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，具有石墨自潤滑性能，并能在運作過程中產(chǎn)生硬化層；因該輥輪采用鑄造方式，可將復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
【技術領域】
[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，具有石墨自潤滑性能，且在運作中能產(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】
[0002]做為熱處理生產(chǎn)線推拉車的關鍵零件的輥輪會直接影響設備的使用壽命、生產(chǎn)效率和設備的質(zhì)量與成本。現(xiàn)行慣用的輥輪，是采用低碳合金鋼，經(jīng)機械鍛打、初車、精車，再經(jīng)機械加工后，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，然后移至油槽進行冷卻，當工件冷卻的溫度低于馬氏體轉(zhuǎn)變點后，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。
[0004]當輥輪承受負荷并作運動時，輥輪表面及軌道因不斷地受到應力的作用，一旦到達滾動疲勞臨界值，接觸面就會產(chǎn)生疲勞破損，在表面的一些部份會發(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，將影響推拉車運轉(zhuǎn)精度及運轉(zhuǎn)順暢度，如繼續(xù)運轉(zhuǎn)，甚至會導致無法運轉(zhuǎn)，使生產(chǎn)線停擺。
[0006]目前的熱處理生產(chǎn)線的趨勢是向全自動化和大型化方向發(fā)展，目前有更多的自動線投入生產(chǎn)，自動線一般在周末及假日可無人當值，對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備的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對以上所述現(xiàn)知技術的缺點，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滑性能，且在運作中能產(chǎn)生硬化層，以用來改良某些現(xiàn)有技術中的缺點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，其在運動中有石墨的自潤滑效果，并且在接觸時，因為輥輪表面產(chǎn)生的壓應力，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，采用少量機械加工的鑄造方式來取代現(xiàn)有技術中的大量機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的等溫淬火熱處理工藝，使輥輪表面完全無氧化，在等溫金相組織轉(zhuǎn)變時，尺寸的漲大量是在可控制狀況下，相對于滲碳淬火鋼，最后的加工量可減少，使得整體加工費用可以降低。
[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制作輥輪，可產(chǎn)生吸收震動、減少噪音及產(chǎn)生自潤滑等效果。
[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，在相同的強度下，輥輪重量能減輕10%，因而可提升整個系統(tǒng)在運動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，具有石墨自潤滑性能，并能在運作過程中產(chǎn)生硬化層；因該輥輪采用鑄造方式，可將復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)明的一個優(yōu)選實施例中，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)明的一個優(yōu)選實施例中，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)明的一個優(yōu)選實施例中，當輥輪最大截面厚度? 13111111，錳的百分含量為
0.3~0.4% ；當輥輪最大截面厚度? 13臟，錳的百分含量為0.55~0.65。
[0019]在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，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，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，對輥輪毛坯進行機加工，機加工時留有熱處理變形量；
[0023](3)將機加工后的輥輪毛坯送至在氣氛保護及計算機控制下的全自動鹽淬設備中；
[0024](4)在全自動鹽淬設備的加熱爐中，將輥輪加溫至攝氏820~9501后保溫1~4小時進行奧氏體化固溶處理；
[0025](5)將經(jīng)過步驟(4)奧氏體固溶處理后的輥輪投入到全自動鹽淬設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小時進行等溫淬火熱處理；
[0026](6)將輥輪從鹽浴爐中取出，并以空冷、風冷或水淬方式冷卻至室溫；
[0027](7)經(jīng)過清洗及干燥后得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品；
[0028](8)對等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品進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方案，本發(fā)明的等溫淬火球墨鑄鐵輥輪具有以下優(yōu)點:[0030](1)價格成本低
[0031]以單位屈服強度的成本計算，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度和伸長率都很高，其具有的動態(tài)力學性能相較于鍛鑄鋼以及微合金鋼要好很多，在數(shù)百萬次交變載荷作用后，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噪音小，這對使用軌道運轉(zhuǎn)的機械十分有利。
[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，可吸收運動中的震動和噪聲，這是因為本發(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，使機件運轉(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)生以上過程，因此與同樣硬度的鋼相比，它的壽命更長。
[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用，通過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]具有石墨自潤滑性能，且在運作中能產(chǎn)生硬化層，以用來改良某些現(xiàn)有技術中的缺點或提供有用的代替品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[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)明全自動鹽淬設備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖3為本發(fā)明的滾動接觸磨損的實驗示意圖。
[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)生以上過程，越磨越硬，表層硬化而芯部仍保持極強的韌性，外硬內(nèi)韌既抗磨損又抗沖擊。在此情況下本發(fā)明采用較高的等溫熱處理淬火溫度，提高輥輪的韌性及延伸性，以抵抗高速運動時震動的影響。
[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雜，輥輪也必須按其工況所伴隨的沖擊力、壓應力、摩擦力等調(diào)整期諸如硬度、抗拉強度、沖擊強度及韌性等特性，以達到最佳的使用狀況?，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，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30個元素。
[0061]表1為球墨鑄鐵的碳當量，只有在穩(wěn)定的化學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，當輥輪最大截面厚度? 13mm，錳的百分含量為0.3~0.4% ；當輥輪最大截面厚度? 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，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，對輥輪毛坯進行機加工，機加工時留有熱處理變形量； (3)將機加工后的輥輪毛坯送至在氣氛保護及計算機控制下的全自動鹽淬設備中； (4)在全自動鹽淬設備的加熱爐中，將輥輪加溫至攝氏820~950℃后保溫1~4小時進行奧氏體化固溶處理； (5)將經(jīng)過步驟(4)奧氏體固溶處理后的輥輪投入到全自動鹽淬設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小時進行等溫淬火熱處理； (6)將輥輪從鹽浴爐中取出，并以空冷、風冷或水淬方式冷卻至室溫； (7)經(jīng)過清洗及干燥后得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品； (8)對等溫淬火球墨鑄鐵輥輪粗品進行研磨精加工得到等溫淬火球墨鑄鐵輥輪。
【文檔編號】C22C37/10GK103834854SQ201410106013
【公開日】2014年6月4日 申請日期: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 申請人:上海寶華威熱處理設備有限公司