一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法
【專利摘要】一種性能可調節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、水玻璃砂等現有鑄造工藝的耐磨鑄件領域，在鑄鐵件鑄態組織中形成一定數量的碳化物和石墨球，然后通過等溫淬火工藝，獲得綜合力學優良的奧鐵體基體，并僅僅通過加入如鉻為代表元素的質量百分比，熱處理中如淬火工藝等，大幅調節基體中的珠光體和碳化物的含量，達到大幅調節控制鑄鐵件某些方面性能強化，或者獲得適應某個領域的綜合性能，從而實現最終產品的針對性設計生產和高適用性的目的。
【專利說明】一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件及其制造方法，屬于材料加工領域。
【背景技術】
[0002]目前，鑄鐵件有如下特點:第一，鑄鐵件作為一種基礎性材料被廣泛的應用于軍用、民用的各個領域中，這使得如何找到一個具備具有高強度、高韌性、抗疲勞及耐磨、抗磨等綜合性能的材料，成為一個十分重要的課題。近年來的研究表明，球墨鑄鐵經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”，其實并非我們通常在鋼中見到的貝氏體。因為鋼中的貝氏體是極細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度的行業使用。如制造研磨體的材質多種多樣，如鍛制鋼球、球墨鑄鐵磨球、鉻合金鑄造磨球等，規格亦從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、自磨機、半自磨機。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,對比現有材質均具有綜合性能優勢。又如,鏟車斗齒需要堅硬耐磨，韌性好，非常符合該技術的應用，廣闊的市場空間和稀缺的產能是這項技術終將成功。
[0003]第二，目前的優質鑄件，多以添加稀有金屬來實現性能的提高，多余資源是一種浪費，成本高。
[0004]第三，目前的等溫淬火球墨鑄鐵技術相對簡單且單一，未能全面的考慮各個領域的不同需求，難以對不同材質，或者化學成份不同或應用領域的不同的產品做到性能最優化的處理。①:難以實現讓，不同材質性能趨同，因而難以選擇性價比最高的材質:難以實現同一材質的不同性能，因而難以實現取材單一情況下的，多種性能選擇或者多種性能的綜合性，拓寬產品性能的市場適應能力。
[0005] 第四，目前等溫淬火球磨鑄鐵材質，沒有僅用1-2個元素來和淬火工藝的變化，大幅改變材質性能，實現簡便的可操作性。
【發明內容】
[0006]本發明針對【背景技術】中的問題設計了一種性能可調節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、水玻璃砂等現有鑄造工藝的耐磨鑄件領域，在鑄鐵件鑄態組織中形成一定數量的碳化物和石墨球，然后通過等溫淬火工藝，獲得綜合力學優良的奧鐵體基體，并僅僅通過加入如鉻為代表元素的質量百分比，熱處理中如淬火工藝等，大幅調芐基體中的珠光體和碳化物的含量，達到大幅調節控制鑄鐵件某些方面性能強化，或者獲得適應某個領域的綜合性能，從而實現最終產品的針對性設計生產和高適用性的目的。[0007]本發明技術解決方案:
一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件，其特征在于:其化學元素組成的質量百分比為: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]一種性能可調節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進行配制，將配制好的原料放入中頻感應電爐中，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量的I~40% ;
步驟三，根據性能要求進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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1_2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質量百分比濃度為50% NaN03+質量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時間0.3~10小時，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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1-2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時，然后分兩步，進行低溫280°C保溫形核+高溫340°C~390°C淬火兩步等溫淬火，保持時間0.3~10小時，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，并細化組織，以提高工件的綜合力學性能獲得高強度、高硬度的同時，裂紋擴展速率也比傳統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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1-2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時，然后等溫淬火前將工件加熱到As與Az之間，進行部分奧氏體化，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質量百分比濃度為50% NaN03+質量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時間0.3~10小時，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，但又對抗拉強度、屈服強度和彎曲疲勞強度降低的幅度不大，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]本發明的有益效果:
1.本發明可以全面的提升各個領域中使用的鋼鐵件的綜合性能，并可以根據不同的行業的不同需求，對鑄鐵件的性能做出針對性的調整，以達到因地制宜的效果。對于國民經濟的降低勞動強度，節能降耗，提高效益都有幫助。
[0019]2.減少各個領域對于稀有金屬合金鑄件的依賴，保護環境，減少不可再生資源的使用和浪費，實現清潔綠 色生產運營。
[0020]3.解決目前等溫淬火球墨鑄鐵，技術工藝單一，簡單，可調節性差，針對性差等問題。最終努力實現①:讓不同材質性能趨同，從而可以選擇性價比最高的材質，②:實現同一材質的不同性能，從而實現取材單一情況下的，多種性能選擇或者多種性能的綜合性，拓寬產品性能的市場適應能力。
[0021]4.僅用1-2個元素和淬火工藝的變化，大幅改變材質性能，實現簡便的可操作性。
【具體實施方式】
[0022]實施例:
第一，原料配制和熔煉:按元素的質量百分比為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行球化處理和孕育處理，稀土鎂球化劑采用元素組分的質量百分比為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量的1.1~
2.5%;孕育劑采用元素組分的質量百分比為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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1-2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；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，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質量百分比濃度為50% NaN03+質量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時間0.3~10小時，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性的奧鐵體球墨鑄鐵件。
[0023]經過三次試制出1、2、3塊試樣，并取得先關實驗數據如表1所示。
[0024]表1
【權利要求】
1.一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件，其特征在于，其化學元素組成的質量百分比為: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.根據權利要求1所述的一種性能可調節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。
3.一種性能可調節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進行配制，將配制好的原料放入中頻感應電爐中，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量的I~40% ; 步驟三，根據性能要求進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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1_2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至860~980°C，保溫1~5小時，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質量百分比濃度為50% NaN03+質量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時間0.3~10小時，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.根據權利要求3所述的一種性能可調節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.根據權利要求3所述的一種性能可調節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.根據權利要求3所述的一種性能可調節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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1-2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至860~980°C，保溫I~5小時，然后分兩步，進行低溫280°C保溫形核+高溫340°C~390°C淬火兩步等溫淬火，保持時間0.3~10小時，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.根據權利要求3所述的一種性能可調節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行奧氏體化處理，第一階段由常溫升至300-350°C、時間2-3小時；第二階段升溫至500-550°C、時間1-2小時；第三階段升溫至650°C、時間1_2小時；第四階段加熱至.860~980°C，保溫I~5小時，然后等溫淬火前將工件加熱到As與Az之間，進行部分奧氏體化，然后迅速淬入溫度為180~390°C的質量百分比濃度為50% NaN03+質量百分比濃度為50% KN03硝鹽溶液或者其他等溫淬火劑中，保持時間0.3~10小時，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.根據權利要求3、6或7任意一項所述的一種性能可調節的奧鐵體球墨鑄鐵件制造方法，其特征在于:根據處理材料和性能要求直接進行第四階段加熱到860~980°C，保溫I~5小時。
【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 優先權日:2014年1月24日
【發明者】韓文博, 韓仁青 申請人:寧國市中意耐磨材料有限公司