[发明专利]奥铁体球墨铸铁的一种热处理工艺

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种材料加工领域中的热处理工艺，具体地说，是涉及奥铁体球墨铸铁的一种热处理工艺。

二、背景技术

奥铁体球墨铸铁是球墨铸铁经过特定的等温淬火工艺得到的，具有独特的奥氏体—铁素体基体(称为奥铁体)，即在奥氏体基底上分布着针状铁素体，如图1所示。奥铁体球墨铸铁的综合性能十分优越，其抗拉强度是普通球墨铸铁的2倍；通过基体的加工硬化，具有耐磨性和韧性的较好结合，耐磨性优于任何硬度水平的钢；比钢轻10％。在成本方面，比钢节约能量，比钢易加工。由于它是一种为产品提供优良性能而降低成本的材料，其应用广泛。在许多应用中，奥铁体球墨铸铁超过锻钢件、焊接件、渗碳钢件和铝件。

奥铁体不同于国内通常提到的贝氏体和奥氏体—贝氏体基体，奥铁体中不允许有析出碳化物，而贝氏体中有析出碳化物。基体中有贝氏体的等温淬火球墨铸铁，其强度、韧性等都不如奥铁体球墨铸铁。国内常用的贝氏体球墨铸铁、奥—贝球墨铸铁就是基体中有贝氏体的等温淬火球墨铸铁。但是，目前还有不少人经常把它们与奥铁体球墨铸铁混为一谈，究其原因是这3种球墨铸铁都是经过等温淬火得到的。事实上，它们之间是有区别的。

在球墨铸铁等温淬火过程中，过冷奥氏体等温转变可分为两个阶段：第一阶段，过冷奥氏体分解为针状铁素体和残余奥氏体；第二阶段，残余奥氏体继续分解为铁素体和碳化物。在第一阶段，得到“针状铁素体+残余奥氏体+石墨”组织，基体即为奥铁体，得到奥铁体球墨铸铁。在第一阶段结束后，如果等温淬火时间进一步延长，进入第二阶段，残余奥氏体开始分解为铁素体和碳化物，即向贝氏体转变，得到贝氏体球墨铸铁或奥氏体-贝氏体球墨铸铁。

目前，国内一般的等温淬火工艺使球墨铸铁得到贝氏体或奥氏体+贝氏体基体，忽略了贝氏体中的析出碳化物对工件材料性能的不利影响，其性能一般达不到到等级的等温淬火球墨铸铁的标准；也有采用分级等温淬火工艺，虽然提高了球墨铸铁的性能，但其目的并不是得到奥铁体基体，性能的提高也是有限的。近年来，一些学者逐渐注意到了奥铁体球墨铸铁的优点，并发表一些文章对它进行了介绍。

三、发明内容

球墨铸铁要得到奥铁体基体和优越的综合性能，就必须保证过冷奥氏体只进行第一阶段等温转变，不发生第二阶段等温转变。所以，最佳的等温淬火时间即是过冷奥氏体第一阶段等温转变刚刚结束而第二阶段等温转变尚未开始的时间。但是，球墨铸铁件在等温炉中保持的过程中，表层较快地冷却到等温温度，而芯部较慢地冷却到等温温度。因此，铸件，尤其是较大铸件，在等温温度保持后，表层可能因在等温温度保持的时间较长，过冷奥氏体发生第二阶段等温转变而形成含有析出碳化物的贝氏体，芯部却因为冷却速度低，过冷奥氏体在等温转变前发生珠光体转变，结果，铸件性能不能满足要求。提高或降低等温温度都不能解决问题。

本发明提出得到奥铁体基体的球墨铸铁的一种新的热处理工艺。该工艺的加热保温过程与一般的球墨铸铁等温淬火工艺相同，而冷却过程多了一个防止表层过冷奥氏体向贝氏体转变、芯部过冷奥氏体向珠光体转变的预冷阶段。该工艺对工件进行冷却的过程为：工件在奥氏体化温度保持之后、进入等温炉中保温之前，快速放入室温冷却介质中进行一次短时间急冷，然后工件快速放入等温介质中保温，在过冷奥氏体开始进行第二阶段等温转变即向贝氏体转变前出炉空冷。预冷工艺参数设计的基本原则是工件预冷时被室温冷却介质带走的热量必须大于或等于工件整体从奥氏体化温度冷却到等温温度并完成过冷奥氏体第一阶段等温转变所需要被带走的热量减去工件预冷后在等温炉中发生过冷奥氏体第一阶段等温转变过程中能够被等温冷却介质带走的热量。室温冷却介质在550～650℃的冷却能力不小于水。工件在室温冷却介质中保持时间为1～8分钟，并与工件特点和使用要求有关。工件散热能力越强，保持时间越短；工件壁厚较大，保持时间较长；工件需要较高的表层硬度，保持时间较长。