[发明专利]低合金贝氏体球墨铸铁油淬带温等温回火热处理工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料，特别是球墨铸铁，更具体是低合金贝氏体球墨铸铁。

背景技术：

低合金贝氏体球墨铸铁具有较高的强度、硬度和韧性，具有良好的铸造性能，被誉为近40年来铸铁冶金方面的重大成就之一。目前，获得贝氏体球墨铸铁的热处理方法，主要有传统的盐浴等温冷却和用有水介质冷却方式控制等温淬火(CN200510044091.X)。魏德强《贝氏体球墨铸铁磨球材料的研制与生产》(湘潭科技大学学报2005.Vol.27No.1：94-97)，公开了利用铸造余热分步等温淬火(油淬)的热处理工艺生产低合金(Mo、M_n、C_u、C_r)球墨铸铁磨球材料的方法，采用900～950℃热开箱快速冷却(油淬)到M_s点稍下，避开了上贝氏体形成区，然后在M_s点稍上放入等温炉中进行下贝氏体等温转变，待下贝氏体转变结束后，最后出炉空冷。获得基体组织为下贝氏体加少量马氏体、残余奥氏体和碳化物的球墨铸铁，生产的贝氏体球墨铸铁磨球综合性能优于其它工艺方法，且下贝氏体组织均匀细小，球化率1～2级，球墨大小7～8级，冲击值大于14J/cm²，硬度52～59HRC。该方法在等温淬火步骤采取的是放入等温炉中进行下贝氏体等温转变。由于等温淬火时的等温温度是分步等温淬火工艺的主要因素，对球墨铸铁材料各种性能的影响非常大，所以如果等温温度不能严格地控制，就势必影响球墨铸铁的主要性能。在运用等温炉进行等温回火时，首先需要将等温炉升到要求的温度(如230～240℃)，然后将在油中淬火至表面温度为180～220℃的磨球取出，并快速放入等温炉中保温1～1.5h即可。然而实际上，由于磨球是在930～950℃放入油中淬火的，虽然表面温度降为200℃左右，但磨球内部的温度却高于表面温度，磨球由于温度梯度的存在，内部热量在等温炉中等温保温的过程中，不断通过表面向外释放，从而使等温炉的温度在保温的前一段时间内不断升高，整个保温过程实际上变成了先升温后等温两个过程。等温炉不能有效地控制保温温度，影响了球墨铸铁的组织结构和材料性能，组织中残余奥氏体增多，甚至出现珠光体类转变，因而在零件尺寸较大时，淬透层深度达不到要求，使得材料内部强度、硬度、韧性均有会有明显的降低。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新的低合金贝氏体球墨铸铁油淬带温等温回火热处理工艺，能有效地严格控制保温温度，实现真正的等温保温，确保球墨铸铁所要求的金相组织和优异材料性能。

为此，本发明的方法中，将含有下述步骤：

①将球墨铸铁工件加热到880～960℃进行奥氏体化；

②球墨铸铁工件在机械油中淬火；

③待球墨铸铁工件表面温度为150～230℃时取出；

④球墨铸铁工件带温，快速埋砂等温回火6～8h；或埋砂保温回火1～3h，然后取出空冷。

在上述的步骤①中，是将球墨铸铁加热到880～960℃，或利用铸造余热在900～960℃从铸型中取出。

淬火用的机械油为普通20号机械油，即可保证性能，又不增加成本。

在油中淬火至球墨铸铁的表面温度到一定温度时就需将球墨铸铁从油中取出，这个温度值称为出油温度。为了确保奥氏体向下贝氏体的等温转变，出油温度最好为180～220℃。

球墨铸铁出油后需快速埋入砂中进行保温，以实现等温转变，因此从出油到埋入砂中的时间间隔以小于180s为好。这个时间和工件的尺寸大小有关，是个不确定的参数，工件的有效厚度越小，时间可以缩短，对10×10×110mm的冲击试样，要求小于60秒为好。

本发明中，并不是直接将球墨铸铁埋入冷砂中，而是要先将球墨铸铁放入保温包或放入地坑中。保温包内层为耐火砖，外层为金属，砖和外层钢板之间有耐火粉体材料。要使保温包很好地起到保温作用，保温包内层耐火砖厚度不宜太薄，当然也不能太厚，否则会影响热量的传递，最好是8～16mm。砖和外层钢板之间有8～15mm厚的耐火粉体材料。地坑用耐火砖砌坑壁和坑底，耐火砖层厚度8～16mm。

埋砂用的砂是普通铸造型砂。本发明最关键的步骤是埋砂保温，它决定着球墨铸铁的最终组织结构。埋砂的方法具体包括：

①在地上挖坑，用耐火砖砌坑壁和坑底，耐火砖层厚度8～16mm；或者制作保温包：内层为耐火砖，外层为金属，中间夹层为耐火砖粉体材料，耐火砖层厚度8～16mm，砖和外层钢板之间有8～15mm厚的耐火粉体材料。

②然后在底部铺10～20mm厚的底砂；

③装有铸铁件的金属框置于底砂上；