[發明專利]一種球墨鑄鐵軸件的水冷熱處理方法

在審

• 申請號: 201610093013.7
• 申請日: 2016-02-20
• 公開（公告）號: CN107099652A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 劉科高
• 申請（專利權）人: 濟南領飛電氣設備有限公司
• 主分類號: C21D5/00
• 分類號: C21D5/00;C21D9/28;C21D1/20
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技術領域

本發明屬金屬材料領域，涉及球墨鑄鐵等溫處理工藝，具體地說是一種球墨鑄鐵軸件的水冷熱處理方法。

背景技術

球墨鑄鐵自上世紀40年代被發現以來,其應用不斷擴大,至今已成為重要的工程材料之一,近年來全世界球墨鑄鐵的產量已占全世界灰鑄鐵產量的1/3,由于機械行業的迅速發展,特別是近年來汽車行業及工程機械的發展,使這個比例繼續在增加,進一步提高球墨鑄鐵性能和優化生產工藝可以提高產品質量和降低成本，對于降低資源消耗和保護環境都具有重要意義,也有利于經濟和社會協調地可持續發展。球墨鑄鐵基體貝氏體化后可以得到貝氏體球墨鑄鐵，這是優化其綜合力學性能的重要途徑，也使其物理性能如耐熱和抗腐蝕性能大有提高，于是可以更廣泛地應用到以鐵代鋼和以鐵代鋁的方面，而且本項目采用環保型新工藝，因此可以產生巨大的經濟和社會效益。

20世紀70年代末期,中、美和芬蘭等國幾乎是同時地宣布,各自都研究開發了等溫貝氏體球墨鑄鐵,并用于汽車曲線齒錐齒輪,根據其組織這種鑄鐵又稱為奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵,簡稱為奧-貝球鐵,這種材質具有強度、塑性和韌度都很高的優良綜合力學性能,它顯著好于珠光體-鐵素體球墨鑄鐵,也好于調質處理的球墨鑄鐵,例,其抗拉強度可達1000MPa,伸長率可達10%,尤其是這種鑄鐵具有高疲勞強度和耐磨性,因此等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的出現被譽為近幾十年來鑄鐵冶金方面的重大成就之一。1978年以來工業界已知,在伸長率相同的情況下,貝氏體球墨鑄鐵的抗拉強度是普通球墨鑄鐵的2倍,并保留了良好的伸長率和沖擊韌度;其彎曲疲勞強度與合金鍛鋼相當;其沖擊韌度是普通球墨鑄鐵的數倍;有關研究表明等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的力學性能已達到鋼的水平,但其生產成本卻要比鋼的低得多。球墨鑄鐵不僅力學性能優良,而且還具有優良的化學性能和物理性能,在耐熱及抗腐蝕方面都有良好的表現。因此等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵一經問世就受到了廣泛的關注,特別是材料工程界、汽車制造及相關設計人員進行了大量研究和開發。從1984-1991年連續三屆國際等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵學術會議充分肯定了這種材質的優異性能和潛在工程價值。我國鑄造工作者也給予了高度重視,先后召開了專題學術會議,進行交流討論等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的研究成果與生產經驗。近年來貝氏體型球墨鑄鐵在磨球和受力結構零件如齒輪等的應用同樣受到了較多的關注，國內對貝氏體型球墨鑄鐵的研究和應用主要側重于磨球材料。但在受力結構零件方面，我國在70年代取得了突破性的進展，較早地將貝氏體球墨鑄鐵應用于汽車后橋曲線齒錐齒輪，其使用壽命已超過15萬公里，而成本僅是鋼的50%，生產周期大約可縮短一半。奧-貝球鐵能夠代替鍛鋼作為齒輪材料有很多優越性，如原材料成本下降、良好的加工性、縮短和減少了熱處理環節及其變形、石墨具有減振自潤滑優點等。貝氏體球墨鑄鐵還有更多成功應用的實例，如曲軸、軋輥、礦山車輪、火車車輪以及其它耐磨零件等，有關資料報道用奧貝球鐵制造的柴油內燃機的剎車片，估計使用壽命可達4000小時，而原來用GRS26合金剎車片的平均壽命只有180h。并且現已發現奧貝球鐵的應用了除以鐵代鋼外，以鐵代鋁的前景也十分闊，它的強度比優質鑄鋁或鍛鋁件的高3倍，但重量只增2.6倍。然而目前我國用奧貝球鐵生產齒輪類、軸類零件等方面應用較少，據了解大型柴油機曲軸用35CrMo制作，其成本高達6～7萬元人民幣左右，而如能用貝氏體球墨鑄鐵生產，其生產成本只有1～2萬元人民幣，并且節約能源60%以上，可見其經濟和社會效益巨大。

但貝氏體球墨鑄鐵的現有生產工藝是主要依賴于等溫淬火處理或者高合金化實現連續冷卻等手段得到。雖然等溫淬火處理工藝具有突出特點，例如：(1)轉變過程容易控制;(2)避免了從奧氏體溫度迅速冷卻到室溫時可能產生的應力、畸變和脆裂現象，因而可以很好地控制等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵中的組織相對比例,從而可調控材料的使用性能。然而,等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵在開發過程中，出現的困難主要有,一是,由于鹽浴冷卻能力低,當鑄件壁厚大于10mm進行等溫淬火處理時,須加入貴重合金元素(如Ni,Cu,Mo)提高淬透性,進行調控其組織轉變,以確保順利地進行淬火；二是需要等溫鹽浴處理,導致生產成本增加和污染環境,并且受鹽浴設備特點限制而不能實現大批量生產和流水線作業。