一定成分的球墨鑄鐵經等溫淬火熱處理后得到的鑄造合金稱為等溫淬火球墨鑄鐵(Austempered Ductile Iron,簡稱ADI),其顯微組織為由針狀鐵素體和碳穩(wěn)定的奧氏體組成的奧鐵體。ADI 具有良好的綜合力學性能,以其成本低、經濟效益好、減噪降震及抗摩擦磨損性優(yōu)良而受到了廣泛關注。目前,ADI 已經在農業(yè)機械、建筑機械、工程機械、汽車、鐵路和軍工領域得到廣泛應用, 如用于生產汽車后橋齒輪、差速器環(huán)狀齒輪和小齒輪等零部件。因此,獲得高強度高韌性的ADI 具有十分重要的現(xiàn)實意義。
在較低溫度下等溫淬火,ADI 的鐵素體和殘留奧氏體細小,硬度、屈服強度和抗拉強度高,耐磨性高,但韌性差。當?shù)葴卮慊饻囟容^高時,ADI 的鐵素體和殘留奧氏體粗大,屈服強度和抗拉強度低,但韌性好。,較低的等溫淬火溫度會促進鐵素體形核, 有利于形成細小的ADI 組織;等溫淬火溫度和奧氏體化溫度是影響型材硬度的主要因素, 隨著等溫淬火溫度和奧氏體化溫度升高,硬度逐漸降低。
ADI 的力學性能尤其是塑性和韌性對顯微組織和鑄造缺陷較為敏感。一般而言, 對等溫淬火球墨鑄鐵用鑄件的質量要求應嚴于普通球墨鑄鐵件,要求鑄件沒有非金屬夾雜、碳化物、縮松、氣孔和夾渣等缺陷。鑄鐵水平連續(xù)鑄造具有封閉結晶器、大冒口補縮小鑄件的工藝特點, 所制備的鑄鐵型材組織致密均勻、晶粒細小,無縮松、縮孔、夾渣等鑄造缺陷; 球墨鑄鐵型材的石墨球化率和球化級別比普通砂型鑄造的要高。采用水平連鑄球鐵型材替代普通球鐵鑄件作為生產ADI 的坯件, 是提高ADI 件質量、推動ADI 廣泛應用的有效途徑。
生產中,等溫淬火工藝直接影響ADI 的力學性能。奧氏體化溫度、奧氏體化時間、等溫淬火溫度和等溫淬火時間對ADI 綜合力學性能的影響不同。影響的重要程度依次為等溫淬火溫度、等溫淬火時間、奧氏體化溫度和奧氏體化時間,其中等溫淬火溫度最為重要。為了得到最佳綜合力學性能的適宜等溫淬火工藝, 需要對上述等溫淬火參數(shù)綜合考慮。
當?shù)葴卮慊饻囟容^低時,ADI 的拉伸強度較高。其原因是隨著等溫淬火溫度降低,過冷度增大,從而增大了相變的驅動力,使得鐵素體形核率增加。另外等溫淬火溫度較低時, 球墨鑄鐵中碳的擴散速度變慢,奧氏體不易富碳,鐵素體生長速率也變小,從而有利于最終獲得細小的鐵素體和殘留奧氏體的混合組織,使ADI 的抗拉性能提高。相反,要得到良好的韌性,就必須提高等溫淬火溫度。隨著等溫淬火溫度升高, 轉變速度加快, 碳的擴散速度也相應加快, 奧氏體易于富碳并且趨于穩(wěn)定, 結果使韌性提高,而強度隨韌性提高而下降。