一種含釩鈦球鐵材料及熱處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鑄造加工領(lǐng)域，尤其涉及一種釩鈦球鐵及熱處理工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常規(guī)球墨鑄鐵用于機(jī)床床身、機(jī)械曲軸及耐磨材料等，并分別采取不同的熱處理工藝。球墨鑄鐵(后簡(jiǎn)稱球鐵)作為耐磨材料一般是奧氏體化保溫后等溫淬火，使材料最終得到下貝氏體鐵素體、殘余奧氏體及球狀石墨的復(fù)相組織，使材料具有硬度與韌性很好得到協(xié)調(diào)，并且具有很強(qiáng)的加工硬化能力，是一種抗一定沖擊耐磨材料。等溫淬火一般在鹽浴槽中進(jìn)行，而鹽一般由亞硝酸鈉與硝酸鉀等組成，分別為毒害品、易爆品，使用相當(dāng)危險(xiǎn)。這就限制了球鐵在一些領(lǐng)域的發(fā)展，不符合可持續(xù)發(fā)展的方向，一種不用等溫淬火又能得到類似組織的球鐵材料及熱處理工藝迫在眉睫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述不足因素，本發(fā)明目的在于提供一種新型球鐵材料及熱處理工藝，旨在解決取消等溫淬火而能得到希望的顯微金相組織，既消除了安全隱患又節(jié)能環(huán)保。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0005]—種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:碳3.20 % -3.90 %、硅2.30%-2.93%、錳0.96%-2.80%、鉻0.20%-0.90%、銅0.60%-0.90%、鉬0.80%-1.20%、釩0.54%-0.68%、鈦0.3%-0.78%、鈮0.01%-0.09%、0<磷<0.05%、0<硫<0.03%、鎂0.03%-0.05%、稀土元素0.02%-0.03%，其余為鐵。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供的球鐵材料，在傳統(tǒng)C-Si系球鐵基礎(chǔ)上優(yōu)化了(:、5^11等含量，并添加了￥、11、10、(:11、他等，在結(jié)晶過程中￥、11、他的加入增多了行核點(diǎn)使晶粒細(xì)化，并有少量碳化物形成增加硬度，Mo、Cu的加入使鑄錠整體淬透性增強(qiáng)，Ms點(diǎn)下移，下貝氏體鐵素體更易形成，從而配置一種全新的球鐵材料。本發(fā)明中V、T1、Mo、Cu、Nb與C、S1、Mn等元素配合，使鑄態(tài)組織均勻優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)成分偏析缺陷，進(jìn)而降低奧氏體化溫度，降低能耗;尤其在回火和使用過程中特殊碳化物的析出增強(qiáng)加工硬化能力。本發(fā)明所述的含釩鈦球鐵材料可以廣泛應(yīng)用于發(fā)電、水泥、冶金礦山、工程機(jī)械等領(lǐng)域。
[0007]所述稀土元素主要是鑭、鈰、釔等。優(yōu)選地，所述稀土元素為復(fù)合稀土元素。所述復(fù)合稀土元素指兩種或兩種以上的稀土元素的混合。
[0008]采取上述技術(shù)方案的有益效果為:通過添加稀土元素使片狀石墨呈球狀;使球狀石墨保持長(zhǎng)時(shí)間不變形;可深度降低氧和硫的含量，降低磷、硫、氫、砷、銻、鉍、鉛、錫等低熔點(diǎn)元素的有害作用；能改變夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)和分布;能細(xì)化鋼的凝固組織，從而改善鋼的性能;偏聚于晶界，引起晶界的結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和性能的變化，并影響其它元素的擴(kuò)散和新相形核與長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致鋼的組織與性能發(fā)生變化，這種變化被認(rèn)為是稀土的微合金化作用。
[0009]本發(fā)明還提供一種鑄件的熱處理工藝，包括以下步驟:
[0010]I)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將上述含釩鈦球鐵材料的鑄件在830-880°C溫度下保溫，保溫時(shí)間按DX2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm;
[0011]2)將步驟I)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻；
[0012]3)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火。
[0013]采取上述技術(shù)方案的有益效果為:本發(fā)明在配方改進(jìn)的基礎(chǔ)上同時(shí)對(duì)熱處理工藝進(jìn)行了優(yōu)化，尤其淬火后無需立即回火，實(shí)現(xiàn)了硬度與韌性有機(jī)結(jié)合，使產(chǎn)品廣泛用于耐磨制品等領(lǐng)域，既消除了安全隱患又節(jié)能環(huán)保。
[0014]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0015]進(jìn)一步，所述鑄件經(jīng)過熔煉鐵水、球化、澆注成型鑄件而成。
[0016]進(jìn)一步，步驟2)中，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為8%_12%的NaCl水溶液。
[0017]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:采用氯化鈉水溶液作為冷卻介質(zhì)，具有成本低、無毒且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。氯化鈉水溶液的質(zhì)量濃度為8%_12%有利于提高介質(zhì)冷卻能力，如果質(zhì)量濃度過高或過低都會(huì)降低介質(zhì)冷卻能力。
[0018]進(jìn)一步，步驟2)中，所述冷卻時(shí)間按DXsec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm，s ec的中文名稱是秒。
[0019]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:如果冷卻時(shí)間過短，容易出現(xiàn)鑄件心部為珠光體或屈氏體組織、淬不透等問題；如果冷卻時(shí)間過長(zhǎng)，容易出現(xiàn)馬氏體組織增多、韌性下降等問題。
[0020]進(jìn)一步，步驟3)中，低溫回火的具體方法為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-250 °C，保溫時(shí)間為2-4小時(shí)。
[0021]采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:合適的回火溫度和保溫時(shí)間有利于，如果回火溫度溫度過低，組織應(yīng)力大容易出現(xiàn)沖擊值降低等問題，如果回火溫度過高容易出現(xiàn)硬度降低;如果保溫時(shí)間過短，鑄件加熱不足，應(yīng)力不能完全去除，如果保溫時(shí)間過長(zhǎng)，浪費(fèi)能源。
[0022]本發(fā)明中，保溫時(shí)間均從達(dá)到目的溫度時(shí)開始計(jì)時(shí)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述的含釩鈦球鐵材料的金相顯微組織圖譜。
[0024]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:1、球狀石墨，2、碳化物，3、4、針狀鐵素體和奧氏體混合物。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0026]—種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:碳3.20 % -3.90 %、硅2.30%-2.93%、錳0.96%-2.80%、鉻0.20%-0.90%、銅0.60%-0.90%、鉬0.80%-1.20%、釩0.54%-0.68%、鈦0.3%-0.78%、鈮0.01%-0.09%、0<磷<0.05%、0<硫<0.03%、鎂0.03%-0.05%、稀土元素0.02%-0.03%，其余為鐵。
[0027]稀土元素主要有鑭、鈰、釔等。
[0028]所述含釩鈦球鐵材料生產(chǎn)狀態(tài)為淬火加低溫回火工藝，包括以下步驟:
[0029]I)按照上述配比經(jīng)熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0030]2)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在830-880°C溫度下保溫，保溫時(shí)間按DX 2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm;
[0031]3)將步驟2)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為8%-12%的NaCl水溶液，所述冷卻時(shí)間按DXsec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時(shí)間單位秒。
[0032]4)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火，具體操作為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-2500C，保溫時(shí)間為2-4小時(shí)。
[0033]實(shí)施例1至實(shí)施例3中，所述稀土元素為鑭釔復(fù)合稀土元素。
[0034]實(shí)施例1
[0035]一種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:C 3.20%,Si 2.30%,Mn
0.96%、Cr 0.20%、Cu 0.60%、Μο 0.80%、V 0.54%、Ti 0.3%、Nb 0.01%、Mg 0.03%、稀土元素0.02%，其余為Fe。
[0036]所述含釩鈦球鐵材料生產(chǎn)狀態(tài)為淬火加低溫回火工藝，包括以下步驟:
[0037]I)按照上述配比經(jīng)熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0038]2)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在830°C溫度下保溫，保溫時(shí)間按DX 2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm;
[0039]3)將步驟2)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為8 %的NaCl水溶液，所述冷卻時(shí)間按D X sec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時(shí)間單位秒。
[0040]4)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火，具體操作為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200°C，保溫時(shí)間為2小時(shí)。
[0041 ] 實(shí)施例2
[0042]—種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:
[0043]C 3.90%、Si 2.93% ^Mn 2.80%、Cr 0.90%、Cu 0.90% ^Mo 1.20%、V 0.68%、Ti 0.78% ^Nb 0.09%、Ρ 0.045%、S 0.028% ^Mg 0.05%、稀土元素0.03%，其余為Fe。
[0044]工藝過程如下:
[0045]I)按照上述配比經(jīng)熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件。
[0046]2)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在880°C溫度下保溫，保溫時(shí)間按DX 2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm。
[0047]3)將步驟2)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為10%的NaCl水溶液，所述冷卻時(shí)間按D X sec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時(shí)間單位秒。
[0048]4)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火，具體操作為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為250°C，保溫時(shí)間為4小時(shí)。
[0049]實(shí)施例3
[0050]—種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:
[0051 ] C 3.60%、Si 2.5%、Μη 1.56%、Cr 0.50%、Cu 0.70%、Μο 1.00%、V 0.60%、Ti0.50% ^Nb 0.05%、Ρ 0.02%、S 0.01% ^Mg 0.04%、稀土元素0.025%，其余為Fe。
[0052]工藝過程如下:
[0053]I)按照上述配比經(jīng)熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0054]2)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在850°C溫度下保溫，保溫時(shí)間按DX 2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm;
[0055]3)將步驟2)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為12%的NaCl水溶液，所述冷卻時(shí)間按D X sec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時(shí)間單位秒；
[0056]4)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火，具體操作為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為220°C，保溫時(shí)間為3小時(shí)。
[0057]將實(shí)施例1熱處理后的鑄件進(jìn)行金相顯微組織圖譜檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示，黑色球團(tuán)狀為球狀石墨I(xiàn)，白亮組織為碳化物2，余下為針狀鐵素體3與奧氏體混合物4。
[0058]通過圖1可以看出，球狀石墨能夠阻止微裂紋擴(kuò)展;共晶碳化物作為耐磨硬質(zhì)點(diǎn)均勻分布在鑄件中，增強(qiáng)耐磨性;作為基體的針狀鐵素體與過飽和奧氏體混合物韌性好的耐磨組織，隨著形變殘余過飽和奧氏體能夠轉(zhuǎn)變馬氏體，提高強(qiáng)度。
[0059]實(shí)施例2和實(shí)施例3的結(jié)果與圖1的結(jié)果一致。
[0060]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含釩鈦球鐵材料，其特征在于，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分:碳3.20 %-3.90%、硅2.30%-2.93%、錳0.96%-2.80%、鉻0.20%-0.90%、銅0.60%-0.90%、鉬0.80%-1.20%、釩0.54%-0.68%、鈦0.3%-0.78%、鈮0.01%-0.09%、0<磷<0.05%、0仝硫<0.03%、鎂0.03%-0.05%、稀土元素0.02%-0.03%，其余為鐵。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種含釩鈦球鐵材料，其特征在于，所述稀土元素為復(fù)合稀土元素。3.一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)將鑄件進(jìn)行奧氏體化保溫，具體操作為:將權(quán)利要求1或2所述含釩鈦球鐵材料的鑄件在830-880 °C溫度下保溫，保溫時(shí)間按D X 2min/mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm; 2)將步驟I)奧氏體化保溫的鑄件在淬火介質(zhì)中冷卻； 3)將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件進(jìn)行低溫回火。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，所述鑄件經(jīng)過熔煉鐵水、球化、澆注成型鑄件而成。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中，所述淬火介質(zhì)為質(zhì)量濃度為8 %-12%的NaCl水溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中，所述冷卻時(shí)間按D X sec/3mm計(jì)算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm，sec的中文名稱是秒。7.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，步驟3)中，低溫回火的具體方法為:將淬火介質(zhì)中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-2500C，保溫時(shí)間為2-4小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含釩鈦球鐵材料，按質(zhì)量百分比計(jì)，包括以下組分：碳3.20％-3.90％、硅2.30％-2.93％、錳0.96％-2.80％、鉻0.20％-0.90％、銅0.60％-0.90％、鉬0.80％-1.20％、釩0.54％-0.68％、鈦0.3％-0.78％、鈮0.01％-0.09％、0≤磷＜0.05％、0≤硫＜0.03％、鎂0.03％-0.05％、稀土元素0.02％-0.03％，其余為鐵。本發(fā)明通過對(duì)各組分的合適配比，具有晶粒細(xì)化、提高硬度、增強(qiáng)淬透性、Ms點(diǎn)下移、下貝氏體鐵素體更易形成等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C22C37/04, C22C37/06, C21D1/60, C21D5/00, C21D1/18, C22C37/10
【公開號(hào)】CN105714183
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610206501
【發(fā)明人】王景榮, 姜延飛, 王景利, 王景會(huì), 王榮偉, 凌海軍
【申請(qǐng)人】承德榮茂鑄鋼有限公司