一种高强高韧球墨铸铁的制备方法

本发明属于材料热处理，尤其是涉及一种高强高韧球墨铸铁的制备方法。

背景技术：

1、球墨铸铁是指在铁液中加入球化剂并经孕育剂处理后浇铸而获得的石墨呈球状的铸铁，具有优异的铸造性能、良好的减震性、机械加工性能和低成本等优点，被广泛用于多个领域，如矿山机械、汽车、铁路轨道交通、船舶、冶金化工和农业机械等。

2、随着应用领域对球墨铸铁的要求越来越高，装备也向轻量化、节能、高效的方向发展，这要求材料具备更优的综合力学性能，以实现零件减薄减轻和装备寿命延长。热处理是提高球墨铸铁的力学性能重要方式之一，实际生产中若要获得具有较高综合力学性能的球墨铸铁一般采用等温淬火处理。等温淬火球墨铸铁的强度高、塑性好，在同等伸长率情况下，等温淬火球墨铸铁的抗拉强度是普通球铁的两倍，而在同等抗拉强度情况下，伸长率是普通球铁两倍以上。

3、然而，生产高强韧的等温淬火球墨铸铁时，当铸件达到一定厚度后，由于淬透性的原因，其心部由于冷却速度低而形成部分珠光体，不能获得完全的等温淬火组织。因此，当铸件壁厚大于20mm时，需要添加ni、mo等价格较高的元素来提高淬透性，保证显微组织的均匀性和生产的稳定性，如cn106947911a公开了一种高强度高塑性高耐磨性等温淬火球墨铸铁及其制备方法和应用，其化学成分中含ni 0.50％～0.80％、含mo 0.25％～0.40％，这导致了原材料成本提高。此外，等温淬火球墨铸铁还需要利用盐浴炉在等温淬火介质(亚硝酸盐、硝酸盐等)中进行等温处理，然而盐浴炉对环境污染较大。因此，继续开发价格低廉、污染较小且能同时提高铸铁性能的方法。

4、目前，有报道称热处理方法是一种简单易行、廉价环保的方法，使用普通热处理炉即可改善球墨铸铁组织并提高其力学性能。例如，cn107475605a公开了一种高强度球铁铸件的热处理方法，结合铸件成分精确控制和正火+淬火+低温回火的热处理方法，可将球墨铸铁抗拉强度从700mpa提高至800mpa，延伸率从2％提升至7％。但是，目前公开的热处理方法大多数只能应用于特定铸铁牌号或需同时调整铸铁成分才能实现性能提升，且大多数热处理方法对球墨铸铁抗拉强度提升较小(小于1.2倍)，最高抗拉强度远不如价格较高的等温淬火球墨铸铁，难以满足性能要求较高的应用需求。因此，仍需继续发展实用性广泛、简单易行、廉价环保同时还能大幅度提升球磨铸铁力学性能的热处理方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高强高韧球墨铸铁的制备方法，其通过热处理方法就能获得高强高韧球墨铸铁，且该热处理方法适用于大多数普通球墨铸铁，能够显著提高铸铁强度(1.5倍以上)的同时保证铸铁较高的断裂延伸率。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高强高韧球墨铸铁的制备方法，具体包括以下步骤：

3、a.淬火处理：将球墨铸铁试样在800-1050℃保温0.5h以上，冷却至室温；

4、b.回火处理：将步骤a淬火处理后的球墨铸铁在温度350-550℃保温1h以上，冷却至室温，即得高强高韧球墨铸铁。

5、进一步的，步骤a中淬火处理的冷却方式为水冷或油冷。

6、进一步的，步骤b中回火处理的冷却方式为空冷。

7、进一步的，所得高强高韧球墨铸铁的抗拉强度最高可达1.4gpa，断裂延伸率不低于3.8％。

8、进一步的，所述步骤a和步骤b中均使用普通热处理炉。

9、本发明的有益效果是，1)通过淬火-回火两步热处理工艺调控了针状马氏体和贝氏体在球墨铸铁中的形成，完成了恰当的微观组织设计，最终实现将球墨铸铁的抗拉强度提高至1.5倍以上(最高可达近3倍)，同时仍保持较好的断裂延伸率(不小于3.8％)，达到与等温淬火球墨铸铁相媲美的综合力学性能；2)该方法的使用不局限于特定的铸件成分，无需调整铸件成分即可实现综合性能提升，适用于大多数普通球墨铸铁，应用范围广；3)虽然性能媲美于等温淬火球墨铸铁，但本方法无需在球墨铸铁中加入ni、mo等价格较高的金属元素，同时保障铸铁优良的淬透性，对铸件适用性广，成本较低；4)该方法可使用普通热处理炉进行淬火和回火处理，无需腐蚀性强的等温淬火介质(亚硝酸盐、硝酸盐等)和盐浴炉，不仅设备要求低，而且对环境污染较小。

技术特征：

1.一种高强高韧球墨铸铁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高强高韧球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤a中淬火处理的冷却方式为水冷或油冷。

3.根据权利要求1所述的高强高韧球墨铸铁的制备方法，其特征在于：步骤b中回火处理的冷却方式为空冷。

4.根据权利要求1所述的高强高韧球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所得高强高韧球墨铸铁的抗拉强度最高可达1.4gpa，断裂延伸率不低于3.8％。

5.根据权利要求1所述的高强高韧球墨铸铁的制备方法，其特征在于：所述步骤a和步骤b中均使用普通热处理炉。

技术总结
本发明公开了一种高强高韧球墨铸铁的制备方法，所述制备方法包括：(1)将球墨铸铁在800‑1050℃保温0.5h以上，取出水冷或油冷至室温；(2)在350‑550℃保温1h以上，取出空冷至室温。本发明提供的方法可将球墨铸铁的抗拉强度提高1.5倍以上(最高可达近3倍)，同时仍保持较好的断裂延伸率(不小于3.8％)。相对等温淬火球墨铸铁，本发明得到的球墨铸铁综合力学性能优异。本方法获得的高强高韧球墨铸铁淬透性较好，无需加入Ni、Mo等价格较高金属元素提高淬透性。此外，本发明所述方法适用于大多数球墨铸铁，可使用普通热处理炉实现，无需污染物排放量高的盐浴炉，对设备要求较低，且环境污染小，在工业化生产中具有较高的应用价值。

技术研发人员：丁青青,李威霖,贝红斌,魏晓,徐诚雄,姚霞,吴中天,唐俊杰,张泽
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/18