專利名稱：：一種球墨鑄鐵托氏體化的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及球墨鑄鐵熱處理方法，具體地說是一種球墨鑄鐵托氏體化的處理方法。技術(shù)背景球墨鑄鐵自上世紀(jì)40年代被發(fā)現(xiàn)以來，其應(yīng)用不斷擴(kuò)大，至今已成為重要的工程材料之一，近年來全世界球墨鑄鐵的產(chǎn)量已占全世界灰鑄鐵產(chǎn)量的1/3，進(jìn)一步提高球墨鑄鐵性能和優(yōu)化生產(chǎn)工藝可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，對于降低資源消耗和保護(hù)環(huán)境都具有重要意義。高性能的球墨鑄鐵可以更廣泛地應(yīng)用到以鐵代鋼和以鑄代鍛的方面，以節(jié)約成本節(jié)約能源。在對球墨鑄鐵基體的研究中，比較關(guān)注貝氏體基體和索氏體基體，在正常的生產(chǎn)條件下，不容易獲得以托氏體為主的基體組織。但是，由于托氏體球墨鑄鐵也有其不同與貝氏體和索氏體的特殊性能和用途，對于某些特種工件和行業(yè)，也迫切需要一些性能優(yōu)異的以托氏體為主要基體組織的球墨鑄鐵材料。
發(fā)明內(nèi)容為了滿足市場對托氏體球墨鑄鐵的需求，本發(fā)明提供了一種不同與常規(guī)處理方式的球墨鑄鐵托氏體化處理方法。常規(guī)處理主要以加快冷卻速度細(xì)化片間距為主，本發(fā)明處理方法獲得的過冷托氏體球墨鑄鐵，利用控制冷卻以求最大程度地增加過冷度，細(xì)化托氏體團(tuán)，細(xì)化片間距，獲得以過冷托氏體為主的球墨鑄鐵。其性能接近貝氏體球鐵，其缺口敏感性低于貝氏體球鐵且性能穩(wěn)定性較高。特別是用這種方法處理的工件，小尺寸部位的性能要高于大尺寸部位，為解決一些疑難處理的工件提供了幫助。本發(fā)明為一種球墨鑄鐵托氏體化處理方法，包括將球墨鑄鐵加熱至奧氏體區(qū)、用水作冷卻介質(zhì)控制冷卻、將工件裝入等溫爐內(nèi)完成托氏體等溫轉(zhuǎn)變，其工藝步驟和操作方法如下a.將球墨鑄鐵工件加熱至奧氏體區(qū)，并均勻化；b.控制冷卻以水作為冷卻介質(zhì)，冷卻水溫選用2crc-i(xrc;禾艮據(jù)工件的尺寸和形狀不同，確定工件的控制冷卻工藝，將工件控制冷卻至托氏體區(qū)以下、Ms點以上區(qū)域，以使工件溫度回升進(jìn)入托氏體區(qū)為準(zhǔn)；c.過冷、回溫調(diào)整工件出水后，控制溫度回升達(dá)55060(TC，使控制冷卻和過冷度達(dá)到理想配合；溫度回升過高時，采用風(fēng)冷或噴霧的方式調(diào)整控制；d.等溫處理回溫調(diào)整至55060(TC后，將工件裝入設(shè)定溫度為貝氏體等溫區(qū)的等溫爐內(nèi)，完成等溫轉(zhuǎn)變；e.回火根據(jù)工件要求選擇高溫或中溫或低溫回火或不回火。如上所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法，其步驟b中所說的根據(jù)工件的尺寸和形狀不同，確定工件的控制冷卻工藝的具體方法如下.應(yīng)用待處理工件的體積V與待處理工件的表面積A之比作為該工件的冷卻參數(shù)R，利用公式R二V/A，計算待處理工件的冷卻參數(shù)R的具體數(shù)值；依據(jù)待處理工件冷卻參數(shù)R的大小，確定控制冷卻階段所需冷卻水溫和冷卻時間；冷卻參數(shù)R較高，所需冷卻水溫較低；冷卻參數(shù)R較低，所需冷卻水溫較高。依據(jù)冷卻參數(shù)R值，確定冷卻水溫的控制范圍如下當(dāng)R《10時冷卻水溫的控制范圍為608(TC;當(dāng)R〉10時冷卻水溫的控制范圍為20-6(TC;對于形狀復(fù)雜、尺寸厚薄相差較大的工件，選用緩和的冷卻水溫60°C-100°C;依據(jù)冷卻參數(shù)R值，確定預(yù)控制冷卻幅度如下小型試樣(R《10)，預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至500°C-400°C;即上貝氏體的上區(qū)；中型試樣(10《R》20)，預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至450°C-350°C;即上貝氏體的中下區(qū)；大型試樣(R>20)，預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至400°C-300°C;即上貝氏體的下區(qū)；具體對應(yīng)于各種冷卻水溫所需的冷卻時間，選擇使用該冷卻水溫的基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表中與待處理工件的冷卻參數(shù)R相同或相近的基礎(chǔ)工件相對應(yīng)的冷卻時間。如上所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法中所說的步驟c過冷、回溫調(diào)整的操作方法如下控制冷卻工件出水后，用表面測溫儀器測量溫度回升范圍，工件表面最大溫度回升達(dá)55(TC-60(TC，直接裝入等溫爐處理；超過此溫度范圍，采用風(fēng)冷或噴霧的方式調(diào)整；由于內(nèi)外溫差和粗細(xì)部位的溫差，使得小尺寸部位溫度回升大，過冷度大；大尺寸部位溫度回升小，過冷度相對小，調(diào)整測溫以小尺寸部位為準(zhǔn)。如上所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法中所說的步驟d等溫處理的操作方法如下工件經(jīng)回溫調(diào)整至55060(TC后，裝入設(shè)定溫度為貝氏體等溫區(qū)的等溫爐內(nèi)，完成等溫轉(zhuǎn)變；依據(jù)工件冷卻參數(shù)R值的大小，分別設(shè)定等溫處理溫度范圍如下較小尺寸工件R《10，選擇在上貝氏體區(qū)36(TC-380。C等溫；較大尺寸工件樣R^10，選擇在下貝氏體區(qū)260'C-28(TC等溫；本發(fā)明將等溫處理溫度設(shè)定在貝氏體區(qū)，基于以下三點進(jìn)入等溫爐后，希望工件溫度回升不要繼續(xù)而是逐漸下降，托氏體轉(zhuǎn)變速度比較快；本方法過冷調(diào)整以小尺寸部位為準(zhǔn)，可使工件粗的部位和心部繼續(xù)散熱降溫，盡可能獲得細(xì)的托氏體或索氏體；如果托氏體轉(zhuǎn)變不完全，獲得少量貝氏體對性能也有利，防止出現(xiàn)馬氏體。如上所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法，其步驟b中所說的確定控制冷卻工藝，即所需冷卻水溫和冷卻時間的具體實施步驟如下(1)建立基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表a.基礎(chǔ)試樣尺寸設(shè)定為Odxd，按d的具體大小，制作一系列的基礎(chǔ)試樣；b.依據(jù)公式R=V/A，分別計算出各基礎(chǔ)試樣的冷卻參數(shù)R;c.通過實驗分別測定在各種不同的冷卻水溫下，達(dá)到預(yù)計控制冷卻工件表面溫度所需要的冷卻時間；d.以冷卻水溫為單位，將基礎(chǔ)試樣尺寸、冷卻參數(shù)R及與其對應(yīng)的冷卻時間列入表中，從而制得一系列基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表；(2)利用待處理工件的冷卻參數(shù)R及基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表，確定控制冷卻階段所需冷卻水溫和冷卻時間a.按公式R=V/S計算待處理工件的冷卻參數(shù)R;b.依據(jù)冷卻參數(shù)R的數(shù)值大小，確定所需要的冷卻水溫；c.在所需冷卻水溫的基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表中，査找與待處理工件的冷卻參數(shù)R相同或相近的基礎(chǔ)試樣的冷卻時間，即為待處理工件所需的冷卻時間。如上所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法中所說的回火步驟，可根據(jù)工件要求選擇需要回火處理或不必回火，如需回火，在工件完成托氏體等溫轉(zhuǎn)變后，根據(jù)要求，選擇高溫或中溫或低溫回火處理。低溫回火可部分消除應(yīng)力，高溫回火(550°C-720°C，回火后水冷或油冷)，隨回火溫度升高，抗拉強(qiáng)度降低，延伸率升高本發(fā)明所述的處理方法，在控制冷卻、過冷回溫調(diào)整和等溫處理三個處理階段均采用了與常規(guī)方法不同的工藝條件和處理方式，在控制冷卻階段，依據(jù)工件的冷卻參數(shù)R，準(zhǔn)確的篩選控制冷卻水溫、冷卻時間和預(yù)計控制冷卻溫度等各項工藝參數(shù)，合理的、最大程度的造成大的過冷度，最大溫度回升達(dá)55060(TC與大的過冷度形成理想的配合，更有利于托氏體的轉(zhuǎn)變。通過控制冷卻+過冷回溫調(diào)整+等溫處理協(xié)同處理，激發(fā)增加了托氏體的形核率，使托氏體團(tuán)更加細(xì)小，性能更加穩(wěn)定，所獲得主要以過冷托氏體為基體的球墨鑄鐵。斷口次表面存在的縮孔、疏松等缺陷對其性能影響的敏感性低于貝氏體球鐵。此方法用于尺寸不均勻的零件效果更好，特別是小部件的局部性能更好。本發(fā)明所述過冷回溫處理方法也可以用于鋼的處理。具體實施方式實施例1基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表(實例)表l;基礎(chǔ)尺寸試樣,4(TC冷卻水溫，，冷卻時間(秒)與預(yù)計冷卻溫度<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注此表需耍依次做成系列基礎(chǔ)尺寸和多個水溫(20、30、40、50、…)數(shù)據(jù)表實施例2球墨鑄鐵工件，(球化級別；l級，石墨大??；5級)尺寸形狀如下；圖1為球墨鑄鐵工件尺寸形狀圖；工藝過程；l.選擇預(yù)控制冷卻工藝參數(shù)；①計算此工件的工件散熱參數(shù)R，R=V/SR=8.5屬小型試樣(R《10)，預(yù)計控制冷卻至500°C-400°C(上貝氏體的上區(qū))。②査表l;工件的散熱參數(shù)R-8.5，與基礎(chǔ)尺寸試樣①50x50mm的R=8.33相近。因此可參考①50x50mm試樣數(shù)據(jù)制定預(yù)控制冷卻工藝。③由表1;050x50腿試樣，冷卻至上貝氏體區(qū)，40。C水需冷卻10s-15s，取其上區(qū)10s。2.熱處理；加熱；880°C，保溫1小時。冷卻；用40。C水，冷卻10s后取出。3.調(diào)整；工件取出后，用表面測溫儀測量小尺寸部位，溫度回升從450°C-660°C。需略作調(diào)整。調(diào)整冷卻lls后取出，測量溫度回升從410。C-59(TC，不需要調(diào)整，可直接進(jìn)等溫爐。4.等溫；等溫爐溫選用37(TC，保溫1小時，取出。5.回火；20(TC回火，1小時。6.檢驗；組織；小尺寸部位基本為細(xì)小托氏體，托氏體團(tuán)細(xì)小。大尺寸部位為托氏體+索氏體。性能；小尺寸部位，抗拉強(qiáng)度1020MPa，延伸率4。/。。硬度34.8HRc。大尺寸部位硬度33.2HRc。權(quán)利要求1.一種球墨鑄鐵托氏體化處理方法，包括將球墨鑄鐵加熱至奧氏體區(qū)、用水作冷卻介質(zhì)控制冷卻、將工件裝入等溫爐內(nèi)完成托氏體等溫轉(zhuǎn)變，其特征在于工藝步驟和操作方法如下a.將球墨鑄鐵工件加熱至奧氏體區(qū)，并均勻化；b.控制冷卻以水作為冷卻介質(zhì)，冷卻水溫選用20℃-100℃；根據(jù)工件的尺寸和形狀不同，確定工件的控制冷卻工藝，將工件控制冷卻至托氏體區(qū)以下、Ms點以上區(qū)域，以使工件溫度回升進(jìn)入托氏體區(qū)為準(zhǔn)；c.過冷、回溫調(diào)整工件出水后，控制溫度回升達(dá)550～600℃，使控制冷卻和過冷度達(dá)到理想配合；溫度回升過高時，采用風(fēng)冷或噴霧的方式調(diào)整控制；d.等溫處理回溫調(diào)整至550～600℃后，將工件裝入設(shè)定溫度為貝氏體等溫區(qū)的等溫爐內(nèi)，完成等溫轉(zhuǎn)變；e.回火根據(jù)工件要求選擇高溫或中溫或低溫回火或不回火。2.如權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法，其特征在于步驟b中所說的根據(jù)工件的尺寸和形狀不同，確定工件的控制冷卻工藝的具體方法如下.應(yīng)用待處理工件的體積V與待處理工件的表面積A之比作為該工件的冷卻參數(shù)R，利用公式R^V/A，計算待處理工件的冷卻參數(shù)R的具體數(shù)值；依據(jù)待處理工件冷卻參數(shù)R的大小，確定控制冷卻階段所需冷卻水溫和冷卻時間；冷卻參數(shù)R較高，所需冷卻水溫較低；冷卻參數(shù)R較低，所需冷卻水溫較高；依據(jù)冷卻參數(shù)R值，確定冷卻水溫的控制范圍如下當(dāng)R《10時冷卻水溫的控制范圍為608(TC;當(dāng)R〉10時冷卻水溫的控制范圍為20-60°C;對于形狀復(fù)雜、尺寸厚薄相差較大的工件，選用緩和的冷卻水溫60°C-100°C;依據(jù)冷卻參數(shù)R值，確定預(yù)控制冷卻幅度如下小型試樣(R《10)，預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至50(TC-40(rC;即上貝氏體的上區(qū)；中型試樣(10《R》20)，預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至450。C-350°C;即上貝氏體的中下區(qū)；大型試樣(R>20),預(yù)計控制冷卻工件表面溫度至400'C-30(TC;即上貝氏體的下區(qū)；具體對應(yīng)于各種冷卻水溫所需的冷卻時間，選擇使用該冷卻水溫的基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表中與待處理工件的冷卻參數(shù)R相同或相近的基礎(chǔ)工件相對應(yīng)的冷卻時間。3.如權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵貝氏體化處理方法，其特征在于所說的步驟C過冷、回溫調(diào)整的操作方法如下控制冷卻工件出水后，用表面測溫儀器測量溫度回升范圍，工件表面最大溫度回升達(dá)55(TC-60(TC，直接裝入等溫爐處理；超過此溫度范圍，采用風(fēng)冷或噴霧的方式調(diào)整；由于內(nèi)外溫差和粗細(xì)部位的溫差，使得小尺寸部位溫度回升大，過冷度大；大尺寸部位溫度回升小，過冷度相對小，調(diào)整測溫以小尺寸部位為準(zhǔn)。4.如權(quán)利要求1所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法，其特征在于所說的步驟d等溫處理的操作方法如下工件經(jīng)回溫調(diào)整至55060(TC后，裝入設(shè)定溫度為貝氏體等溫區(qū)的等溫爐內(nèi)，完成等溫轉(zhuǎn)變；依據(jù)工件冷卻參數(shù)R值的大小，分別設(shè)定等溫處理溫度范圍如下較小尺寸工件R《10，選擇在上貝氏體區(qū)36(TC-38(TC等溫，較大尺寸工件樣R^10，選擇在下貝氏體區(qū)26(TC-28(rC等溫。5.如權(quán)利要求1或2所述球墨鑄鐵貝氏體化處理方法，其特征在于所說的確定控制冷卻所需冷卻水溫和冷卻時間的具體實施步驟如下(1)建立基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表a.基礎(chǔ)試樣尺寸設(shè)定為Odxd，按d的具體大小，制作一系列的基礎(chǔ)試樣；b.依據(jù)公式R=V/A，分別計算出各基礎(chǔ)試樣的冷卻參數(shù)R;c.通過實驗分別測定在各種不同的冷卻水溫下，達(dá)到預(yù)計控制冷卻工件表面溫度所需要的冷卻時間；d.以冷卻水溫為單位，將基礎(chǔ)試樣尺寸、冷卻參數(shù)R及與其對應(yīng)的冷卻時間列入表中，從而制得一系列基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表；(2)利用待處理工件的冷卻參數(shù)R及基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表，確定控制冷卻階段所需冷卻水溫和冷卻時間a.按公式R=V/S計算待處理工件的冷卻參數(shù)R;b.依據(jù)冷卻參數(shù)R的數(shù)值大小，確定所需要的冷卻水溫；c.在所需冷卻水溫的基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)表中，査找與待處理工件的冷卻參數(shù)R相同或相近的基礎(chǔ)試樣的冷卻時間，即為待處理工件所需的冷卻時間。6.如權(quán)利要求l所述球墨鑄鐵托氏體化處理方法，其特征在于，工件在等溫爐內(nèi)完成托氏體等溫轉(zhuǎn)變后，根據(jù)工件要求選擇高溫或中溫或低溫回火或不回火。全文摘要本發(fā)明為一種球墨鑄鐵貝氏體化處理方法，包括將球墨鑄鐵加熱至奧氏體區(qū)、用水作冷卻介質(zhì)控制冷卻、均溫調(diào)整、等溫處理和回火等處理步驟。在控制冷卻階段，依據(jù)冷卻參數(shù)R，確定控制冷卻工藝參數(shù)，在均溫階段，調(diào)整控制溫度，使工件在最接近等溫處理溫度的情況下進(jìn)入等溫處理，確保了工藝穩(wěn)定。獲得的以過冷托氏體為主的球墨鑄鐵，性能接近貝氏體球鐵，其缺口敏感性低于貝氏體球鐵且性能穩(wěn)定性較高。特別是用這種方法處理的工件，小尺寸部位的性能要高于大尺寸部位，為解決一些疑難處理的工件提供了幫助。文檔編號C21D5/00GK101220404SQ20071011580公開日2008年7月16日申請日期2007年12月20日優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日發(fā)明者劉科高,許愛民申請人:山東建筑大學(xué)材料科學(xué)研究所