[發明專利]一種提高鐵素體球墨鑄鐵表面硬度的方法

有效

• 申請號: 201310306021.1
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103418885A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 張瑞軍;鄭春雷;閆志剛;劉建華
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K35/24;C22C38/40
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明屬于金屬材料科學技術領域，特別涉及一種球墨鑄鐵的制備方法。

背景技術

球墨鑄鐵不僅具有優良的機械性能和生產工藝簡單，成本低廉且不受鑄件尺寸限制等特點，還保持有耐磨、減振及缺口不敏感等灰口鑄鐵的特征。此外，球墨鑄鐵還可以進行各種熱處理以進一步改善其組織及機械性能。因此，球墨鑄鐵已廣泛應用于農業機械、礦山機械、石油化工等行業。然而，球墨鑄鐵的缺點是表面硬度較低，在應用過程中易變形及磨損。通常，提高球墨鑄鐵表面硬度的方法是對球墨鑄鐵進行高頻淬火、滲氮及滲硼等表面強化處理。但采用上述方法成本高，且對尺寸較大的鑄件及鑄件的局部表面強化不適合。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉、質量穩定的提高鐵素體球墨鑄鐵表面硬度的方法。本發明主要是通過用焊條金屬與球墨鑄鐵相互熔合形成與球墨鑄鐵成分不同的熔合層，來提高球墨鑄鐵的表面硬度。

本發明的方法如下：

（1）按常規方法自制4mm直徑的低碳合金焊條，其焊層金屬化學成分（質量分數wt%）為：C0.12%～0.20%、Mn0.30%～0.60%、Cr0.50%～0.80%、Ni1.20%～1.30%、Si≦0.40%、S≦0.030%、P≦0.035%，其余為Fe。

（2）球墨鑄鐵為鐵素體球墨鑄鐵。

（3）使用前將上述焊條在300～400℃下烘干1h，用直流電焊機采用160～220A電流將焊條在上述球墨鑄鐵表面堆焊厚度為1～2mm的堆焊層，焊后空冷至室溫，然后將球墨鑄鐵表面上的1～2mm的堆焊層磨掉，即獲得球墨鑄鐵表面硬度較高的熔合層。

本發明采用低碳的合金焊條，用大電流使球墨鑄鐵表面熔化與焊條金屬相互熔合形成與球墨鑄鐵成分及焊條成分不同的熔合層。在熔合過程中，由于C、Mn、Cr、Ni原子發生互擴散，使形成熔合層中錳、鉻、鎳的含量較球墨鑄鐵的高，導致球墨鑄鐵表面的熔合層在隨后的冷卻過程中獲得部分馬氏體組織，而使球墨鑄鐵表面的硬度升高。另外，由于球墨鑄鐵表面熔合層中碳含量降低及鎳原子的溶入，使球墨鑄鐵表面熔合層的開裂傾向降低，最終使球墨鑄鐵表面形成硬度較高且開裂傾向較小的熔合層。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

工藝方法簡單、成本低廉，采用本發明獲得的球墨鑄鐵表面硬度高且開裂傾向小，質量穩定，其硬度為48～52HRC，較處理前的球墨鑄鐵表面硬度提高了360%～390%。

具體實施方式：

實施例1

用常規方法制備直徑為4mm的低碳合金焊條，其焊層金屬化學成分（質量分數wt%）為：C0.12%，Mn0.42%，Cr0.50%，Ni1.20%，Si0.32%，S0.027%，P0.032%，其余為Fe。將焊條在300℃下烘干1h后，用直流電焊機采用160A電流將焊條堆焊在鐵素體球墨鑄鐵表面，堆焊層厚度為1.5mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨鑄鐵表面上的1.5mm的堆焊層。用硬度計和顯微鏡測試堆焊后的球墨鑄鐵表面硬度和硬層厚度，其硬度值和硬層厚度見表1。

實施例2

用常規方法制備直徑為4mm的低碳合金焊條，其焊層金屬化學成分（質量分數wt%）為：C0.18%，Mn0.60%，Cr0.68%，Ni1.28%，Si0.31%，S0.024%，P0.033%，其余為Fe。將焊條在400℃下烘干1h后，用直流電焊機采用170A電流將焊條堆焊在鐵素體球墨鑄鐵表面，堆焊層厚度為2.0mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨鑄鐵表面上的2.0mm的堆焊層。用硬度計和顯微鏡測試堆焊后的球墨鑄鐵表面硬度和硬層厚度，其硬度值和硬層厚度見表1。

實施例3

用常規方法制備直徑為4mm的低碳合金焊條，其焊層金屬化學成分（質量分數wt%）為：C0.20%，Mn0.30%，Cr0.80%，Ni1.30%，Si0.30%，S0.025%，P0.031%，其余為Fe。將焊條在350℃下烘干1h后，用直流電焊機采用220A電流將焊條堆焊在鐵素體球墨鑄鐵表面，堆焊層厚度為1.0mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨鑄鐵表面上的1.0mm的堆焊層。用硬度計和顯微鏡測試堆焊后的球墨鑄鐵表面硬度和硬層厚度，其硬度值和硬層厚度見表1。

表1球墨鑄鐵表面硬度和硬層厚度測試結果

上述實驗結果表明：球墨鑄鐵經本發明方法處理后的表面硬度較高，其值為48～52HRC，較處理前提高了360%～390%，開裂傾向較小。說明球墨鑄鐵經本發明方法處理后表面的硬度較高且開裂傾向較低。