[发明专利]一种球墨铸铁轴件的水冷热处理方法

说明书

技术领域

本发明属金属材料领域，涉及球墨铸铁等温处理工艺，具体地说是一种球墨铸铁轴件的水冷热处理方法。

背景技术

球墨铸铁自上世纪40年代被发现以来,其应用不断扩大,至今已成为重要的工程材料之一,近年来全世界球墨铸铁的产量已占全世界灰铸铁产量的1/3,由于机械行业的迅速发展,特别是近年来汽车行业及工程机械的发展,使这个比例继续在增加,进一步提高球墨铸铁性能和优化生产工艺可以提高产品质量和降低成本，对于降低资源消耗和保护环境都具有重要意义,也有利于经济和社会协调地可持续发展。球墨铸铁基体贝氏体化后可以得到贝氏体球墨铸铁，这是优化其综合力学性能的重要途径，也使其物理性能如耐热和抗腐蚀性能大有提高，于是可以更广泛地应用到以铁代钢和以铁代铝的方面，而且本项目采用环保型新工艺，因此可以产生巨大的经济和社会效益。

20世纪70年代末期,中、美和芬兰等国几乎是同时地宣布,各自都研究开发了等温贝氏体球墨铸铁,并用于汽车曲线齿锥齿轮,根据其组织这种铸铁又称为奥氏体-贝氏体球墨铸铁,简称为奥-贝球铁,这种材质具有强度、塑性和韧度都很高的优良综合力学性能,它显著好于珠光体-铁素体球墨铸铁,也好于调质处理的球墨铸铁,例,其抗拉强度可达1000MPa,伸长率可达10%,尤其是这种铸铁具有高疲劳强度和耐磨性,因此等温淬火贝氏体球墨铸铁的出现被誉为近几十年来铸铁冶金方面的重大成就之一。1978年以来工业界已知,在伸长率相同的情况下,贝氏体球墨铸铁的抗拉强度是普通球墨铸铁的2倍,并保留了良好的伸长率和冲击韧度;其弯曲疲劳强度与合金锻钢相当;其冲击韧度是普通球墨铸铁的数倍;有关研究表明等温淬火贝氏体球墨铸铁的力学性能已达到钢的水平,但其生产成本却要比钢的低得多。球墨铸铁不仅力学性能优良,而且还具有优良的化学性能和物理性能,在耐热及抗腐蚀方面都有良好的表现。因此等温淬火贝氏体球墨铸铁一经问世就受到了广泛的关注,特别是材料工程界、汽车制造及相关设计人员进行了大量研究和开发。从1984-1991年连续三届国际等温淬火贝氏体球墨铸铁学术会议充分肯定了这种材质的优异性能和潜在工程价值。我国铸造工作者也给予了高度重视,先后召开了专题学术会议,进行交流讨论等温淬火贝氏体球墨铸铁的研究成果与生产经验。近年来贝氏体型球墨铸铁在磨球和受力结构零件如齿轮等的应用同样受到了较多的关注，国内对贝氏体型球墨铸铁的研究和应用主要侧重于磨球材料。但在受力结构零件方面，我国在70年代取得了突破性的进展，较早地将贝氏体球墨铸铁应用于汽车后桥曲线齿锥齿轮，其使用寿命已超过15万公里，而成本仅是钢的50%，生产周期大约可缩短一半。奥-贝球铁能够代替锻钢作为齿轮材料有很多优越性，如原材料成本下降、良好的加工性、缩短和减少了热处理环节及其变形、石墨具有减振自润滑优点等。贝氏体球墨铸铁还有更多成功应用的实例，如曲轴、轧辊、矿山车轮、火车车轮以及其它耐磨零件等，有关资料报道用奥贝球铁制造的柴油内燃机的刹车片，估计使用寿命可达4000小时，而原来用GRS26合金刹车片的平均寿命只有180h。并且现已发现奥贝球铁的应用了除以铁代钢外，以铁代铝的前景也十分阔，它的强度比优质铸铝或锻铝件的高3倍，但重量只增2.6倍。然而目前我国用奥贝球铁生产齿轮类、轴类零件等方面应用较少，据了解大型柴油机曲轴用35CrMo制作，其成本高达6～7万元人民币左右，而如能用贝氏体球墨铸铁生产，其生产成本只有1～2万元人民币，并且节约能源60%以上，可见其经济和社会效益巨大。

但贝氏体球墨铸铁的现有生产工艺是主要依赖于等温淬火处理或者高合金化实现连续冷却等手段得到。虽然等温淬火处理工艺具有突出特点，例如：(1)转变过程容易控制;(2)避免了从奥氏体温度迅速冷却到室温时可能产生的应力、畸变和脆裂现象，因而可以很好地控制等温淬火贝氏体球墨铸铁中的组织相对比例,从而可调控材料的使用性能。然而,等温淬火贝氏体球墨铸铁在开发过程中，出现的困难主要有,一是,由于盐浴冷却能力低,当铸件壁厚大于10mm进行等温淬火处理时,须加入贵重合金元素(如Ni,Cu,Mo)提高淬透性,进行调控其组织转变,以确保顺利地进行淬火；二是需要等温盐浴处理,导致生产成本增加和污染环境,并且受盐浴设备特点限制而不能实现大批量生产和流水线作业。