CN100451136C - 一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺及其装置。该工艺采用水作为淬火介质，利用所设计的控制冷却热处理装置将水雾化，在球墨铸铁工件奥氏体化后进行喷淋，通过控制水流压力以获得足够大的冷却速度而避开高温区的珠光体转变，迅速冷却到贝氏体转变温度区后中止喷淋，并尽可能地以小的冷却速度通过中温区，进行贝氏体转变，待贝氏体后转变大部分完成后再急冷到马氏体转变点以下，获得贝氏体/马氏体复相组织。本发明应用于贝氏体球墨铸铁的热处理，能够节约大量的能源和昂贵的合金元素，大大降低生产成本，减少热处理过程中的环境污染，易于实现大规模工业化生产。同时装置结构简单，运行可靠，制造容易，成本低，操作方便。

Description

一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺及其装置
技术领域
本发明涉及一种球墨铸铁的热处理工艺及其装置，具体是一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺及其装置，属于金属材料热处理工艺领域。
背景技术
贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁由于具有优良的耐磨性能和优异的综合力学性能，成为抗磨料磨损较为理想的材质，并在耐磨、耐冲击、高强度、高韧性和耐疲劳等多种场合得到应用。例如作为球磨机中使用的磨球等等。目前球墨铸铁中获得贝氏体组织的方式主要有：(1)采用等温淬火工艺获得，即将工件奥氏体化并急冷到下贝氏体温区等温转变后，再淬火到马氏体转变点以下温度，即可获得贝氏体/马氏体复相组织。此方法中，在奥氏体化后的冷却阶段，可以将工件淬入具有一定温度的冷却介质(盐浴或油)中，迅速冷却到中温转变区，并在该介质中进行保温，使大部分组织完成贝氏体转变，随后再急冷到马氏体转变点以下，从而获得贝氏体/马氏体复相组织。但是等温淬火工艺存在着工艺复杂、工序长、耗能大、淬火介质易污染环境，且需加入一定的Cu、Mo、Ni合金元素提高淬透性，使贝氏体球墨铸铁生产成本高，质量不稳定等缺点；(2)通过合金化在空冷或铸态条件下获得贝氏体球墨铸铁，即通过加入一定量的合金元素如Ni、Mo、B等，改变球墨铸铁的CCT曲线形状，推迟其高温转变，以适宜的冷却速度使过冷奥氏体连续通过贝氏体转变的中温区，从而在空冷条件下获得贝氏体/马氏体复相组织。这种工艺与传统的获得贝氏体/马氏体复相组织的等温淬火工艺相比，虽具有节约能源、缩短生产周期、减少污染等优点，但同时存在大断面淬透性不足，合金元素加入后易形成碳化物或氧化物，从而导致材料成本上升等缺点。上述热处理工艺的不足和局限性，使得具有贝氏体复相组织的球墨铸铁耐磨件的大规模推广和应用受到了限制，难以满足市场需要。
发明内容
为克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺，以获得性能优越的贝氏体/马氏体复相组织。
本发明的另一个目的在于提供一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺所用的装置。
本发明的第一个目的通过下列技术方案实现：一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺，其特征在于经过下列工艺步骤：
(1)将球墨铸铁工件加热到奥氏体区，选择温度为860～880℃，保温1～2h；
(2)将经过雾化喷淋装置得到的雾化水连续喷淋在工件上，并控制水流的压力为0.1～0.16MPa，直到工件温度达到280～340℃范围后，停止喷淋；
(3)将喷淋冷却后的工件堆积在封闭的容器中，利用工件的余热进行保温2～3小时，使工件在保温过程中完成大部分贝氏体转变和少量的马氏体转变；
(4)将工件从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁。
本发明的第二个目的通过下列技术方案实现：一种在贝氏体球墨铸铁控制冷却热处理工艺中使用的雾化喷淋装置，其特征在于其上设有排水孔的往复移动式工作台上方，设有带喷头的管组，管组与其上装有流量计、压力计的供水管相连。以便将来自供水管的淬火介质——水，经管组及其上的喷头雾化后，喷淋在其下方的往复移动工作台上的工件上，实施快速冷却。
所述往复移动式工作台通过其下方的轮轴及其上的滚轮置于导轨上，轮轴上设有连杆，连杆另一端固定在电机输出轴轮的偏心轴上，以便在电机驱动下，通过偏心轴、连杆使工作台往复运动。
本发明的技术难点是：将淬火介质——水经专用设备雾化后，喷淋在随工作台往复运动的且组织已奥氏体化后的球墨铸铁工件上，通过控制水流压力以获得足够大的冷却速度，从而避开高温区的珠光体转变，使之迅速冷却到贝氏体转变温度区，然后中止喷淋，再在等温环境中，使其尽可能地以小的冷却速度通过中温区，进行贝氏体转变，待大部分组织完成贝氏体转变后，再迅速冷却到马氏体转变点以下，使余下的组织完成马氏体转变，从而获得贝氏体/马氏体复相组织。
与传统的热处理工艺相比，本发明的优点主要体现在以下方面：一是淬火介质以雾化的方式喷淋到工件表面时，能够改变淬火介质的冷却特性，提高其冷却能力，从而提高被处理工件的淬透性、细化晶粒，在无需加入其它贵重合金元素的情况下，即可获得贝氏体复相组织，有效节约大量的能源和昂贵的合金元素，大大降低生产成本，减少热处理过程中的环境污染；二是在控制冷却工艺中，通过控制水流压力，即可方便地改变冷却过程中的冷却速度，在温度场、应力场模拟计算的基础上，便于计算机定量控制热处理工艺，以获得理想的组织结构，从而大大提高热处理过程的自动化程度，易于实现规模化工业化生产；三是控制冷却热处理工艺使用的配套雾化喷淋装置，其结构简单，运行可靠，制造容易，成本低，操作简单，喷淋效果好。
附图说明
图1为本发明所用的雾化喷淋装置结构示意图：
图2为贝氏体球墨铸铁的显微组织图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明之雾化喷淋装置做进一步描述。
图1中，工件台1的底板上设有排水孔2，工作台1的下方安装有对称的两轮轴12，各轮轴12的两端安装滚轮6，滚轮6置于导轨7上，以便在导轨7上滚动，其中一轮轴12与连杆8一端相连，连杆8另一端固定在偏心轴9上，偏心轴9固定在与电机11输出轴相连的转轮10上，以便通过转轮10上的偏心轴9、连杆8，将圆周运动变为直线运动，从而使工作台1在电机11驱动下往复移动；工作台1的上方设有管组13，各管安装多个喷头3，管组13与供水管14连通，供水管14与水泵相连，供水管14上安装流量计4和压力计5，通过供水管14、管组13及喷头3，将淬火介质——水雾化后喷淋到工作台1内的工件上。
以下通过实施例对本发明工艺作进一步描述。
本发明中球墨铸铁工件的成分质量比(wt.％)为：C：3.4～3.8％；Si：2.8～3.3％；Mn：2.5～3.4％；P、S≤0.06％；其余为Fe。采用中频感应电炉熔炼，铁水出炉温度在1450℃～1480℃，出炉前在浇包内加入孕育剂和球化剂。
根据上述成分范围的多项实施例见下表：
Figure C20061004875200061
(1)将上述球墨铸铁工件加热到880℃，保温2h，使工件完全奥氏体化；
(2)将经过雾化喷淋装置得到的雾化水连续喷淋在保温后的步骤(1)工件上，并控制水流的压力为0.1MPa，直到工件温度低于340℃后，停止喷淋；
(3)将(2)步骤喷淋冷却后的上述工件堆积在封闭的容器中，利用工件的余热进行保温2小时，使工件在保温过程中完成大部分贝氏体转变和少量的马氏体转变；
(4)将工件从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁。
分析：
将上述实施例所得球墨铸铁进行低温回火，其温度200℃，保温1h，之后取样进行分析检测。
对实施例4所得球墨铸铁进行取样，经图2显微组织分析，结合X射线衍射分析可以得出结论：所选成分的球墨铸铁磨球经过控制冷却热处理后获得的组织主要为针状贝氏体及少量马氏体和残余奥氏体。
对上述产品做进一步分析检测，其力学性能见下表：
Figure C20061004875200071
可以看出，上述成分的球墨铸铁工件经控制冷却热处理后，产品的平均硬度HRC50～55，冲击韧性αk值在16～23J/cm2，具有优良的强韧性配合，是抗磨料磨损较为理想的材质。

Claims (2)

1、一种贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺，其特征在于经过下列工艺步骤：
(1)将球墨铸铁工件加热到奥氏体区，选择温度为860～880℃，保温1～2h；
(2)将经过雾化喷淋装置得到的雾化水连续喷淋在工件上，并控制水流的压力为0.1～0.16MPa，直到工件温度达到280～340℃范围后，停止喷淋；
(3)将喷淋冷却后的工件堆积在封闭的容器中，利用工件的余热进行保温2～3小时，使工件在保温过程中完成大部分贝氏体转变和少量的马氏体转变；
(4)将工件从容器中取出，空冷至室温，即得具有贝氏体/马氏体复相组织的球墨铸铁。
2、一种如权利要求1所述贝氏体球墨铸铁的控制冷却热处理工艺所采用的雾化喷淋装置，其特征在于其上设有排水孔的往复移动式工作台上方设有带喷头的管组，管组与其上装有流量计、压力计的供水管相连，往复移动式工作台通过其下方的轮轴及其上的滚轮置于导轨上，轮轴上设有连杆，连杆另一端固定在电机输出轴轮的偏心轴上。
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获得贝氏体球铁控制冷却过程研究. 蒋业华，周荣，卢德宏等.铸造，第51卷第1期. 2002
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Assignor: Kunming University of Science and Technology

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Denomination of invention: Controlled cooling heat treating process and its device for bainite ductile iron

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Open date: 20070411

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