一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法
【專利摘要】一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法，在于：提供一種適用于鐵模覆砂、迪砂工藝、水玻璃砂等現(xiàn)有鑄造工藝的耐磨鑄件領(lǐng)域，在鑄鐵件鑄態(tài)組織中形成一定數(shù)量的碳化物和石墨球，然后通過等溫淬火工藝，獲得綜合力學(xué)優(yōu)良的奧鐵體基體，并僅僅通過加入如鉻為代表元素的質(zhì)量百分比，熱處理中如淬火工藝等，大幅調(diào)節(jié)基體中的珠光體和碳化物的含量，達(dá)到大幅調(diào)節(jié)控制鑄鐵件某些方面性能強(qiáng)化，或者獲得適應(yīng)某個(gè)領(lǐng)域的綜合性能，從而實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的針對性設(shè)計(jì)生產(chǎn)和高適用性的目的。
【專利說明】一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法，屬于材料加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鑄鐵件有如下特點(diǎn):第一，鑄鐵件作為一種基礎(chǔ)性材料被廣泛的應(yīng)用于軍用、民用的各個(gè)領(lǐng)域中，這使得如何找到一個(gè)具備具有高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞及耐磨、抗磨等綜合性能的材料，成為一個(gè)十分重要的課題。近年來的研究表明，球墨鑄鐵經(jīng)奧氏體化等溫淬火處理后獲得的微觀組織中所謂的“貝氏體”，其實(shí)并非我們通常在鋼中見到的貝氏體。因?yàn)殇撝械呢愂象w是極細(xì)的針狀鐵素體和碳化物呈交替排列的共析組織，而等溫淬火球鐵中的基體組織是由富碳奧氏體與針狀鐵索體組成的，沒有碳化物。雖然具有很好的屈服彈性，沖擊性，但是強(qiáng)度和耐磨性能普遍較差，不適宜一些需要綜合性能或偏重于耐磨性和強(qiáng)度的行業(yè)使用。如制造研磨體的材質(zhì)多種多樣，如鍛制鋼球、球墨鑄鐵磨球、鉻合金鑄造磨球等，規(guī)格亦從6mm到150mm甚至更大直徑。高鉻鑄造研磨體耐磨性能好,但是不適宜大型磨機(jī)、自磨機(jī)、半自磨機(jī)。低鉻研磨體耐磨性差，破碎率高，韌性差。鍛造研磨體，韌性好,耐磨性較差。再如襯板為例,對比現(xiàn)有材質(zhì)均具有綜合性能優(yōu)勢。又如,鏟車斗齒需要堅(jiān)硬耐磨，韌性好，非常符合該技術(shù)的應(yīng)用，廣闊的市場空間和稀缺的產(chǎn)能是這項(xiàng)技術(shù)終將成功。
[0003]第二，目前的優(yōu)質(zhì)鑄件，多以添加稀有金屬來實(shí)現(xiàn)性能的提高，多余資源是一種浪費(fèi)，成本高。
[0004]第三，目前的等溫淬火球墨鑄鐵技術(shù)相對簡單且單一，未能全面的考慮各個(gè)領(lǐng)域的不同需求，難以對不同材質(zhì)，或者化學(xué)成份不同或應(yīng)用領(lǐng)域的不同的產(chǎn)品做到性能最優(yōu)化的處理。①:難以實(shí)現(xiàn)讓，不同材質(zhì)性能趨同，因而難以選擇性價(jià)比最高的材質(zhì):難以實(shí)現(xiàn)同一材質(zhì)的不同性能，因而難以實(shí)現(xiàn)取材單一情況下的，多種性能選擇或者多種性能的綜合性，拓寬產(chǎn)品性能的市場適應(yīng)能力。
[0005] 第四，目前等溫淬火球磨鑄鐵材質(zhì)，沒有僅用1-2個(gè)元素來和淬火工藝的變化，大幅改變材質(zhì)性能，實(shí)現(xiàn)簡便的可操作性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中的問題設(shè)計(jì)了一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法，其目的在于:提供一種適用于鐵模覆砂、迪砂工藝、水玻璃砂等現(xiàn)有鑄造工藝的耐磨鑄件領(lǐng)域，在鑄鐵件鑄態(tài)組織中形成一定數(shù)量的碳化物和石墨球，然后通過等溫淬火工藝，獲得綜合力學(xué)優(yōu)良的奧鐵體基體，并僅僅通過加入如鉻為代表元素的質(zhì)量百分比，熱處理中如淬火工藝等，大幅調(diào)芐基體中的珠光體和碳化物的含量，達(dá)到大幅調(diào)節(jié)控制鑄鐵件某些方面性能強(qiáng)化，或者獲得適應(yīng)某個(gè)領(lǐng)域的綜合性能，從而實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的針對性設(shè)計(jì)生產(chǎn)和高適用性的目的。[0007]本發(fā)明技術(shù)解決方案:
一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件，其特征在于:其化學(xué)元素組成的質(zhì)量百分比為: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%其余為 Fe。
[0008]所述鑄鐵件的金相組織主要由奧鐵體、馬氏體、碳化物和石墨球組成。
[0009]一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于，包括如下工藝步驟:
步驟一，原料配制和熔煉:按元素的質(zhì)量百分比為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 和其余為 Fe進(jìn)行配制，將配制好的原料放入中頻感應(yīng)電爐中，升溫至全部原料組分熔化，并熔煉成奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液，出爐溫度為1480~1580°C ；
步驟二，根據(jù)性能要求決定適合的球化處理、孕育處理和澆鑄:將第一步制得出爐的奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液，先加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量1.1~2.5%的稀土鎂球化劑；其次加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量0.4~1.0%的含鋇硅鐵合金孕育劑，然后將球化和孕育處理好的奧鐵體球墨鑄鐵鐵水在1320~1400°C澆入到模具中，該處理好的奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液冷卻后為含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵磨球，其碳化物含量為該磨球總質(zhì)量的I~40% ;
步驟三，根據(jù)性能要求進(jìn)行選擇性的等溫淬火熱處理:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時(shí)，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質(zhì)量百分比濃度為50% NaN03+質(zhì)量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
[0010]最終制得集體為下貝氏體，殘奧氏體，馬氏體，碳化物性能具備高度可調(diào)性的奧鐵體球墨鑄鐵件。
[0011]步驟三可以通過下述工藝代替:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1-2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時(shí)，然后分兩步，進(jìn)行低溫280°C保溫形核+高溫340°C~390°C淬火兩步等溫淬火，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
[0012]從而使基體組織形成具有含碳量較高的殘余奧氏體，并細(xì)化組織，以提高工件的綜合力學(xué)性能獲得高強(qiáng)度、高硬度的同時(shí)，裂紋擴(kuò)展速率也比傳統(tǒng)等溫淬火球磨鑄鐵慢，最終制得集體為下貝氏體，殘奧氏體，馬氏體，碳化物性能具備高度可調(diào)性的奧鐵體球墨鑄鐵件。
[0013]步驟三可以通過下述工藝代替:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1-2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時(shí)，然后等溫淬火前將工件加熱到As與Az之間，進(jìn)行部分奧氏體化，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質(zhì)量百分比濃度為50% NaN03+質(zhì)量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
[0014]從而使以利用組織中存在的部分先共析鐵素體提高等溫淬火球墨鑄鐵的塑韌性，降低硬度，改善加工性能，但又對抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度降低的幅度不大，最終制得集體為下貝氏體，殘奧氏體，馬氏體，碳化物性能具備高度可調(diào)性的奧鐵體球墨鑄鐵件。
[0015]所述步驟2中稀土鎂球化劑球化劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為5~7% Mg、I~3% Re、40 ~45% Si 和其余為鐵或 l-8%Re、6_10%Mg、l_4%Ba、40_48%Si 余量為鐵制成。
[0016]所述步驟2中孕育劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為I~3% Ba、70~75% Si和其余為鐵的含鋇硅鐵合金制成。
[0017]取決于被處理材料和性能要求直接加熱到860~980°C。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
1.本發(fā)明可以全面的提升各個(gè)領(lǐng)域中使用的鋼鐵件的綜合性能，并可以根據(jù)不同的行業(yè)的不同需求，對鑄鐵件的性能做出針對性的調(diào)整，以達(dá)到因地制宜的效果。對于國民經(jīng)濟(jì)的降低勞動強(qiáng)度，節(jié)能降耗，提高效益都有幫助。
[0019]2.減少各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ谙∮薪饘俸辖痂T件的依賴，保護(hù)環(huán)境，減少不可再生資源的使用和浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)清潔綠 色生產(chǎn)運(yùn)營。
[0020]3.解決目前等溫淬火球墨鑄鐵，技術(shù)工藝單一，簡單，可調(diào)節(jié)性差，針對性差等問題。最終努力實(shí)現(xiàn)①:讓不同材質(zhì)性能趨同，從而可以選擇性價(jià)比最高的材質(zhì)，②:實(shí)現(xiàn)同一材質(zhì)的不同性能，從而實(shí)現(xiàn)取材單一情況下的，多種性能選擇或者多種性能的綜合性，拓寬產(chǎn)品性能的市場適應(yīng)能力。
[0021]4.僅用1-2個(gè)元素和淬火工藝的變化，大幅改變材質(zhì)性能，實(shí)現(xiàn)簡便的可操作性。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例:
第一，原料配制和熔煉:按元素的質(zhì)量百分比為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%和其余為Fe，將配制好的原料放入中頻感應(yīng)電爐中，升溫至全部原料組分熔化，并熔煉成奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液，出爐溫度為1480~1580°C ；
第二，球化處理、孕育處理和澆鑄:將第一步制得出爐的奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液進(jìn)行球化處理和孕育處理，稀土鎂球化劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為Mg:5~7%、Re:1~3%、Si:40 ~45%和其余為鐵的稀土硅鐵鎂合金或 Re: 1-8%, Mg:6_10%、Ba:1_4%、Si =40-48%,Ti等，余量為鐵釔基中稀土球化劑，其加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量的1.1~
2.5%;孕育劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為Ba:1~3%、S1:70~75%和其余為鐵的含鋇硅鐵合金，其加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量的0.4~1.0%，然后將球化和孕育處理好的奧鐵體球墨鑄鐵鐵水在1320~1400°C澆入到模具中；
第三，等溫淬火熱處理:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1-2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，也可以直接加熱到860~980°C，(取決于性能要求)保溫1~5小時(shí)，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質(zhì)量百分比濃度為50% NaN03+質(zhì)量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。最終制得集體為下貝氏體，殘奧氏體，馬氏體，碳化物性能具備高度可調(diào)性的奧鐵體球墨鑄鐵件。
[0023]經(jīng)過三次試制出1、2、3塊試樣，并取得先關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。
[0024]表1
【權(quán)利要求】
1.一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件，其特征在于，其化學(xué)元素組成的質(zhì)量百分比為: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%其余為 Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件，其特征在于:所述鑄鐵件的金相組織主要由奧鐵體、馬氏體、碳化物和石墨球組成。
3.一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于，包括如下工藝步驟: 步驟一，原料配制和熔煉:按元素的質(zhì)量百分比為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 和其余為 Fe進(jìn)行配制，將配制好的原料放入中頻感應(yīng)電爐中，升溫至全部原料組分熔化，并熔煉成奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液，出爐溫度為1480~1580°C ； 步驟二，根據(jù)性能要求決定球化處理、孕育處理和澆鑄:將第一步制得出爐的奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液，先加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量1.1~2.5%的稀土鎂球化劑；其次加入量為奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液質(zhì)量0.4~1.0 %的含鋇硅鐵合金孕育劑，然后將球化和孕育處理好的奧鐵體球墨鑄鐵鐵水在1320~1400°C澆入到模具中，該處理好的奧鐵體球墨鑄鐵原鐵液冷卻后為含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵磨球，其碳化物含量為該磨球總質(zhì)量的I~40% ; 步驟三，根據(jù)性能要求進(jìn)行選擇性的等溫淬火熱處理:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，保溫1~5小時(shí)，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質(zhì)量百分比濃度為50% NaN03+質(zhì)量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:所述步驟2中球化劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為5~7% Mg、I~3% Re,40~45%Si和其余為鐵或l-8%Re、6-10%Mg、l-4%Ba、40-48%Si余量為鐵制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:所述步驟2中孕育劑采用元素組分的質(zhì)量百分比為I~3% Ba、70~75% Si和其余為鐵的含鋇娃鐵合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:步驟三可以通過下述工藝代替:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1-2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時(shí)，然后分兩步，進(jìn)行低溫280°C保溫形核+高溫340°C~390°C淬火兩步等溫淬火，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:步驟三可以通過下述工藝代替:將含有石墨球和碳化物的珠光體基體球墨鑄鐵件裝入加熱爐進(jìn)行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時(shí)間2-3小時(shí)；第二階段升溫至500-550°C、時(shí)間1-2小時(shí)；第三階段升溫至650°C、時(shí)間1_2小時(shí)；第四階段加熱至.860~980°C，保溫I~5小時(shí)，然后等溫淬火前將工件加熱到As與Az之間，進(jìn)行部分奧氏體化，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質(zhì)量百分比濃度為50% NaN03+質(zhì)量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時(shí)間0.3~10小時(shí)，然后取出在空氣中冷卻至室溫，或者放入溫度180~390°C在爐中停電緩冷。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、6或7任意一項(xiàng)所述的一種性能可調(diào)節(jié)的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:根據(jù)處理材料和性能要求直接進(jìn)行第四階段加熱到860~980°C，保溫I~5小時(shí)。
【文檔編號】C21D1/20GK103789603SQ201410033753
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】韓文博, 韓仁青 申請人:寧國市中意耐磨材料有限公司