一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法，該球墨鑄鐵輥輪至少包含:Fe，還包含以下質(zhì)量百分含量的元素：碳：3.20～4.0%、硅：2.10～2.90%、錳：0.3～0.65%、磷：≦0.1%、硫：≦0.1%。該球墨鑄鐵輥輪為一種等溫淬火球墨鑄鐵，采用鑄造方式及等溫淬火熱處理，具有石墨自潤(rùn)滑性能，并能在運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生硬化層；因該輥輪采用鑄造方式，可將復(fù)雜形狀的鑄造成形使接近最終尺寸，且只要在一次精加工后，于氣密且?guī)в袣夥毡Ｗo(hù)的環(huán)境下熱處理，以防止表面氧化及脫碳；然后在氣氛保護(hù)的環(huán)境中轉(zhuǎn)移至帶有調(diào)速攪拌及給水裝置的淬火槽中進(jìn)行等溫淬火熱處理，而獲得針狀鐵素體及高碳奧氏體金相組織。
【專利說(shuō)明】—種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法，特別是一種采用等溫淬火的球墨鑄鐵，具有石墨自潤(rùn)滑性能，且在運(yùn)作中能產(chǎn)生硬化層的一種熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]做為熱處理生產(chǎn)線推拉車的關(guān)鍵零件的輥輪會(huì)直接影響設(shè)備的使用壽命、生產(chǎn)效率和設(shè)備的質(zhì)量與成本。現(xiàn)行慣用的輥輪，是采用低碳合金鋼，經(jīng)機(jī)械鍛打、初車、精車，再經(jīng)機(jī)械加工后，采滲碳淬火熱處理。
[0003]滲碳淬火熱處理是將低碳合金鋼加熱至攝氏930度左右進(jìn)行表面滲碳，在材料表層建立0.870-1.0%含碳量后，將工件降溫至攝氏850度左右，然后移至油槽進(jìn)行冷卻，當(dāng)工件冷卻的溫度低于馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)后，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
[0004]當(dāng)輥輪承受負(fù)荷并作運(yùn)動(dòng)時(shí)，輥輪表面及軌道因不斷地受到應(yīng)力的作用，一旦到達(dá)滾動(dòng)疲勞臨界值，接觸面就會(huì)產(chǎn)生疲勞破損，在表面的一些部份會(huì)發(fā)生魚鱗狀薄片的剝離現(xiàn)象，此種現(xiàn)象叫做表面剝離。
[0005]上述輥輪其材料利用率低，能量耗損大，成本偏高，且硬化層較薄，質(zhì)量不穩(wěn)定，且常因耐磨度不夠而開裂，以致硬化層磨損后，將影響推拉車運(yùn)轉(zhuǎn)精度及運(yùn)轉(zhuǎn)順暢度，如繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至?xí)?dǎo)致無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，使生產(chǎn)線停擺。
[0006]目前的熱處理生產(chǎn)線的趨勢(shì)是向全自動(dòng)化和大型化方向發(fā)展，目前有更多的自動(dòng)線投入生產(chǎn)，自動(dòng)線一般在周末及假日可無(wú)人當(dāng)值，對(duì)推拉車的訂位精度及可靠性要求更高，傳統(tǒng)車輪很易磨耗，使得生產(chǎn)線不可靠。傳統(tǒng)的多用爐從每爐600公斤增加至每爐5000公斤，車輪的受力增加將近10倍，車輪的磨耗速度也影響設(shè)備的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)以上所述現(xiàn)知技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種采用等溫淬火熱處理的球墨鑄鐵而用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的輥輪及其生產(chǎn)方法，該輥輪具有石墨自潤(rùn)滑性能，且在運(yùn)作中能產(chǎn)生硬化層，以用來(lái)改良某些現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)或提供有用的代替品。
[0008]本發(fā)明的主要目的系提供一種等溫淬火球墨鑄鐵的輥輪，其在運(yùn)動(dòng)中有石墨的自潤(rùn)滑效果，并且在接觸時(shí)，因?yàn)檩佪啽砻娈a(chǎn)生的壓應(yīng)力，使得輥輪表面穩(wěn)定的高碳奧氏體轉(zhuǎn)變成高碳馬氏體，厚度約1~10微米的薄層，硬度最高可增加洛氏硬度1181-(111688)約10度，且該硬化層可持續(xù)產(chǎn)生。
[0009]本發(fā)明 的另一目的在提供一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的輥輪的生產(chǎn)方法，采用少量機(jī)械加工的鑄造方式來(lái)取代現(xiàn)有技術(shù)中的大量機(jī)械加工且高耗能的鍛造方式。
[0010]本發(fā)明的再一目的在采用帶氣氛保護(hù)的等溫淬火熱處理工藝，使輥輪表面完全無(wú)氧化，在等溫金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)，尺寸的漲大量是在可控制狀況下，相對(duì)于滲碳淬火鋼，最后的加工量可減少，使得整體加工費(fèi)用可以降低。
[0011]本發(fā)明的更一目的在采用含石墨均勻分布在基體的材料來(lái)制作輥輪，可產(chǎn)生吸收震動(dòng)、減少噪音及產(chǎn)生自潤(rùn)滑等效果。
[0012]本發(fā)明的又一目的在采用比重較鋼低10%的等溫淬火球墨鑄鐵，在相同的強(qiáng)度下，輥輪重量能減輕10%，因而可提升整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中的加速性及減速性。
[0013]本發(fā)明的又一目的在采用等溫淬火球墨鑄鐵，其金相組織為針狀鐵素體及高碳奧氏體，相較于馬氏體，較不易氧化生銹，并可提高輥輪的使用壽命。
[0014]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪及其生產(chǎn)方法，該輥輪為一種等溫淬火球墨鑄鐵，采用鑄造方式及等溫淬火熱處理，具有石墨自潤(rùn)滑性能，并能在運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生硬化層；因該輥輪采用鑄造方式，可將復(fù)雜形狀之鑄造成形使接近最終尺寸，且只要在一次精加工后，于氣密且?guī)в袣夥毡Ｗo(hù)的環(huán)境下熱處理，以防止表面氧化及脫碳；然后在氣氛保護(hù)的環(huán)境中轉(zhuǎn)移至帶有調(diào)速攪拌及給水裝置的淬火槽中進(jìn)行等溫淬火熱處理，而獲得針狀鐵素體及高碳奧氏體金相組織。
[0015]本發(fā)明的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，至少包含:？6，還包含以下質(zhì)量百分含量的元素:碳:3.20~4.0%、硅:2.10~2.90%、錳:0.3~0.65%、磷:
芻 0.1%、硫:芻 0.1%。
[0016]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還包含以下質(zhì)量百分含量的兀素75~
0.85%、附:1.90 ~ 2.10%、1。:0.27 ~ 0.33%。
[0017]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，還包含以下質(zhì)量百分含量的元素:311:0.017~0.023%、0017 ~0.0023%、0:0.005%、0:0.10%、11:0.040%、V:0.10%、八1:0.050%、八8:0.020%、81:0.002%、8:0.002%、0(1:0.005%、:0.002%、80:0.030%、丁6:0.020%。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)輥輪最大截面厚度? 13111111，錳的百分含量為
0.3~0.4% ；當(dāng)輥輪最大截面厚度? 13臟，錳的百分含量為0.55~0.65。
[0019]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，球化率大于75%，其球墨數(shù)為每平方厘米大于80個(gè)，而缺陷為小于1%。
[0020]一種用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫球墨鑄鐵輥輪的生產(chǎn)方法，具體包括如下步驟:
[0021](1)鑄造符合要求的球墨鑄鐵輥輪；
[0022](2)鑄造后，對(duì)輥輪毛坯進(jìn)行機(jī)加工，機(jī)加工時(shí)留有熱處理變形量；
[0023](3)將機(jī)加工后的輥輪毛坯送至在氣氛保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制下的全自動(dòng)鹽淬設(shè)備中；
[0024](4)在全自動(dòng)鹽淬設(shè)備的加熱爐中，將輥輪加溫至攝氏820~9501后保溫1~4小時(shí)進(jìn)行奧氏體化固溶處理；
[0025](5)將經(jīng)過(guò)步驟(4)奧氏體固溶處理后的輥輪投入到全自動(dòng)鹽淬設(shè)備的鹽浴爐的鹽槽中，在鹽槽中迅速降溫至攝氏220~4001后保溫1.5~5小時(shí)進(jìn)行等溫淬火熱處理；
[0026](6)將輥輪從鹽浴爐中取出，并以空冷、風(fēng)冷或水淬方式冷卻至室溫；
[0027](7)經(jīng)過(guò)清洗及干燥后得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品；
[0028](8)對(duì)等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品進(jìn)行研磨精加工得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪。 [0029]由于采用了如上的技術(shù)方案，本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪具有以下優(yōu)點(diǎn):[0030](1)價(jià)格成本低
[0031]以單位屈服強(qiáng)度的成本計(jì)算，本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的材料每公斤比鍛鋼、鑄鋼、鑄鋁要低，是一種很經(jīng)濟(jì)的材料。
[0032](2)比重比鋼小，本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的材料在其組織中有近3.5%左右的石墨，故同一體積的零件比鋼要輕約10%。
[0033](3)綜合性能優(yōu)良
[0034]本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的材料強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率都很高，其具有的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能相較于鍛鑄鋼以及微合金鋼要好很多，在數(shù)百萬(wàn)次交變載荷作用后，其抗疲勞性仍保持不變，缺口敏感性小(敏感系數(shù)2.2~2.4?。
[0035](4)減音效果好[0036]本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪中的石墨具有很好的吸音效果，故本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪工作時(shí)噪音小，這對(duì)使用軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械十分有利。
[0037](5)減震性好
[0038]本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪中所含石墨均勻分布在基體中，可吸收運(yùn)動(dòng)中的震動(dòng)和噪聲，這是因?yàn)楸景l(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的材料彈性模量為1700牛頓/平方毫米，比鋼的彈性模量2100牛頓/平方毫米低20%，所以吸震性好，組織中有石墨球，能快速吸收震動(dòng)，使機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
[0039](6)耐磨性佳
[0040]因本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的材料中存在有石墨球，能降低摩擦系數(shù)，且其表面在應(yīng)力作用下，高碳奧氏體有一部分相變?yōu)楦咛捡R氏體，提高了表面層硬度，改善抗磨性，而新的次表面又不斷發(fā)生以上過(guò)程，因此與同樣硬度的鋼相比，它的壽命更長(zhǎng)。
[0041](7)采用鑄造成形及等溫淬火熱處理，可大幅的降低制造費(fèi)用，通過(guò)等溫淬火熱處理即能得到本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪。
[0042]具有石墨自潤(rùn)滑性能，且在運(yùn)作中能產(chǎn)生硬化層，以用來(lái)改良某些現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)或提供有用的代替品。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明用于熱處理生產(chǎn)線推拉車之球墨鑄鐵輥輪的生產(chǎn)方法的工藝流程圖。
[0044]圖2為本發(fā)明全自動(dòng)鹽淬設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖3為本發(fā)明的滾動(dòng)接觸磨損的實(shí)驗(yàn)示意圖。
[0046]圖4為不同金相組織在等溫淬火熱處理的膨脹量示意圖。
[0047]圖5為本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵經(jīng)磨損后的表面硬度提升示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048]輥輪的使用工況依照承載的不同，可以分為重承載及輕承載兩大類。在重承載的工況下，輥輪與軌道接觸面的表面壓力大于850牛頓/平方毫米。本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪基體中的高碳奧氏體部分轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體，最大可提高表層硬度硬度洛氏硬度10度左右，可抵抗表面磨損，改善抗磨性；而新的次表面又不斷發(fā)生以上過(guò)程，越磨越硬，表層硬化而芯部仍保持極強(qiáng)的韌性，外硬內(nèi)韌既抗磨損又抗沖擊。在此情況下本發(fā)明采用較高的等溫?zé)崽幚泶慊饻囟?，提高輥輪的韌性及延伸性，以抵抗高速運(yùn)動(dòng)時(shí)震動(dòng)的影響。
[0049]圖1為本發(fā)明等溫淬火球墨鑄鐵輥輪的生產(chǎn)流程圖。參見圖1，軌道的使用工況極為復(fù)雜，輥輪也必須按其工況所伴隨的沖擊力、壓應(yīng)力、摩擦力等調(diào)整期諸如硬度、抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及韌性等特性，以達(dá)到最佳的使用狀況?，F(xiàn)將本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪制備方法詳述如下:
[0050]步驟201:鑄造符合基本要求的球墨鑄鐵輥輪[00511 球墨鑄鐵的基本要求:
[0052]球墨鑄鐵毛坯是本發(fā)明輥輪的基礎(chǔ)，唯有質(zhì)量好的球墨鑄鐵才能有性能優(yōu)良的球墨鑄鐵棍輪，以下為球墨鑄鐵的基本要求:
[0053]1.化學(xué)成本
[0054](1)球化元素:鎂、鋪、鑭、釹、鐠、乾、鈣；
[0055](2)氣體元素:氧、氫、氮；
[0056](3)穩(wěn)定珠光體及形成碳化物元素:鉻、釩、錫、砷、硼；
[0057](4)微量元素和特種作用元素:碲、鉛、鈦、鋁、銻、鉍、鋯；
[0058](5)主要元素:碳、硅、錳、硫、磷；
[0059](6)次要元素:鎳、鑰、銅。
[0060]以上共六大組，合計(jì)30個(gè)元素。
[0061]表1為球墨鑄鐵的碳當(dāng)量，只有在穩(wěn)定的化學(xué)成分下才能有確定的熱處理規(guī)范。
[0062]表1
[0063]
【權(quán)利要求】
1.用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，至少包含:Fe，其特征在于，包含以下質(zhì)量百分含量的元素:碳:3.20~4.0%、硅:2.10~2.90%、錳:0.3~0.65%、磷:≤0.1%、硫:≤0.1%。
2.如權(quán)利要求1所述的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，其特征在于，還包含以下質(zhì)量百分含量的元素:Cu75~0.85%、Ni:1.90~2.10%、Mo:0.27~0.33%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，其特征在于，還包含以下質(zhì)量百分含量的元素:Sn:0.017~0.023%、Sb:0.0017~0.0023%、0:0.005%、Cr:0.10%、Ti:0.040%、V:0.10%、Al:0.050%、As:0.020%、Bi:0.002%、B:0.002%.Cd:0.005%、Pb:0.002%、Se:0.030%、Te:0.020%。
4.如權(quán)利要求1所述的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，其特征在于，當(dāng)輥輪最大截面厚度? 13mm，錳的百分含量為0.3~0.4% ；當(dāng)輥輪最大截面厚度? 13mm，錳的百分含量為0.55~0.65。
5.如權(quán)利要求1所述的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，其特征在于，所述等溫淬火球墨鑄鐵輥輪，球化率大于75%，其球墨數(shù)為每平方厘米大于80個(gè)，而缺陷為小于1%。
6.一種權(quán)利要求1所述的用于熱處理生產(chǎn)線推拉車的球墨鑄鐵輥輪的生產(chǎn)方法，其特征在于，具體包括如下步驟: (1)鑄造符合要求的球墨鑄鐵輥輪； (2)鑄造后，對(duì)輥輪毛坯進(jìn)行機(jī)加工，機(jī)加工時(shí)留有熱處理變形量； (3)將機(jī)加工后的輥輪毛坯送至在氣氛保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制下的全自動(dòng)鹽淬設(shè)備中； (4)在全自動(dòng)鹽淬設(shè)備的加熱爐中，將輥輪加溫至攝氏820~950℃后保溫1~4小時(shí)進(jìn)行奧氏體化固溶處理； (5)將經(jīng)過(guò)步驟(4)奧氏體固溶處理后的輥輪投入到全自動(dòng)鹽淬設(shè)備的鹽浴爐的鹽槽中，在鹽槽中迅速降溫至攝氏220~400℃后保溫1.5~5小時(shí)進(jìn)行等溫淬火熱處理； (6)將輥輪從鹽浴爐中取出，并以空冷、風(fēng)冷或水淬方式冷卻至室溫； (7)經(jīng)過(guò)清洗及干燥后得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品； (8)對(duì)等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品進(jìn)行研磨精加工得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪。
【文檔編號(hào)】C22C37/10GK103834854SQ201410106013
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】陳明志, 陳奕安 申請(qǐng)人:上海寶華威熱處理設(shè)備有限公司