专利名称：铸铁件冷却正火液及其冷却正火方法
技术领域：
本发明属于铸铁的热处理技术领域。
铸铁生产为获得珠光体，普遍使用空冷、风冷、喷雾冷却正火，其冷却速度缓慢，冷却均匀性差，带来诸多不利1．珠光体晶团粗大，片距粗细不均匀，多形成粗大片状珠光体、普通片状珠光体和细片状珠光体组织，难于控制珠光体的含量、形态和分布，不利于强度、韧性、耐磨性和疲劳抗力的进一步提高；2．珠光体量不稳定，含量偏低，难于有效地控制先共析铁素体的形态、分布和数量，形成分布不均匀的铁素体，不利于产品技术条件对组织的要求；3．大截面铸件和形状复杂铸件内部组织不均匀，厚壁处心部组织难于达到技术条件要求；4．冷却不均匀，形状复杂和长轴杆状零件在风冷、喷雾冷却时发生变形；5．大截面铸件和大量产品的堆冷，易在奥化体晶界形成共析石墨，引起强度、塑性和韧性的降低等。风冷和喷雾冷却对细化正火组织，增加珠光体量，提高正火质量虽起到积极作用，但未导致问题的圆满解决，且带来冷却不均匀、变形、增加设备投资等问题。以Mo、Cr、Ni、Cu、Mn等元素合金化亦有积极作用，仍不够彻底，也带来新问题，如增加难溶碳化物的含量，影响塑性、韧性及机加工性能，提高铸件的成本。由于珠光体铸件应用领域的广泛，以铸代钢降低成本的要求，以及机械产品性能和质量的提高，对珠光体铸铁的强韧性、耐磨性、疲劳抗力等提出更新、更高的要求，高质量、低成本的市场竟争迫切需要铸造热处理行业圆满解决上述问题。材料科学家的研究证明珠光体片距愈细小，愈均匀，强度、塑韧性、耐磨性、疲劳抗力呈同步上升。理想的珠光体铸铁组织是渗碳体片距均匀的细珠光体，该细珠光体是指细片状珠光体或索氏体或屈氏体，或含有碎块状分散分布的先共析铁素体，该组织具有最佳的综合机械性能，获得上述珠光体的正火方法称为“理想正火”。现有的铸铁热处理工艺方法只有等温淬火和调质处理能达到这一要求，其能耗高，周期长，工艺繁琐，生产中很少使用。中国专利87107076公开了一种球铁铸热水浴正火工艺，其要点是在铸热状态水冷、空冷分级正火，获得珠光体组织，因其仍要面对三方面的问题1．小产品和形状复杂壁厚不均的铸件难以适应；2．先共析铁素体析出被抑制，易得到全珠光体组织；3．水冷太快，操作有难度，有时导致变形、开裂、机加工困难等。这些因素限制着该工艺的普遍推广。中国专利92101664公开了一种淬火剂，声称能取代调质处理，因其500℃以上的冷却速度比淬火机油快，不适于铸铁的正火。因此，如何在实际生产中采用简便、经济、高效、可靠而且接近于理想正火效果的正火液及其方法，获得细珠光体，同时可根据产品技术条件的要求，对细珠光体和先共析铁素体的形态、含量和分布以及细化程度作有效的工艺控制，成为铸造热处理工作者追求的目标。
本发明的目的在于提供一种铸铁件冷却正火液及其冷却正火方法，代替空气介质，提高正火冷却速度和冷却的均匀性，克服空气介质正火的不足，达到调质处理的组织和性能水平，补加高温回火，使珠光体组织更均匀，机械性能更优越，获得接近于“理想正火”的效果。
本发明的目的是通过如下途径实现的铸铁件冷却正火液，其特征在于它是含有氧烷、烯烃改性聚合物质及复合物按任意比例配比，且加入重量百分比浓度小于0.5％的防腐剂和防锈剂的水溶液，该水溶液的重量百分比浓度为0.1％-49％。氧烷是环氧乙烷或环氧丙烷，烯烃是乙烯或丙烯或丁烯，防腐剂是苯甲酸钠或四硼酸钠，防锈剂是亚硝酸钠。铸铁件冷却正火液的冷却正火方法，其特征在于将铸铁件放入正火液中冷却，其使用温度范围0℃-100℃，冷却时间从1秒-2小时；或与空冷、风冷、喷雾冷、水冷、油冷相结合进行分级正火。
本发明冷却正火液无色无毒洁净，冷却特性稳定，使用寿命长久。正火液用于铸铁正火，取代空冷、风冷、喷雾冷却，适于奥氏体加热正火、铸热正火和退火余热正火。使铸铁冷却更快、更均匀，控制珠光体，先共析铁素体的含量、分布和形态，获得细珠光体组织，亦可获得细珠光体与分布均匀的先共析铁素体复合组织，令正火组织弥散、均匀、细化，减少或消除正火变形，提高正火质量，改善综合机械性能。用正火的方法达到调质的组织和性能，取得接近于理想的正火效果。
本发明能用于铸铁和一部分钢种的奥氏体化加热正火，可用于铸铁退火余热正火，其用于可锻铸铁退火余热正火时，可获得高强度、高韧性的珠光体可锻铸铁，节能增效显著。用于铸铁造余热正火，节能效果显著。本发明可与空冷、风冷、喷雾冷相结合进行分级正火，还可以与水冷、油冷相结合进行分级正火。球墨铸铁在正火液中正火时，高温正火形成细珠光体与少量先共析铁素体复合组织，珠光体量＞85％，最高可达95％以上。截面直径120mm的球墨铸铁曲轴产品，心部珠光体量超过85％，表层、近表层珠光体量可达到9 5％。中、低温正火，细珠光体量减少，先共析铁素体量增加。机械性能水平为HB170-385 MN/m2-1000MN/m2 -8％。可锻铸铁在正火液中冷却时，高温正火形成细珠光体。中、低温正火形成细珠光体与先共析铁素体复合组织。机械性能水平为HB150-389 430MN/m2-850MN/m2、 -8％。大功率柴油机可锻铸铁活塞退火余热正火液正火后，经高温回火，其HB257、 782MN/m2 蠕墨铸铁和灰铸铁在正火液中冷却时，基体组织与球铁相同，机械性能均能达到或超过空气介质正火的水平。加入合金元素的铸铁在正火液中冷却时，将使合金对细化晶粒、细化珠光体，提高珠光体量的作用得到更充分的发挥。调整正火温度、改变正火液浓度以及使用分级正火的方法，可按技术条件的要求调整细珠光体和先共析铁素体的形态、含量和分布以及珠光体细化程度，运用该正火液，球铁、蠕铁，灰铁无需合金化即可获得精细的正火组织，正火液用于球铁、蠕铁、灰铁的铸造余热和可锻铸铁的退火余热正火或分级正火，为高性能、高质量珠光体铸铁件生产提供-种崭新的，节能显著的，简便易行的，可靠的工艺方法。正火液的冷却能力介于空气和油之间，正火冷却性质非常稳定，降低浓度使冷速提高，溶液温度变化对冷却却特性影响很小，可在0℃-100℃使用，铸件在正火液中的冷却过程非常平稳。溶液不腐败，使用寿命长，补加新液可使正火液的使用寿命显著延长。
举例说明1)珠光体可锻铸铁例1工艺退火态→900℃×30分钟→正火液冷透组织索氏体+屈氏体性能HB312 790MN/m2 例2工艺退火态→850℃×30分钟→正火液冷透→630℃×2小时回火→水冷组织索氏体性能HB257 786MN/m2 例3工艺铸态白口→高温石墨退火→920℃正火液冷透→630℃×2小时回火→水冷组织索氏体性能HB287 781MN/m2 2)珠光体球墨铸铁例4工艺铸态曲轴→930℃×45分钟正火液冷透(曲轴最大直径120mm)组织细珠光体+少量牛眼状铁素体(珠光体量≥95％)性能HB277 777MN/m2 例5工艺铸态→930℃×45分钟→正火液冷却→550℃×1.5小时回火→水冷组织细珠光体+少量牛眼状或碎块状铁素体(珠光体量≥95％)性能HB254 855MN/m2
权利要求
1．一种铸铁件冷却正火液，其特征在于它是含有氧烷、烯烃改性聚合物质及复合物按任意比例配比，且加入重量百分比浓度小于0.5％的防腐剂和防锈剂的水溶液，该水溶液的重量百分比浓度为0.1％-49％。
2．如权利要求1所述铸铁件冷却正火液，其特征在于氧烷是环氧乙烷或环氧丙烷，烯烃是乙烯或丙烯或丁烯，防腐剂是苯甲酸钠或四硼酸钠，防锈剂是亚硝酸钠。
3．如权利要求1或2所述铸铁件冷却正火液的冷却正火方法，其特征在于将铸铁件放入正火液中冷却，其使用温度范围为0℃-100℃，冷却时间从1秒-2小时；或与空冷、风冷、喷雾冷、水冷、油冷相结合进行分级正火。
全文摘要
一种铸铁件冷却正火液及其冷却正火方法。本发明属于铸铁的热处理技术领域。特征是正火液含有氧烷、烯烃聚合改性物质及复合物的水溶液，该铸铁件放入正火液中冷却或与空冷、风冷、喷雾冷、水冷、油冷相结合冷却。使铸铁正火冷却更快更均匀，实现按技术条件要求任意控制珠光体、先共析铁素体的含量、分布和形态，可大幅提高正火珠光体量，使正火组织弥散、均匀、细化，消除正火变形，用正火方法达到调质效果，达到正火的目的。简化生产工序，节能，提高正火质量，经济效益显著。
文档编号C21D5/00GK1316529SQ0110695
公开日2001年10月10日 申请日期2001年3月20日 优先权日2001年3月20日
发明者陈自强, 陈自立 申请人:陈自强, 陈自立