[其他]黑色金属热处理的改进方法

说明书

本发明涉及铸铁或钢热处理的方法，更具体地讲，它涉及一种产生贝氏体结构和改进机械和物理特性的改进了的处理方法。

众所周知，铸铁或钢可以从高温状态奥氏体结构，以抑制正常珠光体的形成而代之以奥氏体和马氏体冷却速率冷却下来。奥氏体和马氏体在低温时，如室温下，是稳定的。我们也知道，如铸铁或钢在一选定的介于较高的奥氏化温度与室温之间的温度下维持一段时间，又若珠光体光被抑制，则代之以形成贝氏体结构。这种贝氏体可容纳不等量的珠光体，奥氏体或马氏体，这取决于确切的经常发生的冷却条件和铸铁或钢的确切的成份。

这种由热处理产生的贝氏体的过程称为奥氏体回火。常规的工序包括将铸铁或钢加热到超过1300°F使它变成奥氏体结构。该温度称为奥氏化温度。完全出于实用的目的，该奥氏化温度保持在1900°F的最高值，对每一英寸铸件时间通常为1小时加30分钟，该时间某种程度也取决于炉子负荷下铸铁的总质量和加入炉内的热量。然后铸铁或钢被快速冷却到固定不变的温度，即称为奥氏化温度，通常在400°F到800°F之间。在该温度下维持1至4小时，它取决于铸件的质量和成份。然后铸铁或钢再冷却到室温。

奥氏体回火通常在热盐或热油或液态介质槽内进行使它可维持在奥氏体回火温度。铸铁或铸钢型材在奥氏体化温度下从炉内取出放入奥氏体回火槽内淬火。这类处理涉及到两个炉子系统和铸铁和钢热型材，诸如锻件或铸件，的转移。此外，在冷却到室温后，铸件或锻件必须清洗以去除残余盐类或所用的淬火介质的痕迹。由于盐浴很贵，通常对常规状态下作奥氏体回火的铸件或型材的尺寸有所限制。

我们已发现了一种方法，用它可使要求在铸铁或钢中产生马氏体结构的热处理在一只炉子中进行而且不需浸入流体淬火介质或盐槽。

我们的方明是基于这个发明，即可用细微的水或气体介质如液氮或二氧化碳的射流直接射至处于炉子内的铸件或锻件，使这些铸件或锻件冷却下来，而炉子自身也可冷却到奥氏体回火温度。这就避免了将铸件或锻件转移到第二个炉子中进行奥氏体回火的必要性。

于是，本发明的目的之一是降低奥氏体回火过程的成本。

另一个目的是提供仅用一只炉子完成奥氏体回火过程的装置。

还有一个目的是要经济地使大型的铸件或锻件能进行奥氏体回火。

另外的目的从此文件提出的专利权要求以及从本发明的一个优先的实施例的描述并与附图一起将会很清楚地了解，这些附图是：

图1是本发明优先采用的过程的示意图。

图2是描绘以前用的过程和本发明改进后的过程中典型的时间与温度的冷却曲线。和

图3是球墨铸铁块采用本发明的过程冷却后的显微照相。

用空气中含饱和水蒸气或冷气体循环来冷却炉子和铸件负荷由复杂的传热规律所支配，它涉及水的比热，蒸发潜热和用于循环的空气或气体的比热。我们乐意用水和蒸气，因其在冷却过程中能提供要求抑制形成珠光体的快速而便宜的冷却。

对于那些熟知这方面技术的人，立刻会明白，炉子本身从奥氏化温度冷却到奥氏体回火温度是一个很大的问题，它涉及到由炉子耐火材料所包含的热。常规的用于炉内衬垫的耐火材料，由于有巨大的热容量以及由于要求急速冷却引起碎裂而会出现问题。

由于这个原因，我们更爱用以耐火纤维作衬垫的炉子，这种材料重量轻，具有绝热性並能够在温度快速变化下不致损坏。

在本发明过程的优先实施例中，炉子上升到置于铸件之上或向后倾斜以将铸件暴露出来。这样可更容易地冷却炉子和冷却铸件。一旦炉子和铸件已达到所要求的奥氏体回火温度，炉子就下降或倾翻回来罩在铸件上面，然后炉子的温度在所希望的时间间隔内维持在奥氏体回火温度水平。

以这种方式整个奥氏体回火过程可以不必移动铸件或需要第二个炉子。

图1是本发明优先采用方法的示意图。位置（A）表示炉子包含了放在炉子底板上的铸件並与炉子一并处于奥氏化状态。位置（B）表示了炉子朝后倾以实现冷却並处于淬火状态。位置（c）表示炉子回到原来的位置在铸件之上，铸件处于奥氏体回火状态。

图2示出了一典型的给定的铸件的温度-时间冷却曲线，此例中是一直径为3英寸的铁块，浸入一盐浴並接着置于其中以产生贝氏体。还示出了一条曲线表明当在炉子中用水对铸件处理，铸件和炉子的空气循环冷却到奥氏体回火温度时的冷却速率。我们发现，对于用水量和循环空气量的控制可使铸件中的冷却速率在相对宽的冷却范围内变化。