一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法。其技术方案是：所述高铬马氏体铸铁化学成分及其质量百分含量是：C为2.5～3.0％，Cr为18～22％，Si为0.5～0.9％，Mn为2.0～2.5％，Cu为0.7～1.2％，P≤0.049％、S≤0.049％，其中6.5≤Cr/C≤7.3，余量为Fe。按照上述化学成分配料、冶炼、浇注和打磨，打磨后在900～1000℃条件下保温1～2小时，然后水淬至室温，在室温条件下自然时效7～21天，制得高铬马氏体铸铁。所述高铬马氏体铸铁的硬度为65.5～67.5HRC，V型缺口冲击功为2.4～5.2J，基体组织为马氏体。本发明专利技术具有热处理工艺简单、热处理成本低和节约能源的特点，经自然时效后制得的高铬马氏体铸铁硬度高和韧性好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法
本专利技术属于高铬铸铁
尤其涉及一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法。
技术介绍
高铬铸铁是指合金中碳主要以碳化物形式存在，具有高硬度、高耐磨性能的铸铁。随着科技和社会的发展，为进一步提高高铬铸铁的硬度、耐磨性以及韧性，以适应工业技术的发展，本领域技术人员进行了大量的研究和技术开发。高铬铸铁铸态组织由奥氏体+共晶碳化物M7C3组成，在淬火过程中，将会发生奥氏体向马氏体的转变，并伴有二次碳化物的析出，一般情况下基体组织为马氏体+残余奥氏体。提高高铬铸铁硬度的主要方法是提高基体的硬度，减少残留奥氏体、铁素体和贝氏体的数量。提高基体硬度的主要方法有增加C含量，进而增加马氏体的含量，增加合金碳化物的数量与硬度。减少残留奥氏体主要是提高马氏体转变量，亦即要将马氏体转变点Ms控制在室温以上。经过淬火后获得的马氏体中的碳由于过饱和，在室温条件下，将会重新分布，进一步析出碳化物，而此过程主要发生在未经回火的马氏体中，因此经过回火的高铬铸铁不会产生时效硬化现象。现有技术都是采用淬火+回火处理的热处理工艺，回火后的高铬铸铁不再发生自然时效。“一种高铬铸铁研磨体”(CN109930057A)专利技术，该技术按质量百分含量的化学成分是：C为2.5～2.8％、Si≤0.5％、Mn为0.15～0.25％、Mo为0～2.5％、Cr为15～20％、Al为0.01～0.8％、Ni为0.05～0.10％、Re为0.1～0.2％、P≤0.05％、S≤0.05％，余量为Fe；该技术采用淬火+回火工艺，虽获得硬度≥65HRC的耐磨铸铁，但工艺复杂、热处理成本高。“高铬铸铁的热处理工艺”(CN106755789A)专利技术，该技术通过随炉加热至400℃保温1-2小时，随后加热至600℃保温1～2小时，继续加热至950℃保温2～3小时，淬火处理，缓慢降温至600℃后，又继续升至950℃-980℃保温2～4小时，最后空冷至室温后进行回火处理，工艺复杂，加热时间长，热处理工艺成本高。“一种高铬铸铁磨球及其热处理方法”(CN107034347A)专利技术，所述高铬铸铁磨球中铬Cr含量为11.4～27.52％，碳C含量为2.25～2.65％。该技术在600～890℃保温2～10h，加热至880～1100℃保温3～6h；冷却至150～350℃，空冷至室温后进行回火处理，该技术存在保温时间长、工艺复杂的缺点。“耐磨白口铸铁及其制备方法”(CN103757516A)专利技术，所述耐磨白口铸铁按质量分数的化学成分是：C为2.9～3.3％、Mn为4.55～5％、Cr为6.0～7.2％、B为0.45～0.70％，Si<0.50％，S<0.05％，P<0.05％，余量为Fe。该技术在950～1000℃保温3～6h，风冷至250℃后，在280～320℃，保温8～12h后空冷至室温，该技术的缺陷是工艺复杂，加热时间长。“一种用于耐磨球的高铬铸铁及其制备方法”(CN110129664A)专利技术，所述高铬铸铁按质量百分含量的化学成分是：C为2.3-3.0％、Si为0.5-1.0％、Mn为0.4-1.0％、Cr为16～20％、Mo为0.3～0.6％、Ni为0.4-0.8％、V为0.02～0.08％、B为0.050～1％、Nb为0.1～0.2％、Re为0.01～0.1％、S≤0.03％、P≤0.03％，余量为Fe。该技术在960-980℃进行淬火处理，冷却至360-380℃，风冷至室温，在340-360℃回火。该成分含有贵重合金元素Ni、Mo、V、Nb，成本高，工艺复杂且成本高。综上所述，现有的高铬铸铁存在生产成本高、热处理工艺复杂、热处理温度高和热处理工艺成本高的技术缺陷，热处理后的产品硬度和韧性有待于提高。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，目的是提供一种热处理工艺简单、热处理成本低和节约能源的基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法，用该方法制得的高铬马氏体铸铁硬度高和韧性好。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：所述高铬马氏体铸铁化学成分及其质量百分含量是：C为2.5～3.0％、Cr为18～22％、Si为0.5～0.9％、Mn为2.0～2.5％、Cu为0.7～1.2％、P≤0.049％、S≤0.049％，其中Cr/C为6.5～7.3，余量为Fe；按照上述化学成分及其质量百分含量配料、冶炼、浇注和打磨，打磨后于900～1000℃条件下保温1～2小时，然后水淬至室温，再于室温条件下自然时效7～21天，制得高铬马氏体铸铁。所述高铬马氏体铸铁的基体组织为马氏体；所述高铬马氏体铸铁的硬度为65.5～67.5HRC，V型缺口冲击功为2.4～5.2J。由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果：本专利技术的热处理过程是在900～1000℃条件下保温1～2小时，然后水淬至室温，再于室温条件下自然时效7～21天，制得的高铬马氏体铸铁。本专利技术采用自然时效的热处理方法，只需室温条件下放置一段时间即可，热处理方法极其简单，无需因为热处理加热而消耗能源，也无需加热设备，且无热处理介质排放，不仅环境友好，且能显著降低热处理的工艺成本。另加之本专利技术的化学组分中未有贵重合金元素如Ni、Mo，因此，本专利技术能使生产成本显著降低。本专利技术将高铬马氏体铸铁的化学组分中的Cr/C限定为6.5到7.3，使高铬马氏体铸铁中的共晶碳化物为M7C3碳化物，共晶碳化物M7C3呈块状、断裂网状不连续的分布在基体上，对基体的割裂作用较小，能够很好的镶嵌在基体之中。因此在冲击过程中，块状、断裂网状M7C3碳化物可以缓解应力集中，使高铬铸铁具有高韧性。本专利技术的化学成分中碳和铬含量较高，奥氏体区体积含量小，因而高铬铸铁经过淬火处理后基体为过饱和马氏体，得到的高铬马氏体铸铁硬度高。本专利技术采用自然时效的热处理方法，能使过饱和马氏体中的碳重新分布，并进一步析出细小的二次碳化物，而其他组织不发生变化。过饱和马氏体基体中含有大量弥散分布的二次碳化物，使得到的高铬马氏体铸铁硬度高和韧性好。本专利技术将铸态高铬铸铁在900～1000℃条件下保温，然后水淬至室温，取出经检测：硬度为60～62.5HRC，V型缺口冲击功为1.6～2.0J；本专利技术将水淬后的高铬马氏体铸铁在室温条件下进行自然时效，经自然时效后制得的高铬马氏体铸铁经检测：硬度为65.5～67.5HRC，V型缺口冲击功为2.4～5.2J。采用自然时效的热处理方法，使产品硬度HRC提高了8％以上，V型缺口冲击功提高了50％以上。因此，本专利技术具有热处理工艺简单、热处理成本低和节约能源的特点，经自然时效制得的高铬马氏体铸铁硬度高和韧性好。附图说明图1为本专利技术未经自然时效直接得到的一种高铬马氏体铸铁的光学组织图；图2为图1所示的高铬马氏体铸铁的扫描组织图；图3为图1所示高铬马氏体铸铁经自然时效后制得的高铬马氏体铸铁的光学组织图；图4为图3所示高铬马氏本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法，其特征在于所述高铬马氏体铸铁化学成分及其质量百分含量是：C为2.5～3.0％、Cr为18～22％、Si为0.5～0.9％、Mn为2.0～2.5％、Cu为0.7～1.2％、P≤0.049％、S≤0.049％，其中Cr/C为6.5～7.3，余量为Fe；按照上述化学成分及其质量百分含量配料、冶炼、浇注和打磨，打磨后于900～1000℃条件下保温1～2小时，然后水淬至室温，再于室温条件下自然时效7～21天，制得高铬马氏体铸铁；/n所述高铬马氏体铸铁的基体组织为马氏体；/n所述高铬马氏体铸铁的硬度为65.5～67.5HRC，V型缺口冲击功为2.4～5.2J。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自然时效的高铬马氏体铸铁热处理方法，其特征在于所述高铬马氏体铸铁化学成分及其质量百分含量是：C为2.5～3.0％、Cr为18～22％、Si为0.5～0.9％、Mn为2.0～2.5％、Cu为0.7～1.2％、P≤0.049％、S≤0.049％，其中Cr/C为6.5～7.3，余量为Fe；按照上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开明，郑欢，
申请(专利权)人：武汉科技大学，武科新材武汉工程研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42