本發(fā)明屬金屬材料領(lǐng)域，涉及球墨鑄鐵等溫處理工藝，具體地說是一種球墨鑄鐵軸件的水冷熱處理方法。

背景技術(shù)：

球墨鑄鐵自上世紀40年代被發(fā)現(xiàn)以來,其應(yīng)用不斷擴大,至今已成為重要的工程材料之一,近年來全世界球墨鑄鐵的產(chǎn)量已占全世界灰鑄鐵產(chǎn)量的1/3,由于機械行業(yè)的迅速發(fā)展,特別是近年來汽車行業(yè)及工程機械的發(fā)展,使這個比例繼續(xù)在增加,進一步提高球墨鑄鐵性能和優(yōu)化生產(chǎn)工藝可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，對于降低資源消耗和保護環(huán)境都具有重要意義,也有利于經(jīng)濟和社會協(xié)調(diào)地可持續(xù)發(fā)展。球墨鑄鐵基體貝氏體化后可以得到貝氏體球墨鑄鐵，這是優(yōu)化其綜合力學(xué)性能的重要途徑，也使其物理性能如耐熱和抗腐蝕性能大有提高，于是可以更廣泛地應(yīng)用到以鐵代鋼和以鐵代鋁的方面，而且本項目采用環(huán)保型新工藝，因此可以產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會效益。

20世紀70年代末期,中、美和芬蘭等國幾乎是同時地宣布,各自都研究開發(fā)了等溫貝氏體球墨鑄鐵,并用于汽車曲線齒錐齒輪,根據(jù)其組織這種鑄鐵又稱為奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵,簡稱為奧-貝球鐵,這種材質(zhì)具有強度、塑性和韌度都很高的優(yōu)良綜合力學(xué)性能,它顯著好于珠光體-鐵素體球墨鑄鐵,也好于調(diào)質(zhì)處理的球墨鑄鐵,例,其抗拉強度可達1000mpa,伸長率可達10%,尤其是這種鑄鐵具有高疲勞強度和耐磨性,因此等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的出現(xiàn)被譽為近幾十年來鑄鐵冶金方面的重大成就之一。1978年以來工業(yè)界已知,在伸長率相同的情況下,貝氏體球墨鑄鐵的抗拉強度是普通球墨鑄鐵的2倍,并保留了良好的伸長率和沖擊韌度;其彎曲疲勞強度與合金鍛鋼相當;其沖擊韌度是普通球墨鑄鐵的數(shù)倍;有關(guān)研究表明等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的力學(xué)性能已達到鋼的水平,但其生產(chǎn)成本卻要比鋼的低得多。球墨鑄鐵不僅力學(xué)性能優(yōu)良,而且還具有優(yōu)良的化學(xué)性能和物理性能,在耐熱及抗腐蝕方面都有良好的表現(xiàn)。因此等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵一經(jīng)問世就受到了廣泛的關(guān)注,特別是材料工程界、汽車制造及相關(guān)設(shè)計人員進行了大量研究和開發(fā)。從1984-1991年連續(xù)三屆國際等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵學(xué)術(shù)會議充分肯定了這種材質(zhì)的優(yōu)異性能和潛在工程價值。我國鑄造工作者也給予了高度重視,先后召開了專題學(xué)術(shù)會議,進行交流討論等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵的研究成果與生產(chǎn)經(jīng)驗。近年來貝氏體型球墨鑄鐵在磨球和受力結(jié)構(gòu)零件如齒輪等的應(yīng)用同樣受到了較多的關(guān)注，國內(nèi)對貝氏體型球墨鑄鐵的研究和應(yīng)用主要側(cè)重于磨球材料。但在受力結(jié)構(gòu)零件方面，我國在70年代取得了突破性的進展，較早地將貝氏體球墨鑄鐵應(yīng)用于汽車后橋曲線齒錐齒輪，其使用壽命已超過15萬公里，而成本僅是鋼的50%，生產(chǎn)周期大約可縮短一半。奧-貝球鐵能夠代替鍛鋼作為齒輪材料有很多優(yōu)越性，如原材料成本下降、良好的加工性、縮短和減少了熱處理環(huán)節(jié)及其變形、石墨具有減振自潤滑優(yōu)點等。貝氏體球墨鑄鐵還有更多成功應(yīng)用的實例，如曲軸、軋輥、礦山車輪、火車車輪以及其它耐磨零件等，有關(guān)資料報道用奧貝球鐵制造的柴油內(nèi)燃機的剎車片，估計使用壽命可達4000小時，而原來用grs26合金剎車片的平均壽命只有180h。并且現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)奧貝球鐵的應(yīng)用了除以鐵代鋼外，以鐵代鋁的前景也十分闊，它的強度比優(yōu)質(zhì)鑄鋁或鍛鋁件的高3倍，但重量只增2.6倍。然而目前我國用奧貝球鐵生產(chǎn)齒輪類、軸類零件等方面應(yīng)用較少，據(jù)了解大型柴油機曲軸用35crmo制作，其成本高達6～7萬元人民幣左右，而如能用貝氏體球墨鑄鐵生產(chǎn)，其生產(chǎn)成本只有1～2萬元人民幣，并且節(jié)約能源60%以上，可見其經(jīng)濟和社會效益巨大。

但貝氏體球墨鑄鐵的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝是主要依賴于等溫淬火處理或者高合金化實現(xiàn)連續(xù)冷卻等手段得到。雖然等溫淬火處理工藝具有突出特點，例如：(1)轉(zhuǎn)變過程容易控制;(2)避免了從奧氏體溫度迅速冷卻到室溫時可能產(chǎn)生的應(yīng)力、畸變和脆裂現(xiàn)象，因而可以很好地控制等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵中的組織相對比例,從而可調(diào)控材料的使用性能。然而,等溫淬火貝氏體球墨鑄鐵在開發(fā)過程中，出現(xiàn)的困難主要有,一是,由于鹽浴冷卻能力低,當鑄件壁厚大于10mm進行等溫淬火處理時,須加入貴重合金元素(如ni,cu,mo)提高淬透性,進行調(diào)控其組織轉(zhuǎn)變,以確保順利地進行淬火；二是需要等溫鹽浴處理,導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加和污染環(huán)境,并且受鹽浴設(shè)備特點限制而不能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)和流水線作業(yè)。

國內(nèi)已研究了鎳、銅、鉬合金化的貝氏體球墨鑄鐵,并對硅錳合金化的貝氏體球墨鑄鐵進行了系統(tǒng)研究,其中包括在連續(xù)冷卻條件下獲得貝氏體及相變機制與強化機理作了研究。硅錳合金化的貝氏體球墨鑄鐵已成功地應(yīng)用于抗磨材料,但國內(nèi)生產(chǎn)廠家多采用連續(xù)冷卻方式來生產(chǎn)這類材料。但是鑄態(tài)連續(xù)冷卻貝氏體球墨鑄鐵所得基體組織多樣化,不易獲得單一組織,其綜合力學(xué)性能較低,而且連續(xù)冷卻方式中所需原材料需要較高的合金化,用來調(diào)節(jié)組織轉(zhuǎn)變溫度和區(qū)間,導(dǎo)致材料成本較高。由上可見，現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝嚴重限制了貝氏體球墨鑄鐵的應(yīng)用和發(fā)展，因此研究貝氏體球墨鑄鐵的方向是,探索不需要采用鹽浴等溫處理來生產(chǎn)貝氏體球墨鑄鐵的新工藝,開發(fā)不需貴重元素或需要量較少的貝氏體球墨鑄鐵系列材料。

國外j-h.yang和s.k.putatunda采用兩步等溫淬火工藝制備的奧貝球鐵，發(fā)現(xiàn)用兩步等溫淬火法比一步等溫淬火法所得奧貝球鐵的抗拉強度和斷裂韌性有顯著提高，認為是材料基體組織中的細小鐵素體、奧氏體及其中的碳化物所起的貢獻，但在研究對疲勞性能的影響時發(fā)現(xiàn)，與一步法相比，該兩步等溫淬火法卻引起了奧貝球鐵較高的疲勞裂紋擴展速率和較低的疲勞極限。國內(nèi)早在96～99年進行過控制冷卻生產(chǎn)貝氏體/馬氏體的工藝及組織和性能，蔣業(yè)華等進行了球鐵控制冷卻獲得貝氏體組織，并成功開發(fā)了球磨機襯板、磨球分級機葉片等，其性能/價格比較高。由此表明通過控制球墨鑄鐵等溫前的冷卻工藝，可以控制組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，進一步控制其使用性能?？刂魄蚰T鐵零件的熱處理過程，優(yōu)化零件組織結(jié)構(gòu)可以使其達到所需要的使用性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所涉及的一種球墨鑄鐵軸件的水冷熱處理方法，對于尺寸小于φ50mm的軸件，包括如下步驟：

a.加熱球墨鑄鐵軸件到奧氏體相區(qū)保溫1～3小時，使成分均勻化，其中加熱溫度為800～1000℃；

b.冷卻,冷卻水溫的控制范圍在30～90℃之間；

c.均溫調(diào)整，工件冷卻取出后，測量表面的溫度，根據(jù)工件的尺寸和形狀不同，選擇采用空冷、風(fēng)冷或噴霧的方式調(diào)整并控制溫度，使工件達到或接近等溫溫度，送入等溫爐；

d.等溫處理，均溫調(diào)整后，將工件裝入已設(shè)定溫度的等溫爐內(nèi)，完成貝氏體等溫轉(zhuǎn)變后出爐冷到室溫；

e.回火，根據(jù)待處理軸件的性能要求，選用150～250℃低溫回火、350～500℃中溫回火或500～650℃高溫回火。

具體實施方式

實施例1

對于尺寸為φ30mm的軸件，水冷熱處理方法主要包括如下步驟：

a.加熱球墨鑄鐵軸件到奧氏體相區(qū)保溫1.5小時，使成分均勻化，其中加熱溫度為850℃；

b.冷卻,冷卻水溫的控制范圍在50℃；

c.均溫調(diào)整，工件冷卻取出后，測量表面的溫度，采用風(fēng)冷的方式調(diào)整并控制溫度，使工件達到或接近等溫溫度，送入等溫爐；

d.等溫處理，均溫調(diào)整后，將工件裝入已設(shè)定溫度的等溫爐內(nèi)，完成貝氏體等溫轉(zhuǎn)變后出爐冷到室溫；

e.回火，根據(jù)待處理軸件的性能要求，選用200℃低溫回火。