本发明涉及一种金属热处理工艺,更具体的讲是一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺,包括下述步骤:铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺。抗拉强度≥850MPa,延伸率≥5%,硬度HB240~320,克服了传统球墨铸铁材料韧性和塑性低的缺点,具备了良好的综合机械性能、切屑性能,可与锻钢媲美,同时,正火回火工艺是最环保、节能、安全的热处理工艺,且易操作,没有使用镍、钼等元素,铸件的生产成本没有增加,且热处理方案简单易行,安全可靠,所获得的铸件具有更好的机械性能,适用于各种尺寸的大中小机械零部件。
1.一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺,包括下述步骤:铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺,所述冷却采用先喷雾冷却、后空冷的二阶段冷却方式,所述冷却参数为:喷雾冷却10±5分钟,450±50°C转空冷,300±50°C下料,上述铸造球墨铸铁毛坯采用铁模覆砂生产工艺,所述铁模覆砂生产工艺中炉料成分按重量百分比计为:碳3.6~3.9%、硅1.8~2.3%、锰0.2~0.6%、磷<0.050%、硫<0.025%、铜0.4~0.7%、稀土总量0.030~0.070%、镁0.030~0.070%,其余为铁,所述高温不完全奥氏体化加热参数为:加热温度870±30°C,保温1.5±0.5小时,喷雾冷却用水的水温为35±15°C,所述回火工艺的工艺参数为:回火温度580±20°C,保温时间2.5±0.5小时。
2.按照权利要求1所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺,其特征在于:所述铁模覆砂生产工艺,其工艺过程中的熔化工艺采用中频感应电炉熔炼。技术领域
本发明涉及一种金属热处理工艺,更具体的讲是一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺。
背景技术
球墨铸铁是用于生产发动机曲轴等零部件的最常用材料。在我国球墨铸铁的国家标准中,高牌号材料QT800-2和QT900-2,以及实际生产中已有的QT800-3、QT850-2、QT900-3等非标材料,普遍采用正火态获得,韧性、塑性不够高,不能很好地用于高端产品的复合强化处理。一些发动机主机厂对曲轴用球墨铸铁材料提出更高要求,需达到QT850-5以上,在获取较高的抗拉强度的同时,提高延伸率。目前,在国内处于先进铸造水平的技术中,玉柴股份有限公司的QT800-6韧性材料,是通过钙钡元素合金化浇注成型后对铸件采取正火和回火处理,使金相组织为珠光体大于90%、无渗碳体等,铸件本体抗拉强度≥800Mpa、延伸率≥6%的指标。采用这种工艺来生产的球墨铸铁件,虽延伸率提高了一个等级,但抗拉强度受到一定的局限。为了获得球墨铸铁高抗拉强度以及好的韧性,满足市场的要求,在不增加铸造成本以及设备成本的基础上,寻找更好的方便易行的热处理工艺。
发明内容
针对以上不足,本发明提供了一种能够得到高抗拉强度以及好的韧性的QT850-5球墨铸铁热处理工艺。为了实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺,包括下述步骤:铸造球墨铸铁毛坯、高温不完全奥氏体化加热、冷却、回火处理工艺。其中高温不完全奥氏体化加热和冷却为正火工艺。上述铸造球墨铸铁毛坯采用铁模覆砂生产工艺,铁模覆砂浇注可获得优质的铸件毛坯,球化级别1~3级、石墨大小5~8级、珠光体大于65%、渗碳体小于2%。上述冷却步骤为先喷雾后空冷的二阶段冷却方式,采用相变区喷雾冷却有利于获得细片状珠光体基体。上述铁模覆砂生产工艺,其工艺过程中的熔化工艺是采用中频感应电炉熔炼。上述铁模覆砂生产工艺中炉料成分按重量百分比计为:碳3.6~3.9%、硅1.8~2.3%、锰0.2~0.6%、磷<0.050%、硫<0.025%、铜0.4~0.7%、稀土总量0.030~0.070%、镁0.030~0.070%、其余为铁。铜在球墨铸铁中有很好的固熔强化作用,同时能细化组织、增加珠光体含量、促进石墨化,用量少。上述高温不完全奥氏体化加热参数为:加热温度870±30°C,保温1.5±0.5小时。上述冷却参数:喷雾冷却10±5分钟后,450±50°C转空冷,300±50°C下料;喷雾冷却用水的水温为35±15°C。上述回火工艺的工艺参数为:回火温度580±20°C,保温时间2.5±0.5小时,回火处理是为消除残余应力、稳定尺寸及性能。上述工艺处理的球墨铸铁毛坯,可使球墨铸铁本体组织非常细化和均匀分布,珠光体含量大于90%、少量破碎状铁素体、无渗碳体,抗拉强度≥850Mpa、延伸率≥5%、硬度HB240-320。本发明的有益效果为:采用上述技术方案生产的球墨铸铁,铸件本体抗拉强度≥850Mpa,延伸率≥5%,硬度HB240~320,克服了传统球墨铸铁材料韧性和塑性低的缺点,具备了良好的综合机械性能、切屑性能,可与锻钢媲美,同时,正火回火工艺是最环保、节能、安全的热处理工艺,且易操作,没有使用镍、钼等元素,铸件的生产成本没有增加,且热处理方案简单易行,安全可靠,所获得的铸件具有更好的机械性能,适用于各种尺寸的大中小机械零部件。
附图说明
图1为本发明的正火回火工艺曲线示意图。
具体实施方式
本发明要求确保球墨铸铁毛坯内在质量好、稳定性好、组织致密无疏松、无缺陷、少于2%的渗碳体。为了获得优质的球墨铸铁毛坯,严格控制化学成分,采用中频感应电炉熔炼;铸造方法为铁型覆砂生产工艺。本发明球墨铸铁炉料成分按重量百分比为:碳(C)3.6~3.9%、硅(Si)1.8~2.3%、锰(Mn)0.2~0.6%、磷(P)<0.050%、硫(S)<0.025%、铜(Cu)0.4~0.7%、稀土总量0.030~0.070%、镁(Mg)0.030~0.070%、其余为铁。完成浇注成型后,将铸件按以下条件进行热处理:正火温度xa0xa0870±30°C,保温时间xa0xa01.5±0.5小时,冷却方式xa0xa0喷雾冷却10±5分钟450±50°C转空冷,喷雾冷却用水水温40°C,下料温度xa0xa0300±50°C;回火温度xa0xa0580±20°C,保温时间xa0xa02.5±0.5小时。铜在球墨铸铁中有很好的细化组织、增加珠光体含量、促进石墨化的作用,用量少,是球墨铸铁生产厂家常用的合金元素。铁模覆砂浇注可获得优质的铸件毛坯,球化级别1~3级、石墨大小5~8级、珠光体大于65%、渗碳体小于2%。对铸件采取不完全奥氏体化正火,相变区采用喷雾冷却有利于获得细片状珠光体基体,约450±50°C相变完成,采用空冷缓慢冷却,以利用余热实现自回火。要控制好喷雾的出水量和喷雾时间以及下料的温度,喷雾喷头的直径为1.5毫米。回火处理是为消除残余应力、稳定尺寸及性能。这样处理的球墨铸铁毛坯,可使球墨铸铁本体组织非常细化和均匀分布,珠光体含量大于90%、少量破碎状铁素体、无渗碳体,抗拉强度≥850Mpa、延伸率≥5%、硬度HB240-320。用上述热处理工艺处理的某型号的4105增压球墨铸铁曲轴,经复合强化处理后,极限疲劳弯矩可达2700Nm,远高于现有牌号的球墨铸铁曲轴。使用本发明生产的球墨铸铁件,可用于各种发动机零部件如曲轴、凸轮轴等,以及其它农用机械、建筑机械等需承受高强度、高韧性的大中小零件材料。实施例1:生产4105增压柴油机曲轴炉料成分(重量%):碳3.75、硅2.09、锰0.38、硫0.018、磷0.042、铜0.54、镁0.055、稀土总量0.040、其余为铁。热处理工艺:正火温度890°C、保温时间1.5小时、喷雾时间8分钟、460°C转空冷、喷雾冷却用水水温40°C;下料温度xa0xa0300±50°C;回火温度xa0xa0580°C、保温时间xa0xa02小时获得成品的机械性能:抗拉强度890N/mm²xa0xa0xa0xa0延伸率6.6%xa0xa0xa0xa0硬度HB278。实施例2生产4102增压柴油机曲轴化学成分(重量%):碳3.74、硅2.01、锰0.42、硫0.024、磷0.039、铜0.58、镁0.050、稀土总量0.036、其余为铁。热处理工艺:正火温870°C、保温时间1.5小时、喷雾时间6分钟、450°C转空冷,喷雾冷却用水水温40°C,下料温度300±50°C;回火温度580°C、保温时间xa0xa02小时;获得成品的机械性能:抗拉强度916N/mm²xa0xa0xa0延伸率6.2%xa0xa0xa0xa0硬度HB275。实施例3生产485柴油机曲轴化学成分(重量%):碳3.80xa0xa0硅1.94xa0xa0锰0.44xa0xa0硫0.020xa0xa0磷0.040xa0xa0铜0.50xa0xa0镁0.055、稀土总量0.038热处理工艺:正火温度860°C、保温时间1小时、喷雾时间6分钟、440°C转空冷、喷雾冷却用水水温40°C;下料温度xa0xa0300±50°C;回火温度580°C、保温时间2小时。获得成品的机械性能:抗拉强度910Mpaxa0xa0xa0xa0延伸率6.6%xa0xa0xa0xa0硬度HB280。