本发明涉及球墨铸铁技术领域，具体涉及一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺。
背景技术：
球墨铸铁是一种通过球化和孕育处理得到的碳以球状石墨析出，且石墨呈球状分布的铸铁，具有良好的铸造性、耐磨性、切削加工性。球墨铸铁具有优良的力学性能和工艺性能，并能通过热处理进一步提高其力学性能，因此，可用于制造负荷较大、受力较复杂的零件，甚至能代替钢制造某些重要零件，比如柴油机曲轴、连杆、齿轮、机床主轴等，具有广阔的应用前景。
活塞是汽车发动机汽缸体中作往复运动的机件，活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力，并将此力通过活塞销和连杆传给曲轴，由于活塞在高温高压高负荷条件下工作，所以对活塞铸件的要求相对较高，要有足够的强度和刚度，同时导热性好，耐高温、耐高压、耐腐蚀、耐磨。因此，球墨铸铁被广泛的应用于活塞铸件的铸造。
现有活塞铸件多为珠光体型球墨铸铁铸件，珠光体型球墨铸铁的珠光体强化通常采用正火工艺，即在球铁件的奥氏体化后，经过一段时间的保温，出炉后立即空冷、风冷或雾冷，使基体转变为珠光体组织，达到提高硬度、强度和耐磨性的效果。珠光体型球墨铸铁的珠光体强化后还需要进行等温淬火，等温淬火是将铸件加热使其奥氏体并均匀化后，使之快冷到贝氏体温度区间(260～400℃)，放入温度稍高于ms点的等温介质中，等温保持一定时间，通常在浴槽中保温时间为30～60min，使之奥氏体转变为贝氏体，然后取出置于空气中冷却，可防止铸件的变形和开裂。由于活塞铸件结构复杂、壁厚悬殊，且厚大部位芯部冷却极为缓慢，铸铁件的内部与外部冷却速度不一样，易形成铸造内应力，在不及时消除的情况下，极易在使用或切削加工过程中使零件开裂，影响球墨铸铁件的质量。同时还会使球墨铸铁活塞铸件热处理后基体组织中珠光体含量极不稳定，在同一铸件的不同部位以及铸件表面与芯部的珠光体含量不均匀，大多是介于在40％到80％之间，不能满足高珠光体含量的要求。因此，现有技术球墨铸铁热处理工艺不能满足活塞铸件的生产需要。
技术实现要素：
本发明目的在于提供了一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，通过通过奥氏体强化前对球墨铸铁活塞铸件进行两次退火，解决了球墨铸铁活塞铸件在铸造过程中白口倾向较大、内应力较大、很难获得纯粹的铁素体与珠光体的问题，并通过正火、等温淬火、回火等步骤得到高韧性球墨铸铁活塞铸件，该球墨铸铁活塞铸件珠光体含量达大于80％。
为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：
本发明提供了一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度进行第一次退火，880-900℃保温1.8-2.2h，降温至440-460℃出炉空冷，再将球墨铸铁活塞铸件加热到共析温度进行第二次退火，保温1.5-2h，降温至600℃，再加热至700℃，再降温至600℃；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900-920℃，保温2-3h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到840-860℃，再放入280-320℃熔盐中保温1.5-2h；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，冷却至室温获得珠光体含量大于80％的球墨铸铁活塞铸件。
优选地，步骤(1)中第一次退火温度为880-900℃，第二次退火温度为900-950℃。
优选地，步骤(1)中降温至450℃出炉空冷，温度过高，共析温度冷却速度过慢，会将渗碳体转变为石墨，降低铸件强度。
优选地，步骤(2)中奥氏体化温度为900℃，出炉后立即空冷。
优选地，步骤(3)中等温淬火温度为300℃，所用熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1-1.2：1。
优选地，步骤(4)中回火温度为550-600℃，保温时间为1-1.5h。
本发明的有益效果是：
1、本发明步骤(1)中，加热到共析温度后，保温2h，以此方式退火，利用渗碳体分解石墨，使铸件缓慢冷却，并且在冷却至450℃左右时出炉空冷，防止温度过高，共析温度冷却速度过慢，将渗碳体转变为石墨，得到稳定的基体；
2、本发明步骤(1)中将球墨铸铁活塞铸件重新加热到900～950℃，保温足够时间后进行高温退火，将炉冷到600℃，通过温度冷却，可以析出石墨，将基体转化为铁素体，提高球墨铸铁活塞铸件的韧性；
3、本发明通过步骤(1)的退火处理，解决了球墨铸铁活塞铸件在铸造过程中白口倾向较大、内应力较大、很难获得纯粹的铁素体与珠光体、球墨铸铁活塞铸件的强度韧性较差的问题；
4、本发明步骤(2)中将球墨铸铁活塞铸件重新加热到900-920℃，使珠光体转化为奥氏体，使石墨溶解于奥氏体，再通过空冷将奥氏体转化为珠光体，细化组织，提高球墨铸铁活塞铸件的强度；
5、本发明通过步骤(3)和步骤(45)的淬火回火处理，提高球墨铸铁活塞铸件的硬度与韧性，改善球墨铸铁活塞铸件的润滑性与耐磨性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度，880℃保温1.8h，降温至440℃出炉空冷，再将球墨铸铁活塞铸件加热至900℃，保温1.5h，降温至600℃，再加热至700℃，再降温至600℃；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温2h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到840℃，再放入280℃熔盐中保温1.5h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1：1；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为550℃，保温时间为1h，冷却至室温获得珠光体含量大于80％的球墨铸铁活塞铸件。
实施例2：
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度，900℃保温2.2h，降温至460℃出炉空冷，再将球墨铸铁活塞铸件加热至950℃，保温2h，降温至600℃，再加热至700℃，再降温至600℃；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为920℃，保温3h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到860℃，再放入320℃熔盐中保温2h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1.2：1；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为600℃，保温时间为1.5h，冷却至室温获得珠光体含量大于80％的球墨铸铁活塞铸件。
实施例3：
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度，890℃保温2h，降温至450℃出炉空冷，再将球墨铸铁活塞铸件加热至930℃，保温1.8h，降温至600℃，再加热至700℃，再降温至600℃；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为910℃，保温2.5h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到840-860℃，再放入300℃熔盐中保温1.8h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1.1：1；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为580℃，保温时间为1.2h，冷却至室温获得珠光体含量大于80％的球墨铸铁活塞铸件。
实施例4：
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度，890℃保温2h，降温至450℃出炉空冷，再将球墨铸铁活塞铸件加热至950℃，保温2h，降温至600℃，再加热至700℃，再降温至600℃；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温3h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到850℃，再放入300℃熔盐中保温2h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1：1；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为600℃，保温时间为1.5h，冷却至室温获得珠光体含量大于80％的球墨铸铁活塞铸件。
对照例1
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)正火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温3h，出炉空冷；
(2)等温淬火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到850℃，再放入300℃熔盐中保温2h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1：1；
(3)回火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为600℃，保温时间为1.5h，冷却至室温获得球墨铸铁活塞铸件。
对照例2
一种球墨铸铁活塞铸件的热处理工艺，具体包括以下步骤：
(1)退火：将球墨铸铁活塞铸件放入热处理炉中加热到共析温度，890℃保温2h，出炉空冷；
(2)正火：将步骤(1)中处理过的球墨铸铁活塞铸件升温进行奥氏体化，奥氏体化温度为900℃，保温3h，出炉空冷；
(3)等温淬火：将步骤(2)中处理过的球墨铸铁活塞铸件加热到850℃，再放入300℃熔盐中保温2h，熔盐为nano3与kno3的混合物，nano3和kno3的质量比为1：1；
(4)回火：将步骤(3)中处理过的球墨铸铁活塞铸件进行回火处理，回火温度为600℃，保温时间为1.5h，冷却至室温获得球墨铸铁活塞铸件。
实将施例1-4和对照例1-2制备的球墨铸铁活塞铸件进行如下性能测试：
(1)硬度性能测试：在hrs-150洛氏硬度计上进行硬度测试，试验加载力为150kg，试验力保荷时间为8s，将所要检测的试样利用线切割加工成10cm×10cm×10cm的试样。
(2)拉伸性能测试：按照gbt228.1-2010《金属材料拉伸试验》加工成拉伸试样，在utm5105万能拉伸试验机上进行拉伸试验，实验时的拉伸速度为2mm/min，引伸计为y25/5-n型，精度等级0.5。
(3)冲击性能测试：通过线切割机将试样制备成标准冲击试样，试样尺寸偏差应该根据gb/t229-1994规定，严格控制形状、尺寸和表面粗糙度，尺寸为10mm×10mm×55mm，根据gb/t229-2007规定，使用jb-300b型摆锤式冲击试验机对试样进行冲击。
(4)珠光体含量测定：通过金相显微镜、lim-2000数字化照相系统、金相图像分析仪得到球墨铸铁活塞铸件铁素体+珠光体组织照片，通过计算珠光体面积占比，得到珠光体含量。
检测结果如下表1所示。
表1性能测试数据
由表1可以看出，本发明热处理工艺处理的球墨铸铁活塞铸件珠光体含量大于80％，硬度可达43.8hrc，拉伸强度和屈服强度均比未经退火的活塞铸件高，抗冲击能力强，所以本发明通过步骤(1)的退火处理，解决了球墨铸铁活塞铸件在铸造过程中白口倾向较大、内应力较大、很难获得纯粹的铁素体与珠光体的问题，增加了球墨铸铁活塞铸件中珠光体的含量，提高球墨铸铁活塞铸件的强度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。