專利名稱：一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種球墨鑄鐵的熱處理工藝及其裝置，具體是一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝及其裝置，屬于金屬材料熱處理工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的球墨鑄鐵由于具有優(yōu)良的耐磨性能和優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，成為抗磨料磨損較為理想的材質(zhì)，并在耐磨、耐沖擊、高強(qiáng)度、高韌性和耐疲勞等多種場合得到應(yīng)用。例如作為球磨機(jī)中使用的磨球等等。目前球墨鑄鐵中獲得貝氏體組織的方式主要有(1)采用等溫淬火工藝獲得，即將工件奧氏體化并急冷到下貝氏體溫區(qū)等溫轉(zhuǎn)變后，再淬火到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下溫度，即可獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。此方法中，在奧氏體化后的冷卻階段，可以將工件淬入具有一定溫度的冷卻介質(zhì)(鹽浴或油)中，迅速冷卻到中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，并在該介質(zhì)中進(jìn)行保溫，使大部分組織完成貝氏體轉(zhuǎn)變，隨后再急冷到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，從而獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。但是等溫淬火工藝存在著工藝復(fù)雜、工序長、耗能大、淬火介質(zhì)易污染環(huán)境，且需加入一定的Cu、Mo、Ni合金元素提高淬透性，使貝氏體球墨鑄鐵生產(chǎn)成本高，質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)；(2)通過合金化在空冷或鑄態(tài)條件下獲得貝氏體球墨鑄鐵，即通過加入一定量的合金元素如Ni、Mo、B等，改變球墨鑄鐵的CCT曲線形狀，推遲其高溫轉(zhuǎn)變，以適宜的冷卻速度使過冷奧氏體連續(xù)通過貝氏體轉(zhuǎn)變的中溫區(qū)，從而在空冷條件下獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。這種工藝與傳統(tǒng)的獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的等溫淬火工藝相比，雖具有節(jié)約能源、縮短生產(chǎn)周期、減少污染等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在大斷面淬透性不足，合金元素加入后易形成碳化物或氧化物，從而導(dǎo)致材料成本上升等缺點(diǎn)。上述熱處理工藝的不足和局限性，使得具有貝氏體復(fù)相組織的球墨鑄鐵耐磨件的大規(guī)模推廣和應(yīng)用受到了限制，難以滿足市場需要。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝，以獲得性能優(yōu)越的貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝所用的裝置。
本發(fā)明的第一個(gè)目的通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝，其特征在于經(jīng)過下列工藝步驟(1)將球墨鑄鐵工件加熱到奧氏體區(qū)，選擇溫度為860～880℃，保溫1～2h(2)將經(jīng)過霧化噴淋裝置得到的霧化水連續(xù)噴淋在工件上，并控制水流的壓力為0.1～0.16MPa，直到工件溫度達(dá)到280～340℃范圍后，停止噴淋；(3)將噴淋冷卻后的工件堆積在封閉的容器中，利用工件的余熱進(jìn)行保溫2～3小時(shí)，使工件在保溫過程中完成大部分貝氏體轉(zhuǎn)變和少量的馬氏體轉(zhuǎn)變；(4)將工件從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的球墨鑄鐵。
本發(fā)明的第二個(gè)目的通過下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種在貝氏體球墨鑄鐵控制冷卻熱處理工藝中使用的霧化噴淋裝置，其特征在于其上設(shè)有排水孔的往復(fù)移動式工作臺上方，設(shè)有帶噴頭的管組，管組與其上裝有流量計(jì)、壓力計(jì)的供水管相連。以便將來自供水管的淬火介質(zhì)——水，經(jīng)管組及其上的噴頭霧化后，噴淋在其下方的往復(fù)移動工作臺上的工件上，實(shí)施快速冷卻。
所述往復(fù)移動式工作臺通過其下方的輪軸及其上的滾輪置于導(dǎo)軌上，輪軸上設(shè)有連桿，連桿另一端固定在電機(jī)輸出軸輪的偏心軸上，以便在電機(jī)驅(qū)動下，通過偏心軸、連桿使工作臺往復(fù)運(yùn)動。
本發(fā)明的技術(shù)難點(diǎn)是將淬火介質(zhì)——水經(jīng)專用設(shè)備霧化后，噴淋在隨工作臺往復(fù)運(yùn)動的且組織已奧氏體化后的球墨鑄鐵工件上，通過控制水流壓力以獲得足夠大的冷卻速度，從而避開高溫區(qū)的珠光體轉(zhuǎn)變，使之迅速冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，然后中止噴淋，再在等溫環(huán)境中，使其盡可能地以小的冷卻速度通過中溫區(qū)，進(jìn)行貝氏體轉(zhuǎn)變，待大部分組織完成貝氏體轉(zhuǎn)變后，再迅速冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，使余下的組織完成馬氏體轉(zhuǎn)變，從而獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。
與傳統(tǒng)的熱處理工藝相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面一是淬火介質(zhì)以霧化的方式噴淋到工件表面時(shí)，能夠改變淬火介質(zhì)的冷卻特性，提高其冷卻能力，從而提高被處理工件的淬透性、細(xì)化晶粒，在無需加入其它貴重合金元素的情況下，即可獲得貝氏體復(fù)相組織，有效節(jié)約大量的能源和昂貴的合金元素，大大降低生產(chǎn)成本，減少熱處理過程中的環(huán)境污染；二是在控制冷卻工藝中，通過控制水流壓力，即可方便地改變冷卻過程中的冷卻速度，在溫度場、應(yīng)力場模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上，便于計(jì)算機(jī)定量控制熱處理工藝，以獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，從而大大提高熱處理過程的自動化程度，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)；三是控制冷卻熱處理工藝使用的配套霧化噴淋裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，制造容易，成本低，操作簡單，噴淋效果好。


圖1為本發(fā)明所用的霧化噴淋裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖2為貝氏體球墨鑄鐵的顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明之霧化噴淋裝置做進(jìn)一步描述。
圖1中，工件臺1的底板上設(shè)有排水孔2，工作臺1的下方安裝有對稱的兩輪軸12，各輪軸12的兩端安裝滾輪6，滾輪6置于導(dǎo)軌7上，以便在導(dǎo)軌7上滾動，其中一輪軸12與連桿8一端相連，連桿8另一端固定在偏心軸9上，偏心軸9固定在與電機(jī)11輸出軸相連的轉(zhuǎn)輪10上，以便通過轉(zhuǎn)輪10上的偏心軸9、連桿8，將圓周運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，從而使工作臺1在電機(jī)11驅(qū)動下往復(fù)移動；工作臺1的上方設(shè)有管組13，各管安裝多個(gè)噴頭3，管組13與供水管14連通，供水管14與水泵相連，供水管14上安裝流量計(jì)4和壓力計(jì)5，通過供水管14、管組13及噴頭3，將淬火介質(zhì)——水霧化后噴淋到工作臺1內(nèi)的工件上。
以下通過實(shí)施例對本發(fā)明工藝作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明中球墨鑄鐵工件的成分質(zhì)量比(wt.％)為C3.4～3.8％；Si2.8～3.3％；Mn2.5～3.4％；P、S≤0.06％；其余為Fe。采用中頻感應(yīng)電爐熔煉，鐵水出爐溫度在1450℃～1480℃，出爐前在澆包內(nèi)加入孕育劑和球化劑。
根據(jù)上述成分范圍的多項(xiàng)實(shí)施例見下表

(1)將上述球墨鑄鐵工件加熱到880℃，保溫2h，使工件完全奧氏體化；(2)將經(jīng)過霧化噴淋裝置得到的霧化水連續(xù)噴淋在保溫后的步驟(1)工件上，并控制水流的壓力為0.1MPa，直到工件溫度低于340℃后，停止噴淋；(3)將(2)步驟噴淋冷卻后的上述工件堆積在封閉的容器中，利用工件的余熱進(jìn)行保溫2小時(shí)，使工件在保溫過程中完成大部分貝氏體轉(zhuǎn)變和少量的馬氏體轉(zhuǎn)變；(4)將工件從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的球墨鑄鐵。
分析將上述實(shí)施例所得球墨鑄鐵進(jìn)行低溫回火，其溫度200℃，保溫1h，之后取樣進(jìn)行分析檢測。
對實(shí)施例4所得球墨鑄鐵進(jìn)行取樣，經(jīng)圖2顯微組織分析，結(jié)合X射線衍射分析可以得出結(jié)論所選成分的球墨鑄鐵磨球經(jīng)過控制冷卻熱處理后獲得的組織主要為針狀貝氏體及少量馬氏體和殘余奧氏體。
對上述產(chǎn)品做進(jìn)一步分析檢測，其力學(xué)性能見下表

可以看出，上述成分的球墨鑄鐵工件經(jīng)控制冷卻熱處理后，產(chǎn)品的平均硬度HRC50～55，沖擊韌性αk值在16～23J/cm2，具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合，是抗磨料磨損較為理想的材質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝，其特征在于經(jīng)過下列工藝步驟(1)將球墨鑄鐵工件加熱到奧氏體區(qū)，選擇溫度為860～880℃，保溫1～2h；(2)將經(jīng)過霧化噴淋裝置得到的霧化水連續(xù)噴淋在工件上，并控制水流的壓力為0.1～0.16MPa，直到工件溫度達(dá)到280～340℃范圍后，停止噴淋；(3)將噴淋冷卻后的工件堆積在封閉的容器中，利用工件的余熱進(jìn)行保溫2～3小時(shí)，使工件在保溫過程中完成大部分貝氏體轉(zhuǎn)變和少量的馬氏體轉(zhuǎn)變；(4)將工件從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的球墨鑄鐵。
2.一種霧化噴淋裝置，其特征在于其上設(shè)有排水孔的往復(fù)移動式工作臺上方，設(shè)有帶噴頭的管組，管組與其上裝有流量計(jì)、壓力計(jì)的供水管相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴淋裝置，其特征在于所述往復(fù)移動式工作臺通過其下方的輪軸及其上的滾輪置于導(dǎo)軌上，輪軸上設(shè)有連桿，連桿另一端固定在電機(jī)輸出軸輪的偏心軸上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種貝氏體球墨鑄鐵的控制冷卻熱處理工藝及其裝置。該工藝采用水作為淬火介質(zhì)，利用所設(shè)計(jì)的控制冷卻熱處理裝置將水霧化，在球墨鑄鐵工件奧氏體化后進(jìn)行噴淋，通過控制水流壓力以獲得足夠大的冷卻速度而避開高溫區(qū)的珠光體轉(zhuǎn)變，迅速冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)后中止噴淋，并盡可能地以小的冷卻速度通過中溫區(qū)，進(jìn)行貝氏體轉(zhuǎn)變，待貝氏體后轉(zhuǎn)變大部分完成后再急冷到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。本發(fā)明應(yīng)用于貝氏體球墨鑄鐵的熱處理，能夠節(jié)約大量的能源和昂貴的合金元素，大大降低生產(chǎn)成本，減少熱處理過程中的環(huán)境污染，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)裝置結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，制造容易，成本低，操作方便。
文檔編號C21D1/18GK1944691SQ20061004875
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者周榮, 蔣業(yè)華, 胡國忠, 張玉勤, 周榮鋒, 黎振華, 盧德宏 申請人:昆明理工大學(xué)