[发明专利]一种提高铁素体球墨铸铁表面硬度的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料科学技术领域，特别涉及一种球墨铸铁的制备方法。

背景技术

球墨铸铁不仅具有优良的机械性能和生产工艺简单，成本低廉且不受铸件尺寸限制等特点，还保持有耐磨、减振及缺口不敏感等灰口铸铁的特征。此外，球墨铸铁还可以进行各种热处理以进一步改善其组织及机械性能。因此，球墨铸铁已广泛应用于农业机械、矿山机械、石油化工等行业。然而，球墨铸铁的缺点是表面硬度较低，在应用过程中易变形及磨损。通常，提高球墨铸铁表面硬度的方法是对球墨铸铁进行高频淬火、渗氮及渗硼等表面强化处理。但采用上述方法成本高，且对尺寸较大的铸件及铸件的局部表面强化不适合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、质量稳定的提高铁素体球墨铸铁表面硬度的方法。本发明主要是通过用焊条金属与球墨铸铁相互熔合形成与球墨铸铁成分不同的熔合层，来提高球墨铸铁的表面硬度。

本发明的方法如下：

（1）按常规方法自制4mm直径的低碳合金焊条，其焊层金属化学成分（质量分数wt%）为：C0.12%～0.20%、Mn0.30%～0.60%、Cr0.50%～0.80%、Ni1.20%～1.30%、Si≦0.40%、S≦0.030%、P≦0.035%，其余为Fe。

（2）球墨铸铁为铁素体球墨铸铁。

（3）使用前将上述焊条在300～400℃下烘干1h，用直流电焊机采用160～220A电流将焊条在上述球墨铸铁表面堆焊厚度为1～2mm的堆焊层，焊后空冷至室温，然后将球墨铸铁表面上的1～2mm的堆焊层磨掉，即获得球墨铸铁表面硬度较高的熔合层。

本发明采用低碳的合金焊条，用大电流使球墨铸铁表面熔化与焊条金属相互熔合形成与球墨铸铁成分及焊条成分不同的熔合层。在熔合过程中，由于C、Mn、Cr、Ni原子发生互扩散，使形成熔合层中锰、铬、镍的含量较球墨铸铁的高，导致球墨铸铁表面的熔合层在随后的冷却过程中获得部分马氏体组织，而使球墨铸铁表面的硬度升高。另外，由于球墨铸铁表面熔合层中碳含量降低及镍原子的溶入，使球墨铸铁表面熔合层的开裂倾向降低，最终使球墨铸铁表面形成硬度较高且开裂倾向较小的熔合层。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

工艺方法简单、成本低廉，采用本发明获得的球墨铸铁表面硬度高且开裂倾向小，质量稳定，其硬度为48～52HRC，较处理前的球墨铸铁表面硬度提高了360%～390%。

具体实施方式：

实施例1

用常规方法制备直径为4mm的低碳合金焊条，其焊层金属化学成分（质量分数wt%）为：C0.12%，Mn0.42%，Cr0.50%，Ni1.20%，Si0.32%，S0.027%，P0.032%，其余为Fe。将焊条在300℃下烘干1h后，用直流电焊机采用160A电流将焊条堆焊在铁素体球墨铸铁表面，堆焊层厚度为1.5mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨铸铁表面上的1.5mm的堆焊层。用硬度计和显微镜测试堆焊后的球墨铸铁表面硬度和硬层厚度，其硬度值和硬层厚度见表1。

实施例2

用常规方法制备直径为4mm的低碳合金焊条，其焊层金属化学成分（质量分数wt%）为：C0.18%，Mn0.60%，Cr0.68%，Ni1.28%，Si0.31%，S0.024%，P0.033%，其余为Fe。将焊条在400℃下烘干1h后，用直流电焊机采用170A电流将焊条堆焊在铁素体球墨铸铁表面，堆焊层厚度为2.0mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨铸铁表面上的2.0mm的堆焊层。用硬度计和显微镜测试堆焊后的球墨铸铁表面硬度和硬层厚度，其硬度值和硬层厚度见表1。

实施例3

用常规方法制备直径为4mm的低碳合金焊条，其焊层金属化学成分（质量分数wt%）为：C0.20%，Mn0.30%，Cr0.80%，Ni1.30%，Si0.30%，S0.025%，P0.031%，其余为Fe。将焊条在350℃下烘干1h后，用直流电焊机采用220A电流将焊条堆焊在铁素体球墨铸铁表面，堆焊层厚度为1.0mm，焊后空冷，然后，磨掉球墨铸铁表面上的1.0mm的堆焊层。用硬度计和显微镜测试堆焊后的球墨铸铁表面硬度和硬层厚度，其硬度值和硬层厚度见表1。

表1球墨铸铁表面硬度和硬层厚度测试结果

上述实验结果表明：球墨铸铁经本发明方法处理后的表面硬度较高，其值为48～52HRC，较处理前提高了360%～390%，开裂倾向较小。说明球墨铸铁经本发明方法处理后表面的硬度较高且开裂倾向较低。