一種含釩鈦球鐵材料及熱處理工藝的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種鑄造加工領域，尤其涉及一種釩鈦球鐵及熱處理工藝。
【背景技術】
[0002]目前常規球墨鑄鐵用于機床床身、機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相組織，使材料具有硬度與韌性很好得到協調，并且具有很強的加工硬化能力，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，使用相當危險。這就限制了球鐵在一些領域的發展，不符合可持續發展的方向，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。

【發明內容】

[0003]鑒于上述不足因素，本發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能環保。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:
[0005]—種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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]本發明的有益效果是:本發明提供的球鐵材料，在傳統C-Si系球鐵基礎上優化了(:、5^11等含量，并添加了￥、11、10、(:11、他等，在結晶過程中￥、11、他的加入增多了行核點使晶粒細化，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，Ms點下移，下貝氏體鐵素體更易形成，從而配置一種全新的球鐵材料。本發明中V、T1、Mo、Cu、Nb與C、S1、Mn等元素配合，使鑄態組織均勻優點，可以彌補成分偏析缺陷，進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加工硬化能力。本發明所述的含釩鈦球鐵材料可以廣泛應用于發電、水泥、冶金礦山、工程機械等領域。
[0007]所述稀土元素主要是鑭、鈰、釔等。優選地，所述稀土元素為復合稀土元素。所述復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;使球狀石墨保持長時間不變形;可深度降低氧和硫的含量，降低磷、硫、氫、砷、銻、鉍、鉛、錫等低熔點元素的有害作用；能改變夾雜物的性質、形態和分布;能細化鋼的凝固組織，從而改善鋼的性能;偏聚于晶界，引起晶界的結構、化學成分和性能的變化，并影響其它元素的擴散和新相形核與長大，從而導致鋼的組織與性能發生變化，這種變化被認為是稀土的微合金化作用。
[0009]本發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，保溫時間按DX2min/mm計算，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中冷卻；
[0012]3)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火。
[0013]采取上述技術方案的有益效果為:本發明在配方改進的基礎上同時對熱處理工藝進行了優化，尤其淬火后無需立即回火，實現了硬度與韌性有機結合，使產品廣泛用于耐磨制品等領域，既消除了安全隱患又節能環保。
[0014]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0015]進一步，所述鑄件經過熔煉鐵水、球化、澆注成型鑄件而成。
[0016]進一步，步驟2)中，所述淬火介質為質量濃度為8%_12%的NaCl水溶液。
[0017]采用上述進一步方案的有益效果是:采用氯化鈉水溶液作為冷卻介質，具有成本低、無毒且環保等優點。氯化鈉水溶液的質量濃度為8%_12%有利于提高介質冷卻能力，如果質量濃度過高或過低都會降低介質冷卻能力。
[0018]進一步，步驟2)中，所述冷卻時間按DXsec/3mm計算，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]采用上述進一步方案的有益效果是:如果冷卻時間過短，容易出現鑄件心部為珠光體或屈氏體組織、淬不透等問題；如果冷卻時間過長，容易出現馬氏體組織增多、韌性下降等問題。
[0020]進一步，步驟3)中，低溫回火的具體方法為:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-250 °C，保溫時間為2-4小時。
[0021]采用上述進一步方案的有益效果是:合適的回火溫度和保溫時間有利于，如果回火溫度溫度過低，組織應力大容易出現沖擊值降低等問題，如果回火溫度過高容易出現硬度降低;如果保溫時間過短，鑄件加熱不足，應力不能完全去除，如果保溫時間過長，浪費能源。
[0022]本發明中，保溫時間均從達到目的溫度時開始計時。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明所述的含釩鈦球鐵材料的金相顯微組織圖譜。
[0024]附圖中，各標號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。
【具體實施方式】
[0025]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0026]—種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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狀態為淬火加低溫回火工藝，包括以下步驟:
[0029]I)按照上述配比經熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0030]2)將鑄件進行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在830-880°C溫度下保溫，保溫時間按DX 2min/mm計算，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中冷卻，所述淬火介質為質量濃度為8%-12%的NaCl水溶液，所述冷卻時間按DXsec/3mm計算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時間單位秒。
[0032]4)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火，具體操作為:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-2500C，保溫時間為2-4小時。
[0033]實施例1至實施例3中，所述稀土元素為鑭釔復合稀土元素。
[0034]實施例1
[0035]一種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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狀態為淬火加低溫回火工藝，包括以下步驟:
[0037]I)按照上述配比經熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0038]2)將鑄件進行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在830°C溫度下保溫，保溫時間按DX 2min/mm計算，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中冷卻，所述淬火介質為質量濃度為8 %的NaCl水溶液，所述冷卻時間按D X sec/3mm計算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時間單位秒。
[0040]4)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火，具體操作為:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200°C，保溫時間為2小時。
[0041 ] 實施例2
[0042]—種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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)按照上述配比經熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件。
[0046]2)將鑄件進行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在880°C溫度下保溫，保溫時間按DX 2min/mm計算，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中冷卻，所述淬火介質為質量濃度為10%的NaCl水溶液，所述冷卻時間按D X sec/3mm計算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時間單位秒。
[0048]4)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火，具體操作為:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為250°C，保溫時間為4小時。
[0049]實施例3
[0050]—種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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)按照上述配比經熔煉鐵水、球化、澆注成型制成鑄件；
[0054]2)將鑄件進行奧氏體化保溫，具體操作為:將步驟I)制得的鑄件在850°C溫度下保溫，保溫時間按DX 2min/mm計算，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中冷卻，所述淬火介質為質量濃度為12%的NaCl水溶液，所述冷卻時間按D X sec/3mm計算，其中D為鑄件最大厚度尺寸，單位為mm ； sec是時間單位秒；
[0056]4)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火，具體操作為:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為220°C，保溫時間為3小時。
[0057]將實施例1熱處理后的鑄件進行金相顯微組織圖譜檢測，結果如圖1所示，黑色球團狀為球狀石墨I，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展;共晶碳化物作為耐磨硬質點均勻分布在鑄件中，增強耐磨性;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變馬氏體，提高強度。
[0059]實施例2和實施例3的結果與圖1的結果一致。
[0060]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種含釩鈦球鐵材料，其特征在于，按質量百分比計，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.根據權利要求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)將鑄件進行奧氏體化保溫，具體操作為:將權利要求1或2所述含釩鈦球鐵材料的鑄件在830-880 °C溫度下保溫，保溫時間按D X 2min/mm計算，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中冷卻； 3)將淬火介質中冷卻的鑄件進行低溫回火。4.根據權利要求3所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，所述鑄件經過熔煉鐵水、球化、澆注成型鑄件而成。5.根據權利要求3所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中，所述淬火介質為質量濃度為8 %-12%的NaCl水溶液。6.根據權利要求3-5任一項所述一種鑄件的熱處理工藝，其特征在于，步驟2)中，所述冷卻時間按D X sec/3mm計算，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.根據權利要求3-5任一項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:將淬火介質中冷卻的鑄件置于回火爐中回火，回火溫度為200-2500C，保溫時間為2-4小時。
【專利摘要】本發明涉及一種含釩鈦球鐵材料，按質量百分比計，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。本發明通過對各組分的合適配比，具有晶粒細化、提高硬度、增強淬透性、Ms點下移、下貝氏體鐵素體更易形成等優點。
【IPC分類】C22C37/04, C22C37/06, C21D1/60, C21D5/00, C21D1/18, C22C37/10
【公開號】CN105714183
【申請號】CN201610206501
【發明人】王景榮, 姜延飛, 王景利, 王景會, 王榮偉, 凌海軍
【申請人】承德榮茂鑄鋼有限公司