一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法
阅读说明：本技术 一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法 (Processing method for improving hardness uniformity of nodular iron castings ) 是由 梁楚鹏 陈国辉 余荣杰 冯志军 曾亮 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法,其包括以下步骤：低温石墨化步骤：将球墨铸铁坯件装于炉体中在740～760℃的温度下加热4～6h；降温淬火步骤：经过低温石墨化处理后的球墨铸铁坯件在850～860℃的温度下加热1～2h,然后迅速放入水槽中水冷淬火；回火步骤：经过降温淬火步骤处理后的球墨铸铁坯件在560～570℃的温度下加热3～4h,然后置于空气中冷却。本发明的加工方法先通过低温石墨化处理使得分布不均匀的碳化物转变为石墨,获得铁素体+小于5％球粒状珠光体,再进行降温淬火和回火,使得表里硬度差大大缩小,提高了硬度的均匀性,而且硬度比常规的均匀化退火高。(The invention discloses a processing method for improving the hardness uniformity of nodular iron castings, which comprises the following steps: a low-temperature graphitization step: placing the nodular cast iron blank in a furnace body and heating for 4-6 h at the temperature of 740-760 ℃; cooling and quenching: heating the nodular cast iron blank subjected to low-temperature graphitization treatment at the temperature of 850-860 ℃ for 1-2 h, and then quickly putting the nodular cast iron blank into a water tank for water cooling quenching; tempering: and heating the ductile cast iron blank treated by the cooling and quenching step at the temperature of 560-570 ℃ for 3-4 h, and then cooling in air. The processing method of the invention firstly converts the carbides with uneven distribution into graphite through low-temperature graphitization treatment to obtain ferrite and spherical pearlite less than 5 percent, and then carries out cooling quenching and tempering, so that the difference of surface hardness and inner hardness is greatly reduced, the uniformity of hardness is improved, and the hardness is higher than that of the conventional homogenization annealing.)
技术领域
本发明涉及球墨铸铁制造技术领域，具体涉及一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法，是对球墨铸铁成型后的成品粗胚进行热处理的加工方法。
背景技术
目前，球墨铸铁逐渐替代锻钢在曲轴、后桥等零部件上得到广泛的应用。这时由于球墨铸铁不仅在强度、伸长率、塑性、韧性上能够满足这些零件的性能要求，而且球墨铸铁的制作工艺相比锻钢要具有低成本和工艺简单的优势。高强度球墨铸铁，例如高强度球墨铸铁如QT500、QT600由于碳当量较高，基体组织为珠光体+铁素体，以及铸造工艺及工件尺寸的影响，工件心部的含碳量会比外表面附近高。含碳量的不均匀导致工件表里硬度不均匀，机械加工时会发生光洁度不一致的现象，残余应力的不均匀也导致后续氮化变形或工件服役时变形。
现有技术中，为了获得均匀的想要获得均匀的190-240HB硬度，通过单一工序的热处理(正火或调质)都会使表里硬度差值超过40HB，而低温石墨化退火及高温退火获得的硬度虽然均匀，但最终获得的硬度低于180HB，硬度无法达到要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中球墨铸铁件的热处理方法使得其表里硬度差值高、表里硬度均匀性差；或者是，表面硬度均匀性好但表面的硬度低的技术问题，提供一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法。该加工方法先通过低温石墨化处理使得分布不均匀的碳化物转变为石墨，获得铁素体+小于5％球粒状珠光体，再在共析转变温度范围内短时间加热避免碳化物过多溶解，获得低碳奥氏体后，再进行淬火回火，使得表里大硬度差大大缩小，提高了硬度的均匀性，而且硬度高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法，其包括以下步骤：
低温石墨化步骤：将球墨铸铁坯件装于炉体中在740～760℃的温度下加热4～6h；
降温淬火步骤：经过低温石墨化处理后的球墨铸铁坯件在850～860℃的温度下加热1～2h，然后迅速放入水槽中水冷淬火；
回火步骤：经过降温淬火步骤处理后的球墨铸铁坯件在560～570℃的温度下加热3～4h，然后置于空气中冷却。
在现有技术中，为了使得球墨铸铁件获得190-240HB硬度，采用的热处理方法是：先淬火后回火，淬火的温度是在大于该球墨铸铁件的共析转变温度范围的温度进行淬火。例如，对于牌号为QT500的球墨铸铁，其共析转变温度范围为810～880℃，现有淬火温度通常采用880℃以上的温度进行加热，淬火的温度是880～920℃，加热保温时间是1～2h；回火的温度是580～600℃，时间4h；淬火在加热后采用油冷方式冷却至室温，回火在加热后采用空气冷却。经过检测，现有这种热处理方式的最终获得的球墨铸铁件硬度能够达到190-240HB，但是，球墨铸铁件的外圈硬度与心部硬度相差达35HB以上，这样会导致机械加工时光洁度不一致，后续氮化变形或工件股役时变形。发明人经过长期的探索研究，得出了在740～760℃的温度下加热能够使得球墨铸铁坯件分布不均匀的碳化物转变为石墨，此时，再该球墨铸铁坯件的共析转变温度范围内进行淬火，然后再采用比现有技术的回火温度低的温度回火，可以获得高硬度且表里硬度差缩小的球墨铸铁件。经过此热处理方法加工后的球墨铸铁件在后续的机械加工时光洁度一致，股役时不会变形。
进一步的，低温石墨化步骤中，球墨铸铁坯件加热后随炉冷却。
进一步的，低温石墨化步骤中，球墨铸铁坯件随炉冷却至500℃以下。
进一步的，低温石墨化步骤中，加热温度为740℃，加热时间5h。
进一步的，降温淬火步骤中，加热温度为860℃，加热时间为1h。
进一步的，降温淬火步骤中，球墨铸铁坯件迅速水冷至室温。
进一步的，回火步骤中，加热温度为560℃，加热时间为3h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、对于球墨铸铁坯件先在740～760℃的温度下加热使得球墨铸铁坯件分布不均匀的碳化物转变为石墨，再采用比现有技术的淬火温度低的温度进行淬火，最后再采用比现有技术的回火温度低的温度回火，获得高硬度且表里硬度差缩小的球墨铸铁件，表里硬度温度差在20HB以内，硬度均匀性大大提高。
2、采用降低的淬火加热温度使高温奥氏体含碳量比常规工艺低，能够降低淬火应力，淬水也不会开裂；现有常规工艺调质需要淬油，本申请的方法中采用淬水的方式比淬油更经济更环保。
3、本发明的加工方法处理获得的球墨铸铁件在后续的机械加工时光洁度一致，股役时不会变形。
附图说明
图1为球墨铸铁坯件在加工处理前在100倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图2为球墨铸铁坯件在加工处理前在100倍金相显微镜下观察的内孔组织图；
图3为球墨铸铁坯件采用对比例1的热处理方式处理后在100倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图4为球墨铸铁坯件采用对比例1的热处理方式处理后在100倍金相显微镜下观察的内孔组织图；
图5为球墨铸铁坯件采用对比例1的热处理方式处理后在500倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图6为球墨铸铁坯件采用对比例1的热处理方式处理后在500倍金相显微镜下观察的内孔组织图；
图7为本发明实施例1的球墨铸铁坯件经过低温石墨化步骤处理后在100倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图8为本发明实施例1的球墨铸铁坯件经过低温石墨化步骤处理后在100倍金相显微镜下观察的内孔组织图；
图9为本发明实施例1的球墨铸铁坯件回火处理后在100倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图10为本发明实施例1的球墨铸铁坯件回火处理后在100倍金相显微镜下观察的内孔组织图；
图11为本发明实施例1的球墨铸铁坯件回火处理后在500倍金相显微镜下观察的外圆组织图；
图12为本发明实施例1的球墨铸铁坯件回火处理后在500倍金相显微镜下观察的内孔组织图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
实施例1
一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法，其包括以下步骤：
低温石墨化步骤：将球墨铸铁坯件装于炉体中在740℃的温度下加热5h，然后随炉冷却至500℃以下。所述球墨铸铁坯件的牌号为QT500。
请参照图1，球墨铸铁坯件在加工前的外圆在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图1所示，外圆的珠光体含量约为5％。内孔在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图2所示，内孔珠光体含量约为20％。
经过了低温石墨化处理后，球墨铸铁坯件的外圆在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图7所示；内孔在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图8所示。经过低温石墨化处理后，内孔的珠光体含量少于5％。
经过低温石墨化处理后，再对球墨铸铁坯件进行降温淬火处理，具体步骤方法是：在860℃的温度下加热1h，然后迅速放入水槽中水冷淬火，冷却至室温。
回火步骤：经过降温淬火步骤处理后的球墨铸铁坯件在560℃的温度下加热3h，然后置于空气中冷却。
回火处理后，球墨铸铁坯件的外圆在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图9所示；在500倍金相显微镜下观察，其组织图如图11所示。内孔在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图10所示；在500倍金相显微镜下观察，其组织图如图12所示。
经过降温淬火+回火处理后，内孔和外圆的金相组织基本一致。
对球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度进行测试，结果如下表1所示。
表1球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度
硬度
加工处理前
低温石墨化后
降温淬火后
回火后
外圆
180HB
175HB
45HRC
220HB
内孔
200HB
180HB
45HRC
223HB
对比例1
淬火处理：将球墨铸铁坯件装于炉体中在920℃的温度下加热2h，然后采用油冷的方式冷却至室温。所述墨铸铁坯件的牌号为QT500。
回火处理：将淬火处理后的球墨铸铁坯件在580℃中加热4h，然后置于空气中冷却至室温。
请参照图1，球墨铸铁坯件在加工前的外圆在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图1所示，外圆的珠光体含量约为5％。内孔在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图2所示，内孔珠光体含量约为20％。
经过了淬火处理、回火处理后，球墨铸铁坯件的外圆在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图3所示；在500倍金相显微镜下观察，其组织图如图5所示。内孔在100倍金相显微镜下观察，其组织图如图4所示；内孔在500倍金相显微镜下观察，其组织图如图6所示。
对球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理后的硬度进行测试，结果如下表2所示。
表2球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度
硬度
加工处理前
淬火处理后
回火后
外圆
180HB
50HRC
200HB
内孔
200HB
55HRC
235HB
实施例2
一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法，其包括以下步骤：
低温石墨化步骤：将球墨铸铁坯件装于炉体中在760℃的温度下加热4h，然后随炉冷却至500℃以下。所述墨铸铁坯件的牌号为QT500。
经过低温石墨化处理后，再对球墨铸铁坯件进行降温淬火处理，具体步骤方法是：在850℃的温度下加热2h，然后迅速放入水槽中水冷淬火，冷却至室温。
回火步骤：经过降温淬火步骤处理后的球墨铸铁坯件在570℃的温度下加热4h，然后置于空气中冷却。
对球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度进行测试，结果如下表3所示。
表3球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度
硬度
加工处理前
低温石墨化后
降温淬火后
回火后
外圆
180HB
170HB
42HRC
210HB
内孔
200HB
180HB
44HRC
220HB
实施例3
一种提高球墨铸铁件硬度均匀性的加工方法，其包括以下步骤：
低温石墨化步骤：将球墨铸铁坯件装于炉体中在750℃的温度下加热5h，然后随炉冷却至500℃以下。所述墨铸铁坯件的牌号为QT500。
经过低温石墨化处理后，再对球墨铸铁坯件进行降温淬火处理，具体步骤方法是：在855℃的温度下加热1h，然后迅速放入水槽中水冷淬火，冷却至室温。
回火步骤：经过降温淬火步骤处理后的球墨铸铁坯件在570℃的温度下加热3.5h，然后置于空气中冷却。
对球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度进行测试，结果如下表4所示。
表4球墨铸铁坯件在加工处理前、加工处理中及加工处理后的硬度
硬度
加工处理前
低温石墨化后
降温淬火后
回火后
外圆
180HB
173HB
44HRC
215HB
内孔
200HB
177HB
45HRC
222HB
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
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