本發明屬于鑄鐵熱處理工藝領域，具體地說，涉及一種高鉻鑄鐵磨球及其熱處理方法。
背景技術：
高鉻鑄鐵是現今最好的耐磨材料，具有高強度、高韌性、高耐磨性，其含鉻量在10～30％之間，具有很好的淬透性；淬火冷卻時，如果冷卻速度過快，會產生淬火裂紋；風冷、空冷冷速過慢，需要加入一些貴重合金元素，但冷各部分卻不均勻，淬火后硬度偏低；現有技術中采用油冷卻時需要選用粘度、閃點低的慢速淬火油，這種淬火油易老化、成本高、污染嚴重、起火危險性高，是節能環保安全的重點控制對象；現有技術中也有采用高分子水溶性聚合物作為淬火介質，通過調整該淬火液的濃度，并有效控制冷速，能使冷卻速度控制在風冷與油冷之間、甚至與油冷速度相當。
中國專利申請號201410740606.9，公開日2016年6月29日的專利申請文件，公開了一種高鉻鑄鐵的熱處理工藝，包括以下步驟：a、退火處理，將需處理工件在重溫下裝入熱處理爐，然后隨爐緩慢升溫至400℃左右進行保溫l～2h，隨后將爐溫升至600℃再進行保溫1～2h，之后以不超過150℃/h的溫升速度，將爐溫快速升至950℃后進行2～3h的保溫，而后停止加熱；b、淬火處理，將機械加工后的工件室溫裝爐，以小于80℃/h的溫升速度將爐溫升至600℃，之后以不超過150℃/h的溫升速度將爐溫升至淬火溫度950？980℃后進行保溫，保溫時間為2～4h，而后將工件快速出爐進行空冷；c、進行回火處理。
中國專利申請號201410131551.1，公開日2014年7月2日的專利文件，公開了一種高鉻鑄鐵耐磨球在水基介質中熱處理的分級等溫淬火工藝方法，將高鉻鑄鐵耐磨球加熱到850～1050℃，保溫2～4小時，實現奧氏體化；將高鉻鑄鐵耐磨球放入到質量濃度為5％～25％水基淬火劑中淬火；將高鉻鑄鐵耐磨球取出放入到220～300℃的等溫爐中等溫2～4小時；取出高鉻鑄鐵耐磨球空冷到室溫。在耐磨球的熱處理工藝使用水基淬火介質，通過加入不同冷卻速度的水基淬火劑同時控制淬火介質的濃度來控制合適的淬火速度，并采用分級淬火和等溫淬火工藝，使淬火后的耐磨球比應用普通淬火介質和淬火工藝生產的耐磨球具有更理想的綜合效果，同時還能降低耐磨球的熱處理成本，改善熱處理的環保條件。
上述兩份專利(申請)公開的技術方案仍不能滿足高鉻鑄鐵磨球在淬火冷卻階段的穩定性，故其所加工磨球質量不能進一步提高。
技術實現要素：
1、要解決的問題
針對現有高鉻鑄鐵磨球的熱處理工藝存在冷卻方式不穩定、污染、危險等的問題，本發明提供一種高鉻鑄鐵磨球及其熱處理方法，其冷卻穩定，從而能夠提供一種高質量高鉻鑄鐵磨球，同時具有安全、環保的優點。
2、技術方案
為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案。
一種高鉻鑄鐵磨球的熱處理方法，包括如下步驟：
s1.預處理，在溫度為600～890℃時保溫，保溫時間為2～10小時；
s2.淬火處理，加熱至950～1180℃，保溫3～6小時，放入淬火介質中浸入時間t，冷卻至150～350℃，從淬火介質中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
s3.回火處理，加熱至440～578℃后，保溫6～10小時，在空氣中冷卻至室溫。
優選地，步驟s2中所述的浸入時間t與鑄件模數v/s所得值對應，即∣t∣＝∣v/s∣，t的單位為min，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數，單位為mm。
優選地，步驟s2中加熱至{950+(a-5b-4)×18.75}℃后放入冷卻介質中，a表示高鉻鑄鐵磨球中cr的質量百分比的100倍，b表示高鉻鑄鐵磨球中c的質量百分比的100倍，若(a-5b-4)＜0，則取(a-5b-4)＝0。
優選地，步驟s3中加熱至{440+(a-5b-4)×11.25}℃后在空氣中冷卻至室溫，若(a-5b-4)＜0，則取(a-5b-4)＝0。
優選地，所述的高鉻鑄鐵磨球中鉻cr含量為11.4～27.52％，碳c含量為2.25～2.65％。
優選地，所述的淬火介質采用高分子聚合物，具體型號為kr8180水溶性聚合物。
優選地，所述的高分子聚合物與水調配成水基淬火介質，其中高分子聚合物占溶液的重量15％～30％。
優選地，步驟s2中所述的淬火介質溫度為20～60℃。
一種高鉻鑄鐵磨球，采用上述一種高鉻鑄鐵磨球的熱處理方法制造。
3、有益效果
相比于現有技術，本發明的有益效果為：
(1)本發明采用了精確的熱處理工藝，保證的高鉻鑄鐵的組織均勻、韌性，其硬度達到了最佳的值，使其組織在可控制的范圍，特別是殘留奧氏體的含量得到了有效控制，可根據不同的使用工作環境來調整組織的搭配；
(2)本發明采用新型水溶性的淬火介質，可有效的控制了冷卻速度，并是一種環保、安全的淬火介質，消除了油淬的起火、污染的危害，消耗量比油降低了20％，制造成本下降；
(3)本發明采用水基高分子淬火介質具有1、無逆溶性，使用溫度范圍寬；2、冷速均勻性良好，工件無冷卻死角；3、合適濃度下，工件可以浸冷到200℃以下或者液溫再出液，開裂風險小；4、消耗量小(2～3kg/t)等優點；
(4)本發明淬火介質采用kr8180水溶性聚合物水溶液，該物質具有無逆溶性、使用溫度范圍寬、冷卻均勻性良好、合適濃度下工件可以浸冷到200℃以下或者液溫再出液、開裂風險小等優點；
(5)本發明淬火介質的濃度根據磨球含鉻量及鑄件的模數大小選擇，磨數越高、含鉻量越高，鑄件的導熱性降低、淬火應力越大，故選擇冷速較為緩慢的冷卻方式；濃度高的水溶液的冷卻特性將更為緩慢些，能確保淬火后磨球質地均勻；
(6)本發明淬火介質的溫度選擇應根據鑄件的模數v/s來確定，模數越大，淬火介質溫度要求設定的高一些，一般在40～60℃，模數越小，可將溫度設定的低一些，在20～40℃，一般以模數1為臨界值；淬火介質的溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢些，能有效減少淬裂風險；
(7)本發明均質化處理中保溫時間由鑄件中鑄態組織結構來確定，因而能夠提高鑄件后續淬火的淬透性，降低應力不均勻的不利影響。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進一步進行描述。
實施例1
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為11.4％、碳c含量為2.65％，v/s＝1mm，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數，采用如下熱處理方法：
s1.預處理，按100℃/h升溫速率加熱至890℃，保溫2小時；
選擇保溫2小時是以鑄態組織結構確定的；經顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態組織奧氏體含量較小，為5％左右，為充分提高磨球的淬透性，均勻內部應力，因而在溫度890℃確定保溫時間2小時；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+0×18.75＝950℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，則(a-5b-4)取值0，保溫6小時，放入kr8180水溶性聚合物濃度為15％、溫度40℃的冷卻介質中浸入時間1min，冷卻至150-200℃后，從淬火介質中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實施例淬火介質采用型號為kr8180水溶性淬火介質，其水溶液濃度選擇20％，是根據高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實施例中磨球含鉻量為11.4％，鑄件的導熱性較好、淬火應力小，故選擇濃度為15％的kr8180水溶性淬火介質，冷速較為適中，使磨球淬火后硬度均勻；
本實施例中磨球體積與表面積之比v/s＝1，數值較小，故將淬火介質的溫度設定位40℃，而淬火介質溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，可減少淬裂風險；
s3.回火處理，加熱至440+0×11.25＝440℃，(11.4-5×2.65-4)＝-5.85＜0，則(a-5b-4)取值0，保溫6小時，在空氣中冷卻至室溫。
本實施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達到65.2hrc，回火硬度達到62.5hrc，無裂紋，穩定性高。
實施例2
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為17.5％、碳c含量為2.38％，v/s＝1.5，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積，v/s表示鑄件的模數，采用如下熱處理方法：
s1.預處理，按100℃/h升溫速率加熱至溫度700℃，保溫6小時；
選擇保溫6小時是以鑄態組織結構確定的；經顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態組織奧氏體含量在10％左右，為充分提高磨球的淬透性，均勻內部應力，因而在溫度700℃確定保溫時間6小時；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+(17.5-5×2.38-4)×18.75＝980℃后，保溫4小時，放入kr8180水溶性聚合物濃度為22％、溫度60℃的冷卻介質中浸入時間1.5min，冷卻至250-300℃后，從淬火介質中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實施例淬火介質采用型號為kr8180水溶性淬火介質，其水溶液濃度選擇22％，是根據高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實施例中磨球含鉻量為17.5％，鑄件的導熱性較低、淬火應力較大，故選擇濃度為22％的kr8180水溶性淬火介質，冷速較慢，使磨球淬火后硬度均勻；
本實施例中磨球體積與表面積之比v/s＝1.5，數值較大，故將淬火介質的溫度設定位60℃，而淬火介質溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，可減少淬裂風險；
s3.回火處理，加熱至440+(17.5-5×2.38-4)×11.25＝458℃后，保溫8小時，在空氣中冷卻至室溫。
本實施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達到63.7hrc，回火硬度達到61.8hrc，無裂紋，穩定性高。
實施例3
一種高鉻鑄鐵磨球，cr含量為27.52％、碳c含量為2.25％，v/s＝0.8，v表示鑄件的體積，s表示鑄件的表面積；采用如下熱處理方法：
s1.預處理，按100℃/h升溫速率加熱至溫度600℃，保溫10小時；
選擇保溫10小時是以鑄態組織結構確定的；經顯微組織檢測，待熱處理磨球鑄態組織奧氏體含量較大，占20％以上，為充分提高磨球的淬透性，均勻內部應力，因而在溫度600℃確定保溫時間10小時；
s2.淬火處理，將s1中保溫后的磨球按100℃/h升溫速率繼續加熱至950+(a-5b-4)×18.75＝950+(27.52-5×2.25-4)×18.75≈1180℃后，保溫3小時，放入kr8180水溶性聚合物濃度為30％、溫度20℃的冷卻介質中浸入時間0.8min，冷卻至200-250℃后，從淬火介質中取出，放入空氣中冷卻至室溫；
本實施例淬火介質采用型號為kr8180水溶性淬火介質，其水溶液濃度選擇30％，是根據高鉻鑄鐵的含鉻量所選擇，其選擇的原理是本實施例中磨球含鉻量為27.52％，鑄件的導熱性低、淬火應力大，故選擇濃度為30％的kr8180水溶性淬火介質，冷速慢，使磨球淬火后硬度均勻；
本實施例中磨球體積與表面積之比v/s＝0.8，數值小，故將淬火介質的溫度設定位20℃，而淬火介質溫度越高，其冷卻特性將更為緩慢，但在確保淬裂風險前提下適當降低溫度可以提高淬火效率；
s3.回火處理，加熱至440+(27.52-5×2.25-4)×11.25≈578℃后，保溫10小時，在空氣中冷卻至室溫。
本實施例中的高鉻鑄鐵磨球其淬火硬度能達到61.7hrc，回火硬度達到60.5hrc，無裂紋，穩定性高。
本發明是通過高鉻鑄鐵的奧氏體化溫度的選擇，淬火工藝參數的確定，以及高分子水溶性淬火介質的濃度配制，做到控時、控溫的冷卻工藝，以獲得穩定性高，硬度及耐磨性能良好的磨球產品。