消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，属于金属铸铁石墨化处理技术领域。包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~860℃范围内，升温时间控制在2~4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3个小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。本申请针对石墨形态基本呈球状或部分短蠕虫状的铸件缺陷组织特征，提出一种低温短时的消除球铁白口缺陷的热处理工艺，最终具有球状和少部分团絮状的石墨组织特征，使铸件满足应用要求，有效挽救生产损失。

Heat Treatment Process for Eliminating White Defect of Ductile Iron

The invention relates to a heat treatment process for eliminating white defects of nodular cast iron, belonging to the technical field of graphitization treatment of metallic cast iron. It includes the following steps: (1) heating up: heating up the ductile iron castings to annealing temperature with the furnace, the annealing temperature is within 820-860 (?) and the heating time is controlled at 2-4 hours; (2) heat preservation: keeping the ductile iron castings at annealing temperature for 2-4 hours; (3) slow cooling: slowly cooling the ductile iron castings with the furnace for 2-3 hours; (4) air cooling: slowly cooling down the ductile iron castings after cooling down, the ductile iron castings will be cooled. Take out air-cooled parts. In view of the defect structure characteristics of casting with spherical or partly short wormlike graphite morphology, this application proposes a low temperature and short time heat treatment process for eliminating white defects of ductile iron, which finally has the characteristics of spherical and a few flocculent graphite structure, so that the casting can meet the application requirements and effectively save production losses.

【技术实现步骤摘要】
消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺
本专利技术属于铸铁石墨化处理
，具体涉及一种消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺。
技术介绍
球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料。在熔炼过程中，通过实施球化和孕育处理得到球状石墨，使其综合性能接近于钢，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。普通球墨铸铁（铸态）中的基本组织组成物有：石墨、铁素体和珠光体。然而，由于产品结构、成分控制、熔铸工艺、浇注系统设计、冷却条件等诸多因素的影响，常导致球墨铸铁中的碳原子朝着析出非稳定相的方向扩散，即生成渗碳体或碳化物，从而出现纯白口或麻口（部分白口+灰口）组织特征。在球墨铸铁的白口组织中，后一类特征更为常见。白口组织硬且脆，致使铸件在加工过程中常出现加工不动或“打刀”现象，搬运过程中易产生裂纹，且铸件本体易产生剥落等。为消除球铁中已出现的白口组织，常采用退火（或正火）工艺。此类工艺主要以传统可锻铸铁的石墨化退火为参照，高温长时且分温区处理是其最主要的特点，易导致能量大量耗损，工艺返修成本居高不下，工艺参数不好控制，工序周期长影响交货期，铸件易变形并产生氧化脱碳，同时直接影响热处理设备使用寿命。申请号为CN93108460.1的中国专利技术专利公开了一种可锻铸铁低温退火的方法，其采用多缩硅醇聚合物作为催化剂，使可锻铸铁退火从先前的高、低温两段保温下，改为一次保温下进行石墨化的形式，号称退火温度从930℃-980℃降为830℃-890℃，退火周期短，退火温度降低，退货质量提高，退火件化学成分范围放宽，关于该现有技术的技术方案及技术效果，专利技术内容中有详细论述。
技术实现思路
在球墨铸铁实际生产过程中，若球化工艺较恰当，常发现当产生白口组织缺陷时，球铁的石墨形态基本呈球状或部分短蠕虫状，只是数量明显偏少。本专利技术所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺针对此类铸件缺陷组织特征，提出一种低温短时的消除球铁白口缺陷的热处理工艺，使球铁铸件最终具有球状和少部分团絮状的石墨组织特征，从而满足应用要求，有效挽救生产损失。本专利技术解决上述问题的技术方案如下：消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~860℃范围内，升温时间控制在2~4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3个小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。作为上述技术方案的优选，所述球墨铸铁件的壁厚≤15mm。本申请根据球铁产品壁厚、石墨球化等级、碳化物数量与分布状态等因素，采取低温短时石墨化退火工艺，在满足铸件使用性能的前提下，实现节能降耗。对于已产生白口组织缺陷的球铁铸件，热处理前需抽样检查以确认白口组织形态，本申请所述工艺尤其适用于白口组织中的石墨形态以球状或短蠕虫状为主，且综合评级不低于4级的球墨铸铁铸件。本申请所述的热处理工艺空冷降温前的处理时间控制在6~11小时。作为上述技术方案的优选，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~840℃范围内，升温时间控制在2~3小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~2.5小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3小时，此时，球墨铸铁件的温度约为550~600℃；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。本方案适用于以反白口组织为主，碳化物以莱氏体型组织形态存在的球铁铸件，工艺空冷降温前的处理时间控制在6~8.5小时。反白口即断面存在部分白口组织，相应的铸铁称为麻口铸铁。作为上述技术方案的优选，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在822~827℃范围内，升温时间控制在2~2.5小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~2.5小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。对于以反白口组织为主，碳化物以莱氏体型组织形态存在的球铁铸件，本申请进行了热处理工艺参数的优化，发现在上述工艺参数下，此类球墨铸铁的性能参数最佳。作为上述技术方案的优选，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在840~860℃范围内，升温时间控制在3~4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持3~4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。本方案适用于全壁厚的白口组织为主，或碳化物以针条状、块状为主的球墨铸铁，工艺空冷降温前的处理时间控制在8~11小时。作为上述技术方案的优选，步骤①、步骤②和步骤③中，所述球墨铸铁件周围无人为加入或反应产生保护气氛。作为上述技术方案的优选，步骤①、步骤②和步骤③中，所述球墨铸铁件周围无人为加入或反应产生的催化气氛。作为上述技术方案的优选，所述球墨铸铁件的石墨形态等级≥4级。在大致正常的球铁成分与熔铸工艺条件下，国家标准（GB/T1348-2009《球墨铸铁件》）要求球墨铸铁件石墨形态等级不低于4级。作为上述技术方案的优选，经空冷降温步骤处理后，所述球墨铸铁件内的铁素体含量达到95%以上,该百分比为显微组织视场的物相面积的百分比。作为上述技术方案的优选，经空冷降温步骤处理后，所述QT450-10球墨铸铁件的抗拉强度≥505MPa，断后伸长率≥16.3%。退火温度的选择是本工艺的关键。渗碳体属于铁碳合金中的亚稳定相。从热力学角度分析，渗碳体在任一温度下都可以分解为石墨和铁碳固溶体，而且在低温下，渗体分解更容易。但是，石墨化过程能否进行，还取决于石墨的形核及碳的扩散能力等动力因素。因此，为促使白口组织中大比例（相对于珠光体中共析渗碳体）碳化物的分解并满足碳原子长距离扩散并聚集成石墨的能量需要，退火温度应高于共析渗碳体的临界相变温度727℃。考虑升温过热度、铸件氧化、组织粗化和综合能耗等因素并结合生产验证，故将本专利技术的退火温度选择在820~860℃。当随炉缓冷至550~600℃左右时，铸件组织不发生相变，可直接出炉冷却。在本专利技术的技术方案条件下，碳化物分离后游离出碳原子，通过扩散聚集形成细小石墨。原碳化物所处的基体位置大幅度贫碳，在退火温度下形成低碳固溶度的奥氏体。由于到温后采用随炉冷却，奥氏体在具有游离碳原子的环境中倾向于实现二次石墨析出，基体碳浓度进一步降低，并最终形成铁素体组织。游离碳原子容易依附原白口组织中已经存在的石墨晶体的易生长晶面，满足形核与长大的能量要求，从而促使改变原石墨的形态。此外，一些小石墨晶粒也容易富集在已有石墨晶体表面，实现比表面积的降低，促进热处理相变的进行。现有技术中，申请号为CN93108460.1的中国专利技术专利公开了一种可锻铸铁低温退火的方法。该对比专利所处理的铸铁材料与本申请专利存在本质区别。①主要元素含量不同可锻铸铁：碳含量2.2%~2.8%，硅含量1.0%～1.8%；球墨铸铁：碳含量3.0~4.0%，硅含量1.8~3.2%，且含Mn较低，对S、P的限制较严。②处理前的铸铁种类与组织不同对比专利：必须制成白口铸铁，组织中无石墨；本申请专利：因微量成分与熔铸工艺偏差，形成反白口或薄壁出现全白口的球墨铸铁，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~860℃范围内，升温时间控制在2~4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3个小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。

【技术特征摘要】
1.消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~860℃范围内，升温时间控制在2~4小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~4小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3个小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。2.根据权利要求1所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于：所述球墨铸铁件的壁厚≤15mm。3.根据权利要求1或2所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在820~840℃范围内，升温时间控制在2~3小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~2.5小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3小时；④空冷降温：缓冷降温后，将球墨铸铁件取出空冷。4.根据权利要求3所述的消除球墨铸铁白口缺陷的热处理工艺，其特征在于，包含有如下步骤：①升温：将待处理球墨铸铁件随炉升温至退火温度，所述退火温度在822~827℃范围内，升温时间控制在2~3小时；②保温：使球墨铸铁件在退火温度下保持2~2.5小时；③缓冷降温：使球墨铸铁件随炉缓冷2~3小时；④空冷降温：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永禄，洪丽华，陈锵，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：福建,35