[发明专利]一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品

说明书

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁的热处理工艺，尤其涉及一种球墨铸铁的强化工艺及其制成品，具体应用于制作发动机的球墨铸铁摇臂、挺杆等零件。

背景技术

球墨铸铁零件的表面强化工艺一般只包括形成局部冷激层、表面淬火、渗氮、氮碳共渗、表面滚压强化以及这些工艺的复合，如冷激层淬火，球墨铸铁曲轴氮碳共渗后圆角滚压强化等等，并不包括碳氮共渗工艺，因为将碳氮共渗工艺应用于球墨铸铁零件常常被认为是画蛇添足——传统认识认为：球墨铸铁零件不渗碳或碳氮共渗，也有足够的淬硬性，单纯的表面淬火，足以提高其耐磨性。但在某些领域，如发动机摇臂、挺杆、气阀轭和喷油器压板等同时需要抗擦伤性、耐磨性、接触疲劳强度的小型复杂结构件上，不经过碳氮共渗工艺处理，而直接淬火处理的球墨铸铁零件由于表面无化合物层，晶粒粗大，其抗擦伤性、耐磨性并不能满足使用要求；渗氮或氮碳共渗球墨铸铁零件的表面虽有化合物层，但其次表层硬度低，抗接触疲劳强度也不能满足要求；局部冷激球墨铸铁零件的冷激层机加工性能较差，往往给发动机摇臂、气阀轭等小型负责零件的机加工造成困难。相比而言，球墨铸铁零件低温碳氮共渗则可以同时兼顾抗擦伤性、耐磨性、接触疲劳强度等性能要求和机加工工艺性能要求，具有一定的优势。

此外，由于球墨铸铁的碳含量与硅含量远远高于低碳钢与低碳合金渗碳钢，因此球墨铸铁在加热条件下的脱碳倾向很大，且加热温度越高，越容易脱碳，而一旦球墨铸铁脱碳，就容易在球墨铸铁零件的表面形成全铁素体组织的脱碳层，此时若要消除该全铁素体组织，就必须在880℃以上的温度加热渗碳，然后再在800-840℃重新进行碳氮共渗，这不但大大增加了工艺难度与成本，而且使得渗层和基体淬火组织粗化，降低了零件性能。

中国专利公开号为CN101058887A，公开日为2007年10月24日的发明专利申请公开了一种汽车变速箱同步器齿套热处理工艺，该工艺包括：碳氮共渗、压淬、清洗、回火、检测，当设备发生故障时，碳氮共渗步骤中，渗碳温度为780-850℃，碳势为0.5-1.0％，氮气加入量为5-12m³/h，甲醇加入量为4-7L/h，丙烷加入量为0.5-0.9m³/h，氨气加入量为0-30L/h，虽然该专利工艺采用较低的渗碳温度以及相应的碳势与碳氮共渗气氛介质以便于控制碳氮共渗速度，从而保证在设备故障期间长期保温时，仍能防止齿套类零件的氧化、脱碳或渗层过深，但该专利工艺形成的组织依次为高碳马氏体和残余奥氏体、中碳马氏体、低碳马氏体，且由于该专利工艺在渗碳温度较低时，碳势较低，即渗碳温度为800℃时，碳势为0.55±0.05％；渗碳温度为785℃时，碳势为0.55±0.05％，因而无法在球墨铸铁零件的表面形成碳化物白亮层，即化合物层，无法提高球墨铸铁零件的抗擦伤性、耐磨性以及接触疲劳强度。此外，该专利工艺没有考虑到球墨铸铁零件在加热过程中的强脱碳倾向，也没有采取相应的防范工艺措施，这对于球墨铸铁零件的碳氮共渗工艺的进行十分不利，尤其当碳氮共渗所采取的渗碳炉是预抽真空气体渗碳炉、普通的普通井式或箱式气体渗碳炉等周期式渗碳炉时，防脱碳工艺措施的采取显的尤其重要。

发明内容

本发明克服了现有的球墨铸铁直接淬火、渗氮、氮碳共渗或局部冷激等技术之不足，将球墨铸铁零件碳氮共渗后淬火处理，在球墨铸铁零件表层依次形成粒状或连续分布的化合物层，隐针状含氮马氏体、残余奥氏体和石墨，细针状马氏体、残余奥氏体和石墨，从而同时提高球墨铸铁零件的抗擦伤性、耐磨性和接触疲劳强度。本发明是一种新的球墨铸铁强化工艺及其制品。

为实现以上目的，本发明的球墨铸铁强化工艺依次包括以下步骤：

第一步：对球墨铸铁零件进行清理、清洗，去除表面氧化皮、锈斑、油污等污物；

第二步：将清理、清洗后的球墨铸铁零件放进渗碳炉内进行碳氮共渗处理，所述碳氮共渗处理是指在800-840℃的温度条件下加入甲醇与氨气，甲醇的加入量为80-120滴/分，氨气的加入体积为前述甲醇的裂解气体积的1％-5％，同时通过控制丙烷的加入量以维持碳势为0.8％-1.2％，处理时间为2-4小时；

第三步：将经过碳氮共渗处理的球墨铸铁零件放进油中进行常温下的淬火，淬火后即制得球墨铸铁零件制成品。

所述渗碳炉为普通井式气体渗碳炉或箱式气体渗碳炉；所述第二步依次包括以下步骤：

首先，先升高渗碳炉的温度至800-840℃，然后在此温度条件下进行炉罐渗碳，直至炉内气氛碳势大于0.8％；