专利名称：一种qt850-5球墨铸铁热处理工艺的制作方法
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I 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I. 8 2.3%、锰 O. 2 O. 6%、磷< O. 050%、硫< O. 025%、铜 O. 4 O. 7%、稀土总量 O. 030 O. 070%、 镁O. 030 O. 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，铸件本体抗拉强度彡850Mpa,延伸率彡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、钥等元素，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。
图I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) I. 8 2. 3%、锰(Mn) O. 2 O. 6%、磷(P) < O. 050%、硫(S) < O. 025%、铜(Cu)O. 4 O. 7%、稀土总量 O. 030 O. 070%、镁(Mg)O. 030 O. 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 870±30°C，保温时间 I. 5±0. 5小时，冷却方式喷雾冷却10±5分钟 450±50°C转空冷，喷雾冷却用水水温40°C，下料温度300±50°C;回火温度580±20°C， 保温时间2. 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 I 3级、石墨大小5 8级、珠光体大于65%、渗碳体小于2%。对铸件米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I. 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I :生产4105增压柴油机曲轴炉料成分(重量％):碳 3. 75、硅 2. 09、猛 O. 38、硫 O. 018、磷 O. 042、铜 O. 54、镁 O. 055、稀土总量 O. 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 400C ;下料温度 300±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890N/mm2 延伸率6. 6% 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 O. 42、硫 O. 024、磷 O. 039、铜 O. 58、镁 O. 050、稀土总量 O. 036、其余为铁。
热处理工艺正火温870°C、保温时间I. 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2小时；获得成品的机械性能抗拉强度916N/mm2 延伸率6. 2% 硬度HB275。
实施例3生产485柴油机曲轴化学成分(重量％):碳 3. 80 硅 I. 94 锰O. 44 硫 O. 020 磷 O. 040 铜 O. 50 镁O. 055、稀土总量O. 038热处理工艺正火温度860°C、保温时间I小时、喷雾时间6分钟、440°C转空冷、喷雾冷却用水水温 400C ;下料温度 300±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910Mpa 延伸率6. 6% 硬度HB280。
权利要求
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。
2.按照权利要求I所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于所述铸造球墨铸铁毛坯采用铁模覆砂生产工艺。
3.根据权利要求I所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于所述冷却采用先喷雾冷却、后空冷的二阶段冷却方式。
4.按照权利要求2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。
5.按照权利要求2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中炉料成分按重量百分比计为 碳3. 6 3. 9%、硅I. 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。
6.按照权利要求I所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于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I. 5±0. 5小时。
7.根据权利要求I所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于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。
8.根据权利要求7所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于所述喷雾冷却用水的水温为35±15°C。
9.按照权利要求I所述的一种QT850-5球墨铸铁热处理工艺，其特征在于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。
全文摘要
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。
文档编号C21D5/00GK102978360SQ20121058872
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者张东, 李永真, 张之奎, 王守河, 张立平, 尹士文, 尹洪滨 申请人:滨州海得曲轴有限责任公司