低合金球墨铸铁及其铸件的热处理工艺制造技术

本发明专利技术是一种强度、韧性、塑性、耐磨性能得到改善的低合金球墨铸铁及其铸件的热处理工艺。它克服了已有牌号球墨铸铁不能同时具有较高强度、韧性、耐磨性的不足。其化学成分包括总量为１. ４－３. ４％的Ｍｏ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ和Ｃｒ合金元素。其特点为性能超过国家标准（ＧＢ１３４８－８８）；耐磨性高；成本低；工艺简单可行。它可广泛应用于制造曲轴、齿轮、火车轴箱、刹车片、锤头、衬板、磨球、铧犁等。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于黑色金属材料及其铸件热处理工艺，特别是钢铁材料及其铸件热处理工艺。中华人民共和国国家标准局，一九八八年颁布的国家标准《球墨铸铁件》(GB1348-88)规定单铸试块的机械性能如下表 从上述表中可看出，应用于结构件的球墨铸铁，其抗拉强度σb＝400～900N/mm2;延伸率δ＝2～18%;布氏硬度HB＝130-360，抗拉强度越高，相应的延伸率及冲击韧性越低，表中所列牌号球墨铸铁，不能同时具备高强度、高韧性和高塑性。另外，根据最近研究结果的可知某些抗磨零件的寿命，不仅取决于材料的硬度，还取决于材料的韧性。因而当材料具有较高硬度的同时并且具有一定的韧性时，材料可具有较高的耐磨性，在实际应用中常用耐磨材料有耐磨铸铁和高锰钢两类，耐磨铸铁中有普通白口铸铁，铬-钼-铜马氏体白口铸铁。其硬度很高，但韧性极差，属于脆性材料。此外还有中锰球铁、高铬白口铸铁，其硬度较高但韧性仍较低，冲击韧性值通常低于9J/cm2(无缺口试样)。高铬白口铸铁还需要用大量的铬铁，其成本约为普通耐磨铸铁的两倍以上，这些不足使其应用受到了一定的限制。高锰钢的韧性很高(aK＝150～260 J/cm2)。原始硬度很低(HB＝180～230)。当这种材料受到强烈冲击时，则产生加工硬化，其硬度HV＝460-580，硬度升高的幅度与受冲击产生加工硬化的程度有关。在某些使用条件下，加工硬化的程度不大时，其耐磨性并不理想。例如采用高锰钢铸造，φ800×600锤击式破碎机的锤头(5.5公斤)其耐磨性能就不理想，此外高锰钢还需在1050℃-1100℃保温4小时的高温条件下进行水韧处理。综上所述，一九八八年颁布的国家标准中的球墨铸铁不能同时具有高强度、高韧性和高塑性;现有耐磨铸铁韧性偏低;高锰钢在受冲击不严重的情况下不能同时具有高硬度和高韧性，形成高耐磨性，因而专利技术一种强度、韧性、塑性、耐磨性等综合性能良好的新型球墨铸铁是必要的。本专利技术的目的在于提供一种应用于结构件中具有高强度、高韧性和高塑性的球墨铸铁，应用于耐磨件中具高硬度和高韧性，高耐磨的球墨铸铁及其铸铁件的热处理工艺。本专利技术是由下列措施实现的根据金属学的组织决定性能的原理，欲达到上述专利技术的目的，关键是改变铸铁基体的相组成及其相对含量。当保证基体组织中存在足够数量的奥氏体时，因为奥氏体具有良好塑性和韧性以及加工硬化能力，可以提高铸铁的韧性塑性和耐磨性，当基体中存在大量贝氏体针状组织时，则可以使铸铁具有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性，铸铁基体中的相组成与其相对含量与铸铁的化学成分和制造工艺有关。故本专利技术通过化学成分的设计和控制以及采用特殊制造工艺获得由奥氏体、贝氏体、少量马氏体和碳化物组成的基体。本专利技术是一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，其成分和含量(质量%)如下C(碳)为3.2-3.8，Si(硅)为2.3-2.8，Mn(锰)为0.1-0.5，P(磷)为0.01-0.04，S(硫)为0.01-0.04，Mo(钼)为0.2-0.6，Cu(铜)为0.5-1.5，Ti(钛)为0.1-0.2，V(钒)为0.2-0.3，Cr(铬)为0.4-0.8，Fe(铁)为余量或平衡量。比较好的方案是成分和含量(质量%)如下C为3.4-3.8，Si为2.4-2.8，Mn为0.1-0.3，P为0.01-0.03，S为0.01-0.03，其余成分的含量同前。最好的方案是成分和含量(质量%)如下C为3.6-3.8，Si为2.5-2.8，Mn为0.1-0.2，P为0.01-0.02，S为0.01-0.02，其余成分的含量同前。利用本专利技术的低合金球墨铸铁铸成的铸件，其热处理工艺包括奥氏体化处理和等温处理两个处理过程，奥氏体化处理的加热处理温度为840-920℃，保温时间为40-90分钟，等温处理的等温温度为260-380℃，等温时间为40-90分钟。本专利技术与现有技术相比有如下特点(1)综合性能指标超过中华人民共和国一九八八年颁布的国家标准(GB1348-88)规定的指标用于结构件时σb＝1000N/mm2δ＝3-5% ak＝40-50J/cm2(无缺口试样)σb＝850N/mm2δ＝5-7% ak＝50-60J/cm2(无缺口试样)σb＝750N/mm2δ≥10% ak＝60-70J/cm2(无缺口试样)(2)耐磨性、经济性较高应用于磨件时，硬度HRC＝48-52，ak＝20-30J/cm2(无缺口试样)。用本专利技术的球墨铸铁制成的φ800×600锤击式破碎机锤头(5.5公斤)，耐磨性和经济性均优于高锰钢和中锰球铁，其比较如下表 注破碎石料均为广东荷塘石灰石(3)采用本专利技术的低合金球墨铸铁代替45号钢制造新一代25.5米火车客车车厢的缓冲套，使用寿命从两个段修期(三年)提高到一个厂修期(七年半)。本专利技术的低合金球墨铸铁和45号钢制造的缓冲套成本相近，约60元/只，但使用寿命提高了2.5倍，全国现有客车2.5万辆，每年需要3.4万只缓冲套，若采用本专利技术的低合金球墨铸铁，预计每年可少消耗2万只，节省资金120万元。(4)本专利技术热处理工艺简单，操作方便。现对本专利技术做进一步描述实施例一一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，它的组成成分包括有C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)、Mo(钼)、Cu(铜)、Ti(钛)、V(钒)、Cr(铬)和Fe(铁)，每一种成分的含有质量(%)，C为3.2、Si为2.8、Mn为0.3、S为0.04、P为0.04、Mo为0.2、Cu为0.5、Ti为0.1、V为0.2、Cr为0.4、Fe为余量或平衡量。实施例二一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，它的组成成分包括有碳、硅、锰、磷、硫、钼、铜、钛、钒、铬和铁，每一种成分的含有质量(%)碳为3.6、硅为2.5、锰为0.3、磷为0.03、硫为0.03、钼为0.2、铜为0.5、钛为0.15、钒为0.25、铬为0.45、铁为余量或平衡量。实施例三一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，它的组成成分包括有碳、硅、锰、磷、硫、钼、铜、钛、钒、铬和铁，每一种成分的含有量(%)，碳为3.4，硅为2.6、锰为0.2、磷为0.03、硫为0.03、钼为0.3、铜为0.8、钛为0.15、钒为0.2、铬为0.5，铁为余量或平衡量。实施例四一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，它的组成成分包括有碳、硅、锰、磷、硫、钼、铜、钛、钒、铬和铁，每一种成分的含有质量(%);碳为3.8、硅为2.6、锰为0.1、P为0.02、硫为0.02、钼为0.6、铜为1.5、钛为0.2、钒为0.3、铬为0.8、铁为余量或平衡量。利用本专利技术的低合金球墨铸铁而铸成的铸件的热处理工艺，它包括奥氏体化处理、使用的设备是通用的盐浴炉或箱电炉，其加热的温度为840-920℃，保温时间为40-90℃分钟;等温处理，采用的设备是通用的盐槽，等温温度为260-380℃，等温时间为40-90分钟。对不同铸件进行热处理时，根据对性能要求和铸件尺寸、结构的不同，确定加热温度和保温时间。对于φ800×600的锤击式破碎机锤头(5.5公斤)铸件的化学成分及其热处理工艺化学成分质量(%)C为3.6-3.8、Si为2.6-2.8，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强度、韧性、硬度综合性能得到改善的低合金球墨铸铁，其特征在于含有质量（％）：Ｃ（碳）３. ２－３. ８，Ｓｉ（硅）２. ３－２. ８，Ｍｎ（锰）０. １－０. ５，Ｐ（磷）０. ０１－０. ０４，Ｓ（硫）０. ０１－０. ０４，Ｍｏ（钼）０. ２－０. ６，Ｃｕ（铜）０. ５－１. ５，Ｔｉ（钛）０. １－０. ２，Ｖ（钒）０. ２－０. ３，Ｇｒ（铬）０. ４－０. ８，Ｆｅ（铁）为平衡量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光华，张永秀，王建平，
申请(专利权)人：华东工学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]