一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法
【专利摘要】本发明一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法，涉及黑色金属的热处理方法中的等温淬火，是一种采用分两阶段对奥铁体球墨铸铁进行等温淬火热处理的方法，步骤是：第一步，高温奥氏体化处理；第二步，第一阶段等温淬火热处理，在盐浴炉中进行；第三步，第二阶段等温淬火热处理，在连续低温回火炉内进行；第四步，冷却、水洗和烘干处理。本发明减小每批进行等温淬火热处理的铸件的重量，铸件在硝盐溶液等温盐池中的冷却快，因而铸件在盐浴等温过程中的温度波动小，大大提高了铸件的淬透能力，克服了现有技术的球墨铸铁等温淬火处理工艺存在硝盐溶液等温盐浴炉的盐浴温度波动大，导致铸件的冷却能力低和力学性能不稳定，生产效率较低和成本较高的缺陷。
【专利说明】
一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法
技术领域
[0001]本发明的技术方案涉及黑色金属的热处理方法中的等温淬火，具体地说是一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法。
【背景技术】
[0002]奥铁体基体球墨铸铁具有优良的综合力学性能，其强度高、韧性好和耐磨性高，在汽车、冶金、矿山和工程机械行业越来越获得了广泛的应用。奥铁体基体组织的获得需要对传统铸造方法获得的球墨铸铁进行等温淬火热处理。常规的等温淬火处理是将高温奥氏体化的球墨铸铁迅速浸入到一定温度的硝盐溶液中，等温保温一定的时间，也即等温过程全部在硝盐炉中进行，然后从硝盐溶液等温盐浴炉取出冷却至室温。由于等温温度的高低对等温淬火球墨铸铁的组织和性能影响非常大，因此，采用传统的间歇式热处理设备，每次处理批重量3吨以上的球墨铸铁件等温淬火必须使用大容量的硝盐溶液等温盐浴炉，才能保证等温盐浴槽温度的稳定性。一般情况下，至少需要使用70吨以上的硝盐溶液等温盐浴炉，制造如此庞大的等温热处理设备的造价非常之高。同时，球墨铸铁件在硝盐溶液等温盐浴炉中停留的时间较长，也影响热处理的生产效率。另外，从等温工艺上讲，对于批处理量吨位较大的球墨铸铁件，即使采用大容量的硝盐溶液等温盐浴炉，当高温奥氏体化的球墨铸铁件进入一定温度的大容量的硝盐溶液等温盐浴炉后，瞬间迅速放出大量的热，熔盐的温度快速升高，可提高10?20°C。而要使得硝盐温度再降低10?20°C回到原来所要求的盐浴等温温度，需要的时间至少30?40分钟，这就不能保证球墨铸铁等温组织转变在规定温度范围内进行。众所周知，奥铁体球墨铸铁件的组织和力学性能对硝盐等温温度的高低非常敏感，硝盐温度的升高会导致奥铁体球墨铸铁件的铁素体针粗大，奥氏体量增加，抗拉强度降低，另外，硝盐的温度过高，奥铁体球墨铸铁件的冲击韧性也会降低。由于硝盐等温温度的变化严重影响了奥铁体球墨铸铁件力学性能的一致性，同时，奥铁体球墨铸铁件长时间始终停留在硝盐溶液等温盐浴炉内等温保温，生产效率较低，等温处理的成本较高，这也制约着奥铁体球墨铸铁的扩大应用。减小球墨铸铁的批处理量，虽然可以保证硝盐温度的稳定性，有利于稳定奥铁体球墨铸铁件的质量，但是，对于间歇式的等温热处理，如果采用每次小吨位的奥铁体球墨铸铁件的热处理方法，生产效率更低，同样生产成本增加，不能满足大批量生产的需要。总之，现有技术的球墨铸铁等温淬火处理工艺存在硝盐溶液等温盐浴炉的盐浴温度波动大，导致铸件的冷却能力低和力学性能不稳定，生产效率较低和成本较尚的缺陷。
[0003]CN104831024A公开了一种奥铁体球墨铸铁磨球等温淬火热处理工艺，该工艺仍然采用一般的现有的等温热处理工艺参数，同样存在着上述的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法，是一种采用分两阶段对奥铁体球墨铸铁进行等温淬火热处理的方法，减小每批进行等温淬火热处理的铸件的重量，铸件在硝盐溶液等温盐浴炉中的冷却非常快，因而铸件在盐浴炉中的第一阶段等温过程中的温度波动非常小，大大提高了铸件的淬透能力，克服了现有技术的球墨铸铁等温淬火处理工艺存在硝盐溶液等温盐浴炉的盐浴温度波动大，导致铸件的冷却能力低和力学性能不稳定，生产效率较低和成本较高的缺陷。
[0005]本发明解决该技术问题所采用的技术方案是:一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法，是一种采用分两阶段等温对奥铁体球墨铸铁进行等温淬火热处理的方法，步骤如下:
[0006]第一步，高温奥氏体化处理:
[0007]首先，将球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件，根据所需处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的总量，分批放置到连续的高温炉中进行高温奥氏体化，每批球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的重量为300?500公斤，奥氏体化温度为900?930°C，保温60?180分钟之后，转移到下一步的硝盐溶液等温盐浴炉中进行第一阶段等温淬火热处理；
[0008]第二步，第一阶段等温淬火热处理:
[0009]将第一步高温奥氏体化处理好的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件放置在重量为8?12吨、温度为210?300 °C的硝盐溶液等温盐浴炉中，根据球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的壁厚或者模数大小，确定盐浴炉内等温时间为10?25分钟，即完成球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件在盐浴炉中的第一阶段等温淬火热处理；
[0010]第三步，第二阶段等温淬火热处理:
[0011]将完成上述在盐浴炉中的第一阶段盐浴等温淬火热处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件从硝盐溶液等温盐浴炉中取出，经过5?15分钟的沥盐处理，转移到连续低温回火炉内进行等温淬火热处理，等温温度为210?300°C，连续低温回火炉内等温时间为40?230分钟，完成球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理；
[0012]第四步，冷却、水洗和烘干处理:
[0013]将完成上述在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件出炉冷却至80°C，进行水洗，清除球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件表面的硝盐，然后烘干，至此完成该球墨铸铁件的奥铁体球墨铸铁的热处理，获得含奥铁体基体组织的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件。
[0014]上述一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法，所涉及的原材料和设备均通过公知途径获得;所涉及的操作工艺是本领域技术人员所能掌握的。
[0015]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明具有的突出的实质性特点和显著进步如下:
[0016](I)本发明是将要处理的球墨铸铁件设定为每次的处理量小于500公斤，由于铸件处理量少，铸件的热容量小，当铸件进入硝盐溶液等温盐浴炉时，冷却很快，放出热量较少，盐浴炉的温度没有升高或者升高很小。再根据被处理球墨铸铁件的壁厚或者模数，确定在盐浴炉中等温停留较短的时间，即可达到球墨铸铁件与盐浴炉的温度一致。然后，再将球墨铸铁件转移到连续低温回火炉中保温，当保温至所要求的时间后，出炉冷却至室温。实际上，这种等温淬火热处理是将球墨铸铁件在传统硝盐溶液等温盐浴炉中的等温淬火热处理工艺分解为在硝盐溶液等温盐浴炉中的短时间等温淬火热处理和回火炉中的等温淬火热处理两个阶段。这样，同样保证球墨铸铁在相同温度范围内进行组织转变。经过上述两阶段新工艺处理后，就可获得基体组织稳定的奥铁体球墨铸铁，其力学性能达到或优于常规的等温淬火热处理工艺的铸件。高温奥氏体化和低温回火炉内的等温处理应该在连续式热处理炉中进行，这样，可以调节球墨铸铁件高温奥氏体化时间和等温保温的时间的配合，提高生产效率，即使每批处理铸件的重量减少到300?500公斤，也能保证铸件热处理的总产量。
[0017](2)由于本发明方法的每批进行等温淬火热处理的球墨铸铁件重量减小，球墨铸铁件在硝盐溶液等温盐浴炉中的冷却非常快，大大提高了球墨铸铁件的淬透能力，这样，就可以减少球墨铸铁件的贵重合金元素加入量，有效降低稀有合金资源的消耗，降低原材料成本。
[0018](3)采用本发明方法处理的厚大球墨铸铁件中心与外部组织均匀，也就是其组织的断面敏感性小;也可保证批处理小件时，放置在中心位置的球墨铸铁件和外部位置的球墨铸铁件的组织和性能基本一致。例如，采用本发明工艺处理的直径130_的含碳化物奥铁体球墨铸铁磨球硬度高内外差小于HRC1.5，其冲击韧性大于15J，抗10米高落差冲击疲劳寿命达到40000次以上，完全满足直径10米以上的半自磨机对磨球的使用性能要求。
[0019](4)采用本发明分两阶段等温对奥铁体球墨铸铁进行等温淬火热处理的方法，铸件在硝盐溶液等温盐浴炉等温过程中的温度波动非常小，一般在± 3°C范围内，完全能够保证等温淬火球墨铸铁件的组织和力学性能的稳定性。
[0020](5)本发明方法不需要庞大的等温热处理装备，投资少，同时，可以实现连续的热处理工艺，显著提高等温淬火热处理的生产效率，有利于降低热处理的生产成本。
[0021](6)采用本发明方法处理的奥铁体球墨铸铁半自磨机用的磨球的应用实践证明，经两阶段等温淬火热处理后的磨球不剥落，不破碎，不失圆，可提高半自磨机的磨矿效率5?10%，球磨机节约电能消耗5?8%。
【附图说明】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0023]图1为本发明方法工艺中各个步骤的时间-温度关系示意图。
[0024]图2为实施例1处理的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球的金相组织图。
【具体实施方式】
[0025]图1所示实施例表明，本发明方法工艺中各个步骤的时间-温度关系是:高温奥氏体化处理-奥氏体化温度为900?930°C，保温60?180分钟—第一阶段等温淬火热处理-温度为210?300 °C，盐浴炉内等温时间10?25分钟—第二阶段等温淬火热处理-温度为210?300 0C，连续低温回火炉内等温时间40?230分钟—出炉冷却至80 V。
[0026]实施例1
[0027]第一步，高温奥氏体化处理:
[0028]首先，将含有碳化物的球墨铸铁件-半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球，根据所需处理的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球的总量，分批放置到连续的高温炉中进行高温奥氏体化，每批半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球的重量为350公斤，奥氏体化温度为920 ± 10°C，保温100分钟之后，转移到下一步的硝盐溶液等温盐浴炉中进行第一阶段等温淬火热处理；
[0029]第二步，第一阶段等温淬火热处理:
[0030]将第一步高温奥氏体化处理好的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球放置在重量为9吨、温度为250±3°C的硝盐溶液等温盐浴炉中，根据半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球的壁厚或者模数大小，确定盐浴炉内等温时间为12分钟，即完成半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球在盐浴炉中的第一阶段等温淬火热处理；
[0031 ]第三步，第二阶段等温淬火热处理:
[0032]将完成上述在盐浴炉中的第一阶段盐浴等温淬火热处理的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球从硝盐溶液等温盐浴炉中取出，经过10分钟的沥盐处理，转移到连续低温回火炉内进行等温淬火热处理，等温温度为250±5°c，连续低温回火炉内等温时间为130分钟，完成半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理；
[0033]第四步，冷却、水洗和烘干处理:
[0034]将完成上述在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球出炉冷却至80 °C，进行水洗，清除半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球表面的硝盐，然后烘干，至此完成该球墨铸铁件的奥铁体球墨铸铁的热处理，获得含奥铁体基体组织的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球。
[0035]图2所示实施例显示，经过实施例1处理的半自磨机奥铁体球墨铸铁磨球的金相组织分布均匀，基体组织中除了碳化物没有白亮区，综合力学性能高，硬度达到HRC55，冲击韧性为15J，并且由于等温盐浴的冷却能力强，铸件的合金元素加入量适当减少，降低原材料的成本，提高了经济效益。
[0036]实施例2
[0037]首先，将球墨铸铁件，根据所需处理的球墨铸铁件的总量，分批放置到连续的高温炉中进行高温奥氏体化，每批球墨铸铁件的重量为300公斤，奥氏体化温度为900°C，保温60分钟之后，转移到下一步的硝盐溶液等温盐浴炉中进行第一阶段等温淬火热处理；
[0038]第二步，第一阶段等温淬火热处理:
[0039]将第一步高温奥氏体化处理好的球墨铸铁件放置在重量为8吨、温度为210°C的硝盐溶液等温盐浴炉中，根据球墨铸铁件的壁厚或者模数大小，确定盐浴炉内等温时间为10分钟，即完成球墨铸铁件在盐浴炉中的第一阶段等温淬火热处理；
[0040]第三步，第二阶段等温淬火热处理:
[0041]将完成上述在盐浴炉中的第一阶段盐浴等温淬火热处理的球墨铸铁件从硝盐溶液等温盐浴炉中取出，经过5分钟的沥盐处理，转移到连续低温回火炉内进行等温淬火热处理，等温温度为210°C，连续低温回火炉内等温时间为230分钟，完成球墨铸铁件在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理；
[0042]第四步，冷却、水洗和烘干处理:
[0043]将完成上述在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理的球墨铸铁件出炉冷却至800C，进行水洗，清除球墨铸铁件表面的硝盐，然后烘干，至此完成该球墨铸铁件的奥铁体球墨铸铁的热处理，获得含奥铁体基体组织的球墨铸铁件。
[0044]实施例3
[0045]第一步，高温奥氏体化处理:
[0046]首先，将含有碳化物的球墨铸铁件，根据所需处理的球墨铸铁件的总量，分批放置到连续的高温炉中进行高温奥氏体化，每批含有碳化物的球墨铸铁件的重量为500公斤，奥氏体化温度为930°C，保温180分钟之后，转移到下一步的硝盐溶液等温盐浴炉中进行第一阶段等温淬火热处理；
[0047]第二步，第一阶段等温淬火热处理:
[0048]将第一步高温奥氏体化处理好的含有碳化物的球墨铸铁件放置在重量为12吨、温度为300°C的硝盐溶液等温盐浴炉中，根据含有碳化物的球墨铸铁件的壁厚或者模数大小，确定盐浴炉内等温时间为25分钟，即完成含有碳化物的球墨铸铁件的在盐浴炉中的第一阶段等温淬火热处理；
[0049]第三步，第二阶段等温淬火热处理:
[0050]将完成上述在盐浴炉中的第一阶段盐浴等温淬火热处理的含有碳化物的球墨铸铁件从硝盐溶液等温盐浴炉中取出，经过15分钟的沥盐处理，转移到连续低温回火炉内进行等温淬火热处理，等温温度为300°C，连续低温回火炉内等温时间为40分钟，完成含有碳化物的球墨铸铁件在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理；
[0051 ] 第四步，冷却、水洗和烘干处理:
[0052]将完成上述在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理的含有碳化物的球墨铸铁件出炉冷却至80°C，进行水洗，清除含有碳化物的球墨铸铁件表面的硝盐，然后烘干，至此完成该球墨铸铁件的奥铁体球墨铸铁的热处理，获得含奥铁体基体组织的含有碳化物的球墨铸铁件。
[0053]上述实施例中所涉及的原材料和设备均通过公知途径获得;所涉及的操作工艺是本领域技术人员所能掌握的。
【主权项】
1.一种奥铁体球墨铸铁的热处理方法，其特征在于:是一种采用分两阶段等温对奥铁体球墨铸铁进行等温淬火热处理的方法，步骤如下: 第一步，高温奥氏体化处理: 首先，将球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件，根据所需处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的总量，分批放置到连续的高温炉中进行高温奥氏体化，每批球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的重量为300?500公斤，奥氏体化温度为900?930°C，保温60?180分钟之后，转移到下一步的硝盐溶液等温盐浴炉中进行第一阶段等温淬火热处理； 第二步，第一阶段等温淬火热处理: 将第一步高温奥氏体化处理好的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件放置在重量为8?12吨、温度为210?300°C的硝盐溶液等温盐浴炉中，根据球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件的壁厚或者模数大小，确定盐浴炉内等温时间为10?25分钟，即完成球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件在盐浴炉中的第一阶段等温淬火热处理； 第三步，第二阶段等温淬火热处理: 将完成上述在盐浴炉中的第一阶段盐浴等温淬火热处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件从硝盐溶液等温盐浴炉中取出，经过5?15分钟的沥盐处理，转移到连续低温回火炉内进行等温淬火热处理，等温温度为210?300°C，连续低温回火炉内等温时间为40?230分钟，完成球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理； 第四步，冷却、水洗和烘干处理: 将完成上述在连续低温回火炉内的第二阶段等温淬火热处理的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件出炉冷却至80°C，进行水洗，清除球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件表面的硝盐，然后烘干，至此完成该球墨铸铁件的奥铁体球墨铸铁的热处理，获得含奥铁体基体组织的球墨铸铁件或含有碳化物的球墨铸铁件。
【文档编号】C21D1/20GK105886713SQ201610493447
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】刘金海, 杨为廷, 赵雪勃, 付彬国, 董天顺, 李国禄, 张建军
【申请人】河北工业大学