CN103088251A - 一种球墨铸铁及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种球墨铸铁及其热处理方法。按质量百分含量计的组分如下：C:3.50~3.90；Si:2.30~2.50；Mn≤0.50；P≤0.03；S≤0.018；Mg≤0.036；RE:0.02~0.04；Cu:0.50~0.80；Mo:0.30~0.40；Sn:0.03~0.05；余量Fe。所述的球墨铸铁的热处理方法为等温淬火热处理：升温至550℃，保温1小时，再升温至880~900℃，保温2.5~3.5h，在小于10秒钟的时间内出炉，置于350±2℃的45%KNO3:55%NaNO3混合熔盐盐浴内，保温2~3h，出炉后空冷至室温。本发明的球墨铸铁是一种抗拉强度、延伸率和硬度优良的球墨铸铁，是一种不使用亚硝酸盐盐浴的污染小、节约成本的球墨铸铁的热处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金及其热处理方法，特别涉及一种球墨铸铁及其热处理方法。
背景技术
近年来，随着人们对球墨铸铁材料的认识逐渐深入，铁素体、珠光体、铁素体+珠光体球墨铸铁材料以其优良的力学性能和物理性能，已经在公共交通、农业机械、矿山机械等领域逐步代替了传统的合金钢、铸钢等。但是随着机械功率和服役工况的进一步提升，人们对结构零件的性能要求越来越高，即希望能在保证高强度的同时，且具有高韧性的球墨铸铁材料。目前，通过改变基体组织的铁素体和珠光体比例，能够提高球墨铸铁材料的抗拉强度，但是同时却降低了延伸率，不能满足实际需要。
CN201110129613.1公开了一种砂型铸造等温淬火球墨铸铁载重汽车前轴的制造方法。其球墨铸铁的成分为：C:3.45~3.80，Si:1.90~2.10，Mn≤0.30，P≤0.035，S≤0.020，Ni:1.00~1.50，Mo:0.28~0.30，Cu:0.70~0.90，Mg:0.03~0.06，RE:0.01~0.03；抗拉强度≥1000MPa，屈服强度≥700MPa，≥5%，布氏硬度(HB)310~380，该球墨铸铁在热处理前经过喷丸处理强化，其中等温淬火热处理工艺参数为：奥氏体化加热：880~920℃，保温2h；等温淬火处理：330~350℃，保温1.5h。虽然上述方案显著提高了球墨铸铁性能，但是，增加了喷丸处理工序，不利于成本降低。
等温淬火球墨铸铁使用的亚硝酸盐盐浴对人体有害，不适合大范围工
业生产。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种抗拉强度、延伸率和硬度优良的球墨铸铁和提供一种污染小、节约成本的球墨铸铁的热处理方法。
本发明所述的球墨铸铁按质量百分含量计的组分如下：C:3.50~3.90；Si:2.30~2.50、Mn≤0.50、P≤0.03、S≤0.018、Mg≤0.036、RE:0.02~0.04、Cu:0.50~0.80、Mo:0.30~0.40、Sn:0.03~0.05、余量Fe。
本发明所述的球墨铸铁的优选组分为：C:3.71、Si:2.34、Mn:0.35、P:0.021、S:0.009、Mg:0.036、RE:0.034、Cu:0.60、Mo:0.34、Sn:0.042、余量Fe。
本发明所述的球墨铸铁的热处理方法为等温淬火热处理：升温至550℃，保温1小时，再升温至880~900℃，保温2.5~3.5h，在小于10秒钟的时间内出炉，置于350±2℃的45%KNO3:55%NaNO3混合熔盐盐浴内，保温2~3h，出炉后空冷至室温。
碳促进石墨化，利于球化，但是碳过高时，会产生石墨漂浮，故碳含量控制在3.50~3.90。
硅可以增加基体铁素体含量，能固溶于铁素体，强烈促进石墨化，抑制碳化物的形成，改善材料的塑性和韧性，但是含硅量过高，会增加了低温脆性，反而降低了韧性，故硅量以2.30~2.50为宜。
锰能提高淬透性，但是强烈阻碍石墨化。容易在最后凝固的晶界上产生偏析，形成含锰渗碳体，严重影响材料的塑韧性，故选择Mn≤0.50。
磷会沿晶界析出磷共晶，使基体组织硬而脆，而硫消耗球化元素和干扰球化，故要求P≤0.03，S≤0.018。
镁和混合稀土RE是主要的球化元素。残留量过大，白口倾向加大，球铁中易产生碳化物。因此要控制镁和其他球化元素的残留量，以Mg≤0.036，RE0.02~0.04为宜。
铜有助于贝氏体化，而且可以缓和由于钼的加入引起的偏析。但过高的铜因其易于在晶界析出，反而降低，冲击韧性和强度。另外，与钼配合，可以明显提高抗弯强度，故铜控制在0.50~0.80为宜。
钼能够强化基体，细化晶粒，均匀组织，并且提高淬透性效果显著。但是含钼量过多时偏析程度高，偏析于晶界或者晶内且难以消除，降低塑性和韧性，钼量选择在0.30~0.40。
单独加锡没有很大效果，与铜、锰配合时能够显著促进贝氏体化，而且不易产生偏析，所得球墨铸铁性能较好，锡量控制在0.03~0.05。
本发明采用等温淬火的热处理方法，等温淬火温度350±2℃，处于上贝氏体和下贝氏体的临界温度，平衡了两种组织性能的优缺点，从而能使淬火球铁达到较好的综合力学性能。所得等温淬火后球墨铸铁的基体组织为上贝氏体+下贝氏体+残余奥氏体。力学性能检测结果为：抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥7%，HB≥280。与铁素体-珠光体球墨铸铁部分性能比较见表2。可见，本发明的球墨铸铁是一种抗拉强度、延伸率和硬度优良的球墨铸铁；是一种不使用亚硝酸盐盐浴的污染小、节约成本的球墨铸铁的热处理方法。
具体实施方式
本发明采用生铁加废钢的熔炼工艺，中频感应电炉加热，包内冲入工艺球化，所选的球化剂为VNA-60P，加入量为1%，炉前及包中孕育工艺孕育，所选的孕育剂为VI-370，加入量为0.4%，用树脂砂型铸造，浇注温度1350℃，浇注时间控制在30秒制备球墨铸铁铸件。实施例与铁素体-珠光体球墨铸铁的成分比较见表1。
实施例1
各成分质量百分含量：C:3.71、Si:2.34、Mn:0.35、P:0.021、S:0.009、
Mg:0.036、RE:0.034、Cu:0.60、Mo:0.3、Sn:0.042、余量Fe。
实施例2
各成分质量百分含量：C:3.54、i:2.38、n:0.30、P:0.025、S:0.015、Mg:0.033、RE:0.030；Cu:0.55、Mo:0.30、Sn:0.036、余量Fe。
实施例3
将实施例1的球墨铸铁铸件等温淬火进行热处理：升温至550℃，保温1小时，再升温至890℃，保温时间3h；45%KNO3:55%NaNO3混合熔盐盐浴内的等温淬火温度350±2℃，等温保温时间2.5h；出炉后空冷至室温。测得力学性能为抗拉强度1120MPa，延伸率8.2%，HB 331。
实施例4
将实施例2的球墨铸铁铸件等温淬火进行热处理：升温至550℃保温1小时，再升温至885℃，保温时间2.5h；45%KNO3:55%NaNO3混合熔盐盐浴内的等温淬火温度350±2℃，等温保温时间2h，出炉后空冷至室温。测得力学性能为抗拉强度1099MPa，延伸率8.5%，HB 297。
表1 实施例与铁素体-珠光体球墨铸铁的成分比较
表2 实施例与铁素体-珠光体球墨铸铁的性能比较
注：测试标准：抗拉强度、延伸率：GB/T 228.1-2010；HB：GB/ T231. 1-2009。
Claims (3)
1..一种球墨铸铁，其特征是按质量百分含量计的组分如下：C:3.50~3.90、Si:2.30~2.50、Mn≤0.50、P≤0.03、S≤0.018、Mg≤0.036、RE:0.02~0.04、Cu:0.50~0.80、Mo:0.30~0.40、Sn:0.03~0.05、余量Fe。
2.根据权利要求1所述的球墨铸铁，其特征是按质量百分含量计的组分如下：C:3.71、Si:2.34、Mn:0.35、P:0.021、S:0.009、Mg:0.036、RE:0.034、Cu:0.60、Mo:0.34、Sn:0.042、余量Fe。
3.权利要求1所述的球墨铸铁的热处理方法，其特征是等温淬火热处理：升温至550℃，保温1小时，再升温至880~900℃，保温2.5~3.5h，在小于10秒钟的时间内出炉，置于350±2℃的45%KNO3:55%NaNO3混合熔盐盐浴内，保温2~3h，出炉后空冷至室温。
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