一種鑄鐵零部件的表面處理方法
2023-05-31 05:25:11
專利名稱：一種鑄鐵零部件的表面處理方法
技術領域：
本發明本發明涉及一種鑄鐵零部件的表面處理方法，可以提高零部件的耐磨損、 耐腐蝕、低摩擦係數。屬於金屬表面處理技術領域。
背景技術：
鑄鐵是指含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業用鑄鐵一般含碳量為2% 4%。碳在鑄鐵中多以石墨形態存在，有時也以滲碳體形態存在。除碳外，鑄鐵中還含有 3% 的矽，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、矽是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為1、灰口鑄鐵。含碳量較高O. 7% 4.0%)， 碳主要以片狀石墨形態存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低(1145 1250°C)，凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減震性好。用於製造工具機床身、汽缸、箱體等結構件。 2、白口鑄鐵。碳、矽含量較低，碳主要以滲碳體形態存在，斷口呈銀白色。凝固時收縮大，易產生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受衝擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和製作耐磨損的零部件。3、可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理後獲得，石墨呈團絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用於製造形狀複雜、能承受強動載荷的零件。 4、球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經球化處理後獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。用於製造內燃機、汽車零部件及農機具等。5、蠕墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經蠕化處理後獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學性能與球墨鑄鐵相近， 鑄造性能介於灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用於製造汽車的零部件。6、合金鑄鐵。普通鑄鐵加入適量合金元素(如矽、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等)獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發生變化，從而具有相應的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用於製造礦山、化工機械和儀器、儀表等的零部件。通常鑄鐵的密度為7. 22g/cm3,密度不高，且鑄造工藝容易產生微氣孔或微裂紋， 給下一步要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蝕的鑄件表面處理帶來質量隱患，如在常規鑄鐵零件上進行電鍍硬鉻、氮化、QPQ鹽浴等表面工藝的質量問題都比較多。而傳統的「滲氮」、「滲硫」、「滲鉻」均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦係數、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態滲氮屬於液態滲，不能用於帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。
發明內容
本發明的目的，是為了提供一種鑄鐵零部件的表面處理方法，以提高鑄鐵部件的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性能以及抗疲勞開裂的能力，降低鑄鐵的磨損率，減少表面缺陷和產生疲勞裂紋的傾向，提高鑄鐵部件的疲勞強度和抗蝕性能。本發明的目的可以通過採取如下技術方案達到一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵在於按以下步驟進行1)首先將待處理的鑄鐵零部件依次進行去脂、酸性活化、去離子水洗處理；
2)然後對該鑄鐵零部件進行烘乾處理，去除表面的殘留水；3)再接著對烘乾後的鑄鐵零部件進行氣體滲氮硫鉻處理，使鑄鐵零部件的表面形成一層氮硫鉻鐵化合物的滲層組織結構，該滲層組織結構厚度為15 45微米；4)對步驟幻所得的鑄鐵零部件進行拋光處理，去除表面疏鬆層；5)對步驟4)所得的鑄鐵零件進行氧化處理，使鑄鐵零件的滲層組織結構表面覆蓋一層緻密氧化層。本發明的目的還可以通過採取如下技術方案達到本發明的一種實施方案是將步驟幻 5)重複二次或二次以上。優選重複2-3 次。本發明的一種實施方案是步驟幻中所述的氣體滲氮硫鉻處理是指在鹽浴爐中採用氣態的含硫鉻絡合物與氨氣的混合氣體進行處理，溫度為480 650°C，時間為30 150mino在溫度為480 650°C，氣態硫鉻絡合物與氨氣均離子化，很容易與鑄鐵零件形成氮硫鉻鐵化合物，而傳統的「滲氮」、「滲硫」、「滲鉻」均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦係數、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態滲氮屬於液態滲，不能用於帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。本發明的一種實施方案是所述含硫鉻絡合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99 1 1 99 ；或者是所述含硫鉻絡合物為硫酸鉻銨、鉻醯氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲醯胺溶液中的一種或二種以上的組合。本發明的一種實施方案是所述含硫化合物為硫醇(如=C2H5SH)、硫酚(如 C6H5SH)、硫醚(如=CH3-S-CH3)、二硫化物(如=CH3-S-S-CH3)、多硫化物(如=CH3-S-S-S-CH3) 中的一種或二種以上；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻或硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。本發明的一種實施方案是步驟3)中所述的滲層組織結構從外到內依次為緻密化合物層、白亮層、擴散層，白亮層為硬度高達Hva #00 750的硬表面，白亮層硬表面的外面覆蓋厚度為1 5 μ m的含有氧化物、氮化物、鉻化物或硫化物的緻密化合物層，或者含有氧化物、氮化物、鉻化物和硫化物中任意二種或二種以上的組合物的緻密化合物層。緻密化合物層具有特殊的耐腐蝕、低摩擦係數。同時白亮層下面的擴散層可以提高材料的疲勞強度，提高了抗疲勞開裂的能力。本發明的一種實施方案是步驟4)中所述的拋光處理為噴沙或噴丸處理。在氣體滲氮硫鉻後進行噴沙或噴丸處理，可去掉化合物層外面的疏鬆層，提高工件的耐磨性，同時使工件表面產生了與工作時受力方向相反的預應力，提高工件的疲勞強度。本發明的一種實施方案是步驟5)中所述的氧化處理溫度為300°C 400°C，時間為IOmin 60min。在噴沙後進行氧化處理，不僅降低了工件的表面粗糙度，使其外觀變得更加光滑，減少了鑄鐵零件與對偶件之間的摩擦，使相對滑動性更為良好，還大大提高了化合物層中的含氧量，從而進一步提高工件的抗蝕性能。本發明的一種實施方案是處理後的鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45微米、硬度高達Ηναι600 1300的超硬表面組織層。本發明的有益效果
1、本發明所述對鑄鐵零件進行表面處理的方法通過對鑄鐵零件進行氣體滲氮硫鉻處理，鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45 μ m、硬度為Hvtl. #00 750的多元超硬氮硫鉻鐵化合物覆蓋緻密的氧化層，大大提高了鑄鐵零件的耐磨性、耐腐蝕性和抗疲勞的能力，降低了鑄鐵的磨損率，減少了表面缺陷和產生裂紋的傾向；使鑄鐵在工作時不容易產生粘附、 咬合等現象，使硬度、強度、韌性、耐磨性、耐疲勞強度、抗粘合性等性能達到使用所需要的最佳配合，從而大大提高了鑄鐵的使用壽命。而傳統的「滲氮」、「滲硫」、「滲鉻」均只能單一進行，單一的滲層組織不僅滲層脆性大、容易剝落，也不能完全同時滿足高壽命鑄鐵零件表面高硬度、耐腐蝕、降低摩擦係數、提高疲勞強度的要求，而且滲鉻和液態滲氮屬於液態滲， 不能用於帶盲孔和小孔的部件尤其是鑄鐵零件。2、通過本發明處理的鑄鐵零件，按照《JB/T滲硼層顯微組織、硬度及層深檢測方法》進行測試，硬度可達Hvtl.#00 750，同時本發明也可以用於熔鑄機加工部件，而傳統的滲氮滲硫等表面改性很難達到該硬度，或者達到該硬度因為太脆而使零件失效。3、本發明使鑄鐵產品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性和耐疲勞性同時大幅度提高； 可取代滲碳淬火、高頻淬火、離子滲氮、軟氮化、調質多種工藝；取代易變形件的淬火等常規熱處理和表面強化技術，以提高金屬表面硬度和耐磨、耐疲勞性能，特別是用來解決硬化變形難題；可用來取代發藍、鍍硬鉻、鍍裝飾鉻、鍍鎳、鍍鋅、硫化、等常規表面處理工藝，大幅度提高零件的抗蝕性，大大降低生產成本；取代多道工序用本工藝進行一次處理，可以取代淬火一回火一發黑三道工序，或取代滲碳-淬火-回火-鍍硬鉻四道工序。根據產品的不同性能要求，質量穩定，操作簡便。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明的鑄鐵表面處理方法作進一步詳細描述，以下所列實施例為本發明的非限定性實施例，有關鑄鐵材料成分配比和本發明工藝參數可在允許的範圍進行調整，這種調整對本發明沒有實質性影響。通過本發明處理的鑄鐵零件，按照《JB/T滲硼層顯微組織、硬度及層深檢測方法》 進行測試，硬度可達Hva #00 750，同時本發明也可以用於熔鑄機加工部件，而傳統的滲氮滲硫等表面改性很難達到該硬度，或者達到該硬度因為太脆而使零件失效。具體實施例1 本例的製品採用普通灰口鑄鐵材料，密度為7. 2g/cm3，在該零件上進行本發明的表面處理。脫脂去汙處理採用市售杜邦化學的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理採用市售杜邦化學的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然後上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然後進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中採用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為560°C，時間為50min ；出爐冷卻後進行噴丸處理；最後進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經上述表面處理後在鑄鐵表面形成35 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. #50 700。本實施例中硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者
5之間的質量比為60 40 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨。具體實施例2 本實施例的特點是硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為80 20 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、二硫化物的組合物；含鉻化合物為乙酸亞鉻。其他與具體實施例1相同。具體實施例3 本例的製品採用普通球墨鑄鐵材料，密度為7. 3g/cm3，在該零件上進行本發明的表面處理。脫脂去汙處理採用市售杜邦化學的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理採用市售杜邦化學的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然後上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然後進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中採用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為540°C，時間為120min ；出爐冷卻後進行噴丸處理；最後進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經上述表面處理後在鑄鐵表面形成40 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. #90 740。本實施例中硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為40 60;其中含硫化合物為硫醇；含鉻化合物為硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。具體實施例4 本實施例的特點是硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為20 80 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物的組合物； 含鉻化合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例3相同。具體實施例5 本例的製品採用普通可鍛(冷硬)鑄鐵材料，密度為7. 4g/cm3，在該零件上進行本發明的表面處理。脫脂去汙處理採用市售杜邦化學的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理採用市售杜邦化學的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然後上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然後進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中採用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為580°C，時間為70min ；出爐冷卻後進行噴丸處理；最後進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經上述表面處理後在鑄鐵表面形成45 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，鑄鐵的表面硬度在Hvtl. JOO 750。本實施例中硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為1 99 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨、乙酸亞鉻的組合物。具體實施例6 本實施例的特點是硫鉻的氣態絡合物是指含硫的化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99 1 ；其中含硫化合物為硫醇、硫酚的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例5相同。具體實施例7 本例的製品採用普通麻口鑄鐵材料，密度為7. 3g/cm3，進行本發明的表面處理。脫脂去汙處理採用市售杜邦化學的RR-60高效清洗劑，在25 40°C，超聲波清洗 3 15min ；酸洗活化處理採用市售杜邦化學的RR-602活化劑，25 40°C，超聲波清洗5 IOmin ；水洗均在常溫去離子水進行；然後上紅外烘箱，溫度220 340°C，時間1小時。然後進行氣體滲氮硫鉻處理，即在鹽浴爐中採用硫鉻的氣態絡合物與氨氣的混合氣體，帶入爐內；氣體滲氮硫鉻處理的溫度為520°C，時間為40min ；出爐冷卻後進行噴丸處理；最後進行氧化處理溫度為350°C，處理時間為120min ；經上述表面處理後在零件表面形成30 μ m左右厚度的氮硫鉻鐵組織層，在滲氮組織層表面覆蓋有氧化層，表面硬度在Hva #60 710。本實施例中所述含硫鉻絡合物為硫酸鉻銨、鉻醯氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲醯胺溶液的組合。具體實施例8 本實施例的特點是所述含硫鉻絡合物為硫酸鉻銨、鉻醯氯的二硫化碳溶液的組合。其他與具體實施例7相同。具體實施例9 本實施例的特點是所述含硫鉻絡合物為硫酸鉻銨。其他與具體實施例7相同。具體實施例10 本實施例的特點是所述含硫鉻絡合物為鉻醯氯的二硫化碳溶液。其他與具體實施例7相同。具體實施例11 本實施例的特點是所述含硫鉻絡合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為50 50 ；所述含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的組合物；含鉻化合物為硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。其他與具體實施例7相同。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵在於按以下步驟進行1)首先將待處理的鑄鐵零部件依次進行去脂、酸性活化、去離子水洗處理；2)然後對該鑄鐵零部件進行烘乾處理，去除表面的殘留水；3)再接著對烘乾後的鑄鐵零部件進行氣體滲氮硫鉻處理，使鑄鐵零部件的表面形成一層氮硫鉻鐵化合物的滲層組織結構，該滲層組織結構厚度為15 45微米；4)對步驟幻所得的鑄鐵零部件進行拋光處理，去除表面疏鬆層；5)對步驟4)所得的鑄鐵零件進行氧化處理，使鑄鐵零件的滲層組織結構表面覆蓋一層緻密氧化層。
2.根據權利要求1所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是將步驟幻 5) 重複二次或二次以上。
3.根據權利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是步驟3)中所述的氣體滲氮硫鉻處理是指在鹽浴爐中採用氣態的含硫鉻絡合物與氨氣的混合氣體進行處理，溫度為480 650°C，時間為30 150min。
4.根據權利要求3所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是所述含硫鉻絡合物為含硫化合物與含鉻化合物的混合物，兩者之間的質量比為99 1 1 99;或者是所述含硫鉻絡合物為硫酸鉻銨、鉻醯氯的二硫化碳溶液、硫酸鉻銨甲醯胺溶液中的一種或二種以上的組合。
5.根據權利要求4所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是所述含硫化合物為硫醇、硫酚、硫醚、二硫化物和多硫化物中的一種或二種以上；含鉻化合物為硫酸鉻銨、 乙酸亞鉻或硫酸鉻銨和乙酸亞鉻的組合物。
6.根據權利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是步驟3) 中所述的滲層組織結構從外到內依次為緻密化合物層、白亮層、擴散層，白亮層為硬度高達 Hv0^eOO 750的硬表面，白亮層硬表面的外面覆蓋厚度為1 5μπι的含有氧化物、氮化物、鉻化物或硫化物的緻密化合物層，或者含有氧化物、氮化物、鉻化物和硫化物中任意二種或二種以上的組合物的緻密化合物層。
7.根據權利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是步驟4)中所述的拋光處理為噴沙或噴丸處理。
8.根據權利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是步驟5)中所述的氧化處理溫度為300°C 400°C，時間為IOmin 60min。
9.根據權利要求1或2所述的一種鑄鐵零部件的表面處理方法，其特徵是處理後的鑄鐵零件的表層形成厚度為15 45微米、硬度高達Hva #00 1300的超硬表面組織層。
全文摘要
本發明涉及一種鑄鐵零部件的表面處理方法，即首先對鑄鐵零部件進行氣體氮、硫、鉻多元共滲，使鑄鐵零部件表面形成15～45μm、硬度為Hv0.1600～750的氮硫鉻鐵化合物的緻密滲層組織；然後對其進行表面拋光處理；最後對鑄鐵零部件進行低溫氧化形成一層緻密的氧化層。本發明由於化合物滲層組織是多元超硬氮硫鉻鐵化合物覆蓋緻密的氧化層，使鑄鐵零部件具有優良的耐磨損、耐腐蝕、耐高溫性能，大幅度降低了摩擦係數，抗咬死能力數量級提高，顯著提高鑄鐵零部件的工作質量和使用壽命。
文檔編號C23C12/02GK102234757SQ20111018951
公開日2011年11月9日 申請日期2011年7月7日 優先權日2011年7月7日
發明者劉衛林, 王超, 雷宇 申請人:佛山華研力合表面技術有限公司, 廣東華南家電研究院