具有奥氏体-贝氏体的球墨铸铁和制造方法

摘要

本发明是把含有Ni＝ 1-2％，Mn＝0.3-0.8％，Mo＝0.3-0.8％ ，Cu＝1-1.5％，稀土元素为0.001-0.03％，其 他如Si、Mg、S、P、C等为常规含量的球墨铸铁加热到 奥氏体转变温度后经过保温，再用可控制气流，以 45-55％/min和10-40℃/min两种速率分别冷却 到550-590℃和300-320℃，在320-250℃的停留 时间不少于90分钟，然后在空气中自由冷却到室温。 再把该球墨铸铁进行300-320℃回火处理，还可使 σb再提高13-17％，冲击韧性提高30％以上，延伸率 稍有增加。

说明书

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本发明论述了把加入一定百分比的Ni，Mn，Mo，Cu，稀土元素的球墨铸铁加热到奥氏体转变温度后用强制空气冷却的方法而获得的微观组织为残留奥氏体、粒状贝氏体、上贝氏体、下贝氏体和球状石墨的球墨铸铁。

在公知的把含有Mn，Mo，Cu合金元素的球墨铸铁加热到奥氏体转变温度，经过保温后，通过370℃的盐浴等温淬火，获得奥氏体-贝氏体球墨铸铁的方法，已在美国专利3860457（Jan/4    1975）中所论述。它的显微组织是残留奥氏体和贝氏体及球状石墨相结合的基体，使它的抗拉强度和延伸率有所提高，也增加了疲劳强度。

但是这种公知的方法需要工件10倍以上体积的硝盐液，盐液常年加热和保温要消耗大量能量，硝盐挥发的气体有毒，造成环境污染，大量盐液热老化周期缩短;处理废盐液变得困难;由于处理时温差大，热应力大，对结构复杂的构件会引起变形过大而造成废品，如对长3.370mm重2吨的曲轴等温淬火，使直线度为6-9mm。

本发明的任务是提供一种含有一定合金元素的奥氏体-贝氏体球墨铸铁及其制造方法，从而消除了公知的工艺方法的缺点。

本发明所提供的制取奥氏体-贝氏体球墨铸铁的基本化学成份为：

Mn＝0.3-0.8%，Mo＝0.3-0.8%，Cu＝1-1.5%，Ni＝1-2%稀土元素0.001-0.03%，Si，S，P等为常规量。

选择Mn含量为0.3-0.8%的原则是含量小于0.3%容易生成铁素体，含量大于0.8%时多余的Mn，富集在晶团界面上，而使韧性下降。

含Mo量的选择原则是促使贝氏体生成，又不能超量而生成碳化物，因此，含Mo量选择在0.3-0.8%。

Ni含量为1-2%最佳，其目的在于用本法进行热处理时，从奥氏体化后，用本发明的冷却方法，就能保证在整个截面生成贝氏体，而Ni含量超过2%会使成本无意义的加大。

Cu的作用是对奥氏体-贝氏体起稳定作用，加入量过多又会破坏机械性能。

而加入0.001-0.03%的稀土元素是为了使球铁组织细化，有利于它的机械性能。

以上这些元素的含量选择还有一个综合效果，就是使S曲线右移到一定位置以适应于本发明的冷却曲线，甚至可使φ230mm的工件也容易在所有截面上生成奥氏体-贝氏体组织，又不损害球墨铸铁的性能。

本发明的另一个特点是把含量Mn＝0.3-0.8%，Mo＝0.3-0.8%，Ni＝1-2%，Cu＝1-1.5%，稀土元素0.001-0.03%，Si，Mg，S，P等为常规的球墨铸铁在加热炉中加热到奥氏体化温度保温0.5-3小时，移出炉外用可控制气流，以45-55℃/min的速率冷却到550-590℃，再改用10-40℃/min的速率冷却到300-320℃，在320-250℃的停留时间不少于90分钟，然后空冷到室温后，再进行一次300-320℃的回火处理，使球墨铸铁具有65-75%的贝氏体，15-25%的奥氏体及10%的球状石墨。

对比相同结构件，本发明的处理方法，所具有的强度、硬度及延伸率与公知的等温淬火方法要好或者相当;本发明所使用的设备大为简化;节约了能源和资金，减少污染，由于采用空气冷却使处理变得柔和，结构复杂件不易因变形过大而报废。

附图描述了本发明的一个实施例。

图1是本发明热处理的整体温度时间变化规律图。

图2是放大400倍的本发明实施例的微观组织图。

将含Ni＝1.6-1.8%，Mn＝0.4-0.5%，Mo＝0.4-0.5%，Cu＝1%，稀土元素为0.006-0.010%，其它为常规含量的球墨铸铁曲轴（长3370mm，主轴颈224mm，内孔φ80mm，重2吨）经粗加工后放入加热炉中以150-180℃/min的速率加热到860-890℃，保温3小时，出炉后放置在强制空气流中（可以用风扇），以48-52℃/min速率冷却到550-590%，减低气流强度以11-13℃/min的速率冷却到300-320℃，停止风冷，在空气中自由冷却到室温。回火处理是将曲轴在加热炉中升温到300-320℃，保温3小时，在空气中冷却到室温，试验证明：处理后的回火可使工件的σb提高13-17%，冲击韧性值提高30%以上，延伸率稍有增加。

用本法处理的曲轴直线度为0.5mm，解剖曲轴实物机械性能，σb＞100Kg/mm²，σn＞30Kg/mm²，相当于锻钢曲轴，所得到的微观组织是65-75%的粒状贝氏体，上贝氏体和下贝氏体;15-25%的残留奥氏体以及10%的球状石墨，如图2所示。