一種qt850-5球墨鑄鐵熱處理工藝的製作方法

2023-05-17 02:18:16

專利名稱：一種qt850-5球墨鑄鐵熱處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬熱處理工藝，更具體的講是一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝。
背景技術：
球墨鑄鐵是用於生產發動機曲軸等零部件的最常用材料。在我國球墨鑄鐵的國家標準中，高牌號材料QT800-2和QT900-2，以及實際生產中已有的QT800-3、QT850-2、 QT900-3等非標材料，普遍採用正火態獲得，韌性、塑性不夠高，不能很好地用於高端產品的複合強化處理。一些發動機主機廠對曲軸用球墨鑄鐵材料提出更高要求，需達到QT850-5 以上，在獲取較高的抗拉強度的同時，提高延伸率。
目前，在國內處於先進鑄造水平的技術中，玉柴股份有限公司的QT800-6韌性材料，是通過鈣鋇元素合金化澆注成型後對鑄件採取正火和回火處理，使金相組織為珠光體大於90%、無滲碳體等，鑄件本體抗拉強度> 800Mpa、延伸率> 6%的指標。採用這種工藝來生產的球墨鑄鐵件，雖延伸率提高了一個等級，但抗拉強度受到一定的局限。
為了獲得球墨鑄鐵高抗拉強度以及好的韌性，滿足市場的要求，在不增加鑄造成本以及設備成本的基礎上，尋找更好的方便易行的熱處理工藝。發明內容
針對以上不足，本發明提供了一種能夠得到高抗拉強度以及好的韌性的QT850-5 球墨鑄鐵熱處理工藝。
為了實現上述目的，本發明所採取的技術方案為一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝。
其中高溫不完全奧氏體化加熱和冷卻為正火工藝。
上述鑄造球墨鑄鐵毛坯採用鐵模覆砂生產工藝，鐵模覆砂澆注可獲得優質的鑄件毛坯，球化級別I 3級、石墨大小5 8級、珠光體大於65%、滲碳體小於2%。
上述冷卻步驟為先噴霧後空冷的二階段冷卻方式，採用相變區噴霧冷卻有利於獲得細片狀珠光體基體。
上述鐵模覆砂生產工藝，其工藝過程中的熔化工藝是採用中頻感應電爐熔煉。
上述鐵模覆砂生產工藝中爐料成分按重量百分比計為碳3. 6 3. 9%、矽I. 8 2.3%、錳 O. 2 O. 6%、磷< O. 050%、硫< O. 025%、銅 O. 4 O. 7%、稀土總量 O. 030 O. 070%、 鎂O. 030 O. 070%、其餘為鐵。
銅在球墨鑄鐵中有很好的固熔強化作用，同時能細化組織、增加珠光體含量、促進石墨化，用量少。
上述高溫不完全奧氏體化加熱參數為加熱溫度870±30°C，保溫1.5±0. 5小時。
上述冷卻參數噴霧冷卻10±5分鐘後，450±50°C轉空冷，300±50°C下料；噴霧冷卻用水的水溫為35±15°C。
上述回火工藝的工藝參數為回火溫度580±20°C，保溫時間2. 5±0. 5小時，回火處理是為消除殘餘應力、穩定尺寸及性能。
上述工藝處理的球墨鑄鐵毛坯，可使球墨鑄鐵本體組織非常細化和均勻分布，珠光體含量大於90%、少量破碎狀鐵素體、無滲碳體，抗拉強度> 850Mpa、延伸率> 5%、硬度 HB240-320。
本發明的有益效果為採用上述技術方案生產的球墨鑄鐵，鑄件本體抗拉強度彡850Mpa,延伸率彡5%，硬度HB240 320，克服了傳統球墨鑄鐵材料韌性和塑性低的缺點，具備了良好的綜合機械性能、切屑性能，可與鍛鋼媲美，同時，正火回火工藝是最環保、 節能、安全的熱處理工藝，且易操作，沒有使用鎳、鑰等元素，鑄件的生產成本沒有增加，且熱處理方案簡單易行，安全可靠，所獲得的鑄件具有更好的機械性能，適用於各種尺寸的大中小機械零部件。


圖I為本發明的正火回火工藝曲線示意圖。
具體實施方式
本發明要求確保球墨鑄鐵毛坯內在質量好、穩定性好、組織緻密無疏鬆、無缺陷、 少於2%的滲碳體。為了獲得優質的球墨鑄鐵毛坯，嚴格控制化學成分，採用中頻感應電爐熔煉；鑄造方法為鐵型覆砂生產工藝。
本發明球墨鑄鐵爐料成分按重量百分比為碳(C) 3. 6 3. 9%、矽(Si) I. 8 2. 3%、錳(Mn) O. 2 O. 6%、磷(P) < O. 050%、硫(S) < O. 025%、銅(Cu)O. 4 O. 7%、稀土總量 O. 030 O. 070%、鎂(Mg)O. 030 O. 070%、其餘為鐵。
完成澆注成型後，將鑄件按以下條件進行熱處理正火溫度 870±30°C，保溫時間 I. 5±0. 5小時，冷卻方式噴霧冷卻10±5分鐘 450±50°C轉空冷，噴霧冷卻用水水溫40°C，下料溫度300±50°C;回火溫度580±20°C， 保溫時間2. 5±0.5小時。
銅在球墨鑄鐵中有很好的細化組織、增加珠光體含量、促進石墨化的作用，用量少，是球墨鑄鐵生產廠家常用的合金元素。鐵模覆砂澆注可獲得優質的鑄件毛坯，球化級別 I 3級、石墨大小5 8級、珠光體大於65%、滲碳體小於2%。對鑄件米取不完全奧氏體化正火，相變區採用噴霧冷卻有利於獲得細片狀珠光體基體，約450±50°C相變完成，採用空冷緩慢冷卻，以利用餘熱實現自回火。要控制好噴霧的出水量和噴霧時間以及下料的溫度， 噴霧噴頭的直徑為I. 5毫米。回火處理是為消除殘餘應力、穩定尺寸及性能。這樣處理的球墨鑄鐵毛坯，可使球墨鑄鐵本體組織非常細化和均勻分布，珠光體含量大於90%、少量破碎狀鐵素體、無滲碳體，抗拉強度> 850Mpa、延伸率> 5%、硬度HB240-320。
用上述熱處理工藝處理的某型號的4105增壓球墨鑄鐵曲軸，經複合強化處理後， 極限疲勞彎矩可達2700Nm，遠高於現有牌號的球墨鑄鐵曲軸。
使用本發明生產的球墨鑄鐵件，可用於各種發動機零部件如曲軸、凸輪軸等，以及其它農用機械、建築機械等需承受高強度、高韌性的大中小零件材料。
實施例I :生產4105增壓柴油機曲軸爐料成分(重量％):碳 3. 75、矽 2. 09、猛 O. 38、硫 O. 018、磷 O. 042、銅 O. 54、鎂 O. 055、稀土總量 O. 040、其餘為鐵。
熱處理工藝正火溫度890°C、保溫時間1. 5小時、噴霧時間8分鐘、460°C轉空冷、噴霧冷卻用水水溫 400C ;下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時間2小時獲得成品的機械性能
抗拉強度890N/mm2 延伸率6. 6% 硬度HB278。
實施例2生產4102增壓柴油機曲軸化學成分(重量％):碳 3. 74、矽 2. 01、錳 O. 42、硫 O. 024、磷 O. 039、銅 O. 58、鎂 O. 050、稀土總量 O. 036、其餘為鐵。
熱處理工藝正火溫870°C、保溫時間I. 5小時、噴霧時間6分鐘、450°C轉空冷，噴霧冷卻用水水溫 40°C，下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時間2小時；獲得成品的機械性能抗拉強度916N/mm2 延伸率6. 2% 硬度HB275。
實施例3生產485柴油機曲軸化學成分(重量％):碳 3. 80 矽 I. 94 錳O. 44 硫 O. 020 磷 O. 040 銅 O. 50 鎂O. 055、稀土總量O. 038熱處理工藝正火溫度860°C、保溫時間I小時、噴霧時間6分鐘、440°C轉空冷、噴霧冷卻用水水溫 400C ;下料溫度 300±50°C ；回火溫度580°C、保溫時間2小時。
獲得成品的機械性能抗拉強度910Mpa 延伸率6. 6% 硬度HB280。
權利要求
1.一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝。
2.按照權利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述鑄造球墨鑄鐵毛坯採用鐵模覆砂生產工藝。
3.根據權利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述冷卻採用先噴霧冷卻、後空冷的二階段冷卻方式。
4.按照權利要求2所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述鐵模覆砂生產工藝，其工藝過程中的熔化工藝採用中頻感應電爐熔煉。
5.按照權利要求2所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述鐵模覆砂生產工藝中爐料成分按重量百分比計為 碳3. 6 3. 9%、矽I. 8 2. 3%、錳0. 2 0.6%、磷 < 0. 050%、硫 < 0. 025%、銅 0. 4 0. 7%、稀土總量 0. 030 0. 070%、鎂 0. 030 0.070%，其餘為鐵。
6.按照權利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述高溫不完全奧氏體化加熱參數為加熱溫度870±30°C，保溫I. 5±0. 5小時。
7.根據權利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述冷卻參數為噴霧冷卻10±5分鐘，450±50°C轉空冷，300±50°C下料。
8.根據權利要求7所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述噴霧冷卻用水的水溫為35±15°C。
9.按照權利要求I所述的一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，其特徵在於所述回火工藝的工藝參數為回火溫度580±20°C，保溫時間2. 5±0. 5小時。
全文摘要
本發明涉及一種金屬熱處理工藝，更具體的講是一種QT850-5球墨鑄鐵熱處理工藝，包括下述步驟鑄造球墨鑄鐵毛坯、高溫不完全奧氏體化加熱、冷卻、回火處理工藝。抗拉強度≥850MPa，延伸率≥5%，硬度HB240～320，克服了傳統球墨鑄鐵材料韌性和塑性低的缺點，具備了良好的綜合機械性能、切屑性能，可與鍛鋼媲美，同時，正火回火工藝是最環保、節能、安全的熱處理工藝，且易操作，沒有使用鎳、鉬等元素，鑄件的生產成本沒有增加，且熱處理方案簡單易行，安全可靠，所獲得的鑄件具有更好的機械性能，適用於各種尺寸的大中小機械零部件。
文檔編號C21D5/00GK102978360SQ20121058872
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者張東, 李永真, 張之奎, 王守河, 張立平, 尹士文, 尹洪濱 申請人:濱州海得曲軸有限責任公司