等溫淬火球墨鑄鐵的特性
發(fā)布時間：2018-09-20 18:45 來源：tommy 閱讀：
一、等溫淬火球鐵（ADI）的幾個基本認識及性能特點
1． 幾個基本認識
1）等溫淬火球鐵是把健全的球墨鑄鐵件進行等溫熱處理，以獲得優(yōu)異的綜合力學性能，因此其前提是健全的球墨鑄鐵件。
2）合金元素對球鐵力學性能有重要影響，但對等溫淬火球鐵（ADI）沒影響。等淬的目的是就是利用熱處理技術改變鑄鐵的基體組織，提高力學性能，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等淬球鐵的力學性能沒影響，但對變形有影響，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，美國通用汽車公司在生產(chǎn)ADI后橋齒輪時，鑄件經(jīng)退火以獲得100%的鐵素體。
試驗表明，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ADI沖擊、疲勞等動態(tài)力學性能影響很大，強度愈高，影響愈顯著。因此，對球化率及石墨球數(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主要靠不同等溫溫度獲得，與化學成分關系不大，即同一成分球鐵用不同等溫淬火溫度可生產(chǎn)不同牌號ADI?；瘜W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加入合金元素、空氣中強化冷卻獲得，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
等溫淬火球墨鑄鐵具有以下性能特點：
（1）強度高、塑性好。在同等伸長率情況下，ADI的抗拉強度是普通球鐵的2倍,而在同等抗拉強度情況下,伸長率是普通球鐵兩倍以上,ADI抗拉強度也優(yōu)于調(diào)質(zhì)處理的碳鋼,與低合金鋼相當。
（2）質(zhì)量輕。一些材料的單位抗拉強度所需零件重量（w/y）。
（3）彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度等動載性能高。旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞強度可達400～500MPa，與調(diào)質(zhì)處理低合金鋼相當；接觸疲勞強度可達1600～2100MPa，比低合金鋼氮化處理的接觸疲勞強度高。
（4）吸振性好。ADI由于彈性模量低，加上基體中存在石墨球，能迅速吸收振動并增大噪聲阻尼，使部件的運行更安靜和平穩(wěn)。
（5）極好的耐磨、抗磨性。試驗表明，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。CADI（含碳化物18％）的耐磨性能勝過許多高合金耐磨鑄鐵（AR），其無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合。
（6）表面強化效果顯著。試驗和生產(chǎn)實踐均證明，ADI具有很好的表面強化效果，能顯著提高構(gòu)件的疲勞強度。例如2007年11月7日修訂的ASTM897M各牌號典型性能中，通過概率50%單齒彎曲疲勞強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度也顯著提高。據(jù)美國聯(lián)合收割機的一項研究報告，型號為202重載貨車V-8柴油機ADI曲軸，滾壓前后彎曲疲勞強度分別為414MPa和986MPa，提高138%；而普通球鐵曲軸滾壓后的彎曲疲勞強度只提高50～60%左右。
此外，ADI的力學性能根據(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，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，主要表現(xiàn)在對金相組織和化學成分上。
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，對等淬后球鐵力學性能沒什么影響。增加淬透性的常用合金元素是Cu、Ni和Mo。由于價格低，Cu是首選，當Cu量已加到最大值0.8％仍達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。
一般來說，在促進淬透性方面，質(zhì)量分數(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%。
不同熱處理條件將導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)量百分數(shù)計。
上式是通過試驗得出的，它非常出色地表達出各因素之間的相互關系。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、生產(chǎn)實際及公式計算不同壁厚需加入合金元素量。
2.抓好球鐵生產(chǎn)中幾個主要工藝環(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
國外球墨鑄鐵生產(chǎn)中，一直十分重視研究原生鐵質(zhì)量對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。
