[發明專利]一種球墨鑄鐵的強化工藝及其制成品

有效

• 申請號: 201010153280.1
• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN101851735A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 高亮慶;朱蘊策;汪維新
• 申請（專利權）人: 東風汽車有限公司
• 主分類號: C23C8/32
• 分類號: C23C8/32;C23C8/02;C21D9/00
• 代理公司: 武漢荊楚聯合知識產權代理有限公司 42215
• 代理人: 王健

技術領域

本發明涉及一種球墨鑄鐵的熱處理工藝，尤其涉及一種球墨鑄鐵的強化工藝及其制成品，具體應用于制作發動機的球墨鑄鐵搖臂、挺桿等零件。

背景技術

球墨鑄鐵零件的表面強化工藝一般只包括形成局部冷激層、表面淬火、滲氮、氮碳共滲、表面滾壓強化以及這些工藝的復合，如冷激層淬火，球墨鑄鐵曲軸氮碳共滲后圓角滾壓強化等等，并不包括碳氮共滲工藝，因為將碳氮共滲工藝應用于球墨鑄鐵零件常常被認為是畫蛇添足——傳統認識認為：球墨鑄鐵零件不滲碳或碳氮共滲，也有足夠的淬硬性，單純的表面淬火，足以提高其耐磨性。但在某些領域，如發動機搖臂、挺桿、氣閥軛和噴油器壓板等同時需要抗擦傷性、耐磨性、接觸疲勞強度的小型復雜結構件上，不經過碳氮共滲工藝處理，而直接淬火處理的球墨鑄鐵零件由于表面無化合物層，晶粒粗大，其抗擦傷性、耐磨性并不能滿足使用要求；滲氮或氮碳共滲球墨鑄鐵零件的表面雖有化合物層，但其次表層硬度低，抗接觸疲勞強度也不能滿足要求；局部冷激球墨鑄鐵零件的冷激層機加工性能較差，往往給發動機搖臂、氣閥軛等小型負責零件的機加工造成困難。相比而言，球墨鑄鐵零件低溫碳氮共滲則可以同時兼顧抗擦傷性、耐磨性、接觸疲勞強度等性能要求和機加工工藝性能要求，具有一定的優勢。

此外，由于球墨鑄鐵的碳含量與硅含量遠遠高于低碳鋼與低碳合金滲碳鋼，因此球墨鑄鐵在加熱條件下的脫碳傾向很大，且加熱溫度越高，越容易脫碳，而一旦球墨鑄鐵脫碳，就容易在球墨鑄鐵零件的表面形成全鐵素體組織的脫碳層，此時若要消除該全鐵素體組織，就必須在880℃以上的溫度加熱滲碳，然后再在800-840℃重新進行碳氮共滲，這不但大大增加了工藝難度與成本，而且使得滲層和基體淬火組織粗化，降低了零件性能。

中國專利公開號為CN101058887A，公開日為2007年10月24日的發明專利申請公開了一種汽車變速箱同步器齒套熱處理工藝，該工藝包括：碳氮共滲、壓淬、清洗、回火、檢測，當設備發生故障時，碳氮共滲步驟中，滲碳溫度為780-850℃，碳勢為0.5-1.0％，氮氣加入量為5-12m³/h，甲醇加入量為4-7L/h，丙烷加入量為0.5-0.9m³/h，氨氣加入量為0-30L/h，雖然該專利工藝采用較低的滲碳溫度以及相應的碳勢與碳氮共滲氣氛介質以便于控制碳氮共滲速度，從而保證在設備故障期間長期保溫時，仍能防止齒套類零件的氧化、脫碳或滲層過深，但該專利工藝形成的組織依次為高碳馬氏體和殘余奧氏體、中碳馬氏體、低碳馬氏體，且由于該專利工藝在滲碳溫度較低時，碳勢較低，即滲碳溫度為800℃時，碳勢為0.55±0.05％；滲碳溫度為785℃時，碳勢為0.55±0.05％，因而無法在球墨鑄鐵零件的表面形成碳化物白亮層，即化合物層，無法提高球墨鑄鐵零件的抗擦傷性、耐磨性以及接觸疲勞強度。此外，該專利工藝沒有考慮到球墨鑄鐵零件在加熱過程中的強脫碳傾向，也沒有采取相應的防范工藝措施，這對于球墨鑄鐵零件的碳氮共滲工藝的進行十分不利，尤其當碳氮共滲所采取的滲碳爐是預抽真空氣體滲碳爐、普通的普通井式或箱式氣體滲碳爐等周期式滲碳爐時，防脫碳工藝措施的采取顯的尤其重要。

發明內容

本發明克服了現有的球墨鑄鐵直接淬火、滲氮、氮碳共滲或局部冷激等技術之不足，將球墨鑄鐵零件碳氮共滲后淬火處理，在球墨鑄鐵零件表層依次形成粒狀或連續分布的化合物層，隱針狀含氮馬氏體、殘余奧氏體和石墨，細針狀馬氏體、殘余奧氏體和石墨，從而同時提高球墨鑄鐵零件的抗擦傷性、耐磨性和接觸疲勞強度。本發明是一種新的球墨鑄鐵強化工藝及其制品。

為實現以上目的，本發明的球墨鑄鐵強化工藝依次包括以下步驟：

第一步：對球墨鑄鐵零件進行清理、清洗，去除表面氧化皮、銹斑、油污等污物；

第二步：將清理、清洗后的球墨鑄鐵零件放進滲碳爐內進行碳氮共滲處理，所述碳氮共滲處理是指在800-840℃的溫度條件下加入甲醇與氨氣，甲醇的加入量為80-120滴/分，氨氣的加入體積為前述甲醇的裂解氣體積的1％-5％，同時通過控制丙烷的加入量以維持碳勢為0.8％-1.2％，處理時間為2-4小時；

第三步：將經過碳氮共滲處理的球墨鑄鐵零件放進油中進行常溫下的淬火，淬火后即制得球墨鑄鐵零件制成品。

所述滲碳爐為普通井式氣體滲碳爐或箱式氣體滲碳爐；所述第二步依次包括以下步驟：

首先，先升高滲碳爐的溫度至800-840℃，然后在此溫度條件下進行爐罐滲碳，直至爐內氣氛碳勢大于0.8％；