等溫淬火球墨鑄鐵的特性
發(fā)布時(shí)間：2018-09-20 18:45 來(lái)源：tommy 閱讀：
一、等溫淬火球鐵（ADI）的幾個(gè)基本認(rèn)識(shí)及性能特點(diǎn)
1． 幾個(gè)基本認(rèn)識(shí)
1）等溫淬火球鐵是把健全的球墨鑄鐵件進(jìn)行等溫?zé)崽幚恚垣@得優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，因此其前提是健全的球墨鑄鐵件。
2）合金元素對(duì)球鐵力學(xué)性能有重要影響，但對(duì)等溫淬火球鐵（ADI）沒(méi)影響。等淬的目的是就是利用熱處理技術(shù)改變鑄鐵的基體組織，提高力學(xué)性能，節(jié)省合金元素。加入合金元素的目的是提高淬透性。
3）球鐵原始基體組織對(duì)等淬球鐵的力學(xué)性能沒(méi)影響，但對(duì)變形有影響，因鐵素體和珠光體變形量是不一樣的，其線性增長(zhǎng)量是鑄態(tài)基體組織和等溫溫度的函數(shù)。
為了提高加工刀具壽命和控制變形，美國(guó)通用汽車公司在生產(chǎn)ADI后橋齒輪時(shí)，鑄件經(jīng)退火以獲得100%的鐵素體。
試驗(yàn)表明，在試樣熱透后保溫15分鐘，已足以使基體完全奧氏體化。
4）球化率、球數(shù)對(duì)ADI沖擊、疲勞等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能影響很大，強(qiáng)度愈高，影響愈顯著。因此，對(duì)球化率及石墨球數(shù)的要求比普通球鐵高，球化率要求90%以上。
5）等溫淬火球鐵各牌號(hào)主要靠不同等溫溫度獲得，與化學(xué)成分關(guān)系不大，即同一成分球鐵用不同等溫淬火溫度可生產(chǎn)不同牌號(hào)ADI?；瘜W(xué)成分主要決定于鑄件大小，壁厚和結(jié)構(gòu)。
6）等溫淬火球鐵的某些組織也可通過(guò)加入合金元素、空氣中強(qiáng)化冷卻獲得，但因需要加入大量的Ni、Mo、Cu等合金元素，成本太高且不穩(wěn)定，因此不加以討論，主要討論經(jīng)鹽浴等溫淬火處理的ADI。
2. 性能特點(diǎn)
等溫淬火球墨鑄鐵具有以下性能特點(diǎn)：
（1）強(qiáng)度高、塑性好。在同等伸長(zhǎng)率情況下，ADI的抗拉強(qiáng)度是普通球鐵的2倍,而在同等抗拉強(qiáng)度情況下,伸長(zhǎng)率是普通球鐵兩倍以上,ADI抗拉強(qiáng)度也優(yōu)于調(diào)質(zhì)處理的碳鋼,與低合金鋼相當(dāng)。
（2）質(zhì)量輕。一些材料的單位抗拉強(qiáng)度所需零件重量（w/y）。
（3）彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度等動(dòng)載性能高。旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強(qiáng)度可達(dá)400～500MPa，與調(diào)質(zhì)處理低合金鋼相當(dāng)；接觸疲勞強(qiáng)度可達(dá)1600～2100MPa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強(qiáng)度高。
（4）吸振性好。ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收振動(dòng)并增大噪聲阻尼，使部件的運(yùn)行更安靜和平穩(wěn)。
（5）極好的耐磨、抗磨性。試驗(yàn)表明，硬度為45～48HRC的等溫淬火球鐵齒輪，其壽命比具有馬氏體組織、硬度為58～62HRC的鍛鋼齒輪更長(zhǎng)。CADI（含碳化物18％）的耐磨性能勝過(guò)許多高合金耐磨鑄鐵（AR），其無(wú)缺口沖擊韌性則是耐磨鑄鐵的2～10倍，適宜用于要求優(yōu)異耐磨性能和足夠韌性的場(chǎng)合。
（6）表面強(qiáng)化效果顯著。試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐均證明，ADI具有很好的表面強(qiáng)化效果，能顯著提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。例如2007年11月7日修訂的ASTM897M各牌號(hào)典型性能中，通過(guò)概率50%單齒彎曲疲勞強(qiáng)度噴丸的比不噴丸的提高50%左右。
曲軸經(jīng)圓角滾壓后彎曲疲勞強(qiáng)度也顯著提高。據(jù)美國(guó)聯(lián)合收割機(jī)的一項(xiàng)研究報(bào)告，型號(hào)為202重載貨車V-8柴油機(jī)ADI曲軸，滾壓前后彎曲疲勞強(qiáng)度分別為414MPa和986MPa，提高138%；而普通球鐵曲軸滾壓后的彎曲疲勞強(qiáng)度只提高50～60%左右。
此外，ADI的力學(xué)性能根據(jù)等溫淬火工藝的不同，可以在較大范圍內(nèi)變化，以滿足零件在不同工作條件的要求。
二、如何獲得健全的球鐵坯件
優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件是等溫淬火球墨鑄鐵的基礎(chǔ)，作為等溫淬火球墨鑄鐵的毛坯件，其要求比一般球墨鑄鐵要嚴(yán)，主要表現(xiàn)在對(duì)金相組織和化學(xué)成分上。
球化系數(shù)K1=4.4(%Ti)+ 2.0(%As)+ 2.4(%Sn)+ 5.0(%Sb)+ 290(%Pb)+ 370(%Bi)+1.6(%Al)
一般壁厚大于19mm就需考慮加入合金元素，加入合金元素主要是提高淬透性，對(duì)等淬后球鐵力學(xué)性能沒(méi)什么影響。增加淬透性的常用合金元素是Cu、Ni和Mo。由于價(jià)格低，Cu是首選，當(dāng)Cu量已加到最大值0.8％仍達(dá)不到所要求的淬透性，則加Ni，通常Ni在2％以下。Mo有很好的淬透性，但它極易偏析，又是強(qiáng)的碳化物形成元素。在晶界形成鉬的碳化物，影響性能及加工。
一般來(lái)說(shuō)，在促進(jìn)淬透性方面，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鉬大約是1.6倍的錳的作用，而鎳與銅的作用分別只有錳作用的30%。
不同熱處理?xiàng)l件將導(dǎo)致最大斷面的臨界尺寸發(fā)生很大的變化。圖中還表明，能否成功地進(jìn)行奧氏體等溫處理，要取決于合金元素（珠光體淬透性）和等溫處理溫度。
但上圖只表示了單一合金元素的影響。而下列公式則包括了合金元素相互間的作用，用它可以衡量加入與不加入合金元素的球墨鑄鐵淬透性：
Jdp=2.9（Tr）1/2+18.2（Mn）+25.3（Mo）+6.0（Cu）+28.6（Mo·Cu）+38.6（Mo·Ni）+13.6（Mn·Ni）+50.9（Mo·Cu·Ni）-82.2
式中，Jdp——臨界淬透性距離（珠光體淬透性判據(jù)）（mm）；
Tr——奧氏體化溫度（℃）。
合金元素以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計(jì)。
上式是通過(guò)試驗(yàn)得出的，它非常出色地表達(dá)出各因素之間的相互關(guān)系。公式還表明，在改善淬透性方面，少量多元合金元素比大量單元合金元素更加有效。根據(jù)試驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)際及公式計(jì)算不同壁厚需加入合金元素量。
2.抓好球鐵生產(chǎn)中幾個(gè)主要工藝環(huán)節(jié)，保證獲得高質(zhì)量的球鐵坯件
1）采用好的原、輔材料，特別是優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵和廢鋼等金屬材料
國(guó)外球墨鑄鐵生產(chǎn)中，一直十分重視研究原生鐵質(zhì)量對(duì)球墨鑄鐵性能的影響，選擇穩(wěn)定、合適成份范圍的原生鐵和廢鋼是穩(wěn)定生產(chǎn)高質(zhì)量球墨鑄鐵的首要條件。
采用優(yōu)質(zhì)鑄造生鐵和高純生鐵或優(yōu)質(zhì)廢鋼增碳可以保證消除或減少大型球墨鑄鐵件中心部份的異形石墨，并可提高塑性和韌性。據(jù)介紹，英國(guó)60％的球墨鑄鐵廠采用高純生鐵制造大斷面鑄件或鑄態(tài)鐵素體和鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵。美國(guó)有一半以上的鐵素體球墨鑄鐵采用高純生鐵作金屬原材料。
