐中的温度。

本发明是采用消失模铸造工艺实现在高温直接开箱进行等温处理，较传统等温淬火工艺开箱并表面清理完成以后，直接进行等温处理之前，省略掉奥氏体化的过程，降低生产周期与生产成本，提高生产效率，能够降低能耗，实现节能减排。在缩短工艺流程的同时，高温开箱直接进行等温处理获得的组织同样也是富碳残余奥氏体、贝氏体为主，石墨球形状为圆球状，在硬度上较传统等温淬火有一定幅度的提升。