[发明专利]球铁件整体一次加热深层强韧化复合热处理工艺

说明书

本发明属于铸铁的热处理工艺。

球墨铸铁件复合热处理的目的是既保证铸件整体有较高的综合机械性能，以提高铸件的疲劳寿命;又能使铸件的工作表面具有一定的淬硬层，以提高零件的耐磨性。

在现有的技术领域中，提高球铁件整体疲劳寿命及工作表面耐磨性的热处理工艺可分为两类：

一、先进行一次正火，经粗加工或精加工以后，再进行下述表面处理技术的一种处理技术。

1）中频或高频表面淬火，并经回火处理。

淬硬层的金相组织为回火马氏体和屈氏体，硬度为HRC42-50。因为马氏体组织的淬硬层比较脆，所以又不允许淬硬区扩展到过渡圆角处。

2）氮化这一技术效率低，氮化层薄。

3）表面滚压或喷丸强化。

以上这些技术虽可提高球铁件的疲劳强度，但所需设备多、工序复杂，并且铸件热处理质量的保证体系还没有完全解决。

二、经过粗加工的球铁件，整体高温加热后，再转入低温盐浴，进行等温淬火，淬火后的表面硬度为HRC38-48。

这一技术可使球铁件具有较高的疲劳强度和耐磨性。但盐浴等温处理，效率低、成本高、劳动环境差。而且，对零件需要加工的部位要附加保护措施，以避免转变成等温淬火的组织，这就使工序复杂化。

以上两类技术都继承了传统的热处理观念，即铸件整体加热，就实施整体处理;将铸件表面加热，就实施表面处理。

参考文献

·中华人民共和国机械工业部标准

曲轴技术条件    1986-08-01实施

·苏大任    提高球墨铸铁曲轴疲劳强度的研究

《现代铸铁》，1986，No.3，18-19.

为了弥补上述现有技术中所存在的问题和不足之处，本发明的任务是利用球墨铸铁件（必要时在粗加工以后）整体高温加热的条件，寻求经济而有效的控制冷却的方法，使零件需要表面淬火的部位实现深层强韧化;使仅需正火的部分实现细化珠光体的正火，即实现一次性复合热处理。

本发明的内容

1）将球墨铸铁件按常规正火加热规范加热到860-920℃，然后取出放在一个控冷装置上定位。

2）将可以控制冷却速度的喷水器对准需要表面淬火的部位，并用密合环来防止冷却水喷溅到不要求表面淬火的部位。

3）通过控制喷水器孔眼的大小和分布来控制冷却速度，以实现喷水器不断冷却表面层，同时，表面层又吸收内部高温区的热量，使内部降温。结果，使淬火部位的外表深层的奥氏体处在一个较低的相变温度范围，进行马氏体和贝氏体转变。使内部处在珠光体转变的温度范围。同时，铸件内部降温快的地方又吸收非淬火部位的热量，使非淬火部位一方面向空气中散热，另一方面向内部低温处散热，加快了冷却，实现了细化珠光体的正火。

4）喷水器孔眼总面积与淬火部位表面积之比根据铸件断面的大小及表面淬火面积的大小可在0.1∶100和0.04∶100之间选择。喷水时间为1至10分钟。然后，取下放在空气中自然冷却。

5）球墨铸铁件整体一次加热实现复合热处理后，淬硬层厚度为4-8毫米，淬硬层的组织，最外表层为自回火马氏体，往里为马氏体+贝氏体混合组织，再往里为贝氏体+珠光体，是一种强韧化的淬硬层。

这一技术可用于断面尺寸为40-120毫米的球铁件，及断面外廓尺寸为200毫米的空心球铁件。

本发明的效果是：

1）与中频或高频淬火相比，可省去中频或高频加热装置，省去了回火工序;改善了淬硬层质量，由强韧的马氏体-贝氏体取代了脆性大的马氏体。

2）与等温淬火相比，可省去低温盐浴等温工序，提高效率，节省能源及材料消耗，改善劳动条件。在一个零件上，可同时实现局部表面的深层强韧化和其余部分细化珠光体的正火，即一次性复合热处理。

本发明在提高球铁件质量、降低成本方面有显著的经济效益。

附图说明

图1、球铁曲轴

图2、主轴颈淬硬层

图3、淬硬层的小进刀量切屑

图4、淬硬层中沿断面的硬度分布

图5、表层自回火马氏体组织

图6、马氏体-贝氏体混合组织

图7、贝氏体-珠光体组织

图8、珠光体组织

实施例    单缸发动机球墨铸铁曲轴

深层强韧化复合热处理工艺

1）在箱式炉中整体加热到920℃，即出炉放在控冷装置上定位。此时，活动的上半喷水器处于张开位置。

2）将喷水器合扰，通水。使主轴颈和连杆轴颈表面接受喷水冷却，其余部分均在空气中冷却。