專利名稱：低合金球墨鑄鐵及其鑄件的熱處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于黑色金屬材料及其鑄件熱處理工藝，特別是鋼鐵材料及其鑄件熱處理工藝。
中華人民共和國國家標準局，一九八八年頒布的國家標準《球墨鑄鐵件》(GB1348-88)規(guī)定單鑄試塊的機械性能如下表
從上述表中可看出，應用于結(jié)構(gòu)件的球墨鑄鐵，其抗拉強度σb＝400～900N/mm2;延伸率δ＝2～18%;布氏硬度HB＝130-360，抗拉強度越高，相應的延伸率及沖擊韌性越低，表中所列牌號球墨鑄鐵，不能同時具備高強度、高韌性和高塑性。另外，根據(jù)最近研究結(jié)果的可知某些抗磨零件的壽命，不僅取決于材料的硬度，還取決于材料的韌性。因而當材料具有較高硬度的同時并且具有一定的韌性時，材料可具有較高的耐磨性，在實際應用中常用耐磨材料有耐磨鑄鐵和高錳鋼兩類，耐磨鑄鐵中有普通白口鑄鐵，鉻-鉬-銅馬氏體白口鑄鐵。其硬度很高，但韌性極差，屬于脆性材料。此外還有中錳球鐵、高鉻白口鑄鐵，其硬度較高但韌性仍較低，沖擊韌性值通常低于9J/cm2(無缺口試樣)。高鉻白口鑄鐵還需要用大量的鉻鐵，其成本約為普通耐磨鑄鐵的兩倍以上，這些不足使其應用受到了一定的限制。高錳鋼的韌性很高(aK＝150～260 J/cm2)。原始硬度很低(HB＝180～230)。當這種材料受到強烈沖擊時，則產(chǎn)生加工硬化，其硬度HV＝460-580，硬度升高的幅度與受沖擊產(chǎn)生加工硬化的程度有關。在某些使用條件下，加工硬化的程度不大時，其耐磨性并不理想。例如采用高錳鋼鑄造，φ800×600錘擊式破碎機的錘頭(5.5公斤)其耐磨性能就不理想，此外高錳鋼還需在1050℃-1100℃保溫4小時的高溫條件下進行水韌處理。綜上所述，一九八八年頒布的國家標準中的球墨鑄鐵不能同時具有高強度、高韌性和高塑性;現(xiàn)有耐磨鑄鐵韌性偏低;高錳鋼在受沖擊不嚴重的情況下不能同時具有高硬度和高韌性，形成高耐磨性，因而發(fā)明一種強度、韌性、塑性、耐磨性等綜合性能良好的新型球墨鑄鐵是必要的。
本發(fā)明的目的在于提供一種應用于結(jié)構(gòu)件中具有高強度、高韌性和高塑性的球墨鑄鐵，應用于耐磨件中具高硬度和高韌性，高耐磨的球墨鑄鐵及其鑄鐵件的熱處理工藝。
本發(fā)明是由下列措施實現(xiàn)的根據(jù)金屬學的組織決定性能的原理，欲達到上述發(fā)明的目的，關鍵是改變鑄鐵基體的相組成及其相對含量。當保證基體組織中存在足夠數(shù)量的奧氏體時，因為奧氏體具有良好塑性和韌性以及加工硬化能力，可以提高鑄鐵的韌性塑性和耐磨性，當基體中存在大量貝氏體針狀組織時，則可以使鑄鐵具有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性，鑄鐵基體中的相組成與其相對含量與鑄鐵的化學成分和制造工藝有關。故本發(fā)明通過化學成分的設計和控制以及采用特殊制造工藝獲得由奧氏體、貝氏體、少量馬氏體和碳化物組成的基體。本發(fā)明是一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，其成分和含量(質(zhì)量%)如下C(碳)為3.2-3.8，Si(硅)為2.3-2.8，Mn(錳)為0.1-0.5，P(磷)為0.01-0.04，S(硫)為0.01-0.04，Mo(鉬)為0.2-0.6，Cu(銅)為0.5-1.5，Ti(鈦)為0.1-0.2，V(釩)為0.2-0.3，Cr(鉻)為0.4-0.8，F(xiàn)e(鐵)為余量或平衡量。比較好的方案是成分和含量(質(zhì)量%)如下C為3.4-3.8，Si為2.4-2.8，Mn為0.1-0.3，P為0.01-0.03，S為0.01-0.03，其余成分的含量同前。最好的方案是成分和含量(質(zhì)量%)如下C為3.6-3.8，Si為2.5-2.8，Mn為0.1-0.2，P為0.01-0.02，S為0.01-0.02，其余成分的含量同前。
利用本發(fā)明的低合金球墨鑄鐵鑄成的鑄件，其熱處理工藝包括奧氏體化處理和等溫處理兩個處理過程，奧氏體化處理的加熱處理溫度為840-920℃，保溫時間為40-90分鐘，等溫處理的等溫溫度為260-380℃，等溫時間為40-90分鐘。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有如下特點(1)綜合性能指標超過中華人民共和國一九八八年頒布的國家標準(GB1348-88)規(guī)定的指標用于結(jié)構(gòu)件時σb＝1000N/mm2δ＝3-5% ak＝40-50J/cm2(無缺口試樣)σb＝850N/mm2δ＝5-7% ak＝50-60J/cm2(無缺口試樣)σb＝750N/mm2δ≥10% ak＝60-70J/cm2(無缺口試樣)(2)耐磨性、經(jīng)濟性較高應用于磨件時，硬度HRC＝48-52，ak＝20-30J/cm2(無缺口試樣)。用本發(fā)明的球墨鑄鐵制成的φ800×600錘擊式破碎機錘頭(5.5公斤)，耐磨性和經(jīng)濟性均優(yōu)于高錳鋼和中錳球鐵，其比較如下表
注破碎石料均為廣東荷塘石灰石(3)采用本發(fā)明的低合金球墨鑄鐵代替45號鋼制造新一代25.5米火車客車車廂的緩沖套，使用壽命從兩個段修期(三年)提高到一個廠修期(七年半)。本發(fā)明的低合金球墨鑄鐵和45號鋼制造的緩沖套成本相近，約60元/只，但使用壽命提高了2.5倍，全國現(xiàn)有客車2.5萬輛，每年需要3.4萬只緩沖套，若采用本發(fā)明的低合金球墨鑄鐵，預計每年可少消耗2萬只，節(jié)省資金120萬元。
(4)本發(fā)明熱處理工藝簡單，操作方便。
現(xiàn)對本發(fā)明做進一步描述實施例一一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，它的組成成分包括有C(碳)、Si(硅)、Mn(錳)、P(磷)、S(硫)、Mo(鉬)、Cu(銅)、Ti(鈦)、V(釩)、Cr(鉻)和Fe(鐵)，每一種成分的含有質(zhì)量(%)，C為3.2、Si為2.8、Mn為0.3、S為0.04、P為0.04、Mo為0.2、Cu為0.5、Ti為0.1、V為0.2、Cr為0.4、Fe為余量或平衡量。
實施例二一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，它的組成成分包括有碳、硅、錳、磷、硫、鉬、銅、鈦、釩、鉻和鐵，每一種成分的含有質(zhì)量(%)碳為3.6、硅為2.5、錳為0.3、磷為0.03、硫為0.03、鉬為0.2、銅為0.5、鈦為0.15、釩為0.25、鉻為0.45、鐵為余量或平衡量。
實施例三一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，它的組成成分包括有碳、硅、錳、磷、硫、鉬、銅、鈦、釩、鉻和鐵，每一種成分的含有量(%)，碳為3.4，硅為2.6、錳為0.2、磷為0.03、硫為0.03、鉬為0.3、銅為0.8、鈦為0.15、釩為0.2、鉻為0.5，鐵為余量或平衡量。
實施例四一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，它的組成成分包括有碳、硅、錳、磷、硫、鉬、銅、鈦、釩、鉻和鐵，每一種成分的含有質(zhì)量(%);碳為3.8、硅為2.6、錳為0.1、P為0.02、硫為0.02、鉬為0.6、銅為1.5、鈦為0.2、釩為0.3、鉻為0.8、鐵為余量或平衡量。
利用本發(fā)明的低合金球墨鑄鐵而鑄成的鑄件的熱處理工藝，它包括奧氏體化處理、使用的設備是通用的鹽浴爐或箱電爐，其加熱的溫度為840-920℃，保溫時間為40-90℃分鐘;等溫處理，采用的設備是通用的鹽槽，等溫溫度為260-380℃，等溫時間為40-90分鐘。對不同鑄件進行熱處理時，根據(jù)對性能要求和鑄件尺寸、結(jié)構(gòu)的不同，確定加熱溫度和保溫時間。對于φ800×600的錘擊式破碎機錘頭(5.5公斤)鑄件的化學成分及其熱處理工藝化學成分質(zhì)量(%)C為3.6-3.8、Si為2.6-2.8，Mn為0.2-0.3、P為0.02-0.03、S為0.02-0.03、Mo為0.5-0.6、Cu為1.2-1.5、Ti為0.1-0.15、V為0.2-0.3、Cr為0.4-0.5、Fe為余量或平衡量。熱處理工藝奧氏體化進理，使用的設備是通用的鹽浴爐或箱式電爐，其加熱溫度為880°-900℃，保溫時間60分鐘;等溫處理，采用的設備是通用的鹽槽，等溫處理的等溫溫度為270°-290℃，等溫時間為60分鐘，所達到的性能為硬度HRC＝48-52，ak＝30J/cm2(無缺口試樣)。
權(quán)利要求
1.一種強度、韌性、硬度綜合性能得到改善的低合金球墨鑄鐵，其特征在于含有質(zhì)量(%)C(碳)3.2-3.8，Si(硅)2.3-2.8，Mn(錳)0.1-0.5，P(磷)0.01-0.04，S(硫)0.01-0.04，Mo(鉬)0.2-0.6，Cu(銅)0.5-1.5，Ti(鈦)0.1-0.2，V(釩)0.2-0.3，Gr(鉻)0.4-0.8，F(xiàn)e(鐵)為平衡量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金球墨鑄鐵，其特征在于含有質(zhì)量(%)C為3.4-3.8，Si為2.4-2.8，Mn為0.1-0.4，P為0.01-0.03，S為0.01-0.03。Mo(鉬)0.2-0.6，Cu(銅)0.5-1.5，Ti(鈦)0.1-0.2，V(釩)0.2-0.3，Gr(鉻)0.4-0.8，F(xiàn)e(鐵)為平衡量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低合金球墨鑄鐵，其特征在于含有質(zhì)量(%)C為3.6-3.8，Si為2.5-2.8Mn為0.1-0.2，P為0.01-0.02，S為0.01-0.02。Mo(鉬)0.2-0.6，Cu(銅)0.5-1.5，Ti(鈦)0.1-0.2，V(釩)0.2-0.3，Gr(鉻)0.4-0.8，F(xiàn)e(鐵)為平衡量。
4.利用權(quán)利要求1所述的低合金球墨鑄鐵而鑄成的鑄件的熱處理工藝，它包括奧氏體化處理和等溫處理，其特征在于奧氏體化處理的加熱溫度為840-920℃，保溫時間為80-90分鐘，等溫處理等溫溫度為260-380℃，等溫時間為40-90分鐘。
全文摘要
本發(fā)明是一種強度、韌性、塑性、耐磨性能得到改善的低合金球墨鑄鐵及其鑄件的熱處理工藝。它克服了已有牌號球墨鑄鐵不能同時具有較高強度、韌性、耐磨性的不足。其化學成分包括總量為1.4—3.4％的Mo、Cu、Ti、V和Cr合金元素。其特點為性能超過國家標準(GB1348-88)；耐磨性高；成本低；工藝簡單可行。它可廣泛應用于制造曲軸、齒輪、火車軸箱、剎車片、錘頭、襯板、磨球、鏵犁等。
文檔編號C22C37/04GK1088997SQ9211505
公開日1994年7月6日 申請日期1992年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月30日
發(fā)明者劉光華, 張永秀, 王建平 申請人:華東工學院