[发明专利]贝氏体-马氏体汽车齿轮球墨铸铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车齿轮球墨铸铁的制备方法。

背景技术

等温淬火球墨铸铁是近年来国内外一直关注和深入研究的一种应用面越来越广的新型材料。它具有优异的力学性能，如高的韧性、抗拉强度、断裂韧性和疲劳强度，以及优于钢的耐磨性和减震降噪性能等。在市场经济竞争激烈的环境下，高性能、低成本的材料正是人们最求的目标，而等温淬火球墨铸铁就是这种材料之一。近年来在汽车领域，等温淬火球墨铸铁被用来替代锻钢或铸钢生产汽车零部件，可减重10~30%，降低成本15~30%，并可从源头上降低汽车噪音，减轻废气排放，提高驱动比。

然而等温淬火球墨铸铁即基体组织为贝氏体的球墨铸铁，难以同时获得高强度、高硬度和高的韧性和塑性。对于要求高强度、高韧性并兼具高耐磨性的应用场合就不能满足，比如汽车发动机的硬质齿轮，要求表面硬度大于55HRC，同时心部的基体也要有很高的韧性和强度。国内汽车发动机齿轮的材质多为20CrMnTi，其制备工艺复杂、成本高，近年来人们逐渐发现其有一个最大的缺点，就是该钢的基体组织中常有大颗粒多棱角的TiN存在，其在正常的热处理条件下难以溶于奥氏体中，而成为疲劳裂纹来源，危害和后果相当严重。

发明内容

本发明是为解决现有的汽车发动机齿轮材料20CrMnTi，其制备工艺复杂、成本高，且易产生疲劳裂纹的技术问题，而提供一种贝氏体-马氏体汽车齿轮球墨铸铁的制备方法。

本发明的贝氏体-马氏体汽车齿轮球墨铸铁的制备方法按以下步骤进行：

一、熔炼铁液：先按质量份数称取60~65份Q10生铁、25~30份球铁回炉料和10~15份废钢，然后按镍板的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢总质量之比为（1.5~2.0）：100，按电解铜的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢总质量之比为（0.6~1.0）：100，按钼铁的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢总质量之比为（0.3~0.6）：100，称取镍板、电解铜和钼铁，然后将称取的Q10生铁、球铁回炉料、废钢、镍板、电解铜和钼铁加入到中频炉中，升温至温度为1500~1550℃，静置2~4min，出炉，得到铁液；

二、球化及孕育处理：首先按球化剂的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢的总质量之比为（1.5~1.7）：100，再按硅铁孕育剂的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢的总质量之比为（0.7~0.9）：100、硅钡孕育剂的质量与Q10生铁、球铁回炉料和废钢的总质量之比为（0.08~0.15）：100，称取球化剂、硅铁孕育剂和硅钡孕育剂，然后将称取的球化剂放于浇注包的堤坝一侧，将称取的硅钡孕育剂均匀覆盖在球化剂上，在温度为1420~1450℃的条件下，保温0.4~0.6min完成球化及孕育，再将步骤一的铁液在浇注温度为1340~1390℃的条件下，进行浇注，浇注过程中随流加入称取的硅钡孕育剂，得到铸态球墨铸铁；

三、等温淬火：将步骤二得到的铸态球墨铸铁装入热处理炉中，将炉温升温至温度为870~900℃，保温1.5~2h，然后在5s内将其移入温度为330~350℃的硝酸钾和硝酸钠的混合盐浴中，保温1~1.5h，再取出放入清水中漂洗去盐渍，得到基体组织为上贝氏体的球墨铸铁；

四、高频表面淬火：将步骤三获得的基体组织为上贝氏体的球墨铸铁，以升温速率为190~210℃/s，升温至温度为870~900℃，然后取出空冷，再以升温速率为190~210℃/s，加热至温度为870~900℃，然后在5s内将其转移至质量浓度为4%~6%的NaCl溶液中进行淬火，最后用清水洗净，得到表面组织为马氏体、内部组织为上贝氏体的的球墨铸铁；

五、回火热处理：将步骤四得到的表面组织为马氏体、内部组织为上贝氏体的的球墨铸铁放入箱式炉中，升温至180~220℃，保温1.5~2h，然后炉冷至室温，得到贝氏体-马氏体汽车齿轮球墨铸铁。

本发明的有益效果