一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法
【专利摘要】一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法，在于：提供一种适用于铁模覆砂、迪砂工艺、水玻璃砂等现有铸造工艺的耐磨铸件领域，在铸铁件铸态组织中形成一定数量的碳化物和石墨球，然后通过等温淬火工艺，获得综合力学优良的奥铁体基体，并仅仅通过加入如铬为代表元素的质量百分比，热处理中如淬火工艺等，大幅调节基体中的珠光体和碳化物的含量，达到大幅调节控制铸铁件某些方面性能强化，或者获得适应某个领域的综合性能，从而实现最终产品的针对性设计生产和高适用性的目的。
【专利说明】一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法，属于材料加工领域。
【背景技术】
[0002]目前，铸铁件有如下特点:第一，铸铁件作为一种基础性材料被广泛的应用于军用、民用的各个领域中，这使得如何找到一个具备具有高强度、高韧性、抗疲劳及耐磨、抗磨等综合性能的材料，成为一个十分重要的课题。近年来的研究表明，球墨铸铁经奥氏体化等温淬火处理后获得的微观组织中所谓的“贝氏体”，其实并非我们通常在钢中见到的贝氏体。因为钢中的贝氏体是极细的针状铁素体和碳化物呈交替排列的共析组织，而等温淬火球铁中的基体组织是由富碳奥氏体与针状铁索体组成的，没有碳化物。虽然具有很好的屈服弹性，冲击性，但是强度和耐磨性能普遍较差，不适宜一些需要综合性能或偏重于耐磨性和强度的行业使用。如制造研磨体的材质多种多样，如锻制钢球、球墨铸铁磨球、铬合金铸造磨球等，规格亦从6mm到150mm甚至更大直径。高铬铸造研磨体耐磨性能好,但是不适宜大型磨机、自磨机、半自磨机。低铬研磨体耐磨性差，破碎率高，韧性差。锻造研磨体，韧性好,耐磨性较差。再如衬板为例,对比现有材质均具有综合性能优势。又如,铲车斗齿需要坚硬耐磨，韧性好，非常符合该技术的应用，广阔的市场空间和稀缺的产能是这项技术终将成功。
[0003]第二，目前的优质铸件，多以添加稀有金属来实现性能的提高，多余资源是一种浪费，成本高。
[0004]第三，目前的等温淬火球墨铸铁技术相对简单且单一，未能全面的考虑各个领域的不同需求，难以对不同材质，或者化学成份不同或应用领域的不同的产品做到性能最优化的处理。①:难以实现让，不同材质性能趋同，因而难以选择性价比最高的材质:难以实现同一材质的不同性能，因而难以实现取材单一情况下的，多种性能选择或者多种性能的综合性，拓宽产品性能的市场适应能力。
[0005] 第四，目前等温淬火球磨铸铁材质，没有仅用1-2个元素来和淬火工艺的变化，大幅改变材质性能，实现简便的可操作性。
【发明内容】
[0006]本发明针对【背景技术】中的问题设计了一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件及其制造方法，其目的在于:提供一种适用于铁模覆砂、迪砂工艺、水玻璃砂等现有铸造工艺的耐磨铸件领域，在铸铁件铸态组织中形成一定数量的碳化物和石墨球，然后通过等温淬火工艺，获得综合力学优良的奥铁体基体，并仅仅通过加入如铬为代表元素的质量百分比，热处理中如淬火工艺等，大幅调苄基体中的珠光体和碳化物的含量，达到大幅调节控制铸铁件某些方面性能强化，或者获得适应某个领域的综合性能，从而实现最终产品的针对性设计生产和高适用性的目的。[0007]本发明技术解决方案:
一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件，其特征在于:其化学元素组成的质量百分比为:C:2.8 ~4.0%,Si:0.2 ~3.3%,Mn:0 ~3.6%,Cr:0.2 ~8%、P:< 0.5%,S:< 0.3%,Mg:0 ~0.05%,Re:0 ~0.05%其余为 Fe。
[0008]所述铸铁件的金相组织主要由奥铁体、马氏体、碳化物和石墨球组成。
[0009]一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于，包括如下工艺步骤:
步骤一，原料配制和熔炼:按元素的质量百分比为2.8~4.0% C、0.2~3.3% S1、0~3.6% Mn,0.2 ~8% Cr、< 0.5% P、< 0.3% S、0 ~0.05% Mg,O ~0.05% Re 和其余为 Fe进行配制，将配制好的原料放入中频感应电炉中，升温至全部原料组分熔化，并熔炼成奥铁体球墨铸铁原铁液，出炉温度为1480~1580°C ；
步骤二，根据性能要求决定适合的球化处理、孕育处理和浇铸:将第一步制得出炉的奥铁体球墨铸铁原铁液，先加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量1.1~2.5%的稀土镁球化剂；其次加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量0.4~1.0%的含钡硅铁合金孕育剂，然后将球化和孕育处理好的奥铁体球墨铸铁铁水在1320~1400°C浇入到模具中，该处理好的奥铁体球墨铸铁原铁液冷却后为含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁磨球，其碳化物含量为该磨球总质量的I~40% ;
步骤三，根据性能要求进行选择性的等温淬火热处理:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1_2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，保温I~5小时，然后迅速淬入温度为180~390°C的质量百分比浓度为50% NaN03+质量百分比浓度为50% KN03硝盐溶液或者其他等温淬火剂中，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
[0010]最终制得集体为下贝氏体，残奥氏体，马氏体，碳化物性能具备高度可调性的奥铁体球墨铸铁件。
[0011]步骤三可以通过下述工艺代替:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1-2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，保温I~5小时，然后分两步，进行低温280°C保温形核+高温340°C~390°C淬火两步等温淬火，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
[0012]从而使基体组织形成具有含碳量较高的残余奥氏体，并细化组织，以提高工件的综合力学性能获得高强度、高硬度的同时，裂纹扩展速率也比传统等温淬火球磨铸铁慢，最终制得集体为下贝氏体，残奥氏体，马氏体，碳化物性能具备高度可调性的奥铁体球墨铸铁件。
[0013]步骤三可以通过下述工艺代替:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1-2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，保温I~5小时，然后等温淬火前将工件加热到As与Az之间，进行部分奥氏体化，然后迅速淬入温度为180~390°C的质量百分比浓度为50% NaN03+质量百分比浓度为50% KN03硝盐溶液或者其他等温淬火剂中，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
[0014]从而使以利用组织中存在的部分先共析铁素体提高等温淬火球墨铸铁的塑韧性，降低硬度，改善加工性能，但又对抗拉强度、屈服强度和弯曲疲劳强度降低的幅度不大，最终制得集体为下贝氏体，残奥氏体，马氏体，碳化物性能具备高度可调性的奥铁体球墨铸铁件。
[0015]所述步骤2中稀土镁球化剂球化剂采用元素组分的质量百分比为5~7% Mg、I~3% Re、40 ~45% Si 和其余为铁或 l-8%Re、6_10%Mg、l_4%Ba、40_48%Si 余量为铁制成。
[0016]所述步骤2中孕育剂采用元素组分的质量百分比为I~3% Ba、70~75% Si和其余为铁的含钡硅铁合金制成。
[0017]取决于被处理材料和性能要求直接加热到860~980°C。
[0018]本发明的有益效果:
1.本发明可以全面的提升各个领域中使用的钢铁件的综合性能，并可以根据不同的行业的不同需求，对铸铁件的性能做出针对性的调整，以达到因地制宜的效果。对于国民经济的降低劳动强度，节能降耗，提高效益都有帮助。
[0019]2.减少各个领域对于稀有金属合金铸件的依赖，保护环境，减少不可再生资源的使用和浪费，实现清洁绿 色生产运营。
[0020]3.解决目前等温淬火球墨铸铁，技术工艺单一，简单，可调节性差，针对性差等问题。最终努力实现①:让不同材质性能趋同，从而可以选择性价比最高的材质，②:实现同一材质的不同性能，从而实现取材单一情况下的，多种性能选择或者多种性能的综合性，拓宽产品性能的市场适应能力。
[0021]4.仅用1-2个元素和淬火工艺的变化，大幅改变材质性能，实现简便的可操作性。
【具体实施方式】
[0022]实施例:
第一，原料配制和熔炼:按元素的质量百分比为C:2.8~4.0%、S1:0.2~3.3%,Mn:O ~3.6%,Cr:0.2 ~8%、P < 0.5%、S < 0.3%,Mg:0 ~0.05%,Re:0 ~0.05%和其余为Fe，将配制好的原料放入中频感应电炉中，升温至全部原料组分熔化，并熔炼成奥铁体球墨铸铁原铁液，出炉温度为1480~1580°C ；
第二，球化处理、孕育处理和浇铸:将第一步制得出炉的奥铁体球墨铸铁原铁液进行球化处理和孕育处理，稀土镁球化剂采用元素组分的质量百分比为Mg:5~7%、Re:1~3%、Si:40 ~45%和其余为铁的稀土硅铁镁合金或 Re: 1-8%, Mg:6_10%、Ba:1_4%、Si =40-48%,Ti等，余量为铁钇基中稀土球化剂，其加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量的1.1~
2.5%;孕育剂采用元素组分的质量百分比为Ba:1~3%、S1:70~75%和其余为铁的含钡硅铁合金，其加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量的0.4~1.0%，然后将球化和孕育处理好的奥铁体球墨铸铁铁水在1320~1400°C浇入到模具中；
第三，等温淬火热处理:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1-2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，也可以直接加热到860~980°C，(取决于性能要求)保温1~5小时，然后迅速淬入温度为180~390°C的质量百分比浓度为50% NaN03+质量百分比浓度为50% KN03硝盐溶液或者其他等温淬火剂中，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。最终制得集体为下贝氏体，残奥氏体，马氏体，碳化物性能具备高度可调性的奥铁体球墨铸铁件。
[0023]经过三次试制出1、2、3块试样，并取得先关实验数据如表1所示。
[0024]表1
【权利要求】
1.一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件，其特征在于，其化学元素组成的质量百分比为:C:2.8 ~4.0%、S1:0.2 ~3.3%、Mn:0 ~3.6%、Cr:0.2 ~8%、P:< 0.5%、S:< 0.3%,Mg:0 ~0.05%,Re:0 ~0.05%其余为 Fe。
2.根据权利要求1所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件，其特征在于:所述铸铁件的金相组织主要由奥铁体、马氏体、碳化物和石墨球组成。
3.一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于，包括如下工艺步骤: 步骤一，原料配制和熔炼:按元素的质量百分比为2.8~4.0% C、0.2~3.3% S1、0~3.6% Mn,0.2 ~8% Cr、< 0.5% P、< 0.3% S、0 ~0.05% Mg,O ~0.05% Re 和其余为 Fe进行配制，将配制好的原料放入中频感应电炉中，升温至全部原料组分熔化，并熔炼成奥铁体球墨铸铁原铁液，出炉温度为1480~1580°C ； 步骤二，根据性能要求决定球化处理、孕育处理和浇铸:将第一步制得出炉的奥铁体球墨铸铁原铁液，先加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量1.1~2.5%的稀土镁球化剂；其次加入量为奥铁体球墨铸铁原铁液质量0.4~1.0 %的含钡硅铁合金孕育剂，然后将球化和孕育处理好的奥铁体球墨铸铁铁水在1320~1400°C浇入到模具中，该处理好的奥铁体球墨铸铁原铁液冷却后为含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁磨球，其碳化物含量为该磨球总质量的I~40% ; 步骤三，根据性能要求进行选择性的等温淬火热处理:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1_2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，保温1~5小时，然后迅速淬入温度为180~390°C的质量百分比浓度为50% NaN03+质量百分比浓度为50% KN03硝盐溶液或者其他等温淬火剂中，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
4.根据权利要求3所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于:所述步骤2中球化剂采用元素组分的质量百分比为5~7% Mg、I~3% Re,40~45%Si和其余为铁或l-8%Re、6-10%Mg、l-4%Ba、40-48%Si余量为铁制成。
5.根据权利要求3所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于:所述步骤2中孕育剂采用元素组分的质量百分比为I~3% Ba、70~75% Si和其余为铁的含钡娃铁合金制成。
6.根据权利要求3所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于:步骤三可以通过下述工艺代替:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1-2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至860~980°C，保温I~5小时，然后分两步，进行低温280°C保温形核+高温340°C~390°C淬火两步等温淬火，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
7.根据权利要求3所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于:步骤三可以通过下述工艺代替:将含有石墨球和碳化物的珠光体基体球墨铸铁件装入加热炉进行奥氏体化处理，第一阶段由常温升至300-350°C、时间2-3小时；第二阶段升温至500-550°C、时间1-2小时；第三阶段升温至650°C、时间1_2小时；第四阶段加热至.860~980°C，保温I~5小时，然后等温淬火前将工件加热到As与Az之间，进行部分奥氏体化，然后迅速淬入温度为180~390°C的质量百分比浓度为50% NaN03+质量百分比浓度为50% KN03硝盐溶液或者其他等温淬火剂中，保持时间0.3~10小时，然后取出在空气中冷却至室温，或者放入温度180~390°C在炉中停电缓冷。
8.根据权利要求3、6或7任意一项所述的一种性能可调节的奥铁体球墨铸铁件制造方法，其特征在于:根据处理材料和性能要求直接进行第四阶段加热到860~980°C，保温I~5小时。
【文档编号】C21D1/20GK103789603SQ201410033753
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】韩文博, 韩仁青 申请人:宁国市中意耐磨材料有限公司